مقاله مدیریت منابع در سیستم های محاسبات گرید با استفاده از درخت تصمیم گیری

بخشی از مقاله

مدیریت منابع در سیستم های محاسبات گرید با استفاده از درخت تصمیم گیری

چکیده:

پیشرفت تکنولوژی و محبوبیت ، وابستگی به اینترنت را هر روز افزایش می دهد. راه های جدید، پیدا کردن راه حل های سریع تر و ارزان تر برای مسائل محاسباتی را در پی دارد. این امر منجر به توسعه یک مفهوم جدید شناخته شده به عنوان محاسبات گرید می شود، که یک نوع از محاسبات توزیع شده، ناهمگن در ماهیت است. از آنجا که آن شامل استفاده منابع از مکان های مختلف، مالکیت های مختلف و با کیفیت های مختلف فردی است، در نتیجه نیاز به یک فرایند پیچیده مدیریت منابع برای عملکرد مناسب آن می باشیم. با این حال، با وجود تعداد زیادی از منابع، تخصیص کارها به سایت های گرید به منابع مناسب بسیار دشوار است. هر کار نیاز به ترکیب مختلف از منابع دارد بنابراین در این مقاله یک روش درخت تصمیم گیری برای مدیریت سیستم برای نظارت بر چگونگی ترکیب بسیاری از منابع که به صورت واقعی استفاده می شود ارائه شده است. روش ما به مدیر سیستم برای تصمیم گیری که اگر تعداد بسیار زیادی منابع وجود داشته باشد اجازه می دهد که آیا به روز رسانی ویا تخصیص دوباره منابع انجام شود؟ و یا ترکیب منابع صورت گیرد؟ روش نشان داده شده ما ساده و موثر است.

کلمات کلیدی: محاسبات گرید، مدیریت منابع، تخصیص منابع ، درخت تصمیم گیری

.1 مقدمه:

محاسبات گرید به عنوان یکی از سرویس های قابل توجه در پیشرفت اینترنت در نظر گرفته شده است. محاسبات گرید از ارتباط شبکه کامپیوتری بزرگ توزیع شده و سیستم های کامپیوتری ناهمگن و منابع مجتمع شده است[1]، که نیاز به سرور اختصاصی را با استفاده از منابع توزیع جمعی به منظور افزایش قدرت محاسباتی، برای محاسبات کار را حذف می کند. این نوعی دیگر از محاسبات توزیع های مختلف مانند محاسبات ابری و محاسبات خوشه ای است. در این مورد، منابع در طول گسترده ای از منطقه که متعلق به اشخاص مختلف و یا شرکت ها می باشد پراکنده هستند، به جای استفاده از منابع اختصاص داده شده از فقط یک فرد/ سازمان برای اهداف محاسباتی، گرید یک پلت فرمی فراهم می کند که قادر است منابع از سازمان های مختلف به اشتراک گذاشته شوند تا مشکلات بر اساس تقاضا از کاربران حل شود. این به کاهش هزینه ها، افزایش سرعت محاسباتی، کارایی، انعطاف پذیری، مقیاس پذیری و عملکرد کمک می کند.

یک سیستم محاسبات گرید با استفاده از منابع کامپیوتر از حوزه های اداری متعدد است که در مجموع برای حل یک مشکل است که نیازهای خواستار از قبیل مقدار زیادی از قدرت پردازش، فضای ذخیره سازی، پهنای باند و غیره اعمال می شود. با این حال، یک تعریف کلی و رسمی از یک سیستم گرید می توان اینگونه بیان کرد که "در مقیاس بزرگ، از لحاظ جغرافیایی توزیع شده، زیرساخت های سخت افزار و نرم افزار که از منابع ناهمگون شبکه تحت مالکیت و به اشتراک گذاشته شده توسط سازمان های مختلف اداری که هماهنگ به ارائه شفاف، قابل اعتماد، فراگیر و منسجم حمایت محاسبات برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی شرح داده شده است. این برنامه می تواند محاسبات توزیع شده، محاسبات توان بالا، محاسبات برحسب تقاضا ، محاسبات داده های فشرده، محاسبات مشترک و یا محاسبات چند رسانه ای را انجام دهد" .[2] از تعاریف فوق، به وضوح دیده می شود که پایه تکنولوژی گرید مفهوم منابع به اشتراک گذاری/ مدیریت است.

اصطلاح مدیریت منابع در محاسبات گرید را می توان به عنوان عملیات کسانی که کنترل روش منابع گرید و خدمات برای استفاده توسط اشخاص مانند کاربران موجود است در نظر گرفت، برنامه های کاربردی و خدمات [3] برای اطمینان استفاده موثر از منابع کامپیوتری تعریف شده ، و برای عملکرد بهینه سازی وظایف خاص ساخته شده است. با توجه به پیچیدگی، ناهمگن بودن و ماهیت پویا از محیط های محاسبات گیرید، مدیریت منابع با چالش ساخت یک کار پیچیده برای مطابقت با قابلیت از منابع موجود به نیازهای موجودیت های ذکر شده در بالا [4] روبرو می باشد.

با توجه به این واقعیت که منابع گرید مربوط به حوزه ها و کاربران مختلف هستند، زمانی که ما می خواهیم به ادغام آنها با هم بپردازیم، به یک چارچوب واحد و یکپارچه نیاز داریم. به همین دلیل اتحادیه توسعه میان افزار Globus Toolkit [5] امیدوارند که هر منبع قابل دسترس توسط این میان افزار اداره شود. در این زمان، بخش چارچوب کسب و کار گرید تجاری توسعه یافته است ، از جمله رایانش شبکه های [6] IBM، رایانش شبکه های اوراکل [7] و رایانش ابر .[8]

منابع گرید در سراسر سازمان مجازی مختلف (VOS)پراکنده هستند .[9] استفاده از چنین منابع به طور موثر و هوشمندانه آسان نیست. مردم معمولا کیفیت و اولویت خدمات بالا می خواهند. بنابراین، ما می توانیم مشکلات زیر را تصور کنیم:

· اتلاف منابع بسیار کارآمد :کاربران ترجیح می دهند همیشه CPU سریع و حافظه سیستم بزرگ باشد. بنابراین، بیشتر توانایی سیستم همیشه مشغول است. کاربر به راستی خواستار اغلب منابع مورد نیاز تحت اشغال بالا هستند.

2

· سوء استفاده از منابع در یک منطقه خاص:اگر چه منابع مختلف وجود دارد ، بعضی منابع خاص (مانند پرینتر رنگی) ممکن است بسیار بیشتر از دیگران بکار گرفته شود.

· امنیت تکرار داده ها:از آنجا که تکثیر اطلاعات به یک پلت فرم از راه دور در درون سازمان یکسان و امن نیست، برخی از کاربران ممکن است تمایلی به اعلام اطلاعات خود به دیگر سازمان ها را داشته باشند. بنابراین، انتخاب یک VO قابل اعتماد یک مسئله مهم است.

در این مقاله، برای استفاده از منابع گرید به عنوان معقول و کارآمد، ما برای اولین بار از الگوهای درخواست منابع استفاده می کنیم. برای این که ما از ساخت یک درخت تصمیم گیری برای ارزیابی وضعیت استفاده از منابع استفاده کنیم، ابتدا، یک چارچوب به اشتراک گذاری منابع VO تعریف می کنیم. سپس درخت تصمیم گیری با در نظر گرفتن درخواست منابع برای هر کار اختصاص یافته به یک چارچوب VO ساخته می شود. بر اساس درخت تصمیم گیری، ما می توانیم حفظ و مدیریت موثر تر از منابع را داشته باشیم.

