چکیدهامروزه شبکه محاسبات ابری به عنوان یکی از مهم ترین ابزارهای توزیع شده برای انجام پردازش و ذخیره سازی داده ها در بستر اینترنت مطرح شده است تا جایی که سال 2010 را بعنوان سال محاسبات ابری نامیدند از جمله ویژگی های بارز این مدل توزیع شده می توان به کاهش چشمگیر هزینه ها و قابلیت اطمینان بالای آن و همچنین میزان پایین در آلودگی محیط زیست اشاره کرد.با رشد روز افزون این شبکه نیاز به زمان بندی کارها بمنظور استفاده ی بهینه از شبکه و پاسخگویی مناسب به کارها بشدت مورد توجه قرار گرفته است و در این زمینه تلاش های زیادی در حال انجام می باشد و به دلیل اینکه محیط محاسبات ابری محیطی بسیار بزرگ و دارای تعداد زیادی کارهای ورودی به شبکه می باشد الگوریتم های قطعی نتیجه ی مناسبی ندارند و بهترین گزینه برای این مدل از شبکه ، الگوریتم های اکتشافی می باشند ولی یکی از مشکلات اکثر روش های ارائه شده عدم جامعیت نسبی برای ارائه یک راهکار کلی در برقراری توازن در بین پارامترهای شبکه محاسبات ابری می باشد همچنین در اکثر کارهای ارائه شده بحث عدالت در اختصاص منابع به کارها نادیده گرفته شده است یعنی برای بسیاری از کارها امکان وقوع گرسنگی وجود دارد.ما برای بهینه سازی پارمترهای زمان اجرا و زمان پاسخگویی و هزینه و بهره وری سیستم الگوریتمی ترکیبی ارائه داده ایم که ما در راهکار ارائه شده برای بحث عدالت برای کارهای وارد شده به شبکه و جلوگیری از گرسنگی آنها چاره ای اندیشیده ایم.در N2TC(Neural Network Task Classification) که بر اساس شبکه عصبی می باشد کارهای جدید و کارهایی که در صف انتظار قرار دارند وارد شبکه شده و به آنها اولویت داده می شود کارهایی که دارای اولویت بالاتری می باشند به GaTa(Genetic Algorithm Task assignment) که مبتنی بر الگوریتم ژنتیک می باشد ارسال شده تا مجموعه ای بهینه از کارها به منابع موجود در شبکه اختصاص یابد. راهکار پیشنهادی بطور میانگین 10% بهبود در زمان اجرا و 25% در بخش بهره وری شبکه محاسبات ابری و 50% در بخش هزینه و 5% بهبود در زمینه زمان پاسخگویی را بیان می کند هم با توجه به سرعت بالا در همگرایی در GaTa باعث افزایش سرعت اجرای زمان بندی شده است.کلمات کلیدی: انتخاب و زمان بندی منابع، شبکه محاسبات ابری ، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی، الگوریتم اکتشافی فهرست مطالب صفحه فصل اول-مقدمه1-1-مقدمه.............................................................................................................................................................................11-2-بیان مسئله......................................................................................................................................................................21-3-اهمیت و ضرورت انجام تحقیق......................................................................................................................................21-4-اهداف............................................................................................................................................................................21-5-فرضیه............................................................................................................................................................................31-6-جمع بندی......................................................................................................................................................................3فصل دوم-ادبیات و پیشینه تحقیق.2-1-مقدمه.............................................................................................................................................................................52-2-محیط محاسبات ابری.....................................................................................................................................................5 2-2-1-عناصر پایه ای.......................................................................................................................................................5 2-2-2-معماری.................................................................................................................................................................6 2-2-3-انواع ابر...............................................................................................................................................................11 2-2-4-کاربردها..............................................................................................................................................................11 2-2-5-چالش ها.............................................................................................................................................................122-3-انتخاب منابع و زمان بندی...........................................................................................................................................14 2-3-1-انتخاب منابع.......................................................................................................................................................14 2-3-2-زمان بندی...........................................................................................................................................................152-4-الگوریتم ژنتیک...........................................................................................................................................................15 2-4-1-کروموزم.............................................................................................................................................................16 2-4-2-جمعیت...............................................................................................................................................................16 2-4-3-تابع برازندگی......................................................................................................................................................16 2-4-4-عملگر انتخاب.....................................................................................................................................................17 2-4-5-عملگر آمیزش.....................................................................................................................................................17 2-4-6-عملگر تلفیق........................................................................................................................................................17 2-4-7-عملگر جهش.......................................................................................................................................................182-5-شبکه عصبی.................................................................................................................................................................192-6-پیشینه تحقیق................................................................................................................................................................20 2-6-1-کارهای مرتبط در محیط محاسبات ابری...............................................................................................................20 2-6-2-کارهای مرتبط در سایر محیط های توزیع شده.....................................................................................................27فصل سوم- روش تحقیق3-1-مقدمه...........................................