سیستمهای توزیع شده

mitra4--javid
دی ۱۵, ۱۳۹۷ 0 Comment

ه منابع و محاسبه دقیق هزینه ها …)
۴.نیازمندیها خود سیستم گرید تضمین گردد(مانند تقسیم بار و…)

کلمه چندین حوزه مدیریتی به معنای این است که گرید ممکن است منابعی را تحت پوشش قرار داده باشد که متعلق به مالکان مختلف با سیاستهای مختلف باشد و لازم است منابع در هر حوزه،بر اساس سیاستهای تعیین شده همان حوزه مدیریت شوند.برنامه کاربردی ممکن است به تعدادی کار مختلف نیز شکسته شده باشد که آنها بر روی ماشینهای مختلف باید به صورت توزیع شده و موازی اجرا شوند.
به طور کلی می توان سیستمهای مدیریت منابع و زمانبندی در گرید را به دو دسته اساسی تقسیم بندی کرد:
سیستمهایاقتصادیمدیریتمنابعوزمانبندی
سیستمهایغیراقتصادیمدیریتمنابعوزمانبندی
سیستمهای اقتصاد مدیریت منابع و زمانبندی،در واقع سیستمهایی هستند که هزینه ها را در زمانبندیها می توانند لحاظ کنند،از طریق آنها،می توان گریدهایی تجاری ایجاد کرد که سرویسهای محاسباتی به کاربران ارئه دهند و هزینه ها را از آنها دریافت کنند.در این سیستمها کار بر می تواندارجحیتهای مد نظر خود را به سیستم زمانبند اعلام کند.مثلاً بگوید زمانبندی را طوری انجام بده که کمترین هزینه حاصل شود(زمانبند ماشینهای پردازشگر را با این دید انتخاب خواهد کرد)،زمانبندی را طوری انجام بده که حداکثر کارآیی صورت گیرد،و البته حالات دیگری نیز وجود دارند.سیستمهای زمانبندی غیر اقتصادی نیز،سیستمهایی هستند که زمانبندی را بدون هزینه انجاممی دهند.نکته مهمی که باید ذکر شود این است که نمی توان گفت زمانبندی اقتصادی بهتر از گرید(همانند گریدهای رومیزی)،اصولاً زمانبندی باید به روش غیر اقتصادی انجام گردد و در واقع هر دو نوع زمانبندی در سیستمهای گرید لازم هستند.

در یک تقسیم بندی دیگر،می توان زمانبندها را به دو دسته تقسیم بندی کرد:
زمانبندهایی که کیفیت سرویس را می توانند تضمین کنند.
زمانبندهایی که کیفیت سرویس را نمی توانند تضمین کنند.
باید گفت اصولاً داشتن تضمین در مورد کیفیت سرویس بر نداشتن آن ترجیح داده می شود،پس زمابندهایی که زمانبندی را با تضمین کیفیت سرویس انجام دهند،بر زمانبندهایی که نتوانند چنین کاری را انجام دهند ارجحیت دارند.
روشهای قبلی و معایب آنها و روش کار و روش پیشنهادی ما برای بهینه سازی در این پایان نامه
مدل های زمانبندی در محیط گرید عبارتند ازمدل متمرکز ومدل توزیع شده ومدل سلسله مراتبی۲۴
۱-۱۲مدل متمرکز
دریک محیط که ازمدل زمانبندی متمرکز استفاده میشودیک ماشین مرکزی (نود)به عنوان مدیر منابع جهت زمانبندی کارها عمل می نماید وتمامی ماشین های پردازشگر درمحیط تحت پوشش ومدیریت این ماشین مرکزی هستنداین مدل زمانبندی معمولا زمانی استفاده میشودکه کلیه منابع(ماشینهای پردازشگر)ویژگیها وسیاستهای دستیابی یکسان داشته باشندمثلا یک سایت شامل چندین ماشین است که کلیه آنها تحت تملک یک مالک واحد هستند ومالک سیاست یکسانی رابرای دستیابی به تمامی آنها تعیین کرده است میتواند از زمانبند متمرکز استفاده کرد در این روش کارها ابتدا به زمانبند مرکزی واگذار میشود وزمانبند مرکزی آنها را به سایر ماشینهای پردازشگر مناسب واگذار می کند.کارهایی که فعلا نمیتوان پردازش آنها را شروع کرددریک صف مرکزی قرار میگریندتا پردازش آنها بعدا شروع شود.۲۴

