مقاله مروری بر انواع شبیه سازهای ابر و مقایسه ای بین آنها

بخشی از مقاله

مروری بر انواع شبیه سازهای ابر و مقایسه ای بین آنها

چکیده

محاسبات ابری در حال حاضر یک موضوع داغ در سراسر جهان می باشد، و مشتریان از طریق آن می توانند به اطلاعات و قدرت محاسباتی با استفاده از یک مرورگر وب دسترسی داشته باشند. همانطور که استقرار ابر در حال افزایش است، ارزیابی عملکرد محیطهای ابری بسیار مهم است. تکنولوژی های مدلسازی و شبیه سازی برای ارزیابی کارایی و مسائل امنیتی بسیار مناسب هستند. شبیه ساز ابر برای تست سیستم ابر و کاهش پیچیدگی ها مورد نیاز می باشد. چندین شبیه ساز به طور خاص برای تجزیه و تحلیل کارایی محیط های محاسبات ابری توسعه داده شده اند. Cloudsim یکی از این شبیه سازها می باشد که مدلسازی یکنواخت، شبیه سازی، آزمایش محاسبات ابری و سرویس های برنامه کاربردی را فعال می کند. این مقاله در ابتدا شبیه ساز cloudsim را معرفی میکند سپس شبیه سازهای دیگری مانند CloudAnalyst, GreenCloud, NetworkCloudSim, EMUSIM، MDCSim را بررسی میکند. در پایان همه این شبیه سازها را با توجه به ویژگی هایی مانند شبکه، پلتفرم و زبان برنامه نویسی با یکدیگر مقایسه می کند.

.

واژگان کلیدی: محاسبات ابری، شبیه ساز ابر، CloudAnalyst, GreenCloud, CloudSim

1

-1 مقدمه

رایانش ابری مدلی است برای فراهم کردن دسترسی آسان بر اساس تقاضای کاربر از طریق شبکه به مجموعهای از منابع رایانشی قابل تغییر و پیکربندی (مثل شبکهها، سرورها، فضای ذخیرهسازی، برنامههای کاربردی و سرویسها) که این دسترسی بتواند با کمترین نیاز به مدیریت منابع و یا نیاز به دخالت مستقیم فراهمکننده سرویس به سرعت فراهم شده یا آزاد گردد.[1] در واقع رایانش ابری به معنای انتقال پویای منابع و قابلیت های فناوری اطلاعات به عنوان سرویس بر روی اینترنت است. رایانش ابری یک تکنولوژی جدید محاسبات توزیعی می باشد. این تکنولوژی باعث کاهش هزینه ها (سخت افزار و نرم افزار)، عدم محدودیت مکانی و زمانی کاربر و راحتی در به اشتراک گذاری منابع وغیره می باشد. استفاده از رایانش ابری به سرعت در حال افزایش است. زیرا هزینه های سرمایه گذاری به هزینه های عملیاتی تبدیل می شود. استفاده از ابزارهای شبیه سازی در برابر ابر واقعی یک گزینه بهتر می باشد. زیرا اجرای آزمایشات در یک محیط مستقل و کنترل شده سخت و هزینه بر است.[2] به علاوه استفاده موثر از منابع در ابر واقعی ممکن نیست، بنابراین ما به سمت ابزارهای شبیه سازی سوییچ می کنیم.

-2 مزایای اجرای شبیه ساز
(a داشتن یک ابزار شبیه ساز ابر هیچ هزینه نصب یا هزینه نگهداری ندارد.

(b استفاده از ابزارهای شبیه ساز منجر به تولید نتایج بهتر می شود. همچنین این ابزارها کمک به تغییر پارامترهای ورودی و دیگـر پارامترهـا مـیکنـد و همچنین نتایج بهتر و خروجی های کاراتر ایجاد می شوند.

(c ارزیابی ریسک ها در یک مرحله قبل تر انجام می شود. زیرا ابزارهای شبیه سازی هزینه ای در بر ندارند بنابراین کاربر می تواند هـر نـوع ریسـکی کـه مربوط به طراحی یا مربوط به پارامترهاست را تشخیص داده و حل کند. [2]

-3 انواع شبیه ساز ابر
ابزارهای شبیه ساز گوناگونی برای ابر وجود دارد. در زیر بعضی از آنها آورده شده است :

CloudSim 1-3

شبیه ساز cloudsim عنوان یک پروژه cloudbus در استرالیا توسعه داده شده است. این ابزار بطور واقعی برای کاربران یک بینش مناسب نسبت به سناریوهای ابر فراهم می کند، بدون آنکه نگران جزییات سطح پایین پیاده سازی باشند. در واقع cloudsim یک ابزار شبیه ساز برای اجرای برخی سناریوهای مرتبط با رایانش ابری می باشد. موارد کاربرد رایج آن در شبیه سازی الگوریتم های زمان بندی ماشین های مجازی، سیاست های تخصیص منابع، مدیریت مصرف انرژی و مواردی از این قبیل می باشد. این ابزار بصورت یک کتابخانه نرم افزاری موجود است که به زبان جاوا نوشته شده است. شکل 1 طراحی چند لایه ای این شبیه ساز و معماری آن را نشان می دهد. نسخه های اولیه این شبیه ساز از simjava به عنوان موتور شبیه ساز استفاده می کرد [3] که از چندین ویژگی مانند صف بندی و پردازش رویدادها، ایجاد موجودیت های سیستم ابر (سرویس ها، هاست، مرکز داده، ماشین های مجازی) ارتباط بین مولفه ها و مدیریت ساعت شبیه ساز پشتیبانی می کند. با این حال، در نسخه های فعلی لایه Simjava بدلیل عدم پشتیبانی از برخی عملیات پیشرفته حذف شده است. مسائل اساسی، مانند تخصیص ماشین های مجازی به هاست ها، مدیریت اجرای برنامه کاربردی، و نظارت پویا بر وضعیت سیستم توسط لایه شبیه ساز cloudsim کنترل می شود. شبیه ساز cloudsim موارد زیر را پیشنهاد میکند:

x مدلسازی و شبیه سازی محیط های رایانش ابری در مقیاس بزرگ را پشتیبانی میکند و مدلسازی رفتار مولفه های سیستم ماننـد مراکـز داده، ماشین های مجازی و سایتهای آماده سازی منابع را پشتیبانی می کند.

 این نرم افزار یک ایستگاه برای مدل کردن ابر ها، واسط های خدمات، تدارک دادن و اختصاص دادن به سازمانها است.  پشتیبانی برای شبیه سازی اتصالات شبکه و اندازه گیری مولفه های سیستم شبیه سازی شده.
 شبیه ساز وسیله ایی است که محیط ابر را یکپارچه میکند.

1-1-3 معماری Cloudsim

Cloudsim یک معماری لایه ای دارد، همچنان که در شکل 1 نشان داده شده است:

2

شکل (1) معماری cloudsim

o در پاین ترین سطح یعنی سطح اول این شبیه ساز، موتور شبیه ساز زمان گسسته قرار دارد که قابلیت هسته ایـی مـورد نیـاز بـرای چهـارچوب های شبیه سازی سطح بالاتر یعنی Gridsim و لایه های بالاتر را پیاده می کند.که این قابلیتهای هسته ایی عبارتند از صـف بنـدی و پـردازش

رویدادها، ایجاد مولفه های سیستمی، ارتباط بین مولفه ها و مدیریت کلاک شبیه سازی. به زبان ساده تر وظایف رسیدگی به رویـدادها و ارسـال پیامها به عهده این لایه است.

o لایه دوم Gridsim است که اجزای نرم افزاری سطح بالا را برای مدل کردن چندین زیر ساخت گرید مانند شـبکه هـا، پروفایـل هـای کـاربران، ترافیک شبکه و مولفه های بنیادی گرید مانند منابع، مجموعه داده ها، سرویس های اطلاعات گرید و تاثیرات بار کاری ارائه می دهد.

o لایه سوم cloudsim است که با استفاده از برنامه نویسی، قابلیت های هسته ای لایه دوم را به ارث می برد. این لایه مدل سازی و شبیه سازی محیط های مرکز داده مبتنی بر ابر مانند:واسط های مدیریت اختصاصی ماشین های مجازی، حافظه ها و پهنای باند را انجام می دهد. همچنین موجودیتهای اصلی، میزبان ها، مراکز داده و کاربردها در طی شبیه سازی، نمونه سازی و اجرا می کند. از جمله قابلیت های آن، ارائه میزبان ها به ماشین های مجازی بر اساس درخواست های کاربران، مدیریت اجرای کاربردها و نظارت پویای آنها است.همه این کارها برای یک

ارائه دهنده سرویس که می خواهد کارایی سیاست های مختلف را بررسی کند باید در بخش آماده سازی ماشین های مجازی، از طریق برنامه نویسی انجام شود.

o در لایه چهارم کاربر در خواست های خود را از جمله کاربردها و ماشین مجازی خود را تعریف می کند.[4]

3

GDCSim 2-3

مشکل اصلی مربوط به تحلیل پارامترهای یک مرکز داده کمبود یک شبیه ساز خوب تعریف شده می باشد. در اینجا GDC را معرفی می کنیم. GDC یک شبیه ساز مرکز داده سبز می باشد. این شبیه ساز هر دو نوع موجودیت ماژولار و قابل توسعه را ترکیب می کند. GDSim برای طراحی مراکز داده سبز طراحی شده است. این شبیه ساز در آزمایشگاه impact بعنوان یک مولفه از پروژه زیر ساخت BlueTool توسعه داده شده است..[5] شکل 2 معماری GDCSim را نشان می دهد، این معماری از چهار مولفه اصلی تشکیل شده است :

شکل (2) معماری GDCSim

❖ ابزار BlueSim : BlueSim یک پکیج شبیه ساز است که شامل سه ماژول اصلی می باشد: پردازش-پیش پردازش و پس پردازش.
❖ مدیریت ورودی /خروجی : این قسمت دو هدف را آماده می کند، به عنوان یک ماژول برای گرفتن ورودی عمل می کند و همچنین مسئول نشان دادن خروجی می باشد.
❖ مدیریت منبع: این ماژول مسئول مدیریت برق، خنک سازی و مدیریت بار کاری می باشد.

❖ شبیه ساز: این ماژول مسئول اجرا و مدیریت شبیه سازی فعالیت های درون سیستم می باشد.

CloudAnalyst 3-3

مشکل اصلی برای کاربری که در حال کارکردن با شبیه ساز cloudsim می باشد این است که این شبیه ساز ذاتا گرافیکی نیست، بنابراین برای داشتن نتایچ تصویری بهتر، کاربر می تواند از ابزار cloudanalyst استفاده کند. این ابزار در جداسازی محیط برنامه نویسی از محیط شبیه سازی کمک