ارزیابی عملکرد تکنیک های تولرانس عیب در سیستم محاسبه شبکه Performance evaluation of fault tolerance techniques in grid computing system

1. مقدمه

محاسبه شبکه کاربرانش را قادر می سازد تا از شبکه برای محاسبات سطح بالا و کاربردهای فشرده مرتبط به داده در علوم، مهندسی و تجارت استفاده کنند. چنین کاربردهایی شامل، مدل سازی ملکولی برای طراحی دارو، تحلیل فعالیت های مغزی، فیزیک با انرژی بالا، مدل سازی پروتئین، مسیریابی تشعشعات، و پیش بینی هوا و غیره می باشد. محاسبه شبکه این امکان را برای کاربردهای گسترده محاسباتی ایجاد می کند تا به ادغام مقیاس بالا، توزیع جغرافیایی، و منابع ناهمگن در دامین های اجرایی مختلف با کاربرد منابع متفاوت و سیاست های امنیتی به منظور محاسبه فعالیت ها بپردازند.

تولرانس عیب یا تنزل مطبوع به عنوان ویژگی سیستم محاسباتی توزیع شده بوده که آن را از محاسبات ترتیبی تفکیک می کند. این ویزگی این امکان را برای محاسبه توزیع شده ایجاد می کند تا به اجرای محاسبه در ارتباط با عیب های مولفه های مجزا بدون پایان دادن محاسبه کل بپردازند. به دلیل ماهیت متفاوت شبکه و کاربردهای مقیاس گسترده بر روی شبکه، تولرانس عیب به عنوان چالشی برای بهبود، بکارگیری و اجرای کاربردها بر روی محیط شبکه می باشد. بنابراین مد نظر قرار دادن تولرانس عیب در سیستم محاسباتی شبکه به عنوان گزینه اختیاری مکمل نبوده و به عنوان یک پیش نیاز می باشد.

به دلیل مقیاس پیچیده و ماهیت ناهمگن شبکه در مقایسه با سیستم محاسبه سنتی، تکنیک تولرانس عیب از سیستم های سنتی به اندازه ای نمی باشد که به مدیریت عیوب در محاسبات شبکه پرداخته شود. بنابراین، ما نیازمند تکنیک تولرانس عیوب دیگری می باشیم که به خوبی در ماهیت شبکه پیچیده و ناهمگن کار می کند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

با مد نظر قرار دادن تعداد زیادی از تکنیک های موجود تولرانس عیب مختلف، انتخاب بهترین FTT تحت سطوح مختلف سیستم نقص با توجه به نیازهای عملکردی سیستم های مختلف کار آسانی نمی باشد. رویکرد مرکزی سیستم FTT دارای جذابیت می باشد، زیرا باعث بالا بردن عملکرد سیستم، بهره وری و اجرای کامل در نزدیک ترین زمان شده و مزیت دیگر استفاده از رویکرد مرکزی سیستم برای محاسبه شبکه بر مبنای منفعت اقتصادی می باشد.

در این مقاله ما بررسی شبیه سازی شده ای را نشان می دهیم که شامل چهار تکنیک پرکاربرد تولرانس عیب از نقطه نظر تاثیرات آن بر روی عملکرد سیستم محاسبه شبکه می باشد. ما پارامترهای مرکزی سیستم همانند خروجی ها، زمان برگشت، زمان انتظار و تاخیر انتقال را به منظور ارزیابی عملکرد نسبی سیستم محاسبه شبکه با استفاده از تکنیک های تولرانس عیب مختلف، مد نظر قرار می دهیم. ما همچنین شرایط شبیه سازی شده متفاوت را که در آن درصد متوسط عیوب را در سیستم به همراه گردش کار مختلف فرق می کند، مد نظر قرار داده و نتایج تحربی را نشان می دهیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2. تحلیل عملکرد و تکنیک های تولرانس عیب در شبکه

در محاسبه شبکه، می توانیم به دسته بندی مدیریت منابع و برنامه ریزی شغلی در دو دسته کلی بپردازیم که به صورت a) سیستم محور و b) کاربر محور می باشد. رویکرد سیستم محور هدفش به حداکثر رسانی کاربرد کل سیستم با مد نظر قرار دادن پارامترهایی چون خروجی ها، زمان برگشت، تاخیر انتقال، رمان انتظار و غیره می باشد. از طرف دیگر، در روش کاربر محور، تمرکز اصلی بر روی مد نظر قرار دادن حداکثر کاربرد به کاربر شبکه بر مبنای شرایط QoS می باشد یعنی تضمین فرجه که توسط ان کاربر می خواهد کارش و یا بودجه ای که می خواهد برای خدمات مربوطه بپردازد کامل باشد. به صورتی که اکثر سیستم های مدیریت منابع شبکه و برنامه ریزی ها همانند Condor، AppLeS PST، PUNCH ، Netsolve و غیره بر مبنای رویکرد سیستم محور کار می کنند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

Jia Yu و Rajkumar Buyya در رده بندی سیستم های مدیریت گردش کار در ارتباط با محاسبه شبکه ، تکنیک های تولرانس عیب را به دو سطح اصلی تقسیم کرده اند که عبارتند از a) سطح کاری و b) تولرانس عیب سطح گردش کار.

2.1.1 تکنیک های مدیریت عیب سطح کار

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1. آزمایش دوباره- تکنیک های آزمایشی برای تولرانس عیب به عنوان ساده ترین تکنیک مورد استفاده می باشد. بعد از خرابی، آن به ارزیابی فعالیت های مشابه بدون توجه به علت خرابی بر روی منبع شبکه یکسان می پردازد که در محدوده مقدار آستانه بوده و این انتظار می رود که این نقص ها در آزمایشات دیگر روی ندهد.

2- منابع دیگر- تکنیک منبع ب=یابی دیگر همانند موارد آزمایشی عمل می کند به غیر از این مورد که آن بر روی منابع دیگر نسبت به منابع مشابه تاکید دارد.

3. آغازگر مجدد نقطه مقابل- تکنیک کنترل نقطه به صورت دوره ای موقعیت کاربرد را مد نظر قرار داده و در زمان عیوب فعالیت را به منابع دیگر انتقال می دهد، و کار خود را از نقطه قبلی آغاز می کند. به طور کلی، نقطه بررسی در کاربرد می تواند به صورت نقطه بررسی سطح کاربردی، کاربری و یا کرنل باشد. تکرار- تکنیک تکرار در تولرانس عیب تکرار فعالیت های مشابه را بر روی منابع شبکه مختلف به صورت همزمان به اجرا در می آورد، و انتظار می رود که حداقل یکی از ان ها با موفقیت کامل گردند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2.1.2 تکنیک مدیریت عیوب سطح گردش کار

سطح گردش کار یا تکنیک مدیریت نقص های حساس فرایند اجرا را بر روی خرابی ها بر مبنای اطلاع از بافت اجرایی کار تغییر می دهد. تکنیک سطح گردش کار به صورت زیر دسته بندی می گردد.

1. فعالیت های تناوبی- همانند تکنیک بازیابی بوده و تنها تفاوت این می باشد که ، به تبادل فعالیت با موارد اجرایی دیگر با فعالیت مشابه پرداخته اما همراه با خصوصیات اجرایی متفاوت در ارتباط با نقص مورد اول می باشد.

2. تکرار- درحالی که در مورد تکنیک تکرار، ما نیازمند فرایند اجرایی متفاوت از فعالیت های مشابه با خصوصیات اجرایی متفاوت می باشیم، که به صورت موازی در مقایسه با تکنیک تکرار سطح کار قرار گرفته به صورتی که فعالیت های مشابه بر روی منابع شبکه متفاوت تکرار می گردد.

3. مدیریت موارد استثنایی توسط انتخاب کاربر- در این تکنیک، کاربر به تعیین فعالیت های خاص بر مبنای گردش کار یک فعالیت بر روی نقص ها می پردازد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2.2 FTTs انتخابی برای ارزیابی عملکرد

ما سه سطح کاری FTTs را انتخاب کرده و یکی از ان ها در ارتباط با سطح گردش کار به دو دلیل اصلی می باشد. ابتدا نیاز اصلی در ارتباط با تکنیک های سطح سه گردش کار اول این می باشد که می بایست کاربرد چندگانه ای از فعالیت های مشابه را با خصوصیات اجرایی مختلف داشته باشیم. اما معمولا این امکان وجود ندارد تا اجرای چندگانه ای از فعالیت های مشابه داشته باشیم. با بررسی تحقیقات به این نتیجه می رسیم که اکثر پروژه های کنونی دارای FTTs با سطح کاری متفاوت می باشند، همان طور که در جدول 1 نشان داده شده است. ما از FTTs هایی که بیشترین استفاده را دارند به منظور ارزیابی تجربی در سیستم های محاسباتی شبکه استفاده می کنیم که شامل؛ بازیابی، منبع یابی دیگر:؛ کنترل نقاط/ راه اندازی و فعالیت های دیگر می باشند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

عملکرد تطبیقی FFTs توسط معیارهای استاندارد خروجی، زمان برگشت، زمان انتظار، و تاخیر انتقال اندازه گیری می شوند. این اصطلاحات به صورت زیر تعریف می گردند:

خروجی متوسط- ما به محاسبه خروجی متوسط تعداد n شبکه ارائه شده تقسیم بر مقدار کل زمان لازم T برای تکمیل n گریدلت می پردازیم یعنی

خروجی n= n/Tn ، به ترتیبی که

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

Tn مقدار کل زمان مورد نیاز برای تکمیل شبکه n می باشد.

زمان برگشت متوسط- از نقطه نظر کاری، معیار مهم این می باشد که چه مدت زمانی به طول می انجامد که سیستم فعالیتی را انجام دهد. در حالی که متوسط زمان برگشت بر روی تمام فعالیت ها متوسط می باشد.

متوسط زمان انتظار- به عنوان متوسط زمان بین انتقال کار به منبع شبکه و آغاز فعالیت بر روی یکی از میزبان اجرایی می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

که در این فرمول

به عنوان تاخیر انتقال

N تعداد بیت ها

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

جدول 1

FTTs بکار گرفته شده در پروژه های مختلف

شکل 1. تعریف پارامترهای زمان بندی

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

4.1 مدلسازی منابع

در بررسی ما، به مدلسازی منابع مشترک فضایی متفاوت می پردازیم؛ ما پیکره بندی، مشخصات، و قابلیت های این منابع را نسبت به مواردی که در محیط آزمایشی WWG وجود دارد، می پردازیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در GridSim، فعالیت ها و طول آن ها در میلیون ها دستور، اندازه ورودی فعالیت ها و داده ها بصورت بیت گروه بندی شده و به نام ‘Gridlet’ می باشد. در بررسی مورد نظر ما، ما به مدلسازی کاربردها با تعداد gridlets مختلف از 200 تا 1000 می پردازیم. ما از پیوند ارتباطی 56 Mbps در بررسی مان استفاده می کنیم، و این مشخصات برای اندازه گیری عملکرد تمام تکنیک های تولرانس عیب مشابه می باشد.

5. نتایج آزمایشی و مباحث

این بخش نتایج اندازه گیری شده FTTs متفاوت را نشان می دهد. ما بررسی های مختلفی را با تغییر در کل تعداد فعالیت ها که به منابع شبکه نسبت داده می شود، از طریق تزریق درصد های مختلف در یک سیستم انجام داده و به محاسبه متوسط خروجی، متوسط زمان برگشت، متوسط زمان انتظار، و متوسط تاخیر انتقال سیستم با استفاده از تکنیک تولرانس عیب که در بخش 2.2 ذکر شده است، می پردازیم.

5.1 متوسط خروجی

خروجی به عنوان یک پارامتر مهم برای تعیین عملکرد FTTs متفاوت می باشد. آن زمانی دارای اهمیت بیشتر می گردد که کاربر برای تکمیل تمام فعالیت ها قبلا اقدامات بیشتر بپردازد. شکل 2-6 متوسط خروجی FTT های متفاوت را در بررسی مان نشان می دهد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

به طور کلی خروجی متوسط تمام تکنیک ها با افزایش درصد عیوب تزریق شده و با افزایش در تعداد gridlet ارائه شده در سیستم افزایش می یابد. در میان تکنیک های تولرانس عیب مختلف، خروجی متوسط سیستم زمانی افزایش می یابد که ما از تکنیک بازیابی به فعالیت های دیگر تولرانس عیب باز می گردیم، اما این موارد به همراه بعضی از استثنائات در شکل 2 و 3 می باشد. در شکل 2، متوسط خروجی نقاط بررسی شده کمتر از تکنیک فعالیت متناوب 25- 30% تزریق عیوب می باشد. دلیل این می باشد که در نقاط برسی، کل gridlet به چندین نقطه بررسی مختلف تقسیم می گردد.

این مورد ممکن است روی دهد که اولین باری که یک gridlets دچار نقص می شود، به تکمیل مراحل اجرایی در اربتاط با نقاط بررسی اولیه می پردازد که وارد gridlet شده و شما باید آن را بار دیگر برای اجرای آینده از آخرین بررسی موفقی که انجام شده ادامه دهید. به این ترتیب تعداد ارائه مجدد به همراه نقاط چک شده به طور مشخص، در مواردی که شما دارای سیستم معیوب می باشید و تعداد بیشتری از gridlets ارائه می گردد، بالا می رود. این موارد در نهایت تاخیر شبکه را از نقطه نظر نقاط بررسی شده افزایش می دهد. به این دلیل، متوسط خروجی نقطه چک شده در شکل 2 بیشتر از متوسط خروجی فعالیت های دیگر می باشد، اما با افزایش در تعداد gridlets ، متوسط خروجی گزینه ها شروع به افزایش می کند و این به دلیل تاخیر بیشتر شبکه در نقاط چک شده می باشد. تفاوت کلی بین منابع بازیابی شده و دیگر کمتر از 3.5% برای متوسط خروجی ها می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

5.2 متوسط زمان برگشت

شکل 7-11 نشان دهنده زمان برگشت FTT های مختلف می باشد که به همراه درصد متفاوتی از عیوب تزریق شده در سیستم و تعداد متفاوتی از gridlets ارائه شده می باشد. با در نظر گرفتن درصد متفاوتی از عیوب تزریق شده و تعداد gridlets ارائه شده، تفاوت کلی در میان تمام چهار FTTs کمتر از 2% برای زمان برگشت متوسط می باشد.

به طور کلی، متوسط زمان برگشت تمام تکنیک ها به دنبال افزایش درصد عیوب تزریقی و با افزایش در تعداد gridlets ارائه شده در سیستم بالا می رود که در شکل 7-10 نشان داده شده است. به طور کلی در میان تولرانس عیب مختلف، زمان برگشت متوسط زمانی کاهش می یابد که ما از تکنیک تولرانس عیب جایگزین یا بازیابی شده استفاده کنیم، اما استثنائاتی در این زمینه وجود دارد. همانند شکل 7، زمان برگشت نقاط چک شده کمتر از تکنیک فعالتی متناوب می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.