Jobs

۱-۱۲-۱معایب زمانبندی متمرکز منابع در محیط گرید
۱-این مدل زمانبندی با توسعه پذیری سیستم مشکل داردزیرا زمانی که تعداد ماشینهای سیستم افزایش یابدزمانبند دچار مشکل خواهد شد زیرا خودش باید تمامی ماشینها رامدیریت کند.
۲-تحمل پذیری کمتری در مقابل خطاها داردوقابلیت اعتماد نداردزیرا اگر مشکلات سخت افزاری یا نرم افزاری برای ماشین سرویس دهنده زمانبند مرکزی دچار خرابی یا ازکارافتادگی خواهد شد وکل سیستم دچار مشکل خواهد شد.
۳-درصف درخواست ها ازدحام به وجود خواهد آمد.
۴-سربار در صف درخواست ها به وجود می آید.
۱-۱۳مدل زمانبندی توزیع شده برای منابع در محیط گرید
در این مدل از چند زمانبند محلی استفاده میشودبا یکدیگر جهت واگذاری کارها به کلیه ماشینهای پردازشگر تحت پوشش تعامل انجام میدهند دو مکانیزم جهت ارتباط یک زمانبند با زمانبندهای دیگر وجود دارد.
۱-ارتباط مستقیم
۲-ارتباط غیر مستقیم

۱-۱۳-۱ ارتباط مستقیم
در ارتباط مستقیم هر زمانبند محلی میتواند مستقیما با سایر زمانبندها درمورد واگذاری کارها ارتباط داشته باشد هرزمانبند لیستی از تمامی زمانبندهای دیگر را دیگر را داردیا ممکن است یک دایرکتوری مرکزی که کلیه اطلاعات را درمورد زمانبند نگهداری میکند بر روی ماشینی در محیط وجود داشته باشد در این روش اگر زمانبند محلی نتواند کاری را به منابع محلی اش واگذار کند با سایر زمانبندهای راه دور جهت یافتن مناسب ترین ماشین برای اجرای کار ارتباط برقرا ر خواهد کرد هر زمانبند ممکن است صف محلی برای مدیریت منابع تحت پوشش خود داشته باشد.۲۴

۱-۱۳-۲ ارتباط غیرمستقیم
این ارتباطات از طریق یکjob poolمرکزی صورت میگیرد در این روش کارها بلافاصله نمی توانند پردازش شوند بلکه به یک job poolمرکزی
ف
رستاده میشوند در مقایسه با روش مستقیم در این روش زمانبندهای محلی میتوانند کارهایی که برا اجرا روی منابعشان مناسب تر هستند را انتخاب کنند وآنها را برای اجرا روی ماشینهایشان به صورت محلی زمانبندی نمایند در این روش حتما باید سیاستهایی وجود داشته باشد که توسط آنها تضمین شود اولا کاربر مدت بسیار طولانی در job poolمنتظراجرا نماندثانیایک کار توسط دو یا بیشتر زمانبند جهت اجرا برداشته نشود.۲۴

۱-۱۴مدل زمانبندی سلسله مراتبی برای منابع در محیط گرید
در مدل زمانبندی سلسله مراتبی یک زمانبند مرکزی وتعدادی زمانبند محلی وجود دارد وزمانبند مرکزی با زمانبندهای محلی جهت واگذاری منابع تعامل دارد البته تعامل به صورت یکطرفه ازسمت زمانبند مرکزی به زمانبندهای محلی است .زمانبند مرکزی در واقع نوعیmeta-schedulerاست که کارهای واگذار شده را به زمانبند محلی ارسال میکند این مدل زمانبندی دارای مزیت قابلیت انتخاب سیاستهای متفاوت در زمانبندی کارها برای زمانبند مرکزی و زمانبندهای محلی میباشد.۲۴

۱-۱۴-۱معایب زمانبندی توزیع شده وسلسله مراتبی برای منابع در محیط گرید
مشکل زمانبندی توزیع شده نداشتن یک زمانبند مرکزی که اطلاعات کاملی در مورد تمامی منابع در دسترس باشد که معمولا منجر به تصمیمات نیمه بهینه در زمانبندی خواهد شد.
مشکلات مدل زمانبندی سلسه مراتبی نیز همانند زمانبندی متمرکز مشکل توسعه پذیری وتحمل پذیری کم در مقابل خطاها میباشد.

فصل دوم:
تعاریف

۲-۱ تعریف محاسبات گرید۲۴
محاسبات گرید یک فن اوری جدید است که با استفاده از زیر ساخت های ارتباطی و شبکه های کامپیوتری و نیز با به کارگیری حد اعلای مفاهیم و امکانات سیستمهای توزیع شده،به ما امکان دسترسی به انواع مختلف منابع را به صورت راه دور می دهد.امروزه می توان با استفاده از فن آوری گرید،منابع ناهمگون را به یکدیگر متصل کرد طوری که کل این ساختار همانند یک ماشین مجازی یکپارچه و تکی به نظر کاربر بیاید و سپس برنامه کاربردی بسیار پیچیده و بزرگ را که به توان پردازشی بسیار بالا و حجم عظیمی از داده های ورودی نیاز دارند،بر روی این ماشین مجازی اجرا کرد.به طور مثال با استفاده از این فن آوری می توان چندین ابر رایانه،کلاستر و کامپیوتر خانگی،همگی را به یکدیگر متصل کرد.پس در حالت کلی،یک گرید می تواند طزیف وسیعی از منابع ناهمگون را در بر گیرد.اما باید دانست منظور از منابع،صرفاً منابع محاسباتی ناهمگون(مانند کامپیوتر های خانگی،ابررایانه ها،کلاسترها و…)نیست،بلکه دستگاههای ذخیره سازی داده،بانکهای اطلاعاتی،نرم افزارها،مجوزهای نرم افزاری،همه و همه جزء منابعی محسوب می شوند که گرید امکان به اشتراک گذاردن و استفاده راه دور از آنها را به طریقی کاملاً مدیریت شده،هماهنگ و امن فرآهم می سازد.جالب است بدانید حتی دستگاههای خاص منظوره نیز می توانند تحت پوشش گرید و به عنوان یکی از منابع آن،مورد بهره برداری قرار گیرند.به طور مثال از یک چاپگر لیزری عادی گرفته تا تلسکوپهای رادیویی،میکروسکوپهای الکترونی گران قیمت،ماهواره ها،دوربینهای مدار بسته و حتی یک سنسور حرارتی بسیار کوچک می توانند تحت تحت پوشش گرید قرار گیرند.نکته جالب دیگر،این است که این منابع از لحاظ جغرافیایی ممکن است در ره نقطه ای از جهان قرار گرفته باشند.گرید،طبق تعریف هیچ محدودیتی به لحاظ محدوده جغرافیایی منابع تحت پوشش ندارد.ممکن است یک سنسور پنج میلیمتری در سنگاپور و یک ابررایانه غول پیکر در تگزاس آمریکا و یک کامپیوتر خانگی در شهر ملبورن در استرالیا همگی تحت پوشش یک گرید واحد باشند و در نتیجه می توان برنامه ای نوشت که از هر سه آنها همزمان استفاده مستقیم کند.از طرف دیگر،هر کدام از این منابع ممکن است متعلق به نهادها و سازمانها و اشخاص مختلف باشند که طبق سیاست های تعیین شده از سوی صاحبان آنها،قابل بهره برداری در گرید هستند(و مالکان آنها ممکن است برای استفاده از آنها،هزینه هایی را دریافت کنند.)
در حالت کاملتر،یک شبکه گرید می توان چندین کلاستر بزرگ،چندین مالتی پروسسور از انواع مختلف و هزاران کامپیوتر شخصی و ایستگاه کاری در سراسر دنیا را در بر گیرد،امکان اتصال و ارتباط سطح بالای این کامپیوترهای نامتجانس که با یکدیگر همخوانی ندارند را برقرار کند،منابع از انواع مختلف را شناسایی و دستیابی راه دور به انها را مدیریت کند و در نهایت یک بستر قوی جهت اجرای پردازشهای بسیار عظیم و پیچیده را که به حجم عظیمی از منابع پردازشگر،دستگاههای ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس وسیع،داده های معمولاً توزیع شده و حتی دستگاههای خاص علمی نیاز دارند ارائه کند.در واقع،با اتصال به یکی از شبکه های گرید می توان به توان محاسباتی بسیار بالا جهت اجرای پروژه های عظیم دست یافت.
