فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه و كلیات تحقیق    1

1-1- مقدمه.. 2

1-2- اهداف.. 3

1-3- ساختار پایان‌نامه.. 3

فصل 2: مجازی‏سازی و پردازش ابری    5

2-1- مقدمه.. 6

2-2- تعریف مجازی‏سازی.. 6

2-3- تاریخچه‏ی مجازی‏سازی.. 7

2-4- ناظر ماشین مجازی.. 8

2-5- کاربردهای مجازی‏سازی.. 9

2-5-1- جعبه‏ی شنی … 9

2-5-2- محیط‏های اجرایی چندگانه… 9

2-5-3- سخت‏افزار مجازی… 9

2-5-4- سیستم‏عامل‏های چندگانه همزمان… 9

2-5-5- اشکال‏زدایی… 10

2-5-6- مهاجرت نرم‏افزار… 10

2-5-7- بسته‏ی پیش‏نصب مجازی… 10

2-5-8- تجمیع كارگزار… 10

2-6- سطوح مختلف مجازی‏سازی.. 14

2-6-1- معماری یک سیستم قابل مجازی سازی… 14

2-6-2- مجازی‏سازی در سطح معماری مجموعه دستور… 18

2-6-3- مجازی‏سازی در سطح انتزاع سخت‏افزار… 19

2-6-4- مجازی‏سازی در سطح سیستم‏عامل… 24

2-6-5- مجازی‏سازی در سطح برنامه‏ی کاربردی… 26

2-6-6- مجازی‏سازی در سطح کتابخانه… 29

2-7- پردازش ابری.. 30

2-7-1- تاریخچه… 30

2-7-2- مزایای اقتصادی ابر… 31

2-7-3- انواع ابر پردازشی… 32

فصل 3: تحقیقات مرتبط    33

3-1- مقدمه.. 34

3-2- رویكردهای متفاوت به زمان‏بندی ماشین‏های مجازی.. 34

3-2-1- مزایا و معایب رویکردهای زمان‏بندی ماشین‏های مجازی    36

فصل 4: الگوریتم DVMS   37

4-1- مقدمه.. 38

4-2- ملاحظات زمان‏بندی در یک محیط پردازش ابری.. 38

4-2-1- کارایی… 38

4-2-2- هزینه… 38

4-2-3- همجواری… 39

4-2-4- قابلیت اعتماد و دسترس‏پذیری مستمر… 39

4-3- چالش‏های زمان‏بندی.. 39

4-4- الگوریتم ارائه شده برای زمان‏بندی ماشین‏های مجازی   39

4-4-1- نگاشت مساله‏ی زمان‏بندی به مساله‏ی کوله پشتی… 40

4-4-2- مدل سیستم… 40

4-4-3- فرمول‏بندی مساله… 40

4-4-4- الگوریتم DVMS.. 42

4-4-5- قضیه… 45

4-4-6- بررسی پیچیدگی زمانی الگوریتم:… 47

4-4-7- پیچیدگی فضایی الگوریتم:… 48

فصل 5: ارزیابی الگوریتم ارائه شده    49

5-1- مقدمه.. 50

 

5-2- شرایط و محدودیت‏های ارزیابی.. 50

5-2-1- مشخصات سخت‏افزاری و نرم‏افزاری محیط ارزیابی… 51

5-3- فرض‏ها و تعریف‏ها.. 51

5-4- بررسی زمان اجرای الگوریتم.. 52

5-4-1- تعداد ماشین‏های فیزیکی ثابت، تعداد ماشین‏های مجازی متغیر    52

5-4-2- تعداد ماشین‏های مجازی ثابت، تعداد ماشین‏های فیزیکی متغیر    55

5-5- مقایسه الگوریتم DVMS با دو الگوریتم پایه.. 56

5-5-1- الگوریتم تصادفی… 57

5-5-2- الگوریتم توازن بار… 57

5-5-3- روش مقایسه الگوریتم DVMS با الگوریتم تصادفی و چرخشی    57

فصل 6: نتیجه‏گیری و كارهای آینده    61

6-1- نتیجه‏گیری.. 62

6-2- کارهای آینده.. 62

منابع    64

 

