Điện toán biên so với Điện toán đám mây: Hướng dẫn dành cho nhà phát triển hiện đại

Sự tiến hóa của Mạng Phân phối Nội dung (CDN)

Ban đầu tập trung vào việc lưu đệm và bảo vệ máy chủ gốc, CDN bắt đầu tiến hóa cùng với sự trỗi dậy của điện toán serverless. Một ý tưởng mới nhanh chóng trở nên phổ biến: các nhà phát triển có thể định nghĩa một “hàm” nguyên tử chạy theo yêu cầu để phản hồi một sự kiện, như tải lên ảnh mới hoặc bản ghi cơ sở dữ liệu mới, mà không phải sở hữu và duy trì hạ tầng vật lý hay ảo phía dưới.

AWS Lambda là ví dụ đầu tiên của mô hình mới này vào năm 2015. AWS Lambda@Edge ra mắt năm 2016, cho phép bạn áp dụng cùng cách tiếp cận với các hàm chạy trên Amazon CloudFront - dịch vụ CDN của AWS.

Các CDN phổ biến nhanh chóng nối bước, giới thiệu các dịch vụ như Cloudflare Workers năm 2017, Fastly Compute@Edge năm 2019, và Akamai EdgeWorkers năm 2019.

Và họ không dừng lại ở đó! Như đã nói ở đầu bài viết, điện toán biên không chỉ là đưa năng lực tính toán ra biên. Trong hầu hết trường hợp, bạn cũng cần một dạng lưu trữ dữ liệu nào đó. Vì vậy các CDN tiếp tục tiến hóa và tung ra những dịch vụ biên mới như kho khóa-giá trị, lưu trữ đối tượng, cơ sở dữ liệu SQL, thay đổi kích thước ảnh, suy luận AI, và hơn thế nữa!

Ví dụ:

• Cloudflare’s development platform bao gồm các dịch vụ biên như Workers KV để lưu trữ khóa-giá trị, D1 cho cơ sở dữ liệu quan hệ SQL với khôi phục theo thời điểm, R2 cho lưu trữ đối tượng không tính phí egress, và Queues cho thực thi tác vụ bất đồng bộ. 
• Tương tự, trên Fastly bạn tìm thấy KV Store để lưu trữ cặp khóa-giá trị, bí mật và dữ liệu cấu hình, và Fanout cho pub/sub bất đồng bộ hai chiều tại biên.
• Và bạn đoán đúng, Akamai cung cấp EdgeKV.
• Amazon CloudFront đã giới thiệu CloudFront KeyValueStore vào năm 2023.

Ngày nay, CDN cung cấp những dịch vụ mà bình thường bạn chỉ mong đợi chạy trong một khu vực đám mây (hoặc trung tâm dữ liệu), từ hàm serverless đến kho khóa-giá trị, lưu trữ đối tượng, hàng đợi và cơ sở dữ liệu quan hệ. Trùng hợp thay, hàng đợi, lưu trữ đối tượng và năng lực tính toán chính là những dịch vụ đám mây đầu tiên được công bố vào năm 2006, nay xuất hiện tại biên theo cách phân tán toàn cầu.

Bên dưới, các nền tảng tính toán biên mới này dùng công nghệ khác nhau và hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình khác nhau. Chẳng hạn, Cloudflare sử dụng động cơ Chrome V8, ban đầu chỉ hỗ trợ JavaScript nhưng bắt đầu tích hợp WebAssembly từ năm 2018. Mặt khác, Fastly quyết định dùng WebAssembly ngay từ đầu cho sandbox môi trường để tránh một số hạn chế độ trễ khởi động của V8. Điều này cho phép Fastly hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như TypeScript, Rust, Go, .NET, Ruby và Swift.

Hãy mở ngoặc nhanh về WebAssembly.

WebAssembly tại biên

WebAssembly (hay gọi tắt là Wasm) có lẽ là phát triển thú vị nhất trong lĩnh vực này. Kể từ khi được công bố năm 2017 và trở thành khuyến nghị của W3C vào năm 2019, nhiều người nói về nó cho việc thực thi nhị phân Wasm trong trình duyệt, nhưng cũng có rất nhiều tiềm năng cho thực thi phía máy chủ, bao gồm cả tại biên.

Wasm cho phép bạn viết logic nghiệp vụ bằng nhiều ngôn ngữ được hỗ trợ và biên dịch thành tệp nhị phân chạy trên các runtime Wasm như wasmtime của Bytecode Alliance.

Cùng với WASI (WebAssembly System Interface), nó cho phép bạn ghép nối phần mềm viết bằng các ngôn ngữ khác nhau với một giao diện tiêu chuẩn hóa bởi W3C.

Nếu điều này nghe quen thuộc với một thứ rất phổ biến trong thế giới đám mây, hãy xem dòng tweet năm 2019 từ nhà sáng lập Docker:

Vì vậy, kỳ vọng dành cho Wasm + WASI là rất lớn. Tôi rất khuyến khích bạn theo dõi Bytecode Alliance và nỗ lực của họ trong việc tạo ra các trình biên dịch, runtime và công cụ an toàn, mở cho WebAssembly. Tổ chức phi lợi nhuận này được thành lập năm 2019 bởi Mozilla, Fastly, Intel và Red Hat. Ngày nay, các thành viên của họ bao gồm những cái tên trong lĩnh vực đám mây và biên như Amazon, Arm, Cisco, Docker, Fermyon, Microsoft, Nginx, Shopify, Siemens và VMware.

So sánh Điện toán Biên và Điện toán Đám mây

Giờ hãy quay lại hành trình khám phá điện toán biên.

Một trong những khác biệt thú vị và đáng chú ý nhất so với điện toán đám mây là biên được thiết kế phân tán toàn cầu ngay từ đầu. Mã và lưu trữ dữ liệu của bạn chạy tự nhiên trên hàng trăm máy chủ biên. Đó là khác biệt lớn so với kiến trúc đám mây thường bắt đầu như những ứng dụng tập trung chạy trong một trung tâm dữ liệu (hoặc trên 2-3 vùng sẵn sàng trong một khu vực đám mây).

Trong khi nhiều ứng dụng có thể dễ dàng chạy theo cách tập trung, nếu bạn xây dựng một website hoặc sản phẩm có người dùng toàn cầu, kiến trúc của bạn chắc chắn sẽ bao gồm một số hình thức lưu đệm và phân phối nội dung. Và với điện toán biên điều đó diễn ra tự động, ứng dụng biên của bạn được phân phối toàn cầu chỉ với một cú nhấp (hoặc lệnh CLI) và chạy gần nhất có thể với người dùng để tối ưu độ trễ.

Vậy đến câu hỏi tu từ.

Bạn còn cần đám mây không?

Nói cách khác, liệu đám mây vẫn là lựa chọn tốt nhất để thiết kế và xây dựng các ứng dụng có kiến trúc tốt, có khả năng mở rộng vào năm 2024?

Câu trả lời là: có!

Thực tế là với hầu hết các trường hợp sử dụng, biên vẫn cần một dạng origin nào đó để phụ thuộc. Origin là nơi logic nghiệp vụ chạy, dù đó là backend website của bạn hay các khối lượng công việc phức tạp khác cần được giữ tập trung (vì sự tiện lợi, hạn chế kỹ thuật, hoặc chi phí).

