بخشی از مقاله
چکیده
با پیشرفت فناوری اطلاعات نیاز به انجام کارهای محاسباتی در همه جا و همه زمان به وجود آمده است. همچنین نیاز به این که افراد بتوانند کارهای محاسباتی سنگین خود را بدون داشتن سختافزارها و نرمافزارهای گران، از طریق خدماتی انجام دهند. رایانش ابری به عنوان یکی از فناوریهای تعیینکننده در آیندهی بسیاری از صنایع مطرح است. این فناوری انعطافپذیر است و منابع را به اندازهی درخواست کاربر تأمین میکند. این فناوری جدید به دلیل ویژگی هایش به سرعت محبوب شده است چرا که در رایانش ابری همه نوع امکانات به کاربران، به عنوان یک سرویس ارائه شده است. توازن بار یکی از نگرانیهای اصلی موجود در رایانش ابری است و بدون آن رایانش ابری بیمعنی میباشد و یا حداقل کارا نیست. در این مقاله الگوریتمی جهت بهبود توازن بار در محیط رایانش ابری پیشنهاد و سپس ارزیابی میشود. الگوریتم پیشنهادی ما از ترکیب الگوریتم حداقل-حداکثر و فازی بهره گرفته است و در نهایت نشان دادیم که در اکثر حالات الگوریتم ما از حالت غیرفازی بهتر رفتار میکند.
واژههای کلیدی: توازن بار، رایانش ابری، ماشین مجازی، زمان اتمام کل، منطق فازی.
-1 مقدمه
رایانش ابری به عنوان مخزنی از منابع و سرویسها است که از طریق اینترنت قابل دسترس است. رایانش ابری با فراهم کردن منابع مجازی شده استفاده از منابع و سرویس ها را برای کاربران خود آسوده میکند.[2]حضور گسترده و رو افزون شرکتهای بزرگی نظیر مایکروسافت، گوگل، آمازون، سان و... در عرصه رقابتی رایانش ابری، نشان از توسعه سربع و تسلط اینگونه از محاسبات در دنیای فناوری اطلاعات دارد..[3]در حال حاضر رایانش ابری از ابعاد مختلف موضوع بسیار بحثبرانگیزی است. از اینرو محققان زمان زیادی به بررسی ابعاد آن پرداختهاند. فنهای مجازیسازی1 و فناوریهای خودکارسازی بر روی بهبود این خدمات تمرکز کردهاند. ما اطلاعات و برنامههایی داریم که لازم است همیشه در دسترس باشند، به این ترتیب میتوانیم در ابر قرار دهیم و آن چیزی که در ابر قرار میگیرد، به طور فراگیر، پایدار و برای همیشه آنجا خواهد بود.[4]
یکی از فناوریهای مورد استفاده در رایانش ابری، مجازیسازی است. در محیط ابر انواع مختلف منابع نیاز است با استفاده از فناوری مجازیسازی به صورت مجموعهای از سرویسها ابر مجازیسازی شوند.[5] استفاده از مجازیسازی باعث افزایش بهرهوری منابع، کاهش تعداد کارها پذیرش نشده و باعث افزایش نرخ کارایی و مدیریت پویا منابع در رایانش ابری می شود.[6] منابعی که به صورت مجازی هستند میتواند در زمان استفاده کاربر بسته به تقاضای آن کم یا زیاد شوند.[7]هدف اصلی این مقاله بررسی الگوریتم پیشنهادی جهت توازن بار در رایانش ابری است و سپس مقایه بهبود روش پیشنهادی با حالت غیر فازی آن می باشد. توازن بار یکی از نگرانیهای اصلی موجود در رایانش ابری است و بدون آن رایانش ابری بیمعنی و حداقل کارا نیست
-2 محدودیت رایانش ابری
تمامی فناوریها علاوه بر محاسنی که دارا هستند، معایب و محدودیتهایی را نیز شامل میشوند و رایانش ابری نیز از این قاعده مستثنی نیست..[8] از جمله معایب و محدودیتهای موجود در رایانش ابری به اختصار در زیر شرح داده شده است:
1. التزام به محدویتهای اعمال شده از طرف سرویسدهنده: کاربران باید مقررات و محدودیتهای استفاده از سرویسها را که توسط سرویسدهنده تعیین میشود رعایت و پیش از ثبتنام آنها را به دقت مطالعه کنند.
2.حریم خصوصی: ممکن است که حریم خصوصی و اطلاعات محرمانهی او به مخاطره بیفتد.
3.ارتباط بین مشتری و سرویسدهنده: وابستگی به اینترنت بسیار بالاست. اتصال اینترنت همیشه قابلاطمینان و پایدار نیست و در همه جا قابل دسترس نیست - سازمانهای امینتی و غیره - .
4.امنیت:1 امنیت یک چالش بسیار مهم است به ویژه به هنگام ذخیرهسازی دادهها امنیت اهمیت دوچندان مییابد.
