دانلود پایان نامه ارشد :طراحی و پیاده سازی یک زمانبندِکار اشکال آگاه در سیستمهای محاسبات ابری

دانشکده آموزشهای الکترونیکی

پایان‌نامه كارشناسی ارشد در رشته ی مهندسی فناوری اطلاعات

(طراحی و تولید نرم افزار)

طراحی و پیاده سازی یک زمانبندِکار اشکالآگاه در سیستمهای محاسبات ابری

استاد راهنما

آقای دکتر فرشاد خون جوش

استادان مشاور

آقای دکتر غلامحسین دستغیبی فرد

خانم دکتر منیژه کشتگری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

با افزایش بازار استفاده از تکنولوژی محاسبات ابری، مراکز داده عظیمی به وجود آمدهاند تا محاسبات را سریعتر انجام دهند. یکی از دغدغههای اصلی در محاسبات ابری، مواجهشدن با اشکالها در حین اجرا کردن یک برنامه موازی زمانبر است. برای غلبه بر این قبیل مشکلات، عموما از روشهای آزمون نقطهمقابلهگیری[1] یا آرشیوکردن[2] استفاده میشود. اما این روشها غالبا سربار بالایی دارند و به صورت واکنشی عمل میکنند.

در این پایاننامه روشی را معرفی میکنیم که علاوه بر بازیافت و بازگشت به عقب برای تحمل پذیری اشکال، بتواند گرههای محاسباتی که احتمال وقوع خرابی در آنها بیشتر است را شناسایی نماید و به صورت پیشکنشی عمل کرده و ماشینهای مجازی را که بر روی آنها قرار دارد به گرههای محاسباتی امنتر مهاجرت دهد تا در صورت وقوع اشکال در گره مشکوک برنامه موازی بدون وقفه به کار خود ادامه دهد. علاوه بر آن، در این الگوریتم با بهرهگیری از قانون بیز و مدل هزینه پیشنهادی، آزمون نقطهمقابلهگیری زائد تا حد امکان حذف شده و زمان اجرای برنامه بهبود خواهد یافت. با استفاده ازشبیهسازی نشان میدهیم که روش پیشنهادی بسته به شرایط مختلف تا 78% زمان اجرا را بهبود میبخشد و از منابع کمتری استفاده میکند.

واژههای کلیدی: سیستمهای محاسبات ابر[3]، پیشبینی اشکال[4]، مدل مبتنی بر هزینه[5]، قانون بیز[6]، پیشکنشی[7]، آزمون نقطهمقابلهگیری هماهنگ[8] ، مهاجرت[9].

فهرست مطالب

عنوان صفحه

1 مقدمه. 2

2 قابلیت دسترسی بالا.. 9

2-1 مفاهیم پایه قابلیت دسترسی بالا. 9

2-1-1 تعریف قابلیت دسترسی بالا.. 9

2-1-2 مفاهیم و مباحث مرتبط با قابلیت دسترسی بالا.. 10

2-1-3 معیارهای سنجش قابلیت دسترسی… 12

2-1-4 سطوح قابلیت دسترسی بالا.. 13

2-1-5 توقف برنامه‌ریزی شده و توقف برنامه‌ریزی نشده. 14

2-1-6 عوامل مؤثر بر میزان دسترسی سیستم.. 16

2-2 دستیابی به قابلیت دسترسی بالا در سیستم‌های كلاستر. 16

2-2-1 تعریف نقاط منفرد بروز خرابی… 17

2-2-2 از بین بردن نقاط منفرد بروز خرابی در اجزای سخت‌افزاری… 17

2-2-3 از بین بردن نقاط منفرد بروز اشكال در اجزای نرم‌افزاری… 23

2-2-4 تشخیص دهندۀ خرابی در كلاسترهای با قابلیت دسترسی بالا.. 25

2-2-5 معماری کلاسترهای با قابلیت دسترسیبالا.. 26

2-2-6 اتصالات و شبکه کلاستر. 28

2-2-7 مدیریت و نظارت بر کلاستر. 28

2-2-8 تصویر یکپارچه سیستم (SSI) 33

3 روالهای تحمل‌پذیر اشکال برای رسیدن به قابلیت دسترسی بالا در سیستمهای مبادله پیام. 36

3-1 پیشزمینه و تعاریف… 38

3-1-1 مدل سیستم.. 38

3-1-2 حالت‌های سیستم یكپارچه. 39

3-1-3 تعامل با دنیای خارج.. 40

3-1-4 پیام در حال گذر. 41

3-1-5 قراردادهای ثبت وقایع.. 42

3-1-6 ذخیره‌ساز پایدار. 43

3-1-7 جمع‌آوری داده‌های زائد.. 44

3-2 بازیافت براساس نقطه مقابله. 44

3-2-1 نقطه مقابله گرفتن به صورت غیرهماهنگ….. 45

3-2-2 نقطه مقابله گرفتن به صورت هماهنگ….. 48

3-2-3 نقطه مقابله گرفتن بر اساس ارتباطات… 51

3-3 بازیافت بر اساس ثبت وقایع. 54

3-3-1 شرط یكپارچگی بدون پروسه‌های یتیم.. 55

3-3-2 ثبت بدبینانه وقایع.. 56

3-3-3 ثبت خوشبینانه وقایع.. 59

3-3-4 ثبت علّی وقایع.. 61

3-3-5 مقایسه قراردادهای بازیافت…. 63

3-4 مباحث مطرح در پیاده‌سازی.. 63

3-4-1 بررسی… 63

3-4-2 پیاده‌سازی تکنیکهای نقطه مقابله گرفتن… 64

3-4-3 مقایسة قراردادهای نقطه مقابله‌ گرفتن… 66

3-4-4 قراردادهای ارتباطی… 66

3-4-5 بازیافت بر اساس روش ثبت وقایع.. 67

3-4-6 ذخیره‌ساز پایدار. 67

3-4-7 دنبال كردن وابستگی… 68

3-4-8 بازیافت…. 69

4 کارهای انجام شده اخیر. 71

4-1 مروری بر روش‌های پیشبینی اشکال.. 72

4-1-1 کلاسه بندی و اشکالهای ریشه آماری… 72

4-1-2 مدل آماری زمان میان خرابی‌ها 73

4-1-3 جمع‌آوری و پیش‌پردازش داده‌های مرتبط با خرابی… 73

4-2 تکنیک‌های پیش‌بینی اشکال.. 74

4-2-1 حدآستانه مبتنی بر آمار. 74

4-2-2 آنالیز سری‌های زمانی… 75

4-2-3 کلاسه‌بندی مبتنی بر قانون.. 75

4-2-4 مدل‌های شبکه بیزی… 76

4-2-5 مدل‌های پردازش شبه مارکوف… 76

4-3 مطالعات انجام گرفته. 77

5 روش پیشنهادی.. 86

5-1 مدل اشکال.. 86

5-1-1 متوسط زمانی تا خرابی… 89

5-2 مبانی احتمال و پیشبینی.. 91

5-2-1 مفاهیم اولیه. 91

5-2-2 رابطه قانون بیز و احتمال درستی پیش‌بینی… 92

5-3 رابطه الگوریتم پیش‌بینی و مدل اشکال.. 94

5-3-1 تحلیل روابط احتمالی… 94

5-4 مدل پیشنهادی.. 97

5-4-1 ارائه الگوریتم.. 100

5-4-2 مدل مبتنی بر هزینه. 101

5-4-3 اثر پیش‌بینی‌کننده بر روی مدل‌های هزینه. 105

5-4-4 تصمیم‌گیری سیستم در کارگزار ابر. 106

6 نتایج آزمایشها 109

6-1 معرفی شبیه‌ساز CloudSim… 109

6-1-1 اجزای ابر. 109

6-1-2 اجزای اصلی هسته. 111

6-1-3 سرویس‌های موجود و الگوریتم‌های آن‌ها 114

6-1-4 روند کار شبیهساز. 115

6-2 نحوه پیادهسازی سیستم تحمل‌پذیر اشکال در شبیهساز 116

6-2-1 FaultInjector. 117

6-2-2 FaultPredictor. 120

6-2-3 FTHost. 121

6-2-4 FTDatacenter. 121

6-2-5 FTDatacenterBroker. 122

6-3 نتایج آزمایشات.. 124

6-3-1 بررسی اثر سربار نقطه مقابله‌گیری… 126

6-3-2 بررسی عمل‌های انتخابی… 127

6-3-3 خرابی‌های متوقف سازنده و غیر متوقف سازنده. 129

7 نتیجه گیری و پیشنهادات… 132

منابع 133

1 مقدمه

جهان محاسباتی که امروزه با آن روبرو هستیم روز به‌روز در حال بزرگتر و پیچیده‌تر شدن است. محاسبات ابری نیز در ادامه سبک‌های دیگر مانند محاسبات توری با هدف پردازش حجم عظیمی از داده با استفاده از خوشه‌هایی از کامپیوتر‌هاست. طبق گراش ارائه شده ای از گوکل، در حال حاضر به لطف محاسبات توزیع شده روزانه بیش از 20 ترابایت داده خام اینترنتی مورد پردازش قرار می‌گیرد. تکامل و شکل‌گیری محاسبات ابری خواهد توانست این چنین مسائلی را به راحتی و به شکلی مناسب‌تر از طریق سرویس‌های مبتنی بر تقاضا حل و فصل نماید. از زاویه دیگر، جهان محاسباتی اطراف ما در حال حرکت به سمت الگوهای “پرداخت برای استفاده” حرکت می‌کند و همین الگو یکی دیگر از پایه‌های اصلی محاسبات ابری محسوب می‌شود.

محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرضه ظهور گذاشت هماکنون به دلیل توانایی‌اش در ارائه زیر ساخت فناوری پویا و بسیار منعطف، محیط‌های محاسباتی تصمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس‌های نرم‌افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ بدل شده است . در گزارش رویکردی گوگل همانطور که در شکل ‏1‑1 مشاهده می‌نمایید، محاسبات ابری، محاسبات توری را پشت سر گذاشته است [1]. محاسبات ابری از رویکرد مجازیسازی بهرهگیری مینماید که این امر سبب انعطافپذیری بیشتر سیستم ابر میشود. در حقیقت با استفاده از این تکنولوژی، برنامهها میتوانند سرویس‌های مختلف را به صورت مجزا و انتزاعی از گره‌های سرویس‌دهنده دریافت نمایند.

شکل ‏1‑1رویکرد یه تکنولوژی‌های مختلف محاسبات توزیع شده [1]

تعاریف زیادی در مورد محاسبات ابری ارائه شده است که سعی می‌نمایند مشخصه‌های اصلی محاسبات ابری را مد نظر بگیرند که سیستم ابری را ” یک مدل برای دسترسی بنابر تقاضا و راحت تحت شبکه به یک مجموعه اشتراکی از منابع محاسباتی قابل پیکربندی” تعریف می‌نمایند درحالیکه “این منابع با کمترین تلاش و هزینه به صورت آزاد” فراهم گردند [2].

محاسبات ابری از خصوصیات منحصر به فردی بهره می‌برد که این سبک محاسباتی را از سایر سبک‌ها متمایز می‌کند. البته برخی از این خصوصیات کما بیش در سبک‌های پیشین نیز وجود داشتهاند. بعضی از این خصوصیات عبارتند از:

ارائه سرویس مبتنی بر تقاضا: در اینجا لازم نیست تا برای آن چه استفاده نمی‌کنید هزینه پرداخت کنید. این بدان معناست که مشتریان تنها بر اساس مقدار و کیفیت سرویسی که مصرف می‌نمایند، هزینه استفاده پرداخت می‌نمایند. در حقیقت رویکرد این تکنولوژی همانند سرویس‌های عمومی قابل استفاده دیگر امروزی است. برای مثال همانطور که برای تولید برق نیاز نیست که هر خانوار دارای ژنراتور و سایر وسایل تولید الکتریسیته باشد، دریافت سرویسی مانند محاسبات یا محل ذخیره داده نیز دیگر نیازی به خصوصی بودن ندارد و می‌توان آن را از فراهم آوردنگان ابر[1] اجاره کرد.
دسترسی شبکه گسترده (اینترنت): این سیستم برای تحویل و ارئه سرویس‌ها از بستر موجود برای اینترنت استفاده می‌نماید. بنابراین مشتریان سرویس‌ها به هیچگونه نرم‌افزار یا سخت‌افزار خاصی نیاز ندارند و با همان مرورگری که هر روزه به گشت و گذار در وب می‌پردازند می‌توانند از سرویس‌های ابر بهره ببرند.
استخر منابع: در این سیستم با حجم وسیعی از منابع روبرو هستیم. این منابع از طریق مجازیسازی از محل فیزیکی خود مستقل شدهاند. بنابراین به راحتی می‌توانند در بستر شبکه جابهجا شوند. در واقع نرم‌افزارها، پایگاه‌های داد، وب سرورها و سیستم‌های عامل همگی به عنوان سرورهای مجازی در سیستم ابر حضور دارند.
قابلیت اطمینان بالا: فراهم آورندگان ابر به مشتریان خود تضمین می‌دهند که سیستم ابر همیشه قابلیت ارائه سرویس را داشته باشد. حال آنکه در سیستم‌های خانگی یک اشکال در نرم‌افزار یا سخت‌افزار می‌تواند موجب عدم دسترسی به اطلاعات و سرویس شود.
هزینه پایین: به صورت سنتی برای اجرای برنامه‌های سنگین محاسباتی یا داده ای عظیم نیاز به یک سیستم با توان بالای محاسباتی و دادهای احساس می‌شده است. این سیستم هزینه سنگینی را برای شرکت و یا افراد سرویسگیرنده فراهم می‌آورده است. حال با استفاده از سرویس‌های موجود بر روی ابر، کاربران می‌توانند بر روی پروژه خود تمرکز بیشتری داشته باشد و هزینه گزافی را بابت تهیه زیرساخت‌ها نپردازد.
به‌روز بودن: هزینه‌های گزافی که برای برپا بودن و به‌روز بودن زیرساخت‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری باید پرداخت شوند با استفاده از ابر از بین می‌رود. در حقیقت به‌روز در آوردن زیرساخت‌ها از وظایف فراهمآورندگان ابر می‌شود که بدون آنکه کاربر نهایی از این موضوع مطلع شود انجام می‌پذیرد.