Hãy xem những khối lượng công việc nào có khả năng vẫn ở lại đám mây (tạm thời):

• Backend APIs + RDMS - Thường là lõi của origin và cơ sở dữ liệu production (chỉ riêng AWS đã có ít nhất 10 dịch vụ cơ sở dữ liệu khác nhau).
• Lưu trữ khổng lồ - Đám mây cung cấp cách giảm chi phí qua lưu trữ lạnh.
• Phân tích dữ liệu - Kho dữ liệu, hồ dữ liệu và pipeline dữ liệu điển hình của bạn cần kho dữ liệu tập trung để chạy truy vấn và xây dựng báo cáo.
• AI/ML - Huấn luyện hiệu quả và tiết kiệm chi phí đòi hỏi bộ dữ liệu khổng lồ (trong khi suy luận đã có thể chạy tại biên).
• HPC/Mô phỏng - Tính toán hiệu năng cao được thiết kế phân tán nhưng thường trong cùng trung tâm dữ liệu hoặc khu vực để giảm chi phí mạng.
• Pipeline CI/CD - Có thể chạy ở bất kỳ đâu, nhưng có lẽ tiện lợi và rẻ hơn khi dùng đám mây (bao gồm cả pipeline để triển khai dịch vụ biên của bạn).

Tóm lại, đám mây xuất sắc ở các dịch vụ mục đích chung, hỗ trợ hầu như mọi loại khối lượng công việc, với lưu trữ gần như vô hạn và khả năng mở rộng theo chiều ngang (trong một khu vực hoặc trên một số ít khu vực để đảm bảo khả năng phục hồi và khôi phục sau thảm họa).

Ngược lại, biên đơn giản hóa việc triển khai toàn cầu, tăng cường bảo mật và cho phép lưu đệm cho origin trên đám mây, đồng thời hỗ trợ các tính năng tối ưu độ trễ mà không làm tăng độ phức tạp cho ứng dụng chính.

Nói cách khác, điện toán đám mây và điện toán biên bổ trợ cho nhau. Chúng sẽ tiếp tục cùng tồn tại và giải quyết các bài toán kỹ thuật khác nhau.

Kiến trúc nhạy cảm chi phí

Một góc nhìn thú vị khác cần cân nhắc là chi phí. Như thường thấy với các dịch vụ được quản lý, sự đánh đổi nằm giữa việc dùng giải pháp có sẵn và tự thiết kế, xây dựng, duy trì giải pháp phân tán toàn cầu của riêng bạn.

Vì biên được tối ưu cho phân phối nội dung toàn cầu, nó thường giảm chi phí phí egress. Tuy nhiên, lưu trữ dữ liệu tại biên phải được phân tán trên hàng trăm máy chủ biên, khiến chi phí lưu trữ và thao tác dữ liệu có vẻ đắt hơn so với dịch vụ đám mây theo khu vực, vốn thường chỉ sao chép dữ liệu trên 2-3 vùng sẵn sàng.

Hãy xem một vài con số, tập trung vào lưu trữ khóa-giá trị cho 3 dịch vụ biên (Cloudflare Workers KV, Fastly KV, CloudFront KeyValueStore) và 2 dịch vụ đám mây (Redis serverless trên AWS và DynamoDB on-demand trên AWS):

* cho mỗi KB 

** 25 GB đầu tiên miễn phí

Một vài khác biệt và nhận xét thú vị:

1. Cloudflare không tính phí truyền dữ liệu nhưng thao tác xóa có chi phí như thao tác ghi.
2. Fastly không tính phí thao tác xóa, nhưng bạn bị giới hạn ở 250k ghi và 5M đọc mỗi tháng (trừ khi trả tiền cho add-on).
3. CloudFront KeyValueStore dường như được tối ưu điên rồ cho đọc, nhưng ghi lại cực kỳ đắt so với các lựa chọn khác.
4. Redis có vẻ khá rẻ, nhưng cần nhớ là $0.0038 mỗi KB, nên nếu bạn đọc hay ghi 5KB, chi phí sẽ gấp 5 lần (vẫn khá rẻ).
5. DynamoDB không chỉ là kho khóa-giá trị, nhưng hoàn toàn có thể dùng theo cách đó, và vẫn có vẻ rẻ hơn khoảng một bậc độ lớn so với các dịch vụ biên.

Mặc dù các dịch vụ đám mây có thể trông rẻ hơn, điều quan trọng là chúng không hoạt động ở quy mô toàn cầu theo mặc định. Bạn có thể bật DynamoDB Global Tables hoặc Amazon ElastiCache Global Datastore (mặc dù nó không tương thích với ElastiCache serverless, vì vậy bạn cũng sẽ phải quản lý nhiều cụm).

Ví dụ, nếu bạn bật DynamoDB Global Tables trên 10 khu vực, chi phí ghi và lưu trữ sẽ nhân lên 10 lần, tức là $7.60 cho mỗi 1M ghi và $3 cho 1GB/tháng. Điều đó đã đắt hơn các phương án biên và mới chỉ cho 10 khu vực (so với hàng trăm máy chủ biên).

Các trường hợp sử dụng thực tế cho Điện toán Biên

Vậy thực tế có thể làm gì tại biên? Có nhiều trường hợp sử dụng thú vị, và tôi hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn xác định điều gì phù hợp cho sản phẩm của mình.

Một vài ví dụ:

• Xác thực: Triển khai CAPTCHA tại biên, xác thực không mật khẩu, hoặc xác thực JWT có thể giảm tải cho origin bằng cách thực hiện các thao tác stateless tại biên không cần truy cập cơ sở dữ liệu hay tài nguyên origin khác.
• Thu thập dữ liệu: Tích hợp với nguồn dữ liệu bên ngoài hoặc điểm đến dữ liệu, chuyển tải việc theo dõi phía khách và phía máy chủ sang biên để tránh SDK nặng trong trình duyệt hoặc nút thắt cổ chai hiệu năng trên máy chủ.
• Bổ sung theo địa lý: Nâng cao website của bạn với nội dung “gần bạn” được lưu tại biên, triển khai chuyển hướng bản địa hóa (/en -> /fr), geofencing hoặc giới hạn theo quốc gia bằng API định vị địa lý.
• Cá nhân hóa nội dung: Lưu trữ và hiển thị bài viết vừa xem hoặc sản phẩm được đề xuất tại biên, triển khai tường phí cho nội dung cao cấp, hoặc dùng A/B testing để cung cấp nội dung cá nhân hóa, theo ngữ cảnh trong khi giảm thiểu độ phức tạp tại origin.
• Tối ưu SEO: Thao tác header HTTP và phản hồi HTML trực tiếp tại biên để triển khai chính sách lưu đệm tùy chỉnh, ghép nội dung, hoặc thuật toán nén tùy biến.
• Bảo mật: Tích hợp WAF (Web Application Firewall) tùy chỉnh hoặc triển khai header bí mật và logic kiểm soát truy cập tùy chỉnh.

Hoặc bạn có thể thiết kế cả một sản phẩm hay bộ sản phẩm vận hành gần như hoàn toàn tại biên—đúng như những gì chúng tôi đang làm tại Edgee.

Kết luận

Tôi hy vọng bài viết này đã làm rõ rằng CDN không còn chỉ giới hạn ở lưu đệm và bảo vệ DDoS - chúng nay cung cấp vô số dịch vụ giá trị cho nhà phát triển. Biên là một cách mới để xây dựng ứng dụng hoặc tích hợp tính năng mới trong khi giữ origin nhanh và đơn giản.

WebAssembly có rất nhiều tiềm năng, không chỉ cho trình duyệt mà còn cho thực thi nhị phân phía máy chủ và tại biên. 

Đám mây sẽ vẫn ở đây, và biên bổ khuyết những hạn chế của nó bằng cách cho phép tạo ra các ứng dụng phân tán toàn cầu với độ trễ và chi phí tối ưu. Khuyến nghị cá nhân của tôi là hãy thiết kế và xây dựng kiến trúc nhạy cảm chi phí, vì đây là kỹ năng then chốt để trở thành nhà phát triển hoặc kiến trúc sư hiệu quả hơn.