از طرف دیگر،گرید،تشریک مساعی و همکاری سازمانهای مختلف در سراسر دنیا در زمینه پروژه های مشترک را امکانپذیر می سازد و بستری بسیار مناسب جهت به تحقق پیوستن سازمانهای مجازی پویا ایجاد می نماید. منظور از سازمان مجازی پویا سازمانی است که مرز جغرافیایی ندارد و ممکن است کاربرانی از سراسر دنیا کارمندان آن باشند که از راه دور با یکدیگر در جهت اهداف مشترک آن سازمان کار تیمی انجام می دهند و با یکدیگر تعامل داشته و بتوانند از طریق فن آوری گرید،از کلیه منابع سازمان(ماشینها،اطلاعات،برنامه کاربرد
ی،مجوز نرم افزاری،دستگاههای ذخیره سازی،دستگاههای خاص و…)طبق سیاستهای سازمان،در جهت انجام پروژه های سازمان به صورت مشترک بهره برداری کنند.
۲-۱-۱ تعریف cluster24
هر کلاستر،متشکل از تعداد زیادی کامپیوتر PC و یا ایستگاه کاری نسبتاً قوی می باشد که از طریق یک شبکه اختصاصی پر سرعت به یکدیگر متصل شده اند.بر روی یک کلاستر معمولاً یک سیستم عامل با قابلیت های توزیع شده،مانند برخی نسخه های تغییر یافته لینوکس(یا در حالت بهتر یک سیستم عامل توزیع شده)قرار می گیرد تا کل منابع و کامپیوتر های موجود را مدیریت کند.بر روی این سیستم عامل،در واقع برنامه کاربردی قرار می گیرد تا به صورت موازی بر روی همه کامپیوترهای موجود اجرا شود و بدین ترتیب،محاسبات با کارآیی بالا امکانپذیری و دست یافتنی می شود.
مدیریت منابع در کلاستر به صورت کاملاً مرکزی انجام می شود.یک نود مرکزی وجود دارد که با الگوریتمهای متمرکز و آگاهی از وضعیت تمامی ماشینهای سیستم،کلیه منابع موجود در کلاستر را مدیریت می کند.این نود مرکزی،وضعیت کلیه نود ها را در طول زمان مانیتور می کند و در انجام عمل تقسیم بار،صرفاً این نود مرکزی،با در دست داشتن اطلاعات لازم در مورد سایر نودها به عنوان یک مدیر مرکزی عمل کرده و این کار را انجام می دهد.
۲-۲تعریف زمانبندی در گرید۲۴
زمانبندی در گرید به این معناست که یک زمانبند هوشمند وجود داشته باشد که از میان تمامی ماشینها،بهترین ماشین(ماشینها)را طوری جهت اجرای برنامه کاربردی انتخاب کند که از یک طرف نیازمندیهای برنامه کاربردی تامین گردد و از طرف دیگر،سیاستهای مالکین منابع تضمین شود و از لحاظ مسائل فنی،خود گرید(خصوصاً عمل تقسیم بار )به بهترین شکل ممکن مدیریت شود و حداکثر بهره برداری از منابع صورت گیرد.
۲-۲-۱تعریف سیستم زمانبندی nimrod/G24
Nimrod/G یک سیستم مدیریت منابع و زمانبندی در محیط گرید است که زمانبندی اقتصادی با کیفیت سرویس انجام می دهد.این سیستم صرفاً برنامه های کاربردی گریدی تعویض پارامتر را پشتیبانی می کند.فرض کنید برنامه ای سه پارامتر ورودی XوYوZ دارد و فرض کنید دامنه X برابر باشد با D(X)={1,2,3,…,100}، دامنه Y برابر باشد با D(Y)={-20,-19,-18,…,0,1,2,3,…,20} و دامنه Z برابر با D(Z)={3001,3002,3003,…,3050}باشد.در نتیجه برنامه باید ۱۰۰×۴۰×۵۰=۲۰۰۰۰۰ بار اجرا گردد.در بار اول اجرا،X=1,Y=-20,Z=3001 به عنوان ورودی خواهند بود و در آخرین اجرا X=100,Y=20,Z=3050 به عنوان ورودی برنامه خواهد بود.بسته