.2 کار های مرتبط

داده کاوی در محیط ها و کاربردهای مختلف برای حل برخی از مشکلات [10-11] که در گرید وجود داشته است استفاده می شود. به عنوان مثال، متحرک بودن داده ها، برنامه ریزی شغلی، داده قبل از پردازش، تعمیر و نگهداری از منابع، و غیره. با این حال، آن برای اشکال زدایی و حفظ یک سیستم بسیار بزرگ توزیع شده بسیار دشوار است. مالکیت خاص از سیستم های گرید در مورد بهره وری از ماشین نیست، اما در مورد منابع هایی است که توسط آنها استفاده می شود. از نقطه نظر کاربران از این دیدگاه، قابلیت استفاده از یک منبع مطلوب مهم تر است.

.1-2 الگوی MINING

در [12]، نویسنده به طور مکرر استخراج الگوی را برای کشف که در آن گره های معروف می باشد مورد استفاده قرار داده است. برای مثال، اگر منابع AوB توسط هر کار استفاده می شود، پس از آنA وB باید (به عنوان مثال، نصب نرم افزار و ارتقاء سخت افزار) در هر گره برای ایجاد سیستم شبکه کارآمد تر تکرار شوند. مطالعه دیگری در الگوریتم شایع الگو استخراج در محیط گرید [13]مورد استفاده قرار بدون BTP (متوازن تراکنش شناسایی مجموعه موازی FP-درخت) که الگوریتمی برای تعادل در حال بارگذاری بانک اطلاعاتی بزرگ است.

.2-2 درخت تصمیم گیری

در [14]، نویسندگان یک چارچوب درخت تصمیم گیری برای کمک به توسعه دهندگان نرم افزار در یک محیط گرید ارائه داده اند. در نوع دیگری از محیط گرید، نرم افزار کاربردی ممکن است به عنوان مدل بالا به پایین ، مدل متقابل و مدل پخشی تعریف شده باشد.

3

· مدل بالا به پایین:

سطح امنیت مجوز بالا، برای سازمان خصوصی که منابع مشترک می باشد مناسب است. هنگامی که کاربران درخواستی ارسال می کنند، امنیت شدید چک کردن در تعیین هویت، آغاز شده است. رفتار ها در برنامه کاربردی Globus Toolkit و درخت تصمیم گیری مشاهده می شود. فقط نتایج با ترخیص کالا ها به کاربران ارسال می شود.

· مدل متقابل:

در حالت به اشتراک گذاری همکار به همکار(( peer-to-peer ، کاربران صرفا به یکدیگر از طریق خدمات گرید ارتباط برقرار می کنند. این برای محیط های تصادفی و همه کاره مناسب است. هر درخواست کاربر و فراهم کنندگان اطلاعات در زمان مشابه است.

· مدل پخشی:

این بیشتر پروژه محور( پروژه گرا) است. بیشتر از آن در کارهای محاسباتی گرید استفاده می شود. ذخیره سازی داده های خصوصی بزرگ در سرور محلی وجود دارد. کارهای محاسباتی بعدا به هر CPU بیکار در محیط گرید فرستاده می شود. هر مشتری می تواند ابزارهای مرتبط از سرور را دانلود کند. این پایین ترین سطح در سطح امنیتی است.

.3 روش پیشنهادی برای حفظ منابع

ممکن است در یک سایت گرید تمام منابع برای کاربران آن قابل دسترسی باشد اما به اشتراک گذاری منابع ساده نیست. برای مثال، اگر یکی از اعضای VO، درخواست منابع از VO متصل نشده را داشته باشد، آن را برای پیوستن به این VO نا مرتبط راهنمایی می کنند. ممکن است قوانین رفتار وجود داشته باشد که یک فضای به اشتراک گذاری محدود برای پیروی متقابل، از جمله به عنوان تنها ارائه فایل دانلود خاص و برنامه های کاربردی تعریف می کند. اما این مانع کاربران از آپلود فایل می شود. کاربران تلاش های مکرر برای پیوستن یا ترک یک سیستم در جستجوی منابع دارند. بنابراین، قوانین رفتار از منابع به اشتراک گذاشته شده باید به وضوح تعریف شده و یک بار در VO ایجاد شده، اعلام شده باشد.

