بخشی از مقاله
خلاصه
رایانش ابری جزء جدیدترین نسل سیستمهای توزیع شده است که به کاربران اجازه دهد تا به خدمات مبتنی بر وب به صورت کاملا پویا و مقیاسپذیر و بر اساس مدلهای مختلف نرخ خدمت دسترسی پیدا کنند. این موضوع علاوه بر این که باعث صرفهجویی در هزینه برای مصرف کنندگان میشود، به کاربران و مخصوصا شرکتهای کوچک و متوسط تجاری اجازه دسترسی به آخرین نرم افزارها، زیرساختها و همچنین مدیریت بهتر منابع توزیع شده به منظور نوآوری و رقابت با شرکتهای بزرگ تجاری را میدهد. از سوی دیگر توانایی مدیریت و آنالیز حجم عظیم دادههای تولید شده به عنوان عاملی کلیدی در راستای برتری رقابتی این شرکتها محسوب میشود. به همین علت شرکتهای تجاری و مراکز تحقیقاتی از الگوی برنامههای جریانکاری آنالیز داده برای سیاستگذاری و تصمیمگیری بهتر استفاده میکنند.
با این وجود استفادهکنندگان از این فناوری با دو چالش بزرگ روبرو هستند؛ تضمین محرمانگی دادهها در بستر رایانش ابری و عامل بسیار مهم نحوه دسترسی و تبادل اطلاعات با مراکز داده است. هدف از این مقاله، بررسی و ارائه الگوریتم زمانبندی برنامههای جریانکاری آنالیز داده برای تضمین محرمانگی اطلاعات در ابرهای ترکیبی متحد شده میباشد، به صورتی که دو معیار اصلی هزینه اقتصادی و زمان اجرا در زمانبندی را بهینه نماید و زمانبندی وظایف داده پرمصرف را با توجه به مکان استقرار آنها صورت پذیرد. در پایان، پیاده سازی و ارزیابی الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با سایر الگوریتمهای شناخته شده در این زمینه صورت خواهد گرفت. با توجه به مقایسههای انجام شده، الگوریتم پیشنهادی نسبت به روش مشابه ارائه شده، درصد هزینه استفاده از ابرهای عمومی را کاهش داده است.
.1 مقدمه
در طول چند سال گذشته، مفهوم رایانش ابری* و مجازی سازی شتاب چشمگیری را بدست آورده است و به یک اصطلاح عمومی در فناوری اطلاعات تبدیل گردیده است. ابر یک مدل محاسباتی است که بر اساس تقاضای کاربران، خدماتی مانندِ نرمافزارها، میان افزارها و منابع محاسباتی مبتنی بر وب را ارائه میکند. این سیستمهای جدید، محققان و دانشمندان را قادر میسازند که برنامههای علمی با پردازشهای سنگین ، همچون برنامههای جریانکاری خود را بر روی بستر رایانش ابری اجرا نمایند. با این وجود، به علت مسائل امنیتی و مشکلات مربوط به محرمانگی اطلاعات در رایانش ابری، موسسات تجاری و تحقیقاتی ترجیح میدهند تا از الگویی به نام ابر ترکیبی استفاده نمایند.
[1] در مدل ابر ترکیبی، اطلاعات و پردازشهای حساس سازمان بر روی ابر خصوصی قرار داده میشود که این زیرساخت در داخل سازمان نصب و راهاندازی شده است و سایر اجزای اطلاعاتی که از حساسیت کمتری برخوردارند، بر حسب نیاز به منابع دارای هزینه ابر عمومی انتقال مییابند.[2] اما برای استفاده بهینه از منابع قدرتمند زیرساخت ابر ترکیبی، نیاز به الگوریتمهای کارا و موثر زمانبندی است، که علاوه بر تامین محرمانگی و امنیت اطلاعات کاربر، بتوانند بهترین منابع را برای اجرای برنامههای جریانکاری علمی انتخاب نمایند.
طبق بررسیهای انجام شده توسط موسسه گارتنر، تا سال 2016 بیشتر هزینههای فناوری اطلاعات روی بسترسازی رایانش ابری خواهد بود و پیش بینی کرده است که نزدیک به نیمی از شرکتهای بزرگ دنیا تا سال 2017 از ابر ترکیبی استفاده خواهند کرد.[3] یکی از مدلهای شناخته شده در ابرهای ترکیبی، الگوی ابرهای ترکیبی متحد شده است که بجای استفاده از خدمات یک ابر عمومی، از سرویسهای چندین ابر عمومی در کنار منابع ابر خصوصی مستقر شده در سازمان استفاده مینماید.
