بخشی از مقاله

چکیده

پتانسیل بالایی که رایانش ابری برای ذخیرهسازی و پردازش دادهها، از راه دور دارد، این فناوری نمونهای جدید از محاسبات را ارایه داده است. کاربران در هر زمان و در هر نقطه از دنیا میتوانند به دادهها و اطلاعات خود دسترسی داشته باشند و همچنین کاربران نیاز به سیستمهای سختافزاری با قابلیت پردازش و ظرفیت ذخیرهسازی بالا ندارند، زیرا تمامی اعمال رایانشی و ذخیرهسازی در بخش ارائهدهندگان خدمات ابری و توسط سرورهای مجهز و پیشرفته انجام میگیرد.

در رایانش ابری تخصیص منبع از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا بطور مستقیم بر روی کاهش زمان پاسخ در ارایه خدمات به کاربر تاثیر دارد. یکی از روشهای دستیابی به کاهش زمان اجرای وظایف، استفاده از راهکارهای توازن بار است. برای مدیریت مناسب منابع ارائهدهنده خدمات، به توازن بار نیازمندیم. هدف از توازن بار، یافتن نگاشتی مناسب از وظایف بر روی پردازندههای موجود در سیستم است به طوری که در هر پردازنده مقدارتقریباً مساوی از وظایف اجرا گردد تا زمان اجرای کلی به کمترین مقدار خود برسد.

در این مقاله با استفاده از الگوریتم PSO بهبود یافته و مهاجرت ماشین مجازی با توازن بار مناسب، درخواستها بصورت پویا و متوازن در میان تمامی گرهها، با حصول اطمینان از تخصیص عادلانه و کارآمد هر منبع رایانشی، توزیع گردید، با این روش که با استفاده از بسته CloudSim شبیه سازی و با الگوریتمهای ACO و RR مقایسه گردید، زمان اجرا وظایف در مراکز داده کاهش پیدا کرده و در نهایت زمان پاسخ به درخواستها کمینه گردید. همچنین درصد نقض SLA کاهش یافت.

-1 مقدمه

1-1 رایانش ابری1 تکنولوژینسبتاً جدیدی است که در سالهای اخیر نظر اکثر محققان را به خود جلب نموده است. در واقع هدف این تکنولوژی، کاربردیتر کردن نرمافزارها در قالب سرویس است. یکی از اصلیترین تکنیکهای رایانش ابری مجازیسازی2 است و مهمترین دستاوردهای مجازیسازی مهاجرت ماشینهای مجازی3 است که از اهداف آن میتوان به توازن بار4، افزایش کیفیت سرویس، کاهش مصرف انرژی و نگهداری سرورها اشاره نمود.

رایانش ابری به دلیل ارایه خدمات نامحدود پردازشی خود که بر اساس پرداخت و استفاده5 ارایه میدهد به سرعت در حال محبوب شدن است، در حال حاضر سیستمهای ابری از تکنولوژی مجازیسازی جهت ارایه منابع ماشینهای فیزیکی در قالب ماشینهای مجازی، بهره می برند - Chen et al, 2014 - که در نتیجه کاربران در هر زمان و هر نقطه از دنیا میتوانند به دادهها و اطلاعات خود دسترسی داشته باشند و همچنین نیازی به سیستمهای سختافزاری با قابلیت پردازش و ظرفیت ذخیرهسازی بالا ندارند. زیرا تمامی اعمال رایانشی و ذخیرهسازی در بخش ارائهدهندگان خدمات ابری و توسط سرورهای مجهز و پیشرفته انجام میگیرد.

اخیراً بسیاری از شرکتهای بزرگ، بجای استفاده از منابع داخلی، آنها را به فضاهای ابری برونسپاری نمودهاند. معماری یک محیط رایانش ابری را می توان به 4 لایه تقسیم نمود: لایه سختافزار، لایه زیرساخت، لایه پلاتفرم و لایه کاربردی، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است - Zhang et al, 2010 - توضیح هر لایه عبارتند از:

-    لایه سختافزار: این لایه مسئول مدیریت منابع فیزیکی از ابر، ازجمله سرور فیزیکی، روتر، سوئیچ6، دستگاههای خنککننده و غیره است. در عمل لایههای سختافزاری بهطور معمول در مراکز داده اجرا میشوند. یک مرکز داده معمول شامل هزاران سرور است که در قفسهها سازمان یافتهاند. مسائل معمولی در لایه سختافزار شامل پیکربندی سختافزار، تحمل خطا و غیره است.