.1-3 تعریف چارچوب به اشتراک گذاشته سازمان مجازی

ما اول کلاسبندی VO را به چهار کلاس همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است تقسیم می کنیم. بخش بخش آن را می توان با توجه به هدف هر محیط گرید از خط مشی تنظیم کرد.

4

شکل .1 چارچوب چهار سطحی سازمان مجازی تعریف شده

در این چارچوب، کلاس چهار نماد رایانه های شخصی است. آنها متعدد هستند اما قدرت سیستم و عملکرد نرمال است. کلاس سه ممکن است نمایان سازمان با منابع به اشتراک گذاشته باشد. این منابع قدرتمند تر است اما مقدار ممکن نیست و از کلاس چهار بزرگ تر باشد. کلاس دو ممکن است برای یک سازمان با بسیاری از رایانه های قدرتمند از جمله مرکز تحقیقات قرار بگیرد. کلاس یک هسته اصلی این چارچوب است. این نماد یک گروه از سازمان پژوهش های علمی با دستگاه هایی با کارایی بالا است. یک عضو از یک کلاس خاص ممکن است تنها منابع ارائه شده در این گروه را به دست بیاورد. این کاربر نیاز به ثبت نام و احراز هویت برای دسترسی به طبقات دیگر دارد. این طبقه بندی برای درخواست منابع در یک محیط گرید استفاده می شود. اگر یک کار طبقه بندی شده توسط کلاس دو اجرا شده باشد، سپس این درخواست منابع از کلاس های یک و یا منابع اضافی هدر رفته شده ممکن نیست. از سوی دیگر، کارها در کلاس یک می توانند از کلاس های دیگر که به عنوان چند واحد محاسباتی با قدرت محاسباتی بالاتر تولید میکنند درخواست کند.

در حفظ منابع از یک کلاس، ما یک درخت تصمیم گیری بر اساس کار اختصاص یافته به این کلاس ایجاد می کنیم. یک مسیر از ریشه به منابع درخواست شده توسط کار ساخته شده قرار می گیرد. این مسیر را ما یک رفتار می نامیم. اگر کارهای متعدد رفتار مشابه داشته باشند، منابع در این مسیر برای بسیاری از کارها کافی است. بنابراین منابع دیگر از همان نوع باید به روز رسانی و یا ارتقاء به همان سطح از این رفتار بپردازند . در صورتی که هیچ برنده مشخص وجود ندارد، پس ما هیچ چیز برای لحظه ای در نظر نمی گیریم. اگر تمام منابع ارتقا و یا به روز رسانی را به یک سطح بالاتر داشته باشند، می توان آن را به ترویج یک کلاس قوی تر در نظر گرفت. شکل2، نمودار جریان تعمیر و نگهداری منابع است.

5

شکل .2 فلوچارت نگهداری منابع

.2-3 ساخت درخت تصمیم گیری

.1-2-3 درخت تصمیم گیری نمونه اولیه

شکل3، یک مدل از درخت تصمیم گیری است. برای ساده کردن توضیح، ما تنها از سه نوع گرید استفاده میکنیم. دسته بندی منابع برای یک گرید محاسباتی ممکن است شامل سرعت CPU، اندازه حافظه، سرعت شبکه، و غیره باشد. برای گرید داده ممکن است شامل فضای هارد دیسک، اندازه پایگاه داده، و غیره باشد. برای گرید ارتباطی ممکن است شامل پهنای باند، میانگین تاخیر ارتباط و غیره باشد. پس از ساخت درخت تصمیم گیری، ما می توانیم مشاهده کنیم که چه نوع منابعی عمدتا خواسته شده هستند. تعریف یک درخواست کار که حرکت یک مسیر از ریشه به خارج است به عنوان یک رفتار می باشد.