مقاله طراحی و ارزیابی هدیریت هنابع در شبکه گرید با استفاده از پاراداین لیندا

بخشی از مقاله

خلاصه: راه حل مشکلات پیچیده محاسباتی از چندین مسئله فرعی تشکیل می شود که باید همزمان و بصورت موازی بر حل آنها اقدام نمود. این امر مستلزم وجود چندین منبع و بکارگیری روشهای مناسب برای غلبه بر مسائل است. امروزه دیگر دستیابی به منابع متعدد یک مشکل بنظر نمیرسد بلکه همچنان جای این سوال باقیست که چگونه می توان این منابع را مدیریت کرد و با گرد آوری آنها بر حل مشکلات پیچیده، بآسانی اما با راندمان بالا دست یافت؟

پیشنهاد ما کاربرد سیستمی است که از مدل شبکه گسترده گرید برای مدیریت وظایف و از مدل لیندا برای هماهنگی گره های مختلف استفاده شود به این ترتیب که اعمالی مانند موازی سازی یا توزیع کار بر روی گره های مختلف برعهده سرویس دهنده لیندا و مدیریت وظایف از مسئولیت های سرویس دهنده گرید باشد. به این ترتیب مجموعه هماهنگ و قدرتمندی شکل می گیرد که پیچیدگی های منابع را مدیریت نموده، باعث توازن بار و استفاده مؤثر از منابع شده و در نتیجه افزایش کارایی سیستم را باعث می گردد. توزیعی و پیچیده محاسباتی را به صورت وظایف قابل موازی سازی تقسیم می کند و بر مبنای الگوی کارگر - کافرما با توزیع بار کار در میان گره های سیستم آنها را حل می نماید. این مقاله بروش ذیل تنظیم شده است :

بخش :2 بطور خلاصه بیانگر مدل یکپارچه لیندا است که فرایندهای ارتباطی، توزیعی، و یکپارچگی لیندا را شرح می دهد.

بخش :3 نشانگر برخی از جنبه های محاسباتی گرید است.

بخش :4 بیانگر طراحی و اجرای سیستم جی لیندا در میزکار شبکه گرید است.

بخش :5 بیانگر عملکرد سیستم و نشانگر کارایی و مقیاس پذیری سیستم است .

در بخش 6 کاری مرتبط ارائه گردیده درحالیکه بخش 7 بیانگر نتیجه گیری و لزوم کار بیشتر است.

- 2 شرح مقاله

در این قسمت در مورد پارادایم لیندا که در برخی از کتابها و مقالات مدل لیندا نیز ذکر شده است تشریح می گردد.

الف- پارادایم لیندا - Linda Paradigm - و فضای تاپلی پارادایم لیندا برای ایجاد هماهنگی و ارتباط بین چندین پردازنده موازی از فضای مشترکی به نام Tuple Space استفاده می کند. این فضای تاپلی حاوی داده های ساختیافته ای است که اصطلاحاً تاپل گفته می شوند. تاپل ها می تواند فیلدهای مختلف با نوع های متفاوت را ذخیره نمایند. هر پردازنده از مجموعه پردازنده های مرتبط با این فضای تاپلی می تواند تاپل جدیدی را به مجموعه تاپل های موجود در فضای تاپلی اضافه نماید یا به تاپل هایی که دیگر پردازنده ها در فضای تاپلی قرار داده اند دسترسی داشته باشد.

در پارادایم لیندا که در بعضی از منابع آنرا زبان لیندا نامیده اند، مجموعه دستوراتی پیش بینی و پیاده سازی شده است که پردازنده ها می توانند با استفاده از این دستورات تاپل ها را بخوانند، تغییر دهند و یا حذف نمایند. در ایده اصلی لیندا فضای تاپلی فضایی مشترک در نظر گرفته شده است هرچند که این فضای تاپلی می تواند به صورت مجازی مشترک باشد. یا به عبارت دیگر تاپل های موجود در این فضا می تواند عملاً بر روی حافظه های محلی یک یا چند پردازنده مرتبط با فضای تاپلی، بصورت توزیع شده نگهداری شود.[1]

ب- گرید - - Grid

گرید عبارت است از شبکه گسترده ای از پردازشگرها، با توان محاسباتی بالا که امکان اتصال به اینترنت را هم داراست. گرید به مجموعه ای از رایانه های توزیع شده در سطح اینترنت و با استفاده از تکنولوژی های مختلف ارتباطی - اعم از باسیم و بی سیم - گفته می شود که با استفاده از پروتکل هایی به سیستم مدیریت گرید ارتباط داده شده اند.[3,2]

ج- محاسبات شبکه ها، سازمانهای مجازی را قادر می سازد منابع توزیع شده از نظر جغرافیایی را برای رسیدن به اهداف مشترک با یکدیگر به اشتراک بگذارند. این امر با فقدان یک مکان و کنترل مرکزی و وجود رابطه ای قابل اطمینان صورت می گیرد.[4] برای حل مسائل در گرید لازم است که بهترین منابع - توان محاسباتی، حافظه، پایگاه داده ها، نرم افزارها و ... - در سریعترین زمان ممکن یافته و برای اجرای بخشی از مسئله به کار گرفته شوند. روشهای عنوان شده برای بازیابی اطلاعات تا به امروز هرکدام سعی می کنند تا به گونه ای زمان پاسخگویی به درخواستها را به حداقل برسانند.

ولی هیچکدام به گونه ای نیستند که بتوانند به طور کامل خود را با تغییرات گرید هماهنگ کنند و نسبت به تغییرات در این شبکه به هنگام باشند و با اطمینان بهترین منابع مورد نظر را در اختیار بگذارند.[5] لذا با توسعه روز افزون ارتباطات بدون سیم و تغییرات سریع منابع و محدودیت های موجود در شبکه های بی سیم به صورت ملموس کارایی الگوریتم های موجود کاهش می یابد به نحوی که این مورد به نقطه ضعف آنها تبدیل گردیده است. ما در این تحقیق قصد داریم با استفاده از پارادایم لیندا و امکانات حافظه اشتراکی مجازی که در لیندا با نام فضای تاپلی است. به نحوی این تغییرات را رصد و مدیریت کنیم که در هر لحظه بهترین منابع موجود را به زمانبند اجرای برنامه های گرید معرفی نماییم .

- 3 شبکه میز کار

شبکه گرید سیستمی توزیعی و موازی است یعنی مجموعه ای از منابع همگن یا ناهمگن که از لحاظ جغرافیایی توزیع شده و از طریق یک شبکه گسترده به هم متصل میشود.[7] این منابع بصورت پویا به سیستم می پیوندد یا جدا میشود. شبکه گرید کاربردش در حل مسائل پیچیده با پیش نیاز منابع سطح بالاست. چندین نوع شبکه محاسباتی وجود دارد ولی ما در این عرصه تنها دو روند عمده را می توانیم بیابیم:

شبکه کاربردی و شبکه میز کار [7] منابع میز کار برای اجرای برنامه های کاربردی توزیعی و محاسباتی فشرده بسیار جذابند زیرا آنها قادر به ارائه قدرت محاسباتی با قیمت کم هستند .[4]بیشتر پروژه ها بطرز کاملا موفقیت آمیزی بر مبنای همین رویه مانند seti@home توسعه یافته اند.[6] در عرصه شبکه میزکار چند شبکه شناخته شده جهانی وجود دارد. اما منابع میز کاری قادر به نمایش توانایی بالا در مقیاسهای مختلف را دارا هستند که ما در این مقاله از شبکه میز کار مجازی بر روی اینترنت استفاده کردیم.

