بخشی از مقاله
ارزیابی کارایی برنامههای کاربردی برای ارائه کیفیت سرویس در رایانش ابری
چکیده
- کارایی Application ها به پیچیدگی تعاملهای بین لایهای Application ها، سرورها و زیرساخت شبکه وابسته است. یکی از دلایل مطرح دراجتناب از ابر ،کارایی و Latency در ارائه سرویس است.در این مقاله تمرکز ما بر روی ارزیابی کارایی Application ها در محیطهای شبکهای ابر است.در چار چوب معماری ابر،سرویس های داده و اطلاعات ، ذخیره سازی و پردازش و غیره ارائه می شود،اما در این بین چند چالش برای ارزیابی Application ها وجود دارد که باید بر روی آنها بحث شود.در این مقاله در ابتدا به معرفی چارچوب معماری ابر و سرویس های ارائه شده توسط آن میپردازیم. و در ادامه به طراحی یک مدل شبکه ابر با 4 سناریو مختلف میپردازیم و در نهایت با استفاده از تغییر پارامترها در شرایط مختلف به سنجش کارآیی ارائه سرویس ویدئو بعنوان یک Application پیکربندی شده در ابر میپردازیم. ابزار مورد استفاده برای سنجش کارایی،شبیه ساز Opnet Modeler است.مدل سازی با Opnet بدین معناست که ما می توانیم با اطمینان مشخصات طرح را ارائه کرده تا بدین وسیله بدرستی در طول چرخه طراحی در پارامترهای زمان و هزینه صرفه جویی نماییم. کلید واژهها: ابر ، رایانش ابری ، کیفیت سرویس، latency ،Opnet Modeler
1. مقدمه
رایانش ابری از مجموعهای از گروه ها مانند مصرف کننـدگان ابر و فروشندگان ابر کـه تعریـف کننـده مجموعـه سـناریو هـای مشترک برای ابر بشمار میآیند استفاده میکند. استفاده از ایـن مجموعه سناریوها ،کارایی ،مزایا و منافع اقتصادی رایانش ابری را که مبتنی بر پیش بینی نیاز های وسیع مصرف کنندگان اسـت را نشان می دهد. ابر باید یک محیط باز را توسعه دهد و محـدودیت فروش را به حداقل برساند و قدرت انتخاب کاربر را افزایش دهد.
.2 طرح پیشنهادی و بیان مسأله
طرح حاضر با هدف بررسی یافتن یک جایگزین واقعی برای توزیع و انتقال برنامههای کاربردی چند رسانهای نوظهوری ماننـد انتقال برنامه های زنده تلوزیـونی و تقاضـای تصـویر (VOD1) بـا استفاده از زیرساخت ابر تهیه شده است. کـه نتـایج ایـن تحقیـق مفید بودن این جایگزین را نشان میدهد. در ایـن مقالـه مـا بـه بررسی مساله افزایش یا کـاهش کـارآیی بـا افـزایش درخواسـت مشتریان مـیپـردازیم و در بـاره ارائـه راهکارهـایی بـرای حفـظ کارایی(ثابت نگه داشتن زمان پاسخ در زمان افـزایش درخواسـت ها) با افزایش درخواستها بحث خواهد شد. در واقع رفتار Client ها در دو حالت Local و Remote برای تقاضـای Application از شبکه محلی(درون سازمانی) و شبکه ابر مورد مقایسـه و ارزیـابی قرار گرفته است و هدف آن دریافت ایده هایی از حالـت Local و تطبیق و پیـاده سـازی آن در حالـت Remote مـی باشـد یعنـی اینکه همانطوریکه ویدئو بصورت محلی با کیفیـت و زمـان پاسـخ کمتری مطالبه مـی شـود بتـوانیم در حالـت Remote هـم ایـن شرایط را به تثبیت برسانیم.در واقع هـر Application را قبـل از استقرار در ابر و بعد از استقرار در ابر مورد بررسـی قـرار میـدهیم .در این مقاله سرویس ویدئو بعنوان Application انتخـابی ارائـه شده از سوی ابر میباشد.
در این مقاله سعی بر پاسخ دهی بـه ایـن سـه سـوال چـالش برانگیز پیرامون مسـاله کـارایی کیفیـت سـرویس ارائـه شـده بـه مشتری در معماری رایانش ابری میپردازیم کـه ایـن سـه سـوال عبارتند از: با توجه به نرخ ورود درخواسـت هـای سـرویس و بـا توجه به نرخ خدمات وب سرور و مرکز خـدمات، چـه سـطحی از QOS را میتوان برای خدمات تضمین کرد؟
با حداقل نرخ خدمات ارائه شده در وب سرور و مرکز خـدمات بر اساس نرخ ورود مشتریان چه زمان پاسخی تضمین میشود؟
چه تعداد از مشتریان میتوانند پشـتیبانی شـوند ،در حالیکـه زمان پاسخ آنها نیز تضمین شده باشد؟
QOS[3] .2,1
QOS تلاشی جمعی برای فراهم کردن کارایی سـرویس اسـت که درجه رضایتمندی کـاربر را از دو جنبـه کـاری تعیـین مـی-کند.این دو جنبه عبارتند از جنبـه تکنولـوژی گـرا و سـرویس - گرا.QOS مبتنی بر تکنولوژی از نقطه نظـر تکنولـوژیکی بررسـی میگردد.QOS مجموعهای از ابزارها و مکانیزمهایی میباشـد کـه در دسترس مدیران شبکه قرار دارد تا بدین وسـیله قـادر یاشـند سطح قابل قبولی از ارائه خدمات بـرای بسـتههـای IPای کـه در سرتاسر شبکه در حال حرکـت هسـتند را فـراهم کننـد. .میـزان رضایتمندی توسط پارامترهای زیر سنجیده میشود:
End-to-End Delay Jitter or Delay Variations Throughput
فرآیند فراهم کردن این الزامات Qos را تامین می کند.
[4] .2,2اهمیت تامین QOS
ایده بنیادی نهفته در QOS به این مساله بر میگردد که ترافیک میتواند در سطوح مختلف سرویس ارائه گردد. همچنین میزان ترافیک مجازی که میتواند وارد شبکه شود، بر اساس منابع در دسترس قابل کنترل میباشد.QOS به مدیران شبکه این اجازه را میدهد که با تعریف سیاستهای سرویسی مختلف مقدار ترافیک اختصاص داده شده به برنامههای کاربردی خاص و کاربران نهایی ر ا تعیین کنند.QOS این امکان را فراهم میکند تا بتوانیم سیاستهایی برای دستگاههای شبکه و کاربران نهایی اعمال نماییم و اینکه به ترافیک های بحرانی پهنای باند بیشتری اختصاص داده شود.دلیل اصلی برای تامین کیفیت این است که دادههاذاتاً هجومی1 است و بدون توجه به ظرفیت شبکه تصادم اتفاق خواهد افتاد QOS. مکانیزمی مهم برای تعریف سطوحی از سرویس بر اساس زیرساخت شبکه موجود است.
QOS .2,3 موردنیاز ویدئو[4]
نیازمندیهای برنامههای کاربردی ویدئو مبتنی بر عوامل متعددی از جمله الگوریتمهای کدینگ، درجه حرکت مورد نیاز در ترتیب و دنباله تصویر، وضوح و تفکیک پذیری مورد نیاز در تصویر میباشد.
QOS[5] .2,4 موردنیاز DATA
QOS موردنیاز برنامههای کاربردی داده ، شامل طیف گسترده ای از عوامل است. مهم آن است که مشتری برای پروفایل برنامه کاربردی ،درک اساسی از نیازهای پایه برنامه کاربردی خود و ترافیک را پیدا کند.
گام بعدی این است که QOS ارائه شده درون شبکه سازمانی ترسیم و داده های مبتنی بر آن را دسته بندی کنیم.
