بخشی از مقاله
تحمل پذیری خطا در رایانش ابری
چکیده -تحمل خطا یکی از نگرانی های عمده برای تضمین در دسترس بودن و قابلیت اطمینان خدماتی حیاتی و هم چنین اجرای برنامه های کاربردی است .به منظور به حداقل رساندن تاثیر خرابی بر روی سیستم و اجرای صحیح و موفق برنامه های کاربردی، خرابی بایدپیش بینی شده وفعالانه مدیریت و کنترل گردد .روش های تحمل خطا در واقع برای پیش بینی این خرابی ها و انجام یک اقدام مناسب قبل از خرابی میباشد. در این بخش روش های تحمل خطای موجود در رایانش ابری بر پایه سیاست های تحمل خطا، چالش ها و ابزار های مورد استفاده جهت پیاده سازی تحمل خطا در رایانش ابری مورد بحث قرار میگیرد و تحمل پذیری اشکال یکی از مهم ترین موضوع در بحث رایانش ابری است .نوع های مختلفی از تحمل پذیری اشکال وجود دارند که یکی از آنها تحمل پذیری اشکال در رایانش ابری بلادرنگ است. سیستم های بلادرنگ با داشتن امتیازاتی از قبیل ابزارهای محاسبات قوی از اهمیت بسزایی برخوردارند در رایانش ابری بلادرنگ استفاده از نودهای پردازشگر احتمال اشکال را بالا میبرد و از طرفی چون سیستم های بلادرنگ از لحاظ ایمنی بحرانی هستند باید قابلیت اطمینان آنها افزایش یابد از اینرو تقاضا برای دستیابی به سیستم هایی با قابلیت تحمل اشکال در سیستم های بلادرنگ رو به افزایش است به همین ترتیب در تحمل پذیری اشکال بایزنتاین که مبحث مهمی در ابرهای بهم پیوسته و در رایانش ابری با منابع اختیاری است.
کلید واژه- محاسبات ابری- میان ابر- لایه بستر یا پلتفرم - اشکال بایزنتاین
-1 مقدمه
محاسبات ابری نمونهای است که منابع بیرونی همه نیازها را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزاری را در اینترنت تهیه میکند .حرکت در جهت آینده محاسباتی را مثل سرویسگرا توسط مدیریت و فرایندهای اجرایی که شامل ارتقاء نرم افزار و ثابتهای اشکال است صورت میشود.
اما محاسبات ابری برای همه مناسب نیست و نقاط قوت و ضعف متعددی دارد .ما، در این مبحث به کاربرانی که می توانند از مزایایی محاسبات ابری استفاده کنند و همچنین کاربرانی که نیازی به استفاده از این گرایش جدید ندارند، اشاره می کنیم .محاسبات ابری، یک تغییر بسیار عمده را در چگونگی ذخیره سازی اطلاعات و اجرای برنامه های کاربردی به وجود آورده است به جای قرار گرفتن برنامه های کاربردی و داده ها بر روی یک کامپیوتر شخصی منفرد، همه چیز بر روی ابر که مجموعه ای متشکل از چندین کامپیوتر و سرور است که از طریق اینترنت به آن ها دسترسی مییابیم میزبانی می شود. این نوع محاسبات مبتنی بر وب، شما را از گرفتاری های مرتبط با استفاده از کامپیوترهای دسک تاپ رهایی میبخشد و اشکال جدیدی از همکاری گروهی را پیش روی شما باز میکند.
-2 زیر ساخت
سرویس های زیرساخت ابری زیرساخت رایانه ای را که عموما یک بستر مجازی است را به صورت سرویس ارائه می دهند .کاربران به جای خرید سخت افزار و نرم افزار و فضای مرکز داده( دیتا سنتر )ویا تجهیزات شبکه، همه این زیر ساخت ها را به صورت یک سرویس کاملا برونسپاری شده می خرند. صورتحساب سرویسمعمولاً بر اساس مدل رایانش همگانی و میزان منابع مصرف شده صادر می شود و بنابراین هزینه منعکس کننده میزان فعالیت است ؟این شیوه در واقع تکامل یافته مدل عرضه سرورهای خصوصی مجازی است؟
-3 میان ابر
میان ابر، ابری جهانی از ابرهای به هم پیوسته است که از گسترش مفهوم اینترنت به عنوان شبکه شبکه ها نتیجه می شود .این واژه نخستین بار در سال 2007 توسط کوین کلی بکار رفت که نظر خود را اینگونه بیان ما سرانجام به میان ابر خواهیم رسید که ابر ابرهاست .این میان ابر ابعادی به اندازه یک ماشین کرد که این واژه در سال 2007 مقبولیت عام یافت و .متشکل از تمام سرورها و شرکت کننده های روی زمین است همچنین برای توصیف مراکز داده آینده بکار رفته است
-4 مستقل از سخت افزار
در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره میکنیم .شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید .کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند .حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند .دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
ویژگی های کلیدی از دیدگاه سخت افزاری رایانش ابری در مقایسه با فناوری
های مشابه قبلی سه جنبه جدید دارد:
1. ایجاد تصور و توهم دسترسی به منابع نامحدود فناوری اطلاعات در زمان تقاضا و درنتیجه، از بین بردن نیاز کاربر به برنامه ریزی تدارک منابع فناوری اطلاعات برای مصارف آینده
2.
3. از بین بردن نیاز به سرمایه گذاری پیشاپیش برای منابع فناوری اطلاعات .شرکتهای تجاری می توانند در اندازه کوچکتر کارشان را آغاز کنند و بر اساس نیاز در زمان لخواه منابع سخت افزاری مورد نیاز خود را افزایش یا کاهش دهند.
.3امکان پرداخت برای استفاده از منابع فناوری اطلاعات در واحدهای زمانی کوتاه مدت مورد نیاز آن منبع( .مثال : برای پردازشگر در واحد ساعت؛ یا برای رسانه های ذخیره سازی در واحد روز) مزایای اصلی رایانش ابری عبارتند از:
چابکی :کاربر می تواند در زمان نیاز میزان منابع مورد استفاده را کاهش یا افزایش دهد.
هزینه :ادعا می شود که این فناوری هزینه ها را به میزان زیادی کاهش می دهد و هزینه سرمایه ای را به هزینه عملیاتی تبدیل می کند این به ظاهر موانع ورود به بازار را کاهش می دهد، زیرا رایانش ابر، مشتریان را از مخارج سخت افزار، نرم افزار و خدمات و همچنین از درگیری با نصب و نگهداری نرم افزارهای کاربردی به شکل محلی میرهاند .همچنین هزینه توسعه نرم افزاری را کاهش داده و فرآیند را مقیاس پذیرتر می نماید.
نابستگی به دستگاه و مکان :کاربران می توانند در هر مکانی و با هر دستگاهی( مثل به وسیله یک مرورگر وب از راه اینترنت به سامانه ها دسترسی داشته باشند.) چند مستاجری :این ویژگی امکان به اشتراک گذاری منابع و هزینه ها بین گروهی از کاربران را به وجود می آورد امنیت :به دلیل تمرکز داده ها و منابع امنیتی بیشتر و پیچیده تر امنیت افزایش می یابد،اما نگرانی ها به دلیل از دست دادن کنترل روی داده های حساس همچنان پابرجاست امنیت در رایانش ابری اغلب بیشتر یا برابر با سیستمهای سنتی می باشد، زیرا ارائه دهندگان رایانش ابری به منابع اختصاصی امنیتی دسترسی دارند که بیشتر مشتریان از عهده خرید این منابع بر نمی آیند.
نگهداری :به دلیل عدم نیاز به نصب برنامه های کاربردی برای هر کاربر نگهداری آسانتر و با هزینه کمترانجام می شود.
-5 نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید .در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره میکنیم:
در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود .از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید .نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است .وقتی شما آف لاین هستید، محاسبات ابری کار نمیکند.
-6 معماری نمونه رایانش ابری
معماری سامانه های نرم افزاری دست اندر کار در ارائه رایانش ابریعموماَ شامل اجزایی است که با یکدیگر از طریق رابط برنامه نویسی نرم افزار معمولاَ وب سرویس ارتباط برقرار می کنند این طراحی شباهتی با فلسفه یونیکس دارد که در آن چند برنامه مختلف که هر یک کاری را به خوبی انجام می دهند، با یکدیگر از طریق واسط های جهانی کار می کنند .پیچیدگی کنترل می شود و سامانه های حاصل مدیریت پذیرتر از همتاهای یکپارچه خود هستند.
-7 مدل های پیاده سازی
-1-7 ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده رایانش ابری در معنای اصلی و سنتی آن است .سرویس ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می دهد و بر اساس مدل رایانش همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می فرستد.
-2-7 ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای رایانش ابری بهره مند گردند .به دلیل اینکه هزینه ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می شود، این گزینه گران تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست ها را به همراه می آورد.
-3-7 ابر آمیخته
ابر آمیخته متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی،گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می باشد .با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده های کارتهای پرداخت آسانتر سازند.
-4-7 ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت رایانش ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده است . عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است .ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر( مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار )را فراهم می سازد .مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می شود .اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد .یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است .ابر خصوصی مجازی بخشی از زیر ساخت یک ابر عمومی است که برای استفاده اختصاصی یک سازمان کنار گذارده می شود و دسترسی به آن تنها از راه شبکه خصوصی مجازی امکانپذیر است.
-8 لایه ها
کاربر کاربر رایانش ابری متشکل از سخت افزار و نرم افزاری است
که برای تحویل برنامه های کاربردی از ابر استفاده می کند یا آنکه به طورویژه تنها برای تحویل سرویسهای ابرطراحی شده است که در هر دوی موارد بدون وجود ابر بی استفاده باشد .مثال :رایانه ها، تلفن ها و سایر دستگاهها، سیستم عامل ها و مرورگرهای وب.
لایه برنامه های کاربردی سرویس های برنامه کاربردی ابری یا »نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS) …نرم افزار را به صورت سرویس روی اینترنت تحویل می دهند و بدین وسیله نیاز به نصب نرم افزار روی رایانه های مشتریان را ازبین می برند و نگهداری پشتیبانی را ساده تر می سازد..
لایه بستر یا پلتفرم سرویس های بستر ابری یا » بستر به عنوان سرویس (PaaS)…بستر رایانشی ویا پشته راهکار- که اغلب روی زیرساخت ابری اجرا شده و برنامه کاربردی ابری را تغذیه می کند -را به صورت سرویس ارایه می دهد سرویس بستر ابری استقرار برنامه های کاربردی را بدون هزینه و پیچیدگی خرید و مدیریت لایه های نرم افزاری و سخت افزاری زیرین آسان می سازد لایه سرور یا زیر ساخت لایه سرورها متشکل از سخت افزار و نرم افزاری است که مخصوصا برای تحویل سرویسهای ابر طراحی شده اند .به عنوان مثال می توان از پردازنده های چند هسته ای و سیستم عمل های ویژه ابر نام برد.
-9 تحمل پذیری خطا
سیستمی تحمل پذیر اشکالاست که در صورت رخداد اشکال ، آن را تحمل کرده و به کار خود ادامه دهد. شاید بهتره در ابتدا یک تعریف از اشکال یا Fault داشته باشیم چون با این کلمه دو کلمه خطا و خرابی نیز در ذهن تداعی میشود اما بین این سه تفاوت وجود دارد.
-خرابی:هر گاه یک سیستم کار مورد انتظار را صحیح انجام ندهد یه خرابی رخ داده است.
-خطا:علت رخداد خرابی وجود یک خطا در سیستم است. -اشکال:علت یه خطا وجود یک اشکال در سیستم است. بررسی تحمل پذیری اشکال در رایانش ابری یک مبحث مهم در رایانش ابری، تحمل پذیری اشکال به
دلیل وجود منابع مختلف است که از تکنیک های متفاوتی برای حل این مشکل استفاده شده است و اهمیت این موضوع در بسیاری اززمینه ها غیر قابل انکار است به طور نمونه در سیستم های بلادرنگ که با استفاده از رایانش ابری پیاده سازی شدهاست اگرسیستم تحمل پذیر اشکال نباشد موجب خسارتهای جبران ناپذیری خواهد شد در ادامه انواع تحمل پذیری اشکال را به طورمشروح مورد بررسی قرار خواهیم داد.
تحمل پذیری اشکال در رایانش ابری بلادرنگ سیستم های بلادرنگ با داشتن امتیازاتی از قبیل ابزارهای
محاسبات قوی، محیط مجازی سازی با مقیاس پذیری بالا ازاهمیت بسزایی برخوردارند .در رایانش ابری استفاده از نودهای پردازشگر احتمال اشکال را بالا می برد و از طرفی چون سیستمهای بلادرنگ از لحاظ ایمنی بحرانی هستند باید قابلیت اطمینان آنها افزایش یابد از اینرو تقاضا برای دستیابی به سیستم هایی باقابلیت تحمل خطا در سیستم های بلادرنگ رو به افزایش است. در سیستم پیشنهادی که در شکل نمایش داده شده است که شامل نودهای پردازشگر است اشکال تحمل شدهاست در این سیستم، قابلیت اطمینان هر نود محاسبه میشود اگر هر نود نتایج درست تولید کند قابلیت اطمینان آن افزایش مییابد در غیر اینصورت کاهش مییابد. در این سیستم هم ازترمیم رو به جلو و هم از ترمیم رو به عقب استفاده میشود اماتمرکز آن روی ترمیم رو به جلو است و بخاطر استفاده از افزونگی سیستم تحمل پذیر اشکال شدهاست .این مدل که در شکل نشان داده شده است اشکال را براساس قابلیت اطمینان هر نودتحمل میکند هر ماشین مجازی براساس قابلیت اطمینان انتخاب میشود و میتواند حذف شود در صورتی که نتواند بخوبی برنامه بلادرنگ را اجرا کند. در این مدل ما دو نوع نود داریم یکی از اینها ماشین مجازی است که برروی زیرساخت ابر اجرا میشود و دیگری هم نود قضاوت است .ماشین مجازی شامل الگوریتم های برنامه کاربردی بلادرنگ و تست پذیرش برای تصدیق منطقی آن است و نودقضاوت کننده شامل چک کننده زمان، تخمین زننده قابلیت اطمینان و مکانیسم تصمیم گیرنده میباشد . مکان نود قضاوت کننده به نوع سیستم بلادرنگ و سناریوهایی که در آن اجرا می شود دارد میتواند بهبخشی از زیرساخت ابر یا بعنوان بخشی از زیرساخت کاربر باشد به طور کلی نزدیک سنسورها و یا محرکها واقع شده است.
در این آزمایش سه ماشین مجازی ایجاد شده است و الگوریتم های بلادرنگ در آن نصب شدهاست الگوریتم ده سیکل محاسبه دارد در اینجا یک بافر ورودی وجود دارد که ورودی یکسان به تمام الگوریتم ها میدهد ماشینهای مجازی پس از اجرا خروجی خود را به ماژول تست پذیرش برای بررسی منطقی میدهند و نتایج درست به ماژول چک کننده زمان فرستاده می شود تا بررسی شود که آیا هر نود توانسته نتیجه خود را در مهلت زمانی مقرر تولید کند یا نه . پس از آن در ماژول تخمین زننده قابلیت اطمینان به هر نود
