خدمات با در نظر گرفتن هزینه و عملکرد الگوریتم های بارگزاری متعادل (مقاله ترجمه شده)

چکیده

تامین منابع مورد تقاضا باعث میشود ابر به عنوان یک فناوری پیشرو شناخته شود .تمام ارائه دهنده های خدمات ابری، منابع رایانشی مناسب با نوع رابط کاربری، نوع نمونه و سیاست قیمت گزاری خود را پیشنهاد میدهند.یک کارگزار خدمات مبتنی بر ابر، برای یافتن ارائه دهندگان خدمات مناسب واسطه گری میکند طوری  که مبادله مناسب بین قیمت و  عملکرد را در نظر میگیرد.از سوی دیگر، تعادل بارگزاری میان منابع ابری مختلف، تضمین استفاده کارآمد از زیر ساخت های فیزیکی را میدهد، و به طور همزمان زمان اجرا را به حداقل میرساند.این باعث میشود که کارگزاران خدمات و بارگزاری متعادل در بین مهم ترین مسائل سیستم های محاسبات ابری قرار بگیرد.هدف از این مقاله پیشنهاد سه الگوریتم مختلف بارگزاری متعادل ابری و یک الگوریتم بارگزاری متعادل است.شبیه سازی مبتنی بر استقرار تصدیق میکند که الگوریتم پیشنهادی ما هزینه ها را کاهش میدهد و به طور همزمان شاهد موفقیت در خدمات اجرایی هستیم.

مقدمه

یک ابر شامل یک مرکز داده بزرگ یا گروه هایی از مرکز داده های بزرگ است، که ممکن است در یک یا چند منطقه جغرافیایی، جایی که ابرها منابع محاسبات نامحدود را فراهم می کنند، واقع شده باشند، که این منطقه برای رفع تقاضای کاربر مورد اطمینان است.یک ابر میتواند توسط سرمایه گزاران، دولت ها و ارائه دهندگان خدمات، میزبانی شود(Bernstien et al.,2011,2009).محتوا، ذخیره سازی و محاسبات، قادر به ارائه خدمات در هرجایی سرتاسر شبکه هستند، که با عنوان "درون ابری" خوانده میشود(Bernstien and Vij,2010).در یک سناریو قابل همکاری، ابر ها باید به منظور تبادل اطلاعات، قادر به تشخیص یکدیگر باشند(Vecchiola et al., 2011).زیر ساخت ابرها توسط سرویس هایی ارائه میشوند که نه تنها فقط استفاده میشوند، بلکه با کمک مجازی سازی نصب، مستقر و تکرارهم میشوند.این خدمات در روند کسب و کار های پیچیده اعمال میشود، که بیشتر توافقنامه سطح سرویس(SLAs) را پیچیده تر میکند.به عنوان مثال، به دلیل تغییر اجزاء، بار کاری، شرایط خارجی، سخت افزار و شکست های نرم افزار، SLA های ایجاد شده ممکن است نقض شوند.کاربر تکراری، در طی مذاکرات SLA و خدمات اجرا، با سیستم مبادرت میکند( که معمولا برای خرابی ها ضروری است)، که ممکن است چالشی برای یک ابر رایانه ای موفق باشد.Garg et al.(2014) تکنیک برنامه ریزی SLAرا که شامل مدیریت VM با حجم کاری متغیر است را پیشنهاد داد.

یک مورد استفاده ی از رویکرد "درون ابر"ی توسط Buya et al. (2009) کشف شد که شامل معاملات بازار از طریق کارگزاران است.در چنین موارد استفاده ای، نهاد کارگزاری یک میانجی بین استفاده کنندگان و ارائه دهندگان ابر به طور متقابل است، که در حمایت از سابقه انتخاب ارائه دهنده، بهتر است مطابق با نیاز های کاربر باشد.یکی دیگر از خدمات افزون کارگزاری، استقرار و مدیریت آسان خدمات فائوس بدون در نظر گرفتن ارائه دهنده منتخب، از طریق رابط یکنواخت است.ارزیابی کارگزار در آزمون دنیای واقعی وقت گیر و هزینه بر است، زیرا حجم زیادی از منبع ابری برای دستیابی به نتایج واقعی و قابل اعتماد، مورد نیاز است.یک روش امیدوارانه و به صرفه تر برای فرآیند ارزیابی کارگزار، یک برنامه محیط شبیه سازی است.

کار های مرتبط

در حال حاضر بسیاری از سازمان های استاندارد، روی تعیین استاندارد های معین برای محاسبات ابری کار میکنند.این استاندارد ها توسط سازمان های استاندارد عظیم ابر ارائه شده اند.در حال حاضر کاربران با چالشی برای انتخاب ابر مناسب برای برآورده شدن نیاز های خود مواجه هستند.استفاده از سرویس بارگزاری ابر متوسط برای پیدا کردن یک ارائه دهنده ی خاص، از الزامات آن ها جهت یک تحقیق امیدوارکننده است(Jrad et al., 2012).دو مولفه پایه و اساسی بارگزاری ابر، تامین منابع و برنامه ریزی آن است.Van den Bosche et al.,(2010) یک رویکرد برنامه ریزی شده برای یک ابر ترکیبی پیشنهاد میدهد، که عملیات را از لحاظ مقیاس پذیری، کاهش هزینه و امکان پذیری آن اجرایی میکند.از طریق برنامه نویسی اعداد صحیح باینری، تحقیقات آن ها کاربران را در تصمیم گیری برای بخش های خودکار، پشتیبانی میکند.محققان همچمنین ادعا میکنند که ابتدا به مشکلات مدیریت منبع در ابر های ترکیبی با این تکنیک پرداخته اند.

مدل های سرویس ابری

مدل های لایه ای سرویس های ابری

IaaS ، PaaS و SaaS سه تا از ساده ترین لایه های سرویس ابری است.شکل 1 مدل سرویس ابری را نشان میدهد.بالاترین لایه، لایه ی SaaS است که مرتبط با الزامات اجرای برنامه است.این لایه الزامات پلتفرم را برای برنامه ترجمه میکند و به لایه ی PaaS میفرستد

انتقال داده و پردازش درخواست کاربر

تاخیر انتقال داده(Dt) به تاخیر شبکه(NI) و زمان انتقال اطلاعات(Dtr) بستگی دارد.تاخیر انتقال داده بر اساس میلی ثانیه (ms) اندازه گیری میشود.تاخیر شبکه در بین مناطق به عنوان یک ماتریس تاخیر بیان میشود، که یکسری داده فرضی است که از قاعده توزیع پواسون تبعیت میکند. زمان انتقال داده به اندازه داده های هر درخواست(RS) و فشار پهنای باند(Bp)، بستگی دارد.بنابراین زمان انتقال داده میتواند به عنوان (*) معنی شود.

الگوریتم پیشنهادی

توصیف الگوریتم پیشنهادی کارگزاری ابر

کارگزار ابر مسئولیت رسیدگی درخواست های کاربران و ارائه دهندگان منابع را بر عهده دارد. اولین اقدامات در زمینه کارگزاری ابر توسط Naha et al. (2015) صورت گرفت. برای اختصاص منابع بر اساس درخواست کاربر ، کارگزار باید ابتدا تمامی منابع در دسترس را شناسایی کند. کاربرهای مختلف باید برای تخصیص منابع دارای محدودیت های مختلفی باشند. از طرف دیگر ، هر ارائه دهنده SLA خود را نگهداری میکند. کارگزار ابر همواره بدون تخطی از SLA ، رضایت کاربران را در نظر میگیرد. پس از شناسایی منابع در دسترس ، کارگزار منابع مورد نیاز کاربر را بر اساس وظیفه آن تخصیص میدهد. عملکرد کارگزاری به منابع موثر شناسایی شده و تخصیص آن ها بستگی دارد. شکل3 سیستم صف را برای کارگزار پیشنهادی نشان میدهد.

راه اندازی و سناریو شبیه سازی

برای استنتاج شبیه سازی آزمایش ها از cloudAnalyst استفاده کردیم (wickremasinghe et al. 2010) . cloudAnalyst افزونه ای برای cloudSim است(calheiros el al 2011) . cloudSim یک چارچوب شبیه سازی مدرن برای رایانش ابری است که از مدل های مقیاس بزرگ در ابر پشتیبانی میکند. cloudSim از شبیه سازی های مقیاس بزرگ ابر با مقدار کمی سربار ( درمواردی بدون سربار) مصرف حافظه و زمان راه اندازی پشتیبانی میکند. برای تولید درخواست کاربر ، از آمار جهانی Facebook استفاده کردیم.

نتایج آزمایش و بحث پیرامون آن

ما الگوریتم های پیشنهادی خود را در محیط های ابری در مقیاس بزرگ شبیه سازی کردیم. زمان پردازش همواره برای الگوریتم با در نظر گرفتن بار (LA) کمتر است. الگوریتم با در نظر گرفتن هزینه (CA) در هزینه صرفه جویی میکند اما زمان پردازش بیشتری را صرف میکند. برای همه سناریو ها ، CA همیشه هزینه کمتری را نسبت به LA مصرف میکند. نتایج نشان میدهد که CA مرقون به صرفه تر است ؛ با این حال ، LA سریع ترین قدرت پردازشی را به ارمغان می آورد.

نوآوری های مهم

نوآوری این مقاله از دو جهت قابل بررسی است. اولین نوآوری ها ارائه الگوریتم های کارگزاری ابر با عناوین CA,LA و LAOC است. دومین نوآوری الگوریتم بارگزاری متعادل است که با عنوان SBLB اطلاق میشود. الگوریتم کارگزاری CAدر مقایسه با الگوریتم های موجود 5.5% در هزینه ها صرفه جویی میکند اما زمان پاسخ دهی و پردازش آن افزایش می یابد. از طرف دیگر ، الگوریتم LA با بهبود 37 درصدی در متوسط زمان پاسخ دهی و افزایش تعداد VM ها و بهبود 73 درصدی در زمان پردازش DC همراه است. با این حال ، هزینه ها این الگوریتم در مقایسه با CA ، 11% بیشتر است. الگوریتم LAOC ترکیبی از دو الگوریتم ذکر شده است. هزینه و زمان پاسخ دهی و پردازش این الگوریتم بین مقادیر CA و LA است. همچنین الگوریتم بارگزاری متعادل SBLB زمان پردازش DC و زمان پاسخ دهی را بدون افزایش هزینه ، کاهش داد. به علاوه ، الگوریتم های کارگزاری پیشنهادی به کاربران ابر کمک میکنند تا ارائه دهندگان مورد نیاز خود را بر اساس محدودیت ها و صرفه جویی در هزینه انتخاب کنند. همچنین الگوریتم پیشنهاد شده میتواند به ارائه دهندگان خدمات برای مدیریت منابع کمک کند.

نتیجه

در سال های گذشته با پیشرفت های حاصل شده در زمینه رایانش ، تقاضا برای خدمات رایانش ابری نیز افزایش یافته است. در رایانش ابری ، کاربران میتوانند بر اساس نیاز های خود از منابع رایانشی استفاده کنند. رویکرد ابر به کاربران کمک میکند تا در هزینه های زیرساخت IT صرفه جویی کنند. برای این منظور ، به دلیل نبود استانداردی خاص، ارائه دهندگان اینگونه خدمات ، پلتفرم رایانشی خود را مطابق میل خود میسازند. انتخاب یک ارائه دهنده خدمات ابری مناسب از بین چندین ارائه دهنده امری چالش برانگیز برای کاربران است. یک کارگزار میتواند یک سرویس دهنده مناسب را بر اساس نیاز های کاربر و تحت توافق سطح خدمت به او معرفی کند. بارگزاری متعادل در ابر نیز یکی دیگر از موضوعات مورد تحقیق است. در رایانش ابری منابع رایانشی در صورت تقاضا در اختیار کاربر قرار میگیرند. ارائه دهندگان خدمات ابری باید تقاضای های زیادی را برای پاسخ دادن ، مدیریت کنند. تخصیص و مدیریت درخواست های کاربران برای استفاده از منابع فیزیکی امری بسیار چالش برانگیز است زیرا باید بار بین منابع سیستم به طور متعادل توزیع شود. بارگزاری متعادل به طور موثر میتواند هزینه های اجرایی را کاهش دهد و رضایت مشتریان را بهبود بخشد.

نتایج شبیه سازی نشان داد که برای صرفه جویی بیشتر در هزینه کارگزاری مستلزم زمان پاسخ دهی بیشتری است. با این حال ، سریع ترین پردازش نیز مستلزم هزینه های بیشتر است. بر اساس نیاز مشتریان ، کارگزار تصمیم میگیرد که فرآیند باید به صورت سریع و یا کم هزینه اجرا شود. نتایج این مطالعه نشان میدهد که یک تکنیک کارگزاری موثر میتواند در زمان و هزینه صرفه جویی کند. نتایج شبیه سازی عملکرد الگوریتم SBLB در مقایسه با سایر الگوریتم ها در محیط آزمایشی بسیار بهتر است. این مقاله نشان میدهد که الگوریتم بارگزاری متعادل میتواند زمان اجرا را برای کاربران و همچنین ارائه دهندگان کاهش دهد. کارگزار باید قابلیت مدیریت درخواست های متغیر کاربران و تخصیص منابع به صورت پویا بر اساس SLA را داشته باشد. حل کردن این مشکل به کارهای آینده موکول شد. یکی دیگر از محدودیت ها این است که آزمایش ها در محیط شبیه سازی شده صورت پذیرفته اند. به شدت توصیه میشود که کارگزاری ابری و بارگزاری متعادل در دنیای واقعی انجام شود.

این مقاله ISI در سال 2016 در نشریه الزویر و در مجله برنامه های کاربردی شبکه و کامپیوتر ، توسط گروه فناوری و شبکه ارتباطات منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله خدمات با در نظر گرفتن هزینه و عملکرد الگوریتم های بارگزاری متعادل در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.