چکیده –
رایانش ابری، مدل جدید مبتنی بر اینترنت میباشد که سرویسهای فناوری اطلاعات را به عنوان ابزار در اختیار کاربران قرار میدهد. دسترسی به منابع سخت افزاری و نرم افزاری در رایانش ابری بر مبنای تقاضای کاربر و بصورت کاملاً انعطافپذیرصورت میگیرد. مقیاس پذیری یکی از مهمترین خصوصیات و چالشهای پیش رو در محیط ابر میباشد،بطوریکه در هر کدام از معماری های پیشنهاد شده این موضوع مد نظر قرار گرفته است. مقیاس پذیری در مفهوم کلّی به معنی قابلیت گسترش سیستم با حفظ کارایی آن است. اگر تعداد کاربرانی که همزمان از یک سیستم استفاده میکنند را نامحدود در نظر بگیریم به احتمال زیاد میزان ترافیک و بار کاری در زمان خاصی به شدت افزایش پیدا میکند. همچنین زمانی که شرکتها و سازمانهای بزرگ درخواستهای خاص خودشان را برای استفاده از یک سرویس خاص ارائه میدهند،که خود مستلزم گسترش و بسط سیستم و اضافه کردن موارد جدید به سیستم میباشد، مفهوم مقیاس پذیری بیشتر اهمیت مییابد. در این مقاله تعاریف مختلف، مشکلات موجود و راه کارهای ارائه

شده در حوزه مقیاس پذیری در رایانش ابری ارائه شده و مفهوم مهم خوشه بندی ماشینهای مجازی به عنوان یکی از تکنیک های مقیاس پذیری مورد بررسی قرار گرفته است.

کلید واژه- خوشه بندی، رایانش ابری، ماشین مجازی، مقیاس پذیری

-۱ مقدمه

رایانش ابری۱ تکنولوژی جدیدی است که میتوانیم منابع موجود را با کاربران دیگر به اشتراک بگذاریم. شرکتی را نظر در بگیرید که دوبار در سال، به یک سرور قدرتمند برای انجام عملیاتی با حجم کاری بالا نیاز دارد. این شرکت میتواند با صرف هزینه های زیاد سرورهای سخت افزاری مناسب جهت این کار را خریداری کرده و در زمان نیاز از آنها استفاده کند و بعد از آن، کل سال را برای حفظ و نگهداری سخت افزارها هزینه کند; در حالی که از آنها استفاده نمیشود. حال این شرکت میتواند در مواقعی که نیاز به منابع سخت افزاری دارد با صرف هزینه ای بسیار کمتر، از منابع سخت افزاری موجود در ابر استفاده کند و مشکل خود را در آن بازه زمانی خاص برطرف کرده و نیاز به صرف هزینه برای خرید، حفظ و نگهداری از سخت افزارهای مورد نیاز نیز نداشته باشد . منظور از به اشتراک گذاری منابع در محیط ابر همین مفهوم میباشد. حال فرض کنید شرکتها و سازمانهای زیادی نیاز به این منابع داشته باشند و علاوه بر این، درخواستهای آنها نیز با هم متفاوت است. محیط ابر باید بتواند

جوابگوی درخواستهای کاربران در استفاده از منابع باشد; بگونهای که منابع به طور پویا و بر اساس تقاضای کاربران در اختیار آنها قرار گیرد. با افزایش حجم کارنیز سیستم باید درخواست کاربران را بخوبی پوشش دهد. در اینجاست که مفهوم سیستم قابل اعتماد، انعطاف پذیر و مقیاس پذیر قابل درک خواهد بود. این سیستم باید به اندازه ای مقیاس پذیر باشد که با افزایش حجم کار، کارآیی آن حفظ گردد در این صورت میتوان گفت که سیستم، قابل اعتماد و انعطاف پذیر است.در این مقاله سعی داریم مرور کلی در مورد مفهوم، مشکلات و راه حلهای ارائه شده در زمینه مقیاس پذیری در محیط ابر را ارائه دهیم. در ضمن خواننده را با انواع مقالات و تحقیقات قبلی در این زمینه، آشنا کرده و راه کارهای ارائه شده را مقایسه می کنیم. خواننده بعد از اتمام این مقاله مفهوم مقیاس پذیری و راهکارهای ارائه شده در جهت بهبود آن را درک خواهد کرد.

در بخشهای بعدی این مقاله خواهید دید: بخش دوم: تعریف کلی مقیاس پذیری همراه با مرور تعریفهای ارائه شده در مقالات مختلف. بخش سوم: مروری بر مشکلات موجود در مقیاس پذیری و راه کارهای ارائه شده برای آن در حوزه های مختلف، و در

زذتل خغ۱سکطغکطکسغپه

لمهه شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص

نهایتبخش چهارم: به مفهوم مهم خوشه بندی۲ ماشینهای مجازی به عنوان یکی از روش های مقیاس پذیری اختصاص پیدا کرده است.

-۲ تعریف مقیاس پذیری در رایانش ابری

در این بخش جهت درک بهتر مطلب مفهوم کلی مقیاس پذیری شرح داده خواهد شد.مقیاس پذیری یکی از مهمترین خصوصیت و مزیت محیطهای محاسباتی رایانش ابری میباشد و به عنوان قابلیت سیستم جهت تامین نیازهای رو به رشد حجم کار (افزایش تعداد کاربران و…)، مدیریت صحیح، دقیق و سریع منابع سخت افزاری، نرم افزاری و مجازی تعریف میشود. مقیاس پذیری نه تنها قابلیت اطمینان را به همراه دارد بلکه این امکان را به سیستم میدهد که در بالاترین حجم کاری نیز، کارآیی سیستم را در حد قابل قبولی حفظ کند. در واقع وقتی سیستم با افزایش ظرفیت، کارآیی خودش را در بالاترین سطح حفظ کند، یک سیستم مقیاس پذیر میباشد. دست یافتن به این مهم در محیطهای ابر کار ساده ای نیست و شامل پیچیدگی های زیادی است. مزیت مهم محیطهای ابر پاسخگویی آن به درخواستهای مشتریان از طریق تطبیق سیستم بر اساس تقاضاهای کاربران میباشد. سیستمی که بتواند خود را مبتنی بر درخواست کاربر تطبیق دهد سیستمی مقیاس پذیراست. پس مقیاس پذیری توانایی سیستم برای مدیریت و تامین منابع در هنگامی که سیستم با حجم کاری بالا روبرو است، میباشد. البته این را نیز باید اضافه کرد که نحوه مدیریت سیستم بعد از کاهش بار کاری نیز به مقیاس پذیر بودن آن ارتباط دارد. در واقع زمانی که یک کاربر به نیازهای بیشتر با ویژهگیهای خاص نیاز دارد مقیاس پذیری مطرح میشود و این خود مستلزم اتخاذ سیاستهای جدید در طراحی سیستم میباشد. محیط رایانش ابری یک منبع بزرگ از منابع میباشد که به ازای درخواست و شناسایی نیازهای کاربران، منابع را به آنها تخصیص می دهد. خصوصیت بارز محیط ابر مجازی سازی است که میتواند ماشین های مجازی را به عنوان یک سرویس در اختیار کابران قرار میدهد.[۱]

مجازی سازی در محیط ابر مزایای قابل توجهی از قبیل استفاده بهینه از منابع در نتیجه صرفه جویی در هزینه ها، استفاده بهینه از زمان و بالا بردن کارآیی سیستم را بهمراه دارد. جدول شماره ۱ انواع تعریف های مقیاس پذیری در مقالات قبلی از ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۴ را نشان میدهد.

جدول شماره : ۱ انواع تعریفهای مقیاس پذیری در رایانش ابری

کار تعریف مقیاس پذیری

[۲] “مقیاس پذیری توانایی سیستم جهت حفظ کارآیی مناسب در هنگام
افزایش حجم کار و اضافه شدن منابع سخت افزاری است.”

[۳]،[۴] “مقیاس پذیری به عنوان قابلیت سیستم برای رفع نیازهای سیستم در
هنگام مواجهه با حجم کاری بالا بوسیله اضافه کردن منابع بیشتر، تعریف
می شود.”

[۵] “مقیاس پذیری مهمترین مزیت برای یک خوشه با چندین سرور مجازی
و تغییراتی که اغلب در مقیاس سخت افزاری رخ می دهد، است.”

[۶] ” مقیاس پذیری یکی از ویژگی های قابل توجه محاسبات ابری است که
به افزایش یا کاهش ظرفیتهای منابع تخصیص یافته مجازی در برنامه
کاربردی، زیرساخت، پایگاه داده و زیرساخت بر اساس تقاضا، نظارت می
کند.”

[۷] “مقیاس پذیری تنها به معنی کار کردن محصول در محیط جدید با
محدودیتهای اضافی نیست بلکه مقیاس پذیری توانایی انجام دادن کار با
قابلیت های کامل خود زمانی که محدودیتهای بیشتری مطابق با نیازهای
مشتری اضافه می شود، می باشد.”

[۸] ” توانایی یک سیستم ویژه برای حل یک مشکل به عنوان دامنه ای از
مشکلات در حال رشد(تعداد عناصر یا اشیاء، حجم کار در حال رشد/یا
مستعد بزرگ شدن).”

مطابق با ” ویژگی مطلوبی از یک سامانه(سیستم)، شبکه و یا فرایند است که به
ویکی توانایی آن برای پاسخگویی به افزایش میزان حجم کار به سهولت دلالت
پدیا میکند و یا میزان آمادگی سیستم را برای افزایش حجم کار نشان می
دهد.”

[۹] “مقیاس پذیری یا توانایی گسترش و اضافه کردن منابع به صورت پویا در
موفقیت بسیاری از شرکتهایی که در حال حاضر در انچام کسب و کار
روی وب و در تولید اطلاعات نقش دارند حیاطی است زیرا ممکن است به
طور ناگهانی حجم انبوهی از تقاضاها روبرو شوند.”

[۱۰] ” مقیاس پذیری یکی از مزایای عمده مطرح شده توسط محیط رایانش
ابری است. “

[۱۱] “مقیاس پذیری یکی از مهمترین ویژگیهایی اعمال شده روی هر
سرویسی است.”

-۳ انواع مقیاس پذیری

همانطور که گفته شد مقیاس پذیری تخصیص و مدیریت منابع بصورت کارآمد و بر مبنای احتیاجات کاربران میباشد. در

زذتل خغ۱سکطغکطکسغپه

همهه شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص

حالت کلی وقتی بحث مقیاس پذیری مطرح میشود منظور مدیریت منابع مجازی میباشد تا بتوان بر حسب درخواست کاربران منابع را به طور اتوماتیک به برنامه های کابردی تخصیص داد. بطور کلی سیستم باید افزایش و کاهش منابع را بطور کارآمد و موثر مدیریت کند. یک سیستم با مقیاس پذیری بالا میتواند تعداد کاربران بیشتری را جهت استفاده از برنامه های کاربردی پوشش دهد و در نتیجه استفاده بهینه از منابع را به همراه خواهد داشت.در حالت کلی مقیاس پذیری به سه حالت زیر تقسیم میشود :

-۱ مقیاس پذیری عمودی۳

-۲ مقیاس پذیری افقی۴

-۳ مقیاس پذیری قطری۵

مقیاس پذیری عمودی به عنوان افزایش ظرفیت منابع سخت افزاری سیستم از قبیل افزایش حافظه، حافظه کش و پردازنده در زمان افزایش ترافیک و حجم کاری بالا تعریف میشود.[۱۲][۱۱][۱۰][۸][۷] در واقع این روش به معنی افزایش اندازه و ظرفیت سخت افزاری سرور بدون اعمال تغییرات نرم افزاری و تغییر کد میباشد. همانطور که مشخص است این روش ما را محدود به افزایش ظرفیت سخت افزاری می کند، که خود باعث افزایش هزینه می گردد. در مقابل مقیاس پذیری افقی به عنوان افزایش منابع مجازی (ایجاد و تکثیر ماشینهای مجازی بر اساس میزان منابع مورد نیاز) تعریف میشود.[۱۲][۱۱][۱۰][۸][۷] با اضافه شدن هر ماشین مجازی، تقریباً معادل یک پردازنده ظرفیت منابع خود را افزایش می دهد.