HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÁC WEBSITE KIẾN TRÚC MICROSERVICE, CICT-HOSTING SERVICE PHÂN HỆ: QUẢN TRỊ HỆ THỐNG MÁY TÍNH

Abstract

Sự chuyển dịch từ kiến trúc đơn khối (monolithic) sang kiến trúc microservices, cùng với sự phổ biến của container và Kubernetes, đang trở thành xu hướng chủ đạo trong phát triển và triển khai hệ thống web hiện đại. Tuy nhiên, để triển khai và vận hành một cụm Kubernetes hoàn chỉnh (cài đặt container runtime, kubeadm, kubelet, join node, thiết lập mạng CNI, Ingress, Load Balancer, storage class, giám sát tài nguyên…) đòi hỏi kiến thức sâu rộng về hạ tầng, hệ điều hành, mạng và DevOps. Đây là thách thức lớn đối với các đơn vị vận hành không chuyên, đặc biệt là các phòng ban kỹ thuật trong môi trường giáo dục, nơi nhân lực vừa hạn chế vừa phải triển khai nhiều hệ thống song song. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài tổng thể “Hệ thống quản lý các website kiến trúc Microservice, CICT-Hosting Service” được xây dựng với mục tiêu hình thành một nền tảng hosting nội bộ, cho phép triển khai và quản lý các website/dịch vụ microservices trên cụm Kubernetes một cách tập trung, an toàn và có kiểm soát. Hệ thống tổng thể được chia thành hai phân hệ chính: 1. Phân hệ quản trị dự án người dùng – tập trung vào trải nghiệm của người dùng cuối (developer, sinh viên, nhóm phát triển), cho phép tự tạo, triển khai và quản lý các dự án web (được thực hiện trong một luận văn khác). 2. Phân hệ quản trị hệ thống máy tính – tập trung vào phía quản trị hạ tầng, quản lý server, cụm Kubernetes, tài nguyên phần cứng. Trong khuôn khổ luận văn này đã tập trung nghiên cứu, thiết kế và triển khai phân hệ thứ hai – “Hệ thống quản lý các website kiến trúc Microservice, CICT-Hosting Service – Phân hệ quản trị hệ thống máy tính”. Phân hệ này đóng vai trò là “lớp nền tảng hạ tầng”, đảm bảo cụm Kubernetes được cài đặt, cấu hình và vận hành một cách nhất quán, tự động và an toàn mà không yêu cầu quản trị viên phải thao tác thủ công trực tiếp trên từng máy chủ. Thông qua phân hệ này, hệ thống cho phép: - Thêm mới và quản lý tập trung danh sách máy chủ (server) tham gia cụm Kubernetes, bao gồm kiểm tra kết nối SSH, thông tin cấu hình và trạng thái hoạt động. - Tự động cài đặt toàn bộ môi trường Kubernetes bằng Ansible: thiết lập containerd, kubeadm, kubelet; khởi tạo Control Plane; tự động join Worker Node; cài đặt Calico CNI, Ingress Controller, Metrics Server, MetalLB và StorageClass. Hệ thống quản lý các website kiến trúc MicroService, CICT-Hosting Service 2 - Theo dõi, giám sát và quản lý tài nguyên Kubernetes như Node, Pod, Deployment, Service, Ingress, PV/PVC; xem log, kiểm tra mức sử dụng CPU/RAM, và thực hiện các thao tác vận hành như khởi động lại dịch vụ, scale replica hoặc reset node. Về mặt kiến trúc, hệ thống được thiết kế theo mô hình 3 lớp và triển khai hoàn toàn trong môi trường on-premise: - Lớp giao diện (Frontend) sử dụng ReactJS xây dựng dashboard quản trị, hỗ trợ quản lý server, cài đặt cluster, theo dõi trạng thái node/pod, xem log và các thao tác vận hành thường gặp. Giao diện được thiết kế trực quan, hướng tới quản trị viên không chuyên sâu Kubernetes vẫn có thể sử dụng. - Lớp nghiệp vụ (Backend) sử dụng Spring Boot hiện thực các RESTful API, tích hợp thư viện JSch để kết nối SSH đến các máy chủ và kích hoạt playbook Ansible; đồng thời sử dụng Kubernetes Java Client để truy xuất và điều khiển tài nguyên trên cụm Kubernetes. Backend quản lý toàn bộ luồng triển khai hạ tầng và giám sát cụm theo thời gian thực. - Lớp dữ liệu (Database) sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL để lưu trữ thông tin máy chủ và khóa truy cập phục vụ cho công tác quản lý và thực thi thao tác trực tiếp từ giao diện web. Luận văn đã tiến hành: - Phân tích bối cảnh vận hành hạ tầng Kubernetes, xác định đặc thù của mô hình microservices và yêu cầu tự động hóa trong triển khai hệ thống phân tán. - Xây dựng mô hình hóa bài toán bằng sơ đồ use case, biểu đồ phân rã chức năng, mô hình kiến trúc tổng thể và mô hình dữ liệu cho phân hệ quản trị hệ thống máy tính. - Thiết kế và hiện thực đầy đủ các chức năng chính: quản lý server, tự động cài đặt cluster, tự động join node, cài đặt các thành phần mạng và load balancer, giám sát tài nguyên, xem log và vận hành các dịch vụ trong cluster. - Triển khai hệ thống trên môi trường thực nghiệm gồm một Master và hai Worker, thử nghiệm với nhiều kịch bản cài đặt lại cluster, thêm/xóa node, theo dõi hoạt động của Pod/Node và vận hành hệ thống hạ tầng. Sau đó đã tiến hành ở phòng máy của trường. Kết quả cho thấy, phân hệ quản trị hệ thống máy tính đã đáp ứng tốt mục tiêu tự động hóa – chuẩn hóa – đơn giản hóa quy trình cài đặt và quản trị Kubernetes: quản trị viên chỉ cần thực hiện thao tác thông qua giao diện web, mọi bước còn lại (tạo cluster, phân phối cấu hình, chạy playbook, join node, cài CNI/Ingress/Load Balancer, kiểm tra Hệ thống quản lý các website kiến trúc MicroService, CICT-Hosting Service 3 trạng thái) đều được hệ thống xử lý tự động. Mặc dù còn hạn chế như chưa tích hợp bộ giám sát nâng cao (Prometheus/Grafana), chưa có cảnh báo sự cố theo thời gian thực hoặc khả năng quản lý đa cụm (multi-cluster), nền tảng được xây dựng đã tạo tiền đề quan trọng để phát triển thành một hệ thống Cloud-Native Infrastructure Management hoàn chỉnh, phục vụ cho môi trường doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu hoặc hạ tầng đào tạo DevOps/Cloud trong tương lai.