فهرست شكل‏ها

شکل (1-1) ساختار پایان‌نامه.. 4

شکل (2-1) ناظر ماشین مجازی و ماشین‏های مجازی.. 8

شکل (2-2) تجمیع كارگزارها.. 11

شکل (2-3) مشكل مقیاس‏پذیری تجمیع كارگزارها.. 13

شکل (2-4) سطوح انتزاعی مجازی‏سازی.. 16

شکل (2-5) ساختار ماشین مجازی مستقل.. 21

شکل (2-6) ساختار ماشین مجازی میزبانی.. 22

شکل (2-7) معماری VMware Workstation. 23

شکل (2-8) معماری VMware ESX.. 24

شکل (2-9) یک ماشین با دو jail 26

شکل (4-1) شبه‏كد الگوریتم DVMS. 42

شکل (4-2) فاز دوم از بخش اول الگوریتم.. 44

شکل (4-3) بخش دوم الگوریتم DVMS. 45

شکل (4-4) شبه كد محاسبه‏ی تداخل دو به دوی ماشین‏های مجازی   47

شکل (4-5) شبه‏كد تداخل بین ماشین‏های زمان‏بندی شده و ماشین‏های زمان‏بندی نشده.. 48

شکل (5-1) نتیجه‏ی آزمایش شماره 1.. 53

شکل (5-2) نتیجه‏ی آزمایش شماره 2.. 53

شکل (5-3) نمودار تلفیقی دو آزمایش 1و2.. 54

شکل (5-4) نتیجه‏ی آزمایش شماره 3 و4.. 55

شکل (5-5) نتیجه‏ی زمان‏بندی 100 ماشین مجازی.. 56

شکل (5-6) مقایسه‏ی زمان اجرای ماشین‏های مجازی در سه الگوریتم مورد آزمایش.. 58

شکل (5-7) مقایسه‏ی زمان اجرای سه الگوریتم مورد آزمایش.. 59

شکل (5-8) مقایسه‏ی زمان اجرای ماشین‏های مجازی در سه الگوریتم مورد آزمایش بدون زمان اجرای الگوریتم.. 59

شکل (5-9) مقایسه‏ی میزان تداخل ماشین‏های مجازی در سه الگوریتم مورد آزمایش.. 60

شکل (5-10) مقایسه‏ی نسبت تجمیع سه الگوریتم مورد آزمایش با توجه به تعداد ماشین‏های مجازی.. 60

 

 

فهرست جدول‏ها

جدول (2-1) بهره‏و‏ری كارگزارها.. 11

جدول (5-1) مشخصات بستر سخت‌افزاری مورد استفاده در آزمایش‏ها   51

 

 

• مقدمه و كلیات تحقیق

 

• مقدمه

فناوری مجازی‏سازی به عنوان یک رکن اساسی در سیستم‏های مبتنی بر پردازش ابری[1] و مراکز داده [2]مورد توجه ویژه می‏باشد. مفهوم مجازی‏سازی دارای قدمتی طولانی در دنیای رایانه است و سرآغاز آن به دهه 60 میلادی، برای استفاده‏ی بهینه از توان رایانه‏های بزرگ[3] می‏رسد. با ظهور رایانه‏های شخصی ارزان قیمت این فناوری به فراموشی سپرده شد، ولی در آغاز قرن جاری به مدد پیشرفت‏های قابل توجه در ساخت رایانه‏های توانمند، شبکه‏های با پهنای باند بالا و ابزارهای ذخیره‏سازی مدرن این فناوری امکان ظهور مجدد یافته ‏است. استفاده‏ی بهینه از منابع کارگزارها[4] با تجمیع[5] سرویس‏ها بر تعداد ماشین سخت‏افزاری کمتر، کاهش هزینه‏ های زیرساخت مانند مصرف برق و خنک‏کنندگی، مدیریت بهتر و آسان‏تر كارگزارها، امکان مهاجرت[6] ماشین‏های مجازی در حال اجرا به میزبان‏های فیزیکی دیگر، ایجاد محیط‏های سازگار با نرم‏افزارهای قدیمی، ایجاد محیط‏های اجرایی[7] مجزا جهت نرم‏افزارهای نامطمئن[8] و یا تست و عیب‏یابی نرم‏افزارهای جدید از علت‏های مورد توجه قرار گرفتن این فناوری می‏باشند. هسته اصلی محیط مجازی، یک میزبان نرم‏افزاری به نام ناظر ماشین مجازی[9] است. وظیفه‏ی اصلی ناظر ماشین مجازی ایجاد و مدیریت منابع محیط‏های اجرایی است. از آن‏جا که منابع موجود، محدود و مشترک می‏باشند، رقابت بر سر استفاده از آن‏ها باعث ایجاد پدیده‏ای به نام تداخل بار کاری[10] می‏شود که تاثیر قابل توجهی بر کاهش کارایی ماشین‏های مجازی می‏گذارد. در این میان نقش کلیدی ناظر ماشین‏‏‏ مجازی این است که منابع موجود را به گونه‏ای تسهیم[11] و زمان‏بندی نماید که کارایی ماشین‏های مجازی تحت تاثیر قرار نگیرد.

معمولا زمان اجرای یک برنامه بر روی یک ماشین مجازی طولانی‎تر از زمان اجرای آن بر روی یک ماشین فیزیكی می‏باشد که علت اصلی آن سربار ناشی از مجازی‏سازی و تداخل بارهای کاری است. از این رو ارایه‏ی الگوریتم‏هایی با رویکرد کاهش تداخل بار کاری می‏تواند نقش بارزی در کاهش زمان اجرای برنامه‏های اجرایی در محیط‏های مجازی شود. از سویی دیگر با توجه به تنوع و تعدد میزبان‏های سخت‏افزاری در محیط پردازش ابری، مقیاس‏پذیری به عنوان یک مشخصه‏ی کلیدی در الگوریتم‏های ارائه شده می‏بایست مورد توجه ویژه قرار گیرد.

• اهداف

در این پایان‏ نامه سعی بر آن است كه با توجه به اثر منفی پدیده‏ی تداخل بار کاری بر زمان اجرای ماشین‏های مجازی یک الگوریتم زمان‏بندی با رویکرد کاهش تداخل بار کاری ارائه شود که علاوه بر کاهش زمان اجرا، مقیاس‏پذیر نیز بوده و قابل اجرا بر روی ابرهای معمول امروزی باشد. بنابراین با بررسی فناوری مجازی‌سازی و اثر تداخل بار کاری، سعی در ارائه الگوریتمی جهت زمان‏بندی ماشین‏های مجازی با رویکرد کاهش تداخل بار کاری خواهیم نمود.

• ساختار پایان‌نامه

مطالب مندرج در این پایان‌نامه، همان طور که در شكل (1-1) نشان داده شده است، به صورت زیر سازمان‌دهی شده‌اند: فصل دوم به بررسی پیشینه‏‏ی مجازی‏سازی و سیستم‏های پردازش ابری می‏پردازد. این فصل در ادامه گذری بر مفهوم زمان‏بندی و پدیده‏ی تداخل بار کاری دارد. فصل سوم تحقیقات مرتبط در زمینه‏ی زمان‏بندی ماشین‏های مجازی مورد بررسی قرار خواهد داد. در فصل چهارم ضمن فرموله کردن مساله‏ی زمان‏بندی ماشین‏های مجازی با رویکرد تداخل بار کاری، الگوریتمی با همین رویکرد ارائه می‏شود. در فصل پنجم راهکار ارائه شده ارزیابی گردیده، کارایی، بهبودها و یا مشکلات آن را بیان خواهد شد. در نهایت در فصل ششم به نتیجه‌گیری از کل بحث در خصوص رویکرد کاهش تداخل بار کاری در زمان‏بندی ماشین‏های مجازی و نیز کارهای آینده قابل انجام در ادامه‌ی این پایان‌نامه پرداخته خواهد شد.

 

• ساختار پایان‌نامه

 

[1]  Cloud Computing

[2]  Data Center

[3] Mainframe

[4]  Server

[5] Consolidation

[6] Migration