VIDEO ON Demand As An .2,5 Application(VoDAA)
به مراتب برای درک کامل برنامه های کاربردی سرور و منـابع ذخیرهسازی و تکنولوژیهای مجازی سازی روشهای پیشـنهادی زیادی وجود دارد که یکی از این روشها روش اقتصاد محور می-باشد. در این روش اجازه داده میشود برنامهها بین سرور و منابع ذخیرهسازی به اشتراک گذاشته شوند. البته ایـن روش بـا هـدف ارائه ترکیبی مناسب از منابع ذخیره سـازی و سـرور مبتنـی بـر تعداد مشترکان فعال میباشـد، که در شـکل 2 نشـان داده شـده است. در زیر لیستی از اجزا بـه همـراه توضـیحات مربوطـه بیـان شده است :
: Reservation(R) کاربر درخواست اتصال بـه سـرور و منـابع ذخیرهسازی را دارد.
: Authorization and Control(AUC) رزرو منـابع و اطـلاع رســانی بــه کــاربر بمنظــور در دســترس بــودن منــابع و کنتــرل تخصیص بوسیله SLA1 تعریف شده.
: Allocation(Al ) تخصیص منابع به کاربر
: Resource Manager(RM) مدیریت CPU، حافظـه ،پهنـای باند شبکه و منابع ذخیرهسازی
: Server/Storage Virtualization Management نگهداری و مدیریت ماشینهای مجازی و دیسکهای مجازی
: Optimization Manager(OM) بهینــهســازی کــارایی تجهیزات سخت افزاری.
VOD میتوانــد بعنــوان یکــی از سرویســهای ابــر ، در میــان مشتریان ابر از طریـق برنامـههـای کـاربردی کـاربر مشـروط بـه درخواست آن تامین شود.به شکل 3 توجه کنیـد.تعامـل اصـلی میان اجزا معماری در زیر شرح داده شده است:
کاربر درخواست رزرو منابع را از طریق برنامه کاربردی ابـر بـه شبکه ابر تحویل میدهد ( شبکه ،منابع ذخیـره سـازی و سـرور)، AUC درخواست کاربر را برآورده میکنـد امـا قبـل از آن منـابع تخصیص یافته را بر اساس SLA بررسی و کنتـرل میکنـد. OM
با VM و Vdisk برای سرویسدهی به درخواست کاربر بـا هزینـه پــایین و کــارایی بــالا مــذاکره مــیکنــد. و در نهایــت Al منــابع درخواستی را به کاربر تخصیص میدهد.
.2,6 انواع مدلهای سرویسی ارائه شده[1][2]
رایانش ابری شامل انوع مختلف از سرویسها است و میتواند بر روی چند لایه ارائه شود. سه مدل از قابلیتهای فناوری که بعنوان سرویس ارائه میشوند در زیر معرفی گردیده است. سه مدل ارائه شده عبارتند از :
: Software as a Service(Saas) یکـی از لایـههـای رایـانش ابری است که در آن کـاربران بـه سـادگی ازیـک مرورگـر بـرای دسترسی به نرم افزار که دیگران آن را توسعه دادهاند استفاده می کنند. در سطحSAAS، کاربران قابلیت کنترل و یـا دسترسـی بـه زیرساخت2 را ندارند.مدیریت ارتباط با مشتری گوگل، جی میـل از نمونههای ارتباطی رایگانی است که ازمدلSaaS رایـانش ابـری استفاده میکنند.(Armbrust و همکاران، (2009.
:Platform as a Service (Paas) یکی دیگر از لایههای رایانش ابری ، Paas است .در ایـن لایـه کـاربر از یـک محـیط Hosting برای برنامههای کاربردی خود اسـتفاده مـیکنـد. کـاربر در ایـن محیط میتواند برنامـه هـای اجـرا کـرده خـود را کنتـرل کنـد و همچنین ممکن اسـت بعضـی کنتـرلهـا را هـم بـر روی محـیط Hosting داشته باشد. اما در این مدل کاربر هیچ کنترلی بـر روی سیستم عامل،سـخت افـزار و یـا زیرسـاخت شـبکه نـدارد.عمومـا زیرساخت چارچوبی برای استقرار Application ها بحسـاب مـی آید.