[4] این تامینکنندههای ابر عمومی برای به اشتراک گذاشتن منابعشان با یکدیگر توافق کردهاند و با همکاری یکدیگر نیازهای پردازشی و ذخیرهسازی کاربران خود را برطرف میکنند.[5] برنامههای کاربردی پیچیده معمولا با استفاده از جریانهای کاری نمایش داده میشوند. متداولترین مدل نمایش جریانهای کاری، گراف ناچرخهای جهتدار - DAG - ** است که در آن،گرهها بیانگر وظایف محاسباتی و لبههای جهتدار نشان دهنده ارتباط بین وظایف هستند - شکل . - 1 این وظایف باید به گونهای روی منابع موجود نگاشت شوند که یک یا چند معیار کارایی بهینه شود. به این مسئله، زمانبندی برنامههای جریانکاری گفته میشود که جزء مسائل NP-Complete محسوب میگردد[6] ، بنابراین هیچ الگوریتم شناخته شده با مرتبه زمانی چند جملهای وجود ندارد که بتواند جواب بهینهای را برای حل این مسئله پیدا کند.[7]
شکل :1 نمونه گراف جریانکاری که توسط کاربر به سیستم داده میشود
در این مقاله یک رهیافت جدید برای حل مسئله زمانبندی جریانهایکاری با استفاده از الگوریتمهای ابتکاری ایستا در ابر ترکیبی متحد شده طراحی شده که نه تنها زمانبندی وظایف حساس جریانکاری روی منابع زیر ساخت داخلی سازمان - ابر خصوصی - تضمین نمایند بلکه در صورت نیاز، سایر پردازشهای جریانکاری تا رسیدن به مهلت اجرای برنامه - که توسط کاربر تعیین میشود - بر روی منابع ابرهای عمومی و با حداقل هزینه اجرا نماید. نتایج پیاده سازی و آزمایش الگوریتم ارائه شده نشاندهنده کارایی قابل توجه الگوریتم برای سه معیار بهینه سازی زمان، هزینه و مکان اجرای وظایف است.
.2 کارهای انجام شده
با توجه به ویژگیهای مهم رایانش ابری ، مانند حفظ امنیت منابع ، تغییر مقیاس زیرساخت به صورت پویا و یا مدل مبتنی بر پرداخت به اندازه استفاده، روشن است که به روشهای جدیدی برای زمانبندی جریانهایکاری به منظور استفاده از قابلیتهای منحصر بفرد الگوی رایانش ابری نیازمند است؛ همچنین این روشهای زمانبندی باید با حفظ کامل کارایی خدمات به دنبال کاهش هزینه مصرف کننده باشند؛ بهطوریکه سازمانهای تجاری و یا تحقیقاتی متقاعد شوند که نه تنها اتصال به منابع ابر عمومی ازنظر امنیتی مشکلی را ایجاد نمیکند، بلکه با قیمت ارزانتر در اختیارشان خواهد بود.علاوهبراین، روشهای زمانبندی پیادهسازی شده در الگوی رایانش ابری باید از توافقنامه سطح خدمت که بین عرضه کننده خدمات و مصرفکننده وجود دارد، به منظور حفظ کیفیت دسترسی و کارایی خدمات در وضعیت مطلوب کاربر آگاهی داشته باشد.
عوامل متعددی بر روی فرآیند زمانبندی تأثیرگذار هستند که هر یک از آنها توسط Wieczorek و همکاران[8] مورد بررسی قرارگرفته است. اولین ویژگی در فرآیند زمانبندی، تعداد معیارهای کیفیت سرویس است که به دو گروه به نامهای تک معیار که در این الگو بهینهسازی تنها برای یک معیار صورت میگیرد - معمولاً زمان اجرا - و چند معیار که زما بند سعی می کند چندین معیار را به طور همزمان بهینه نماید، تقسیم می گردد. در رایانش ابری بر مبنای الگوی چند معیار، فرآیند زمانبندی انجام می شود. ویژگی بعدی، میزان پویایی مدل زمانبندی است. این ویژگی به رابطه بین فرآیند زمانبندی و اجرای جریان کار میپردازد.