- 4 طراحی و اجرا

برای اجرای یک درخواست در گرید ، آن در خواست به واحد واسط در شبکه ارسال می شود. این واحد با ایجاد ارتباط با سرور دیگر که ما در این تحقیق به تبعیت از سایر مقالات آن را سرور GLinda می نامیم، منابع مورد نیاز برای این منظور را شناسایی کرده و بهترین منابع را انتخاب و کار را برای آنها ارسال می کند. اگر بخواهیم با دیدگاه لایه ای همین عمل را توضیح دهیم، کارهای گفته شده از جمله وظایف لایه نرم افزار میانی می باشد که به نوعی همان مغز گرید است.

در نرم افزارهای موجود برای عمل مسیریابی و پردازش پرس و جو روشهای گوناگونی ارائه شده است .امٌا آنچه ما به آن می پردازیم این است که با استفاده از قابلیت های Linda و فضای تاپلی در صدد رفع مشکلات اساسی در مدیریت منابع در شبکه های Grid باشیم، به نحوی که این پارادایم مشکل گرید را در تغییرات سریع منابع و شناخت بهتر و کامل تر از شبکه حل نماید تا متوسط زمان پاسخ کل سیستم را به حداقل برساند و همچنین شرایط بهتری برای پردازش موازی در کنار سیستم توزیع شده را محیا نماییم.

الف- معماری سیستم جی لیندا یک سیستم شبکه میز کار است که شامل دو سرور مرکزی و چندین کامپیوتر فرعی متصل به شبکه مجازی برروی اینترنت می باشد . همین طور که در شکل - - 1 مشاهده می شود. کلانیت های متصل به گره های سیستم می تواند نسبت به اجرای برنامه های کاربردی خود با ارائه وظایف به شبکه گریدی که وظایف فرعی را در سطح ایستگاه توزیع می نماید بسپارد. ارتباط و همگامی بین وظایف فرعی از طریق سرور جی لیندا باکاربرد فضای و مبنای ویژه ای که توسط مدل یکپارچه لیندا ارائه می شود انجام می پذیرد.

ب- اجرای سیستم در بیشترین سیستم های اجرایی لیندا که با تاپل کار می کند یکسری محدودیتهای مرتبط با فرمت تاپل ها وجود دارد. عملیاتها و مکانیزم های نظاره گر می بایست توان تشخیص بین حوزه های رسمی و واقعی را داشته باشند. کار گذاشتن مدل لیندا در مدل پرولاگ خیلی عادی است. شبیه واقعیت های پرولاگ است و IS می تواند بعنوان نماینده ای از مجموعه ای حقایق در بانک اطلاعاتی پرولاگ باشد.

عملیاتهای ویژه لیندا را می توان بعنوان عملیاتهای بانک اطلاعاتی پرولاگ اجرا کرد بعلاوه در پرولاگ متغیرها. تمام رشته های واقع در همان فرایند دارای اشتراک بانک اطلاعات QU-Prolog هستند - در این مورد فضای تاپل - و بهمین دلیل است که تغییرات اعمال شده بر فضای توسط یک رشته بلادرنگ قابل مشاهده برای همه رشته هاست. سرور جی لیندا می تواند در سه شکل مختلف اجرا شود

-    کور : صرفا مشاهده خطاها در صورت بروز

-    نما: عملیات قابل دیده شدن هستند .

-    عیب یابی : عملیاتها باجزئیات مفصلتری قابل مشاهده هستند. کلانیت های جی لیندا با هرگونه زبان میزبانی قابل اجرا هستند البته تا زمانیکه از فرصت ارائه شده بوسیله سرور یعنی اصطلاحات پرولاگ پشتیبان نمایند . بعلاوه کلانیت های جی لیندا درگیر در همان محاسبات را می توان در زبانهای گوناگون میزبان نوشت زیرا همه ارتباط بین کلانیتها از طریق فضای تاپل اجرا می شوند. برنامه نویسان می توانند طوری برنامه ریزی کنند که برنامه های کاربردی دیگر باهم تداخل ایجاد نکنند اگر دو برنامه کاربردی خواستند باهم ارتباط داشته باشند می بایست از همان فضای نامی استفاده کنند.[8]