پیشرفت و بهبود عملکرد Data Center با استفاده از منابع سرور

0
102

Data center ها به دلیل hosting ،storage ،cloud computing و سایر خدمات، عصب های اصلی اینترنت هستند. همه این خدمات به کار و منابع زیادی مانند انرژی و خنک کننده نیاز دارند. مشکل اصلی این است که چگونه می توان از طریق افزایش استفاده از منابع با استفاده از virtual host simulation و بهره برداری از تمام منابع سرور، عملکرد center dataها را بهبود بخشید. در این مقاله، ما منابع حافظه را در نظر گرفته ایم، یعنی Virtual machine ها پس از مقایسه با host، و Virtual machine بر روی host مناسب قرار گرفته و توزیع می شوند، که این امر باعث کاهش host machine ها در دیتا سنترها می شود که از نظر مصرف برق، تعداد سرورهای مورد استفاده و هزینه عملکرد Data center ها را بهبود می بخشد.

مقدمه

در ابتدا رایانه ها خواستار ایجاد امکانات زیادی مانند خنک کنندگی و برق بودند و بیشتر آنها برای مصارف نظامی بودند، به همین دلیل مسائل امنیتی برای تأمین امنیت آنها بسیار مهم بود و آنها در اتاقهای ویژه ای معروف به اتاقهای کامپیوتر (Computer Room) نگهداری می شدند.

در دهه 1980 سرورهایی ظاهر شدند که مشاجره سیستمهای مرکزی را آغاز کرده و از آنها پیچیده تر شده و خواستار برق و سرمایش نیز بودند. در data center ها رونق از طریق اینترنت بوجود آمد. شرکتهایی که خدمات دسترسی به اینترنت را ارائه می دادند باید به سرعت امکانات خود را برای اتصال به اینترنت و کارکرد بی وقفه دستگاههای خود برای استقرار آنلاین خدمات خود فراهم میکردند، درحالی که نصب چنین تجهیزات برای بسیاری از شرکت های کوچک بسیار گران بود، بنابراین بسیاری از شرکت ها شروع به ساخت امکانات بسیار بزرگ کردند و آنها را Data Centerها نامیدند.

اخیراً، Data Centerها و تسهیلاتی که به دنبال آن مناطق وسیعی را اشغال کرده اند، منجر به افزایش هزینه های بسیاری در شرکت ها شده است، به طوری که Data Centerها در قدیم برای صرفه جویی هزینه مورد استفاده قرار می گرفتند. توسعه گسترده در شبکه های رایانه ای منجر به افزایش استفاده از دیتا سنترها می شود برای مثال در بسیاری از بخش ها مانند دانشگاه ها، شرکت ها، بانک ها و غیره.

به نظر می رسد با گسترش این شبکه ها، بسیاری از سرورهای جداگانه بدون قرار گرفتن در معرض شبکه یا قطع سرویس، به خوبی در خدمت کاربران قرار گیرند، این امر در حالیست که Data Centerها در محیط هایی که برق تنظیم نیست، کپسول های آتش نشانی وجود ندارد و دمای محیط نامناسب است، با ویژگی های امنیتی بالا طراحی شده اند. همچنین حاوی تعداد زیادی از سرورهای منبع تغذیه اصلی و پشتیبان است که اینترنت پرسرعت را ارائه می دهند تا خدمات عالی 24 ساعته در روز ارائه دهند.

با افزایش بسیار زیاد استفاده از دستگاه ها و سیستم های فنی در زمینه های مختلف، نیاز به ایجاد فضاهای بزرگ برای Data Centerها با امکانات خود افزایش یافته و این کار ساده ای نیست و به هزینه زیادی نیاز دارد، بنابراین Data Center و سایر دستگاههای پیش فرض به شبکه مجازی متصل می شوند، که هدف آنها ارائه خدمات به همه کاربران شبکه با هزینه های مالی کمتر است.

این مقاله به چگونگی بهبود عملکرد Data Centerها با افزایش استفاده از منابع دیتا سنتر می پردازد، جایی که سرورهای مجازی فناوری اصلی هستند که می توانند برای افزایش استفاده از منابع استفاده شوند.

خدمات Data Center

خدمات Data Center مجموعه ای از اجزای پشتیبانی کننده است که برای عملکرد صحیح یک مخزن ذخیره سازی، مدیریت و انتشار اطلاعات سازمان یافته مربوط به یک شرکت ضروری است. به همین ترتیب، خدمات Data Center می تواند شامل سخت افزار، نرم افزار، فرایندها و پرسنل باشد.

1) نصب و نگهداری دستگاه ها.

2) مدیریت توزیع انرژی.

3) Data backup و recovery.

4) Balancing load.

5) کنترل دسترسی به اینترنت.

6) مدیریت ایمیل و پیام ها.

7) آنتی ویروس و فایروال ها.

8) پشتیبانی فنی.

ویژگی های Data Center

1) از زیرساخت ها در برابر همه خطرات فیزیکی محافظت میکند.

2) پیگیری و خدمات 24 ساعت در روز برای اطمینان از پاسخ دادن و پردازش سریع.

3) از موانع فیزیکی و امنیتی برای تضمین دسترسی مجاز افراد به Data Center استفاده می کند.

4) برقراری سیستم کنترل دمای آب و رطوبت هوا و استفاده از سنسورهای متصل به دستگاه های هشدار برای اطمینان از خرابی سخت افزار و جلوگیری از خطر آتش سوزی ناگهانی.

5) ایجاد Data Center های به روز.

Related Work

این کار نحوه توزیع منابع سرور به virtual machine ها را پیشنهاد می کند. طراحی سیستم زیرساختی به منظور استفاده از virtual machine مستقل برای استفاده از منابع محاسباتی و صرفه جویی در هزینه پیشنهاد شد. بارگذاری Data Center ها بین همه سرورهای موجود توزیع می شود فناوری مقیاس گذاری تکنیک های شیب عمودی و افقی بر مدیریت منابع cloud موثر است در حالی که اندازه گیری های افقی در دسترس بودن کلی برنامه ها را بهبود می بخشد. Isci et.al حافظه دسترسی مستقیم مبتنی بر فن آوری VM را ارائه می دهد که به طور قابل توجهی هزینه های سربار مهاجرت را کاهش می دهد. با تمام این پیشنهادات و راه حل ها، سهم منابع در دستگاه های مجازی هنوز بسیار مهم است و از تمام منابع سرور برای اجرای برنامه استفاده می شود، که به شما کمک می کند تا سرور راه اندازی شود و در حالت بیکار نماند و از Data Center ها از نظر قدرت و خنک کننده محافظت کند.

DATA CENTER

Data Center ساختمانها و انبارهای مرکزی است که برای ذخیره، مدیریت و ارائه مقدار زیادی از اطلاعات مهم مشتری در architecture/server کلاینت، به صورت واقعی یا پیش فرض مورد استفاده قرار می گیرد. آنها حاوی تعداد زیادی سرور و دستگاه هایی هستند که با سرعت بالا به اینترنت متصل می شوند و تمام روز کار می کنند. این ساختمان ها باید تجهیزات و تکنیک های خاصی را ارائه دهند تا در دمای مناسب قرار گیرند و در مصرف برق صرفه جویی شود.

معمولاً Data Center ها سیستم های گسترده اضافی (repeated) یا نسخه پشتیبان از منبع تغذیه، سیستم های خنک کننده و اتصالات تکراری شبکه را می طلبند. آنها شامل مدیریت Data Center ها برای اطمینان از قابلیت اطمینان ارتباط با داده ها و اطلاعات مهم ذخیره شده در فروشگاه های Data Center ها هستند. Data Center ها نام های متفاوتی دارند مانند: Data Center ها، اتاق سرور و اتاق اطلاعات فنی، اما Data Center با معنی ترین نام در بین این نامگذاری ها می باشد. طراحی ساختمان مراکز داده با ساختمانهای دیگر متفاوت است، بنابراین طراح باید با توجه به ظرفیت، از همه چیز در مورد اندازه گیری ها، فن آوری های مختلف دیتا سنتر ها و انواع مختلف سیم ها در یک سیستم آگاه باشد. انجام کلیه خدمات معماری Data Center ها و خواستار آن بسیار متفاوت است به عنوان مثال: دیتا سنترهایی که برای ارائه خدمات Cloud مانند Amazon EC2 طراحی شده اند، نیازهای زیرساخت و امنیت را برطرف نموده و کاملاً متفاوت از دیتا سنترهای دیگر است. بنابراین باید دیتاسنترهای مناسب برای کاهش همزمان هزینه ها و افزایش سود انتخاب کرد.

با افزایش استفاده از منابع و شبیه سازی سرور مجازی، می توان عملکرد دیتاسنترها را بهبود بخشید، این امر فناوری اصلی است که برای افزایش منابع در مواردی که برنامه ها با مجموعه ای از ماشین های مجازی (VMs) که منابع فیزیکی مشترک دارند و از سیستم عامل ماشین های مجازی تشکیل شده اند، استفاده میکند.

این بخش از منابع بالقوه ذاتی ماشین فیزیکی (PM) را تقسیم می کند. VM باید بتواند منابع را برای حمایت از بار رو به رشد افزایش دهد. در عین حال VM باید بتواند منابع را در هنگام بار کم کاهش دهد. تأمین بیش از حد منابع منجر به کاهش حاشیه سود می شود، در حالی که کمبود اعتبار منجر به عدم رضایت مشتری می شود. راه حل این است که منابع بدون نیاز به وقفه بر اساس تقاضا برای حجم کار اندازه گیری می شوند. هنگامی که منابع اختصاص یافته به ماشین مجازی قادر به پاسخگویی به درخواست کاربر نیستند، منابع اضافی با استفاده از یک روش اندازه گیری مبتنی بر VM تخصیص می یابند. دو نوع مقیاس گذاری برای بهینه سازی استفاده از منابع در سطوح مختلف وجود دارد که اندازه گیری سند را می توان با تغییر بخش منابع (مانند CPU، memory, storage) در دستگاه VM اعمال کرد که مقیاس عمودی نامیده می شود و با افزودن منابع بیشتر به ماشین عمودی یا تنظیم تعداد نمونه های VM، این مقیاسHorizontal Scale نامیده می شود که با افزودن دستگاه های مجازی بیشتر، قدرت محاسباتی بیشتری می شود، این موضوع در شکل 1 نشان داده شده است.

با این حال، استفاده از اندازه گیری افقی از مهاجرت VM استفاده می کند، متعاقباً، VM زمان پردازش را از بین می برد و مقدار زیادی IO و شبکه را مصرف می کند. بنابراین اندازه گیری دینامیکی برای کنترل میزان خواستار منابع در VM و ساختار پیشنهادی در این گزارش ترکیبی از تکنیک های اندازه گیری عمودی و افقی است که، منابع تخصیص یافته به برنامه و منابع موجود در سرورهای host را در نظر می گیرد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 1: مقیاس بندی عمودی

شکل 2: مقیاس بندی افقی

 معماری پیشنهادی

سهم منابع سرور در data center ها در دستگاه های مجازی منجر به بهبود data center ها از نظر کیفیت خدمات ارائه شده می شود. الگوریتم ارائه شده از تمام حافظه سرور استفاده می کند و از طریق آن می توان حافظه سرور را با حافظه ماشین مجازی مقایسه کرد، جایی که ماشین مجازی را برای اجرای برنامه ها روی سرور مناسب قرار می دهد و بنابراین با توجه به اینکه سرور از تمام حافظه سرور برای اجرای برنامه استفاده می کند و حافظه سرور شامل بیش از یک ماشین مجازی است. وقتی سیستم برای اجرای برنامه ها به ماشین مجازی دیگری نیاز دارد، از سرور جدید دیگری استفاده می کند زیرا سرور قدیمی کاملاً استفاده شده است. شکل 3 معماری پیشنهادی الگوریتم را توصیف می کند.

شکل 3: معماری پیشنهادی الگوریتم

نتایج

این الگوریتم با مقایسه حافظه سرور با حافظه ماشین مجازی به توزیع ماشین های مجازی در سرور متکی است و ارزیابی ساختار Data Centerهای مجازی ضروری است. با این حال، انجام آزمایشات مقیاس گذاری بر روی یک ساختار اصلی واقعی در یک cloud data center بسیار دشوار است. بنابراین برای آزمایش الگوریتم پیشنهادی (Cloud-Sim) یک مدل شبیه سازی برای شبیه سازی سیستم Data Centerها استفاده شده است و از چهار Host در اندازه حافظه های مختلف استفاده می کند. در مواردی که (host 0) شامل اندازه حافظه (15 گیگابایت)، (host 1) شامل (20 گیگابایت)، (host 2) حاوی (25 گیگابایت) و (host 3) حاوی (30 گیگابایت)، با ماشین های مجازی (VM 40)، که با استفاده از الگوریتم در داخل سرور ساخته شده و به آنها کمک کرده است.

در ابتدا، تمام ماشین های مجازی به طور تصادفی و بدون استفاده از فرایند مقایسه ماشین مجازی و سرور از نظر حافظه که در آن ماشین های مجازی بر روی host مناسب توزیع می شوند، با در نظر گرفتن منابع مورد نیاز برای ماشین مجازی و منابع موجود در host، قرار می گیرند. بنابراین، نتایج توزیع پیش فرض سخت افزار در شکل 4، جایی که از هر چهار سرور به طور همزمان استفاده می شود، در شکل 4 نمایش داده می شود. ماشین های مجازی بدون استفاده از منابع سرور و سپس انتقال به سرور دیگر، در تمام سرورها توزیع می شوند. این امر باعث می شود تعداد زیادی از سرورها اجرا شوند، مصرف زیاد برق و هزینه بیش از حد باعث افزایش تعداد سرورهای استفاده شده می شود.

شکل 4: توزیع خودکار VM

شکل 5: توزیع ماشین مجازی توسط الگوریتم پیشنهادی

برای الگوریتم پیشنهادی، ماشینهای مجازی پس از مقایسه حافظه ماشینهای مجازی با حافظه دستگاه میزبان، به سرورها توزیع می شوند، شکل 5 را ببینید، جایی که فقط (host 0 و 1) برای توزیع ماشینهای مجازی استفاده می شود و این روش باعث کاهش تعداد سرورها، مصرف برق به دلیل تعداد سرورهای استفاده شده و همچنین به دلیل استفاده کمتر از سرورها باعث کاهش هزینه می شود.

نتیجه گیری

در data center ها، اختصاص ماشین مجازی host و همه منابع host برای بهبود عملکرد data center از نظر اجرای سرورهایی با حداکثر توان و منابع آنها مهم است. در این مقاله، ما data centerها، اهمیت آنها، برنامه های آنها و مشکلات آنها را شناسایی کرده ایم، ما برای بهره برداری از یک منبع برای کمک به ماشین های مجازی در host با مقایسه حافظه در آینده ما از تمام منابع host ( (central processing unit) واحد پردازش مرکزی ، فرکانس (frequency)، ذخیره سازی(storage)) برای بهبود مراکز داده استفاده خواهیم کرد.