با افزایش بازار استفاده از تکنولوژی محاسبات ابری، مراکز داده عظیمی به وجود آمدهاند تا محاسبات را سریعتر انجام دهند. يکي از دغدغههاي اصلي در محاسبات ابری، مواجهشدن با اشکالها در حين اجرا کردن يک برنامه موازي زمانبر است. براي غلبه بر اين قبيل مشکلات، عموما از روشهاي آزمون نقطهمقابلهگيري[1] يا آرشيوکردن[2] استفاده ميشود. اما اين روشها غالبا سربار بالايي دارند و به صورت واکنشي عمل ميکنند.در اين پایاننامه روشي را معرفي ميکنيم که علاوه بر بازيافت و بازگشت به عقب برای تحمل پذیری اشکال، بتواند گرههای محاسباتی که احتمال وقوع خرابی در آنها بیشتر است را شناسایی نماید و به صورت پیشکنشی عمل کرده و ماشینهای مجازی را که بر روی آنها قرار دارد به گرههای محاسباتی امنتر مهاجرت دهد تا در صورت وقوع اشکال در گره مشکوک برنامه موازی بدون وقفه به کار خود ادامه دهد. علاوه بر آن، در این الگوریتم با بهرهگیری از قانون بیز و مدل هزینه پیشنهادی، آزمون نقطهمقابلهگيري زائد تا حد امکان حذف شده و زمان اجرای برنامه بهبود خواهد یافت. با استفاده ازشبیهسازی نشان میدهیم که روش پیشنهادی بسته به شرایط مختلف تا 78% زمان اجرا را بهبود میبخشد و از منابع کمتری استفاده میکند.واژههای کلیدی: سیستمهای محاسبات ابر[3]، پیشبینی اشکال[4]، مدل مبتنی بر هزینه[5]، قانون بیز[6]، پیشکنشی[7]، آزمون نقطهمقابلهگيري هماهنگ[8] ، مهاجرت[9].فهرست مطالبعنوان صفحه 1 مقدمه22 قابليت دسترسيبالا92-1 مفاهيم پايه قابليت دسترسي بالا92-1-1تعريف قابليت دسترسي بالا92-1-2مفاهيم و مباحث مرتبط با قابليت دسترسي بالا102-1-3معيارهاي سنجش قابليت دسترسي122-1-4سطوح قابليت دسترسي بالا132-1-5توقف برنامه‌ريزي شده و توقف برنامه‌ريزي نشده142-1-6عوامل مؤثر بر ميزان دسترسي سيستم162-2 دستيابي به قابليت دسترسي بالا در سيستمهاي كلاستر162-2-1تعريف نقاط منفرد بروز خرابی172-2-2از بين بردن نقاط منفرد بروز خرابی در اجزاي سخت‌افزاري172-2-3از بين بردن نقاط منفرد بروز اشكال در اجزاي نرم‌افزاري232-2-4تشخيص دهندۀ خرابي در كلاسترهاي با قابليت دسترسي بالا252-2-5معماري کلاسترهاي با قابليت دسترسيبالا262-2-6اتصالات و شبکه کلاستر282-2-7مديريت و نظارت بر کلاستر282-2-8تصوير يکپارچه سيستم (SSI)333 روالهای تحمل‌پذیر اشکال برای رسیدن به قابلیت دسترسی بالا در سیستمهای مبادله پیام363-1 پيشزمينه و تعاريف383-1-1مدل سيستم383-1-2حالتهاي سيستم يكپارچه393-1-3تعامل با دنياي خارج403-1-4پيام در حال گذر413-1-5قراردادهاي ثبت وقايع423-1-6ذخيره‌ساز پايدار433-1-7جمع‌آوري داده‌هاي زائد443-2 بازيافت براساس نقطه مقابله443-2-1نقطه مقابله گرفتنبه صورت غيرهماهنگ453-2-2نقطه مقابله گرفتن به صورت هماهنگ483-2-3نقطه مقابله گرفتنبر اساس ارتباطات513-3 بازيافت بر اساس ثبت وقايع543-3-1شرط يكپارچگي بدون پروسه‌هاي يتيم553-3-2ثبت بدبينانه وقايع563-3-3ثبت خوشبينانه وقايع593-3-4ثبت علّي وقايع613-3-5مقايسه قراردادهاي بازيافت633-4 مباحث مطرح در پياده‌سازي633-4-1بررسي633-4-2پياده‌سازي تکنيکهاي نقطه مقابله گرفتن643-4-3مقايسة قراردادهاي نقطه مقابله گرفتن663-4-4قراردادهاي ارتباطي663-4-5بازيافت بر اساس روش ثبت وقايع673-4-6ذخيره‌ساز پايدار673-4-7دنبال كردن وابستگي683-4-8بازيافت694 کارهاي انجام شده اخیر714-1 مروري بر روشهاي پيشبيني اشکال724-1-1کلاسهبندي و اشکالهاي ريشه آماری724-1-2 مدل آماري زمان ميان خرابي‌ها734-1-3جمع‌آوري و پيش‌پردازش داده‌هاي مرتبط با خرابي734-2 تکنيکهاي پيشبيني اشکال744-2-1حدآستانه مبتني بر آمار744-2-2آناليز سري‌هاي زماني754-2-3کلاسهبندي مبتني بر قانون754-2-4مدل‌هاي شبکه بيزي764-2-5مدل‌هاي پردازش شبه مارکوف764-3 مطالعات انجام گرفته775 روش پيشنهادي865-1 مدل اشکال865-1-1متوسط زماني تا خرابي895-2 مبانی احتمال و پیشبینی915-2-1مفاهیم اولیه915-2-2رابطه قانون بيز و احتمال درستي پيشبيني925-3 رابطه الگوريتم پيشبيني و مدل اشکال945-3-1تحليل روابط احتمالي945-4 مدل پيشنهادي975-4-1ارائه الگوريتم1005-4-2مدل مبتني بر هزينه1015-4-3اثر پيش‌بيني‌کننده بر روي مدل‌هاي هزينه1055-4-4تصميم‌گيري سيستم در کارگزار ابر1066 نتایج آزمایشها1096-1 معرفی شبیهساز CloudSim1096-1-1اجزای ابر1096-1-2اجزای اصلی هسته1116-1-3 سرویس‌های موجود و الگوریتم‌های آنها1146-1-4روند کار شبیهساز1156-2 نحوه پیادهسازی سیستم تحمل‌پذیر اشکال در شبیهساز1166-2-1FaultInjector1176-2-2 FaultPredictor1206-2-3FTHost1216-2-4 FTDatacenter1216-2-5 FTDatacenterBroker1226-3 نتایج آزمایشات1246-3-1بررسی اثر سربار نقطه مقابلهگیری1266-3-2بررسی عمل‌های انتخابی1276-3-3خرابی‌های متوقف سازنده و غیر متوقف سازنده1297 نتیجهگیری و پیشنهادات132منابع133 فهرست شکلهاشکل 1‑1رویکرد یه تکنولوژی‌های مختلف محاسبات توزیع شده [1]3شکل 2‑1سهم عوامل مختلف در از کارافتادگی سیستم HA [11]16شکل 2‑2 برخی SPOFها در سیستم سرویسدهنده/سرویسگیرنده18شکل 2‑3 SPOFها در یک شبکه اترنت نوعی22شکل 2‑4 حذف SPOFهای شبکه به روش افزونگی کامل23شکل 2‑5 نمونهای از تشخیص خرابی با سیگنال ضربان قلب26شکل 2‑6 نمای ساده از نظارت31شکل 2‑7 ارتباط اجزا مختلف EMS31شکل 3‑1 مثالی از يك سيستم مبادله پيام با سه واحد موازی38شکل 3‑2 مثالی از حالت يكپارچه و غيريكپارچه سيستم40شکل 3‑3 پياده‌سازي مكانيسمهاي بازيافت42شکل 3‑4 ثبت كردن پيام براي اجراي مجدد قطعي43شکل 3‑5 انديس نقطه مقابله و بازه نقطه مقابله46شکل 3‑6 (a) يك اجراي مثال (b) گراف وابستگي بازگشت به عقب (c) گراف نقطه مقابله47شکل 3‑7 انتشار بازگشت به عقب، خط بازيافت و اثر دومينو48شکل 3‑8 نقطه مقابله گرفتن به صورت هماهنگ و غيربلوكه شونده (a) غيريكپارچگي نقطه مقابله (b) با كانال FIFO (c) با كانال غيرFIFO49شکل 3‑9 مسير Z سيكل Z52شکل 3‑10 روش ثبت بدبينانه وقايع57شکل 3‑11 روش ثبت خوشبينانه وقايع60شکل 3‑12 روش ثبت علّي وقايع (الف) حالتهاي قابل بازيافت حداكثر (ب)گراف مقدم را براي پروسه P0 در حالت X62شکل 5‑1منحنی وان88شکل 5‑2 نمودار مثبت واقعی، منفی واقعی و دقت پیشبینی95شکل 5‑3 اثر تغییرات MTTF بر روی دقت پیشبینی96شکل 5‑4 اثر حساسیت و ویژگی بر روی دقت پیشبینی97شکل 5‑5 شماتیک خط زمانی نقطه مقابلهگیری هماهنگ دورهای98شکل 5‑6 شماتیک خط زمانی نقطه مقابلهگیری هماهنگ دورهای در برخورد با اشکال99شکل 5‑7 شماتیک خط زمانی الگوریتم تطبیقی پیشنهادی101شکل 6‑1دیاگرام کلی شبیهساز[92]116شکل 6‑2 جریان کار اجزای برنامه‌های موازی در شبیهساز [92]116شکل 6‑3 نمونهای از محتویات یک فایل سناریوی خرابی گرها در یک مرکز داده118شکل 6‑4 ماشین حالت خرابی یک گره محاسباتی در ابر119شکل 6‑5 تکه کد تغییر وضعیت حالت میزبان‌های یک مرکزداده به صورت بهینه120شکل 6‑6 تکه کد پیشبینی وضعیت یک گره محاسباتی در زمان آینده time121شکل 6‑7 در صد بهبود زمان اجرای الگوریتم‌های پیشنهادی نسبت به الگوریتم آزمون نقطه مقابلهگیری دورهای کلاسیک126شکل 6‑8 در صد بهبود زمان اجرای الگوریتم‌های پیشنهادی نسبت به الگوریتم آزمون نقطه مقابلهگیری دورهای کلاسیک با افزایش زمان نقطه مقابلهگیری به 5 دقیقه127شکل 6‑9 تعداد عمل‌های انتخابی در طول زمان اجرا با الگوریتم نقطه مقابلهگیری دورهای128شکل 6‑10 تعداد عمل‌های انتخابی در طول زمان اجرا با الگوریتم تطبیقی اولیه128شکل 6‑11 تعداد عمل‌های انتخابی در طول زمان اجرا با الگوریتم تطبیقی تصحیح شده129شکل 6‑12 تعداد اشکال‌هایی که در طول اجرای برنامه سبب توقف یا عدم توقف ابر می‌شوند130 فهرست جداولجدول 1‑1 قابلیت اطمینان در مراکز داده مختلف[4]5جدول 2‑1 مقایسه کلاسترهای HA و FT [13]11جدول 2‑2 زمانهای توقف و کارکرد یک سیستم 52×7×1214جدول 2‑3 زمان‌هاي توقف و كاركرد يك سيستم 52×5×1214جدول 3‑1 مقايسه بين قراردادهاي مختلف بازيابي [47]64جدول 5‑1 رابطه وضعیت محیط و الگوریتم پیشبینی91جدول 5‑2 تعاریف پارامترهای استفاده شده در مدلها102جدول 5‑3 مدل هزینه عمل مهاجرت103جدول 5‑4 مدل هزینه عمل نقطه مقابلهگیری104جدول 5‑5 مدل هزینه عمل اجرای بلافاصل105جدول 6‑1 مقداردهی اولیه متغیرهای شبیهساز125 فصل اول مقدمه 1 مقدمه جهان محاسباتی که امروزه با آن روبرو هستیم روز به‌روز در حال بزرگتر و پیچیده‌تر شدن است. محاسبات ابری نیز در ادامه سبک‌های دیگر مانند محاسبات توری با هدف پردازش حجم عظیمی از داده با استفاده از خوشه‌هایی از کامپیوتر‌هاست. طبق گراش ارائه شده ای از گوکل، در حال حاضر به لطف محاسبات توزیع شده روزانه بیش از 20 ترابایت داده خام اینترنتی مورد پردازش قرار می‌گیرد. تکامل و شکل‌گیری محاسبات ابری خواهد توانست این چنین مسائلی را به راحتی و به شکلی مناسب‌تر از طریق سرویس‌های مبتنی بر تقاضا حل و فصل نماید. از زاویه دیگر، جهان محاسباتی اطراف ما در حال حرکت به سمت الگوهای "پرداخت برای استفاده" حرکت میکند و همین الگو یکی دیگر از پایه‌های اصلی محاسبات ابری محسوب میشود.محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرضه ظهور گذاشت هماکنون به دلیل توانایی‌اش در ارائه زیر ساخت فناوری پویا و بسیار منعطف، محیط‌های محاسباتی تصمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس‌های نرم‌افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ بدل شده است . در گزارش رویکردی گوگل همانطور که در شکل 1‑1 مشاهده می‌نمایید، محاسبات ابری، محاسبات توری را پشت سر گذاشته است [1]. محاسبات ابری از رویکرد مجازیسازی بهرهگیری مینماید که این امر سبب انعطافپذیری بیشتر سیستم ابر میشود. در حقیقت با استفاده از این تکنولوژی، برنامهها میتوانند سرویس‌های مختلف را به صورت مجزا و انتزاعی از گرههای سرویسدهنده دریافت نمایند. شکل 1‑1رویکرد یه تکنولوژی‌های مختلف محاسبات توزیع شده [1]تعاریف زیادی در مورد محاسبات ابری ارائه شده است که سعی می‌نمایند مشخصه‌های اصلی محاسبات ابری را مد نظر بگیرند که سیستم ابری را " یک مدل برای دسترسی بنابر تقاضا و راحت تحت شبکه به یک مجموعه اشتراکی از منابع محاسباتی قابل پیکربندی" تعریف می‌نمایند درحالیکه "این منابع با کمترین تلاش و هزینه به صورت آزاد" فراهم گردند [2].محاسبات ابری از خصوصیات منحصر به فردی بهره می‌برد که این سبک محاسباتی را از سایر سبک‌ها متمایز میکند. البته برخی از این خصوصیات کما بیش در سبک‌های پیشین نیز وجود داشتهاند. بعضی از این خصوصیات عبارتند از: