پایان نامه ارشد cloud computing

پایان نامه زمانبندی در رایانش ابری با عنوان طراحی و پیاده سازی یک زمانبندِ کار اشکال آگاه در سیستمهای محاسبات ابری می باشد.در این پایان نامه سیستم‌های محاسبات ابری را به عنوان یکی از سیستم های پردازش موازی مبتنی بر مبادله پیام مورد بررسی قرار می‌دهیم. این محیط ها به علت ویژگی خاص خود که ارتباط کارهای موازی فقط از پیام‌های رد و بدل شده انجام می‌پذیرد، دارای توانمندی‌های بالقوه برای انجام عملیات بازیافت می‌باشند.

از این رو، آنچه ما به طور خلاصه مورد مطالعه قرار خواهیم داد، قراردادهای بازیافت مختلف برای محیط مبادله پیام خواهد بود. این قراردادها برای توانمند کردن محیط پردازش موازی به منظور تحمل‌پذیر کردن در برابر اشکال، اطلاعاتی نظیر حالت ماشین‌های مجازی یا محتوی پیام‌ها را در طول اجرای عادی نگه داری می‌کنند تا در زمان وقوع اشکال با استفاده از آن-ها، عملیات بازیافت انجام پذیرد.

در این پایان نامه در فصل دوم با قابلیت دسترسی‌بالا آشنا خواهیم شد و سپس در فصل سوم قراردادهای بازیافت در یک محیط پردازش موازی مبتنی بر مبادله پیام را مورد بررسی و مقایسه قرار می‌دهیم. در فصل چهارم به مطالعه کارهای اخیر انجام  شده در زمینه برخورد پیش‌کنشی با اشکال‌های محتمل می‌پردازیم. فصل پنجم را به معرفی الگوریتم پیشنهادی اختصاص داده و در آخر به پیاده سازی و ارزیابی الگوریتم‌های پیشنهادی و مقایسه آن با روش کلاسیک پرداخته و نتیجه گیری می‌نماییم.

  فهرست مطالب
۱    مقدمه    2
۲    قابلیت دسترسی بالا    9
۲-۱    مفاهیم پایه قابلیت دسترسی بالا    10
۲-۱-۱    تعریف قابلیت دسترسی بالا    10
۲-۱-۲    مفاهیم و مباحث مرتبط با قابلیت دسترسی بالا    11
۲-۱-۳    معیارهای سنجش قابلیت دسترسی    13
۲-۱-۴    سطوح قابلیت دسترسی بالا    15
۲-۱-۵    توقف برنامه‌ریزی شده و توقف برنامه‌ریزی نشده    16
۲-۱-۶    عوامل مؤثر بر میزان دسترسی سیستم    18

۲-۲    دستیابی به قابلیت دسترسی بالا در سیستم‌های کلاستر    19
۲-۲-۱    تعریف نقاط منفرد بروز خرابی    19
۲-۲-۲    از بین بردن نقاط منفرد بروز خرابی در اجزای سخت‌افزاری    19
۲-۲-۳    از بین بردن نقاط منفرد بروز اشکال در اجزای نرم‌افزاری    28
۲-۲-۴    تشخیص دهندۀ خرابی در کلاسترهای با قابلیت دسترسی بالا    30
۲-۲-۵    معماری کلاسترهای با قابلیت دسترسیبالا    32
۲-۲-۶    اتصالات و شبکه کلاستر    34
۲-۲-۷    مدیریت و نظارت بر کلاستر    34
۲-۲-۸    تصویر یکپارچه سیستم (SSI)    41

۳    روالهای تحمل‌پذیر اشکال برای رسیدن به قابلیت دسترسی بالا در سیستمهای مبادله پیام    36
۳-۱    پیشزمینه و تعاریف    39
۳-۱-۱    مدل سیستم    39
۳-۱-۲    حالت‌های سیستم یکپارچه    40
۳-۱-۳    تعامل با دنیای خارج    42
۳-۱-۴    پیام در حال گذر    43
۳-۱-۵    قراردادهای ثبت وقایع    44
۳-۱-۶    ذخیره‌ساز پایدار    46
۳-۱-۷    جمع‌آوری داده‌های زائد    47
۳-۲    بازیافت براساس نقطه مقابله    48
۳-۲-۱    نقطه مقابله گرفتن به صورت غیرهماهنگ    48
۳-۲-۲    نقطه مقابله گرفتن به صورت هماهنگ    53
۳-۲-۳    نقطه مقابله گرفتن بر اساس ارتباطات    57
۳-۳    بازیافت بر اساس ثبت وقایع    62
۳-۳-۱    شرط یکپارچگی بدون پروسه‌های یتیم    63
۳-۳-۲    ثبت بدبینانه وقایع    64
۳-۳-۳    ثبت خوشبینانه وقایع    68
۳-۳-۴    ثبت علّی وقایع    71
۳-۳-۵    مقایسه قراردادهای بازیافت    74
۳-۴    مباحث مطرح در پیاده‌سازی    74
۳-۴-۱    بررسی    74
۳-۴-۲    پیاده‌سازی تکنیکهای نقطه مقابله گرفتن    75
۳-۴-۳    مقایسه قراردادهای نقطه مقابله‌ گرفتن    77
۳-۴-۴    قراردادهای ارتباطی    78
۳-۴-۵    بازیافت بر اساس روش ثبت وقایع    79
۳-۴-۶    ذخیره‌ساز پایدار    80
۳-۴-۷    دنبال کردن وابستگی    81
۳-۴-۸    بازیافت    82

۴    کارهای انجام شده اخیر    71
۴-۱    مروری بر روش‌های پیشبینی اشکال    72
۴-۱-۱    کلاسه بندی و اشکالهای ریشه آماری    73
۴-۱-۲    مدل آماری زمان میان خرابی‌ها    74
۴-۱-۳    جمع‌آوری و پیش‌پردازش داده‌های مرتبط با خرابی    74
۴-۲    تکنیک‌های پیش‌بینی اشکال    76
۴-۲-۱    حدآستانه مبتنی بر آمار    76
۴-۲-۲    آنالیز سری‌های زمانی    76
۴-۲-۳    کلاسه‌بندی مبتنی بر قانون    77
۴-۲-۴    مدل‌های شبکه بیزی    78
۴-۲-۵    مدل‌های پردازش شبه مارکوف    79
۴-۳    مطالعات انجام گرفته    80

۵    روش پیشنهادی    86
۵-۱    مدل اشکال    86
۵-۱-۱    متوسط زمانی تا خرابی    90
۵-۲    مبانی احتمال و پیشبینی    92
۵-۲-۱    مفاهیم اولیه    92
۵-۲-۲    رابطه قانون بیز و احتمال درستی پیشبینی    94
۵-۳    رابطه الگوریتم پیشبینی و مدل اشکال    96
۵-۳-۱    تحلیل روابط احتمالی    96
۵-۴    مدل پیشنهادی    100
۵-۴-۱    ارائه الگوریتم    103
۵-۴-۲    مدل مبتنی بر هزینه    105
۵-۴-۳    اثر پیشبینیکننده بر روی مدلهای هزینه    110
۵-۴-۴    تصمیمگیری سیستم در کارگزار ابر    112

۶    نتایج آزمایشها    109
۶-۱    معرفی شبیه‌ساز CloudSim    109
۶-۱-۱    اجزای ابر    110
۶-۱-۲    اجزای اصلی هسته    112
۶-۱-۳    سرویس‌های موجود و الگوریتم‌های آن‌ها    116
۶-۱-۴    روند کار شبیهساز    118
۶-۲    نحوه پیادهسازی سیستم تحمل‌پذیر اشکال در شبیهساز    119
۶-۲-۱    FaultInjector    121
۶-۲-۲    FaultPredictor    124
۶-۲-۳    FTHost    126
۶-۲-۴    FTDatacenter    126
۶-۲-۵    FTDatacenterBroker    127
۶-۳    نتایج آزمایشات    130
۶-۳-۱    بررسی اثر سربار نقطه مقابله‌گیری    133
۶-۳-۲    بررسی عمل‌های انتخابی    134
۶-۳-۳    خرابی‌های متوقف سازنده و غیر متوقف سازنده    137

