ادغام پویای ماشین های مجازی در مراکز داده

ادغام پویای ماشین های مجازی در مراکز داده

 
فهرست شکل ها
شکل۱-۱ میزان مصرف انرژی مراکز داده جهان از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰ ۳
شکل ۱-۲ نگاه سیستم از بالا به پایین ۶
شکل ۲-۱ طبقه بندی سطح بالای مدیریت توان و انرژی الکتریکی ۹
شکل ۳-۱ نمودار جریان روش ارائه شده ۲۳
شکل ۳-۲ میزان وابستگی بهره وری پردازنده و حافظه اصلی ماشینهای مجازی ۲۵
شکل ۳-۳ یک مرکز داده ای سه لایه ۳۲
شکل ۳-۴ انرژی مصرفی درون یک مرکز داده ۳۴
شکل ۳-۵ هزینه ماهیانه یک مرکز داده ۳۴
شکل ۳-۶ شناسایی میزبانان، قفسهها و مراکز داده کوچک فروبار ۳۷
شکل ۳-۷ جایگذاری سلسله مراتبی VMها ۴۰
شکل ۴-۱ مصرف انرژی ۴۵
شکل ۴-۲ تخطی از توافقات سطح سرویس ۴۵
شکل ۴-۳ تعداد کوچ ماشینهای مجازی ۴۶
شکل ۴-۴ تعداد خاموش شدن میزبانان ۴۶
شکل ۴-۵ میزان تخطی از توافقات سطح سرویس بر اساس میزبانان فعال ۴۷
شکل ۴-۶ میزان مصرف انرژی سوئیچ ها ۴۸
فهرست جداول
جدول ۳-۱ تجهیزات اساسی درون مرکز داده ۳۲
جدول ۳-۲ سهم مصرف انرژی تجهیزات بر اساس نحوه توزیع انرژی مصرفی ۳۳
جدول ۴-۱ مشخصات سخت افزاری میزبانان ۴۲
جدول ۴-۲ مشخصات ماشین های مجازی استفاده شده برای شبیه سازی ۴۳
جدول ۴-۳ تعداد VM ها درون بارکاری ۴۳
جدول ۴-۴ نتایج نهایی شبیه سازی ۴۴
جدول ۴-۵- نتایج نهایی شبیه سازی مدیریت سلسله مراتبی منابع ۴۷
فصل اول پیشگفتار
 
مقدمه
رایانش ابری[۱]با توانایی در ارائه خدمات رایانشی بر حسب تقاضا، تحول عظیمی در فنآوری اطلاعات و ارتباطات[۲] (ICT) به وجود آورده است. سازمانها می توانند از یک دید با سپردن منابع رایانشی مورد نیاز خود به ابر، از سرمایه گذاری بسیار در فراهم آوری زیرساخت های رایانشی به صورت خصوصی و به دنبال آن هزینه های نگهداری و به روز رسانی آن ها جلوگیری کنند؛ و از دید دیگر می توانند با ساخت یک ابر خصوصی[۳] (یا به عبارت دیگر، مرکز داده[۴]خصوصی)، در مدیریت منابع و تأمین فرآیند های سازمان خود پیشرفت نمایند.
ازدیاد روز افزون استفاده از سرویس های رایانش ابری به دلیل مزایای آن، باعث ایجاد مراکز داده ای با مقیاس بزرگ در نقاط مختلف جهان شده است که هر کدام متشکل از هزاران سرور می باشند. با این وجود، مراکز داده مقادیر زیادی از انرژی الکتریکی را مصرف کرده که نتیجه آن، هزینه بالای عملیاتی و انتشار دی اکسیدکربن در محیط زیست می باشد. همانطور که در شکل ۱-۱ نمایش داده شده است میزان مصرف برق مراکز داده سراسر جهان از سال ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۰ میلادی، به میزان ۵۶% افزایش داشته است و در سال ۲۰۱۰ مقداری برابر با ۱٫۱ تا ۱٫۵ درصد از کل برق مصرفی جهان را به خود اختصاص داده است [۱]. پیش از این نیز، میزان انتشار دی اکسید کربن توسط صنعت ICT ، هم اکنون حدود ۲ درصد تخمین زده شده است که مقداری برابر با صنعت هوانوردی می باشد و سهم قابل توجهی در اثر گلخانه ای دارد[۲].
 
شکل۱-۱ میزان مصرف انرژی مراکز داده جهان از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰ [۱]
امروزه رشد مصرف انرژی الکتریکی در مراکز داده نیاز به راه حل های پیشرفته ای در راستای مدیریت منابع به منظور مصرف کارآمد انرژی الکتریکی دارد.
برای حل مشکل مصرف بالای انرژی، باید در راه برق رسانی به منابع رایانشی و چگونگی بهره وری از منابع رایانشی برای سرویس دهی به کارهای تقاضا شده، از ناکارآمدی و اتلاف بیهوده انرژی الکتریکی جلوگیری شود. این امر می تواند با بهبود زیرساخت های فیزیکی مراکز داده و یا استفاده از راهکارهای مدیریت و تخصیص منابع انجام گردد.
یک منشأ اساسی در اتلاف انرژی الکتریکی، استفاده ناکارآمد از منابع رایانشی می باشد. داده های جمع آوری شده در ۶ ماه از بیش از ۵۰۰۰ سرور، نشان می دهد که سرورها اگر چه در بسیاری از مواقع بیکار نیستند ولی به ندرت بهره وری از پردازنده آن ها به ۱۰۰% می رسد [۳]. بیشتر اوقات فقط از ۱۰ تا ۵۰ درصد از کل توان سرورها استفاده می شود و این عاملی بر پیدایش هزینه های اضافی به دلیل تأمین بیش از نیاز منابع می باشد[۳]. بیش از این نیز مدیریت و نگهداری این منابع اضافی ب
اعث افزایش هزینه برای مالک منابع می گردد. علاوه بر موارد گفته شده، بازه کوچک مصرفِ توان الکتریکی پویا در سرور ها، مسأله بهره وری پایین در سرورها را تشدید می کند: یک سرور در وضعیت کاملا بیکار، حدود ۷۰ درصد از حداکثرِ توان الکتریکی خود را مصرف می کند[۴] . بنابراین از دیدگاه مصرف انرژی الکتریکی، بهره وری پایین سرورها بسیار ناکارآمد می باشد.
تمرکز این رساله بر روی مسأله مدیریت منابع در راستای مصرف کارآمد انرژی الکتریکی می باشد که از یک سو با کاهش هزینه برق مصرفی، سود بیشتری را برای فراهم کنندگان ابر به ارمغان میآورد و از سوی دیگر مخاطرات ناشی شده از تولید برق برای محیط زیست را کاهش میدهد. این عمل با استفاده بهینه از منابع رایانشی به منظور سرویس دهی به مشتریان و در راستای کاهش انرژی الکتریکی به گونه ای انجام شده است که سرویس های ارائه شده کیفیتی مطلوب و منظقی داشته باشند.
ادغام پویای ماشین های مجازی در راستای مصرف کارآمد انرژی
یک راه ایده آل برای حل مصرف ناکارآمد انرژی الکتریکی، پیاده سازی یک سیستم رایاناشی با مصرف متناسبِ انرژی میباشد؛ به این معنی که مصرف انرژی الکتریکی متناسب با بار کاری اعمال شده بر سیستم باشد. چنین راهکاری به طور ناقص با استفاده از شیوه پر کاربرد مقیاس پذیریِ پویای ولتاژ و فرکانس (DVFS) [۵]پیاده سازی شده است.DVFS ، اجازه تنظیم پویای میزان ولتاژ و فرکانس پردازنده را بر اساس میزان تقاضای منابع در هر زمان، میدهد. به عنوان نتیجه این امر، پردازنده های موجود در رایانه های رو میزی و سرورها، در حالت های کم قدرت می توانند مصرفی کمتر از ۳۰ درصد از حداکثر مصرف خود را داشته باشند؛ که این دلیلی بر دامنه ۷۰ درصدیِ توان الکتریکی پویا در پردازنده میباشد[۳] .
میزان انرژی مصرفی پردازنده میزبانان بسیار حائز اهمیتتر از سایر مولفههای میزبانان است. به عنوان مثال بازههای زمانی مورد استفاده شدن از سایر اجزای میزبانان بدین قرار است: کمتر از ۵۰% برای حافظه با دسترسی تصادفی پویا (DRAM) [۶]،۲۵% برای دیسک درایوها [۷]۱۵% سوئیچ های شبکه [۸]و مقادیر ناچیزی برای دیگر اجزاء است[۴]. دلیل این مسئله این است که فقط پردازنده ها از حالت های کم مصرف پشتیبانی میکنند و بقیه اجزا یا به طور کامل و یا قسمتی از آن ها باید خاموش شود؛ ضمناً سربار زیادی بر روی عملکرد اجزاء سخت افزاری، در تغییر حالت از فعال به غیر فعال و بر عکس، وجود دارد. برای مثال یک دیسک درایو در حالت خواب عمیق[۹]، تقریبا هیچ برقی مصرف نمیکند؛ اما تغییر حالت آن به حالت فعال، تأخیری معادل با ۱۰۰۰ برابر یک دسترسی معمولی ایجاد میکند. اتلاف انرژی در اجزای سرور (غیر از پردازنده) در زمان هایی که سرور کاری برای انجام دادن ندارد باعث می شود که بازه توان مصرفی پویای کل سرور کوچکتر شود که این مقدار حدوداً ۳۰% میباشد. به عبارت دیگر حتی در زمانی که یک سرور کاملا بیکار است حدوداً ۷۰% از اوج برق مصرفی خود را استفاده میکند.

این مطلب را هم بخوانید :  سامانه پژوهشی -قراردادهای اداری از منظر قواعد عمومی قراردادها- قسمت ۱۱

برای دانلود متن کامل این فایل به سایت torsa.ir مراجعه نمایید.