-3 توازن بار
یکی از این فنها که در بهینهسازی مجموعه دادههای بزرگ تاثیر به سزایی دارد توازن بار است. توازن بار یکی از نگرانیهای اصلی رایانش ابری است.[9] توازن بار در متعادل کردن بهرهبرداری از منابع پربار و کمبار تلاش میکند.[10] در سیستم سرورهای پربار منجر به تنزل کارایی در حالیکه سرورهای کمبار یا بیکار منجر به بهرهبرداری کمتر از منابع میشوند. توازن بار، روند تخصیص دوباره-ی بار به گرههای منحصر به فرد یک گره جمعی بهمنظور بهرهبرداری موثر از منابع، بهبود بخشیدن به زمان پاسخ، افزایش رضایت مشتری، بالابردن کارایی و بهطور همزمان حذف وضعیتی است که در آن برخی از گرهها بهشدت پربار در حالیکه برخی دیگر کمبار یا بیکار هستند. توازن بار یک مکانیسم لازم برای افزایش توافقنامه سطح خدمات برای استفاده بهتر از منابع میباشد.
-4 پیشینه تحقیق
برنامه ریزی وظایف در محاسبات ابری یک مسئله بهینه سازی NP-hard است .تعادل بار از وظایف مستقل غیر پیشگیرانه در ماشین های مجازی از جنبه های مهم برنامه ریزی کار در ابر است. در مقاله [11]، یک الگوریتم به نام رفتار زنبور عسل الهام گرفته موازنه بار ارائه شده است. که هدف آن دستیابی بار متعادل در سراسر ماشین های مجازی برای به حداکثر رساندن توان است .الگوریتم پیشنهادی همچنین مقدار زمان وظایف در صف انتظار به حداقل میرساند. نتایج تجربی نشان میدهد که الگوریتم زمانی که با الگوریتم های موجود در مقایسه موثر است .رویکرد نشان می دهد که بهبود قابل توجهی در متوسط زمان اجرا و کاهش در زمان از وظایف در انتظار صف وجود دارد.
در [12] یک الگوریتم یک استراتژی برنامه ریزی برای توازن بار منابع مجازی بر اساس الگوریتم ژنتیک ارائه شده است. با توجه به تاریخچه داده ها و وضعیت فعلی آنها در سیستم از طریق الگوریتم ژنتیک راه حلی با کمترین هزینه و تعادل بار را محاسبه میکند پیش از اینکه منابع بر روی سیستم استقرار یابند. که در واقع راه حل پیشنهادیشان مسئله هزینه و توازن بار را حل می کند. در پژوهش [13] به بررسی سه راه حل برای توزیع تعادل بار پیشنهاد داه است.که از روش های زنبور عسل جستجوگری رفتار، مغرضانه تصادفی نمونه برداری و خوشه بندی فعال الهام گرفته اند. هدف[14] از این مقاله ایجاد یک ابررایانه انتزاعی با استفاده از منابع آزاد در شبکه های گسترده برای بسترهای نامطمئن چون اینترنت می باشد.
از آنجایی که در گریدهای رایانشی بستر ارتباطی و موجودیت منابع بسیار پویا است لذا مدیریت منابع از جمله توازن بار از مسائل مهم می باشد. آنها در ابتدا به توضیح و تعریفی از محاسبات ابری و مزایا و معایب آن پرداخته شده است و سپس به شرح توازن بارو بررسی و ارائه الگوریتم هایی در زمینه فوق و شرح الگوریتم کلونی مورچه پرداخته شده است. در مقاله [1] الگوریتم های توازن بار موجود را به دو دستهی الگوریتمهای مسیریابی و بهینه سازی تقسیم نموده است و سپس مزایا و معایب آنها را به تفصیل تشریح کرده است. در نهایت مناسبترین الگوریتم توازن بار از بین الگوریتم های موجود بعنوان نتیجه این مقاله با دلایل قوی معرفی شده است. بدیهی است که این تحقیق توانایی روشن ساختن بسیاری از ابهامات برای محققان این حوزه را دارد.
-5 الگوریتم توازن بار پیشنهادی
نرخ درخواست رسیده به مرکز داده همیشه ثابت نیست گاهی تعداد زیادی درخواست در یک زمان جمع میشوند و روی کارایی الگوریتم توازن بار تاثیر میگذارند و زمان پردازش و زمان پاسخ را افزایش میدهند.کارایی الگوریتمهای توازن بار براساس نرخ درخواستهای رسیده یکسان نیست بعضی از الگوریتمها زیر بارکاری پایین کارایی بالایی دارند و برعکس.برای غلبه بر مشکل وضعیت نامشخص بارکاری، ما یک الگوریتم توازن بار جدید معرفی میکنیم توازن بار پیشنهادی یک الگوریتم توازن بار است که از مرکز داده برای توزیع کارهای رسیده بر روی ماشینهای مجازی از الگوریتم min-max و منطق فازی استفاده میکند.که شامل 3 مرحلهی زیر میباشد:
1.پیدا کردن ماکزیمم طول درخواست رسیده
2.پیدا کردن بالاترین ارجحیت برای ماشیننهای مجازی به کمک فازی کننده
3. اختصاص درخواست با بیشترین طول به ماشین مجازی با بالاترین ارجحیت
زمانی که مرکز داده درخواستها را دریافت میکند به کمک الگوریتم min-max که بیشترین طول درخواست را یافته و سپس به کمک منطق فازی ماشین مجازی مناسب براساس اطلاعات ارسالی از فازیکننده تخصیص میدهد. زمانی که ماشین مجازی کار اختصاص داده شده را به اتمام رساند به مرکز داده اطلاع میدهد. مراحل اصلی الگوریتم توازن بار پیشنهادی در شکل1 نمایش داده شده است:
