بخشی از مقاله
چکیده
عبارت محاسبات ابری با استفاده از فنآوریهای موجود مانند محاسبات موازی، محاسبات شبکه، توزیع محاسبات، فنآوری نظیر به نظیر، مجازیسازی و ... بهوجود آمده است. توازنبار یک تکنیک به اشتراکگذاری تکه ابری از گرههای بار زیادی به حرکت گره است .در محاسبات ابری، به دلیل ویژگیهای ارتجاعی آن، توازن بار یک مسئله حیاتی است که به عنوان پردازش اطلاعات بصورت مرکزی در شبکه با استفاده از ماشینهای مجازی رخ می دهد. توازن بار در به حداقل رساندن مصرف بیش از اندازه منابع، تحمل خطا، مقیاس پذیری، افزایش توان عملیاتی، زمان پاسخ و ... کمک میکند. تعادل بار بخش مهمی از محیط رایانش ابری است که تضمین میکند همه پردازندهها و وسایل، حجم کاری یکسانی را زمان مساوی انجام میدهند.
مدلهای متفاوت با تعادل بار در رایانش ابری با هدف ایجاد منابع ابری در دسترس برای کاربران نهایی توسعه یافته است. توزیع سیستم workload و balancing همهی درخواستهای ورودی در بین همه نودهای پردازشی در محیطهای رایانش ابری، یکی از مهمترین چالشها در دنیای این تکنولوژی است. بسیاری از الگوریتمهای رایانش ابری برای سیستم های توزیع شده ارائه شده است. بعلاوه روش واسطه برای توزیع workload در بین مرکز دادهها در یک محیط رایانش ابری یکی از مهمترین فاکتورها برای بهبود عملکرد سیستم است.
در این مقاله هدف ما فراهم کردن یک تحقیق اجمالی است از تکنیک های مختلفی که اخیرا برای توازن بار در رایانش ابری معرفی شده است. معیارهای تجزیه و تحلیل، اهداف، دستاوردها، چالشهای تکنیکهای متعادل کننده بار مورد بحث و مقایسه قرار خواهد گرفت. این مقاله حالت ابزارهای تعادل بار هنری و تکنیک های سالهای 2004 تا 2015 را بررسی میکند. شیوههای موجود را با هدف فراهم کردن تعادل ابری در روشی منصفانه دسته بندی میکنیم. با این دستهبندی نگاه مختصری بر مدلهای اصلی منطبق با هر روش فراهم خواهد شد.
کلید واژه ها:رایانش ابری، load balancing، ماشین مجازی، الگوریتمها
مقدمه
فناوری محاسبات ابری ایدهی بهینه سازی منابع از شبکه جهانی را ارایه کرده است. مشخص گردیده که پردازش اطلاعات مرکزی با دامنه محاسبات وسیعتر و سیستمهای ذخیرهسازی از طریق دسترسی به اینترنت سریع و کارآمد تر است. هنگامی که محاسبات از طریق مراکز داده راه دور صورت می گیرد - و نه محلی - آن به عنوان محاسبات شبکه محور و محتوای شبکه محور نامیده می شود. با این ایده و با پیشرفت در فنآوری اینترنت دو مدل محاسباتی جدید به طور گسترده پذیرفته شده است، محاسبات شبکه و ابر یا ابزار محاسبات که در آن محاسبات ابری تازه ترین روش است.محاسبات ابری یک پارادایم جدید از فنآوری اینترنت برای ارائه مجوز به زیرساخت های محاسباتی است که به نیاز سخت افزار به عنوان سرویس مجازیسازی سخت افزار و نرم افزار سیستمها در مراکز داده اشاره دارد.
سختافزار و نرمافزار سیستمها در مراکز داده به عنوان یک ابر نامیده میشوند. این ابر منجر به محاسبات ابزاری بعنوان سخت افزار و نرم افزاری که در مراکز دادهای بزرگ متمرکز شدهاند، میشود و کاربران میتوانند به ازای فضا و منابع تخصیص داده شده، هزینه پرداخت نمایند. این تکنولوژی بصورت پایه از فنآوری اینترنت برای ارایه سرویس های ارتجاعی استفاده میکند. اصطلاح " محاسبات ارتجاعی" به معنی توانایی تغییر تعداد منابع مورد استفاده با ایجاد تغییر در حجم کار در زمان واقعی میباشد. این ویژگیها، صنعتی بزرگ با پارادایم محاسبات جدید، ایجاد میکند. هنگامی که محاسبات ابری در فاز اولیه خود است، دچار مسائل مختلفی مانند امنیت، مجازی سازی، تخصیص ظرفیت، حفظ تعادل بار، بهینه سازی مصرف انرژی و ارائه کیفیت سرویس گارانتی است.
ابر وارث برخی از این چالش ها از محاسبات موازی و توزیع شده میباشد اما با چالش های عمده ای مواجه است.هزینه در لحظه می باشد. امروزه بیشتر از صدها میلیون قطعات کامپیوتری متصل به اینترنت وجود دارند. این قطعات درخواست خود را بدون تاخیر ارائه و پاسخ را دریافت میکنند. شکل 1 نشان می دهد که قطعات متفاوت - تبلت ها، PC ها و لپ تاپ ها - متصل می شوند و به داده ها از طریق یک ابر در لحظه دسترسی دارند. مهمترین اهداف ابر کاهش هزینه، بهبود زمان پاسخ، فراهم کردن عملکرد بهتر می باشد، بنابراین ابر همچنین انباره ای از سرویسها نامیده میشود.
بارگذاری انواع گوناگونی از منابع را دارد همچون CPU، شبکه و ظرفیت حافظه. در بحث رایانش ابری، توازن بار بارگیری ماشینهای مجازی را در بین تمام نودها - کاربران نهایی - جهت بهبود منابع، کارایی سرویس ها به اشتراک میگذارد و رضایت کاربران را فراهم میکند. به دلیل اشتراک بارگذاری، هر نود به شکل کارآمدی کار میکند، دادهها میتوانند بدون تاخیر دریافت و ارسال شوند. الگوریتم توازن بار دینامیک از اطلاعات سیستم در حال توزیع بار استفاده میکند. یک شمای دینامیک، منعطفتر و در مقابل خطاها مقاومتر است. توازن بار تسهیلات شبکه پیشرفته و منابع را برای پاسخدهی و عملکرد بهتر توانمند میسازد. چندین الگوریتم برای بالانس کردن دادههای ابری در میان نودها استفاده می شوند. بارگیری همه کاربران توسط ایجاد کننده ابر برای تدارک سرویس های نرم مدیریت می شود.
بنابراین الگوریتم ارائه شده توسط cloudاستفاده خواهد شد.رایانش ابری روش منعطفی است برای نگهداری داده ها و فایلها که انتزاعیسازی، محاسبه توزیعشده و سرویسهای وب را فراهم میکند که شامل المان های متفاوتی مانند client و سرورهای توزیع شده است. هدف رایانش ابری فراهم کردن بیشترین سرویسها با حداقل توازن بار معمولا روی مقدار زیادی ترافیک داده و سرویسها برای توزیع کار بکار برده میشود. ساختارهای پیشرفته در ابر برای رسیدن به سرعت و کارایی، پذیرفته شدند. چندین مشخصه توازن بار عبارتند از: تقسیم مساوی کار در بین تمام نودها، سهولت در رسیدن به رضایت کاربران، بهبود عملکرد کلی سیستم، کاهش زمان پاسخ و فراهم کردن سرویس برای رسیدن به کارایی کامل منابع. شکل2 توازن بار در رایانش ابری را نشان می دهد.
کارهای مرتبط
بعنوان مثال اگر برنامه کاربردی بر روی ابر با صدها کاربر بسازیم انتظار می رود که در هر لحظه بتوانیم به آن دسترسی داشته باشیم. بنابراین زمان پاسخ به صد نفر بسیار آهسته خواهد بود و سرورها خیلی سریع شلوغ خواهد شد که نتیجه آن سرعت پاسخ دهی کم و عدم رضایت کاربران میباشد. اگر توازن بار را روی برنامه کاربردی بکار ببریم،کار روی نودها توزیع خواهد شد و میتوانیم به عملکرد بالاتر و پاسخدهی بهتر برسیم.رایانش ابری اغلب تحویل منابع درخواستی اینترنت را براساس pay-for-use مطابق با تعریف NIST رسمی انجام میدهد، رایانش ابری مدلی است برای ارایه شبکه ای در دسترس و قابل پیکربندی در هر لحظه - برای مثال شبکهها، سرورها، مخازن، اپلیکیشنها و سرویسها - که میتواند به سرعت فراهم و با حداقل تلاشهای مدیریتی یا تعامل ارائه دهنده سرویس ها آزاد شود.
در حالت کلی رایانش ابری عبارتی برای هر چیزی است که شامل سرویس های ارائه میزبانی روی اینترنت می باشد. این سرویس ها عمدتا به سه دسته تقسیم میشود: - زیر بنا به عنوان سرویس - infrastructure-as-a-service - IaaS - ، پلت فرم به عنوان سرویس platform-as-a-service - PaaS - و نرم افزار به عنوان سرویس Software-as-a-. service - SaaS - بیشتر دپارتمان های IT مجبور هستند سهم مهمی از زمان خود را روی پیاده سازی زیر بنا، نگهداری و ارتقاء صرف کنند. اما این روزها تیم های IT در حال حرکت به سمت تکنولوژی رایانش ابری برای حداقل کردن زمان صرف شده در فعالیت های کم ارزش می باشند و اجازه می دهند که IT روی فعالیتهای استراتژیک با تاثیر بیشتر روی تجارت تمرکز کند.
یک سرویس رایانش ابری سه ویژگی مجزا دارد که آن را به طور واضح از میزبانی سنتی متفاوت می کند. طبق درخواست معمولا بر اساس دقیقه یا ساعت فروخته می شود. الاستیسیتی مناسبی فراهم میکند، به این معنی که یک مشتری می تواند به اندازه ی مورد نیاز سرویس در زمان داده شده داشته باشد و سرانجام سرویس ها کاملا توسط ارائه دهنده سرویس های ابری مدیریت می شوند. از مزایای پردازش ابری که بگذریم، چالش ها و مسائل بسیاری در زمینه تحقیقات پردازش ابری مانند چالش های امنیتی، زمانبندی job ، کارایی انرژی، و توازن بار وجود دارد.
توازن بار یکی از عبارت های حیاتی در محیط های پردازش ابری و سیستم های توزیع شده عمومی است که عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار می دهند و وابسته به مقدار کار اختصاص داده شده به سیستم برای یک دوره ی زمانی معین می باشند. توازن بار پردازش توزیع مجدد work load سیستم عمومی در بین منابع سیستم برای بهبود عملکرد منبع و عملکرد سیستم می باشد. توازن بار در نظر گرفته می شود بنابراین هر ماشین مجازی در سیستم رایانش ابری مقدار یکسانی را انجام می دهد و بنابراین با افزایش