-    لایه زیرساخت: این لایه با عنوان لایه مجازی نیز شناخته میشود. لایه زیرساخت یک استخر ذخیرهسازی با استفاده از فنآوریهای مجازی مثل Xen، VMware و غیره ایجاد میکند. لایه زیرساخت جزء ضروری در رایانش ابری است چراکه بسیاری از ویژگیهای کلیدی مانند منابع پویا تنها از طریق فنآوریهای مجازی ساخته میشود.

-    لایه پلاتفرم: در بالای لایه زیرساخت است. این لایه شامل سیستمعامل و چارچوب برنامهها است. هدف از لایه پلاتفرم ارائه پشتیبانی API برای اجرای ذخیرهسازی، پایگاه داده و استفاده از برنامههای کاربردی است.

-    لایه کاربرد: در بالاترین لایه قرار دارد. این لایه شامل برنامههای کاربردی واقعی ابر است.

شکل - 1 معماری رایانش ابری - Zhang et al, 2010 -

1-2 مراکز داده ابر - - CDC7 مجموعهای از منابع خوشهای و اجزای ناهمگن میباشند که با استفاده از لینکهای ارتباطی بسیار سریع جهت میزبانی از برنامهها و ذخیره داده مورد استفاده قرار میگیرند - Bilal et al, 2012 - یک اپراتور ابر از روش "پرداخت و استفاده" برای ارائه خدمات به مشتری استفاده میکند. مرکز داده ابر طیف وسیعی از انواع خدمات از طریق لینک وب ارائه میدهد.

با این حال هزینه رایانش ابری و عملکرد نرمافزار به دلیل استفاده از سرورهای کم و محدودیت پهنای باند اعمال شده توسط طراحی معماری مراکز داده ابر، به چالشهای مهم این فناوری تبدیل شده است. معماری شبکه یک عنصر حیاتی در طراحی شبکه مرکز داده ابر بوده و بهطور قابل توجهی بر روی عملکرد مرکز داده اثرگذار است.

طرح معماری مرکز داده در شبکه مدرن مبتنی بر ساختار سه لایه سلسله مراتبی است. در معماری سه لایهای، لایه هسته CDC متصل به ستون فقرات اینترنت است، لایه تجمیع کننده که ویژگیهای همه فنآوریها ازجمله دیوار آتش و تعویض محتوا را پیادهسازی میکند و لایه دسترسی که اتصال را تضمین میکند. شکل 2 نشان دهنده این ساختار سلسله مراتبی است

با توجه به طراحی شبکه، پروتکل مسیریابی، معماری CDC در طبقهبندی بهصورت راهیاب مرکزی، سرور مرکزی و مدل ترکیبی است. CDCها معمولاً جهت تضمین کننده دسترسپذیری و قابلیت اطمینان در زیرساخت ابری طراحی میشوند

شکل - 2 طراحی اولیه لایهای زیرساخت شبکه مرکز داده

1-3 مجازیسازی به معنای ایجاد یک نسخه مجازی از یک دستگاه و یا منابع، مانند سرور، دستگاههای ذخیرهسازی، شبکه و یا حتی سیستمعامل که در چارچوب منابع بروی یک یا چند محیط تقسیم میشوند. حتی مسائل سادهتر مانند پارتیشن بندی حافظه سخت را نیز میتوان مجازیسازی نمود، زیرا درایو و یک پارتیشن از آن برای ایجاد دو هارد درایو جداگانه را میتوان استفاده نمود.

مجازی سازی سطح نوینی از انعطافپذیری در استفاده از منابع فیزیکی را فراهم آورده و امکان یکپارچهسازی منابع فیزیکی که مستقل از یکدیگر هستند را در قالب منابع مجازی میسر میکند. هدف اصلی مجازیسازی بهینهسازی استفاده از منابع، کاهش مصرف انرژی، در دسترسپذیری و قابلیت اطمینان است. - Huang et - al, 2011 در شکل 3 یکی از حالات مجازی سازی را نمایش میدهد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید