new5
حراج!

ارائه الگوریتم زمانبندی مهاجرت ماشین های مجازی

49.000تومان 29.000تومان

توضیحات

دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات کرمان
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی کامپیوتر
عنوان
ارائه الگوریتم زمانبندی مهاجرت ماشین های مجازی جهت بهینه سازی همزمان مصرف انرژی و تولید آلاینده ها در شبکه محاسباتی ابر

فهرست
عنوان صفحه
چکیده 1
مقدمه 2

فصل اول- کلیات
مقدمه 5
مروری بر محاسبات ابری 5
1-2-1- بررسی انواع مختلف توده های ابر، کاربرد، مزایا و معایب 9
1-2-2- برخی مزایا و معایب محاسبات ابری 12
1-2-3- معماری سیستم های محاسبات ابری 13
1-2-4- ماهیت محاسبات ابری 14
مجازی سازی 14
مقدمه ای بر مهاجرت ماشین های مجازی 19
1-4-1- مهاجرت 19
1-4-2- انواع روش های مهاجرت زنده 20
الگوریتم ژنتیک 21
1-5-1- جمعیت ژنتیکی 22
1-5-2- تابع برازندگی 23
1-5-3- عملگر ترکیب یا جابه جایی 23
1-5-4- عملگر جهش 24
1-5-5- عملگر انتخاب 24
آشنایی با چالش پیش رو در شبکه محاسباتی ابر 25
خلاصه و نتیجه گیری 27

فصل دوم- مروری بر ادبیات گذشته
2-1- محاسبات ابری 29
2-2- مجازی سازی 30
2-3- مدیریت انرژی در مرکز داده اینترنت IDC 31
2-4- مدیریت انرژی ماشین مجازی و مهاجرت 32
2-5- الگوریتم MBFD 37
2-6- الگوریتم ST 39
2-7- الگوریتم MM 39
2-8- الگوریتم هریسانه 41
2-9- الگوریتمMEF(تغییر اولین تناسب) 42
2-10- نتیجه گیری 43

فصل سوم- ارائه الگوریتم پیشنهادی
3-1- مقدمه 45
3-2- الگوریتم پیشنهادی 45

فصل چهارم- نتایج شبیه سازی
4-1- مقدمه 55
4-2- ویژگی های شبیه سازی تخصیص و مهاجرت ماشین های مجازی 55
4-3- نرم افزار متلب 59
4-4- نتایج شبیه سازی 61
4-5- نتیجه گیری 66

فصل پنجم- نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری 68
5-2- کار آینده 68

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1 نمونه ای خدمات برحسب تقاضای ارائه شده از طریق محاسبات ابری 12
جدول 3-1 مصرف انرژی پردازنده ها با توجه به بار کاری 48
جدول 4-1 مقایسه الگوریتم های مختلف برپایه مصرف انرژی سرورها (Kwh) 63
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل1-1 بررسی گوگل از مقبولیت سیستم های کلاستر , گرید و ابر 6
شکل 1-2 سیر تکاملی سیستم های محاسباتی 7
شکل 1-3 نمایی از انواع مراکز داده (بدون مجازی سازی وبا مجازی سازی) 8
شکل 1-4 نمایی از چگونگی عملکرد MapReduce 10
شکل 1-5 نمایی کلی از ساختار مجازی سازی 15
شکل 1-6 سرورهای مجازی اجرا شده بر روی یک سخت افزار فیزیکی 16
شکل 1-7 تاثیر مجازی سازی در کاهش تعداد سرورهای فیزیکی 17
شکل 1-8 شمای کلی مجازی سازی مرکز داده 18
شکل 1-9 مهاجرت ماشین مجازي 20
شکل 3-2 رشته کروموزوم پیشنهادی 47
شکل 3-3 ترکیب – روال تک نقطه ای 50
شکل 3-4 مثال- ترکیب – روال تک نقطه ای 51

شکل 3-5 ترکیب – روال دو نقطه ای 51
شکل 3-6 مثال- ترکیب – روال دو نقطه ای 51
شکل 3-7 ترکیب – روال یکنواخت 52
شکل 3-8 جهش- بیتی 52
نمودار 4-1 – زمانبند ارائه شده با تعداد تکرار100 و عملگر ترکیب تک نقطه ای 61
نمودار 4-2 – زمانبند ارائه شده با تعداد تکرار1000 و عملگر ترکیب پراکنده 62
نمودار 4-3 مقایسه الگوریتم های مختلف برپایه مصرف انرژی سرورها (Kwh) 63
نمودار 4-4 مقایسه الگوریتم های انرژی آگاه برپایه مصرف انرژی سرورها (Kwh) 64

چکیده:
در سال های اخیر با توجه به رشد روز افزون درخواستها و پیوستن مشتریان جدید به دنیاي محاسبات، سیستم هاي محاسباتی نیز باید تغییر کنند و قدرتمندتر وانعطاف پذیرتر از قبل عمل نمایند. در این میان محاسبات ابري به عنوان مدلی فراتر از یک سیستم ارائه شد که در حال حاضر توانایی پاسخگویی به اکثر درخواست ها و نیازمندي ها را دارد.
راه حل های مجازی سازی به طور گسترده ای برای حل مشکلات مختلف مراکز داده مدرن بکار می روند که شامل : استفاده کمتر از سخت افزار، استفاده بهینه از فضای مراکز داده , مدیریت بالای سیستم و هزینه نگهداری می شوند.
عمده چالش هایی که سرور های بزرگ با آن مواجه هستند عدم وجود قابلیت اطمینان بالای سیستم و هزینه های عملیاتی بالا به علت مصرف انرژی زیاد است. بنابراین، استقرار و زمانبندی vm ها برپایه انرژی آگاه یک ضرورت فوری برای دستیابی به این اهداف است. زمانبندی کار برای چندین سال توسط محققان مختلف مورد مطالعه قرار داده شده است ، اما توسعه خوشه های مجازی و محیط ابر پنجره جدیدی به سوی محققان جهت رویکردهای جدید زمانبندی باز کرده اند .
یکی از تکنیک هاي مورد نیاز جهت افزایش انعطا ف پذیري و مقیاس پذیري مراکز داده ي ابري، مهاجرت است. عمل مهاجرت با اهداف گوناگونی از جمله توازن و تقسیم بار، تحمل پذیري در برابر خرابی، مدیریت انرژي، کاهش زمان پاسخ و افزایش کیفیت سرویس، تعمیر و نگهداري سرورها انجام می شود.
اجزای اصلی زمانبندی کار در محیط مجازی شامل :استقرار vmها در بین ماشین های فیزیکی و موازنه بارکاری پویا به کمک مهاجرت کارها در سراسر گره های خوشه مرکز داده می باشد.
در این پایان نامه تمرکز ما روی زمانبندی مهاجرت ماشین های مجازی در مرکز داده ابر با استفاده از الگوریتم وراثتی می باشد . نتایج شبیه سازی موید امکان پذیری و کارایی این الگوریتم زمانبندی می باشد و منجر به کاهش قابل توجه مصرف انرژی کل در مقایسه با استراتژی های دیگر می شود.و از آنجا که تمرکز ما روی انرژی عملیاتی مراکز داده است با کاهش مصرف انرژی عملیاتی, تولید آلاینده زیستی کربن نیز کاهش یافته که در کاهش هزینه کاربر نقش بسزایی ایفا می کند .

مقدمه:

در سال 1969 Leonard Kleinrock [1]، یکی از دانشمندان ارشد شبکه اصلی پروژه های پیشرفته پژوهشی آژانس (ARPANET) که پایه گزار اینترنت است ، گفت : ” هم اکنون ، شبکه های رایانه ای هنوز در مراحل ابتدایی خود هستند ، اما هنگامیکه رشد کنند و پیچیده شوند ، ما احتمالا گسترش صنایع همگانی کامپیوتر ” را خواهیم دید که ، مانند برق و تلفن در حال حاضر ، که به منازل و دفاتر در کشور خدمات ارائه می کنند. این بینش از صنایع همگانی محاسبات بر اساس مدل تأمین کننده خدمات ,تحول عظیم از کل صنعت محاسبات در قرن 21 که به موجب آن خدمات کامپیوتری برحسب تقاضا خواهد شد را پیش بینی می کند، مانند خدمات ابزار دیگر موجود در جامعه امروز به راحتی در دسترس است. به طور مشابه ، کاربران (مصرف کنندگان) تنها زمانی که به خدمات محاسبات فراهم کنندگان دسترسی داشته باشند به آنها پرداخت می کنند. علاوه بر این ، مصرف کنندگان دیگر نیازی به سرمایه گذاری زیادی در ساخت و نگهداری پیچیده زیرساخت های فناوری اطلاعات نخواهند داشت.
در چنین مدلی ، کاربران به خدمات مورد نیاز خود دسترسی می یابند بدون در نظر گرفتن اینکه آن خدمات میزبانی کجا هستند. از این مدل به عنوان محاسبات همگانی یا اخیرا محاسبات ابری یاد می شود [2]. دومی نشان دهنده زیرساخت به عنوان یک “ابر” است که از آن کاربران می توانند برحسب تقاضا به برنامه های کاربردی به عنوان خدمات از هر نقطه جهان دسترسی یابند. از این رو ، محاسبات ابری را می توان به عنوان یک پارادایم جدید برای تأمین پویای خدمات کامپیوتری با حمایت مراکز داده معرفی کرد که معمولا تکنولوژی ماشین مجازی3 را برای تثبیت و اهداف محیط زیست بکار می گیرد.[3] .
تا همین اواخر ، تنها نگرانی , استقرار مراکز داده ابر با کارایی بالا بدون هیچ گونه توجهی به مصرف انرژی بوده است. مراکز داده به طور متوسط انرژی زیادی به اندازه 25000 خانوار مصرف می کنند[4]
بخش قابل توجهی از انرژی الکتریکی مصرف شده توسط منابع محاسباتی به گرما تبدیل می شود. دمای بالا منجر

به تعدادی از مشکلات ، مانند کاهش قابلیت اطمینان سیستم و در دسترس پذیری، و همچنین کاهش طول عمر دستگاه ها می شود.
مراکز داده ها فقط پرهزینه نیستند ، بلکه آسیبی جدی به محیط زیست نیز وارد می کند. کربن تولیدی این مراکز در حال حاضر بیش از کربن تولیدی یک کشور با تمام تاسیسات صنعتی است [5]. میزان کربن زیاد بخاطر حجم زیاد برق مورد نیاز برای خنک کردن سرورهای متعدد میزبان در مراکز داده ها است. ارائه دهندگان سرویس ابری برای اطمینان از این که سود شان به دلیل هزینه های بالای انرژی به طرز چشمگیری کاهش پیدا نکند ودرعین حال بتوانند خدمات را با کیفیت و سرعت بالاتری ارائه دهند همچنین باتوجه به افزایش فشار از سوی دولت های جهان به منظور کاهش میزان کربن ، که تاثیر قابل توجهی در تغییرات آب و هوایی دارد, نیاز به اتخاذ اقدامات لازم دارند. [6].
در این بین راه حلهاي مجازی سازی , علاوه بر كاهش هزينه هاي انرژي در زيرساختهاي مراكز داده ,به طرز چشمگيري بهره برداري و كارايي سرور را افزایش می دهد. مجازی سازی با استفاده از تکنیک مهاجرت ماشینهای مجازی ,با ادغام و موازنه بار بين سرورهاي فيزيكي و اجراي ده برنامه كاربردي يا بيشتر ماشينهاي مجازي برروي يك سرور x86 , می تواند منابع مجازی را با انعطاف زیاد بین سرور های فیزیکی منتقل کند [7].
کاری که در این تحقیق انجام می شود ارائه الگوریتم زمانبندی مهاجرت ماشین های مجازی جهت حل معضل انرژی و آلودگی در محیط محاسباتی ابراست.

فصل اول

کلیات

1-1 مقدمه
در این فصل مقدمه ای در مورد پیدایش شبکه محاسبات ابری و یکسری از بحث های کلی در مورد مجازی سازی و مهاجرت ماشین های مجازی در محیط ابر و الگوریتم ژنتیک بیان شده است. در ادامه مروری بر ابر, آشنایی با مسائل و چالش های مهم موجود در ابر , ضرورت انجام این تحقیق و اهداف پژوهش آورده شده است. این فصل با خلاصه و نتیجه گیری از فصل و نیز تشریح ساختار پایان نامه به پایان رسیده است.

1-2 مروری بر محاسبات ابری

سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب , برق , گاز و تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود.در چنین حالتی , کاربران سعی می کنند براساس نیازهایشان و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود , به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارائه دهند . برخی از این سیستم های محاسباتی عبارتند از : محاسبات خوشه ای , محاسبات شبکه ای و اخیرا محاسبات انبوه که از آن به عنوان محاسبات ابر یاد می شود. محبوبیت این سه رویکرد محاسباتی , از دید موتور جستجوی گوگل مورد ارزیابی قرار گرفته است که نتیجه آن در شکل 1-1 نمایش داده شده است و حاکی از آن است که محبوبیت محاسبات ابری , پس از ظهور مفاهیم اولیه آن در سال 2007 , با فاصله زیادی نسبت به سایر رویکردهای محاسباتی در حال افزایش است [8].

شکل1-1 بررسی گوگل از مقبولیت سیستم های کلاستری , شبکه ای و ابر تا سال 2010
برای شناخت بهتر محاسبات ابری از دید زیرساخت , ابتدا نگاهی به سیر تکاملی سیستم های محاسباتی از ابتدا تاکنون می اندازیم تا بتوانیم جایگاه آن را در بین دیگر سیستم ها تشخیص دهیم . اگر کامپیوتر های اصلی را بعنوان نسل اول سیستم های محاسباتی در نظر بگیریم , ما با یک سیستم بسیار بزرگ مواجه بودیم که کاربران از طریق یک پایانه واحد به آن دسترسی پیدا می کردند. به مرور این سیستم ها کوچکتر شدند و با توان پردازشی بیشتر بصورت رایانه های شخصی در اختیار همه کاربران قرار گرفتند. سپس این امکان فراهم شد که با اتصال مجموعه ای از این سیستم های کوچک , شبکه ای با توان پردازشی بیشتر فراهم نمود تا پاسخگوی نیازهای پردازشی بیشتر و سنگین تر باشند.اما نیازهای پردازشی به شکل فزاینده ای درحال افزایش بودند و نیاز به سیستم های محاسباتی بزرگتر و قوی تر احساس شد. بنابراین تعداد زیادی از این شبکه ها بصورت اختصاصی در سرتاسر اینترنت به هم متصل شدند و شبکه محاسباتی گرید را بوجود آوردند. در این بین مشاهده شد که میلیون ها کاربر در اینترنت وجود دارند که در اکثر اوقات از تمام توان رایانه خود استفاده نمی کنند و سیستم محاسباتی دیگری شکل گرفت تا کاربرانی که تمایل داشته باشند , زمان های بیکار سیستم خود را برای کارهای محاسباتی عام المنفعه هدیه کنند. بنابراین تعداد بسیار زیادی منبع محاسباتی کوچک در شبکه ای تحت عنوان محاسبات داوطلبانه به هم پیوستند و توان پردازشی عظیمی بوجود آوردند .
شکل 1-2 سیر تکاملی سیستم های محاسباتی

اما هنوز منابع بسیار زیاد دیگری در سازمان ها و مراکز داده اینترنتی وجود داشت که تمام ظرفیت آنها بطور کامل بکار گرفته نشده بود. این منابع نمی توانستند در شبکه محاسباتی گرید بصورت اختصاصی بکار گرفته شوند , زیرا برای آنها وظیفه دیگری تعریف شده بود . در عین حال امکان استفاده از آنها در شبکه داوطلبانه هم وجود نداشت, چون فلسفه وجودی آنها , کاربردهای تجاری بود. به این ترتیب رویکرد جدیدی شکل گرفت که بتوان با استفاده از فناوری های مجازی سازی این منابع را بصورت قابل انعطاف و پویا برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار داد و از تمام ظرفیت آن ها بطور موثر استفاده کرد. این فناوری محاسبات ابر در لایه زیرساخت نام داشت که امکان استفاد از منابع محاسبات و ذخیره سازی را بصورت یک سرویس بر حسب نوع نیاز فراهم می آورد. در حقیقت با ایجاد یک لایه انتزاعی بر روی کلیه منابع فیزیکی خود(به کمک مجازی سازی) امکان مدیریت پویای منابع فیزیکی حاصل می شود[9].(شکل 1-3).

شکل 1-3 نمایی از انواع مراکز داده الف) بدون مجازی سازی یا مرکز داده معمولی ب) با مجازی سازی یا مرکز داده پویا

بنابراین محاسبات ابری از دید زیرساخت , به گونه ای سیستم های توزیع شده و موازی اطلاق می گردد که مجموعه ای از رایانه های مجازی را که به یکدیگر متصل هستند شامل می شود. این رایانه ها بطور پویا عرضه شده و به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی یکپارچه براساس توافقات سطح سرویس ارائه می شوند . این توافقات در طول انجام مذاکرات سرویس دهندگان و مصرف کنندگان برقرار می گردند. محاسبات ابری سعی دارد نسل جدیدی از مراکز داده ای را , با ارائه کردن سرویس ها و خدمات در ماشین های مجازی شبکه شده به صورت پویا , به گونه ای ممکن سازد که ارائه دهندگان خدمات کاربردی بتوانند سرویس ها و برنامه های کاربردی را با انعطاف پذیری و سهولت بیشتری ارائه کنند و کاربران نیز بتوانند از هر جایی از دنیا به برنامه های کاربردی دسترسی داشته باشند.
در تکنولوژی محاسبات ابر, کاربران می توانند از طریق ابزارهای مختلف (نظیر رایانه های شخصی , رایانه های همراه , تلفن همراه و PDA) به برنامه ها , فضاهای ذخیره سازی , پردازش و حتی سکوهای توسعه برنامه های کاربردی در اینترنت , از طریق سرویس های ارائه شده توسط محاسبات ابر , دسترسی داشته باشند . به این ترتیب منابع به جای قرارگیری در سمت کاربر, در سمت سرورها قرار می گیرد. خدمات فراهم شده از طریق محاسبات ابر از نوع محاسبات همگانی است و به این معناست که خدمات مورد استفاده مشتریان در سرورها عرضه می شود و پرداخت در آن ها همانند سایر خدمات عمومی (برق , آب , تلفن و ..) براساس سطح استفاده افراد انجام می شود.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “ارائه الگوریتم زمانبندی مهاجرت ماشین های مجازی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

8 + 1 =

شناسه محصول: d1247 دسته: ,