۷    نتیجه گیری و پیشنهادات    140
منابع    142

فهرست شکل ها
شکل ‏1 1رویکرد یه تکنولوژی‌های مختلف محاسبات توزیع شده [۱]    3
شکل ‏2 1 سهم عوامل مختلف در از کارافتادگی سیستم HA [11]    16
شکل ‏2 2 برخی SPOFها در سیستم سرویسدهنده/سرویسگیرنده    18
شکل ‏2 3 SPOFها در یک شبکه اترنت نوعی    22
شکل ‏2 4 حذف SPOFهای شبکه به روش افزونگی کامل    23
شکل ‏2 5 نمونهای از تشخیص خرابی با سیگنال ضربان قلب    26
شکل ‏2 6 نمای ساده از نظارت    31
شکل ‏2 7 ارتباط اجزا مختلف EMS    31
شکل ‏3 1 مثالی از یک سیستم مبادله پیام با سه واحد موازی    38
شکل ‏3 2 مثالی از حالت یکپارچه و غیریکپارچه سیستم    40
شکل ‏3 3 پیاده‌سازی مکانیسمهای بازیافت    42
شکل ‏3 4 ثبت کردن پیام برای اجرای مجدد قطعی    43
شکل ‏3 5 اندیس نقطه مقابله و بازه نقطه مقابله    46
شکل ‏3 6 (a) یک اجرای مثال (b) گراف وابستگی بازگشت به عقب (c) گراف نقطه مقابله    47
شکل ‏3 7 انتشار بازگشت به عقب، خط بازیافت و اثر دومینو    48
شکل ‏3 8 نقطه مقابله گرفتن به صورت هماهنگ و غیربلوکه شونده (a) غیریکپارچگی نقطه مقابله (b) با کانال FIFO (c) با کانال غیرFIFO    49
شکل ‏3 9 مسیر Z سیکل Z    52
شکل ‏3 10 روش ثبت بدبینانه وقایع    57
شکل ‏3 11 روش ثبت خوشبینانه وقایع    60
شکل ‏3 12 روش ثبت علّی وقایع (الف) حالتهای قابل بازیافت حداکثر (ب)گراف مقدم را برای پروسه P0 در حالت X    62
شکل ‏5 1 منحنی وان    88
شکل ‏5 2 نمودار مثبت واقعی، منفی واقعی و دقت پیشبینی    95
شکل ‏5 3 اثر تغییرات MTTF بر روی دقت پیشبینی    96
شکل ‏5 4 اثر حساسیت و ویژگی بر روی دقت پیشبینی    97
شکل ‏5 5 شماتیک خط زمانی نقطه مقابلهگیری هماهنگ دورهای    98
شکل ‏5 6 شماتیک خط زمانی نقطه مقابلهگیری هماهنگ دورهای در برخورد با اشکال    99
شکل ‏5 7 شماتیک خط زمانی الگوریتم تطبیقی پیشنهادی    101
شکل ‏6 1دیاگرام کلی شبیه‌ساز[۹۲]    116
شکل ‏6 2 جریان کار اجزای برنامه‌های موازی در شبیه‌ساز [۹۲]    116
شکل ‏6 3 نمونه‌ای از محتویات یک فایل سناریوی خرابی گرها در یک مرکز داده    118
شکل ‏6 4 ماشین حالت خرابی یک گره محاسباتی در ابر    119
شکل ‏6 5 تکه کد تغییر وضعیت حالت میزبان‌های یک مرکزداده به صورت بهینه    120
شکل ‏6 6 تکه کد پیش‌بینی وضعیت یک گره محاسباتی در زمان آینده time    121
شکل ‏6 7 در صد بهبود زمان اجرای الگوریتم‌های پیشنهادی نسبت به الگوریتم آزمون نقطه مقابله‌گیری دوره‌ای کلاسیک    126
شکل ‏6 8 در صد بهبود زمان اجرای الگوریتمهای پیشنهادی نسبت به الگوریتم آزمون نقطه مقابلهگیری دورهای کلاسیک با افزایش زمان نقطه مقابله‌گیری به ۵ دقیقه    127
شکل ‏6 9 تعداد عمل‌های انتخابی در طول زمان اجرا با الگوریتم نقطه مقابله‌گیری دوره‌ای    128
شکل ‏6 10 تعداد عملهای انتخابی در طول زمان اجرا با الگوریتم تطبیقی اولیه    128
شکل ‏6 11 تعداد عملهای انتخابی در طول زمان اجرا با الگوریتم تطبیقی تصحیح شده    129
شکل ‏6 12 تعداد اشکال‌هایی که در طول اجرای برنامه سبب توقف یا عدم توقف ابر می‌شوند    130

فهرست جداول
جدول ‏1 1 قابلیت اطمینان در مراکز داده مختلف[۴]    5
جدول ‏2 1 مقایسه کلاسترهای HA و FT [13]    11
جدول ‏2 2 زمانهای توقف و کارکرد یک سیستم ۵۲×7×12    14
جدول ‏2 3 زمان‌های توقف و کارکرد یک سیستم ۵۲×5×12    14
جدول ‏3 1 مقایسه بین قراردادهای مختلف بازیابی [۴۷]    64
جدول ‏5 1 رابطه وضعیت محیط و الگوریتم پیشبینی    91
جدول ‏5 2 تعاریف پارامترهای استفاده شده در مدلها    102
جدول ‏5 3 مدل هزینه عمل مهاجرت    103
جدول ‏5 4 مدل هزینه عمل نقطه مقابلهگیری    104
جدول ‏5 5 مدل هزینه عمل اجرای بلافاصل    105
جدول ‏6 1 مقداردهی اولیه متغیرهای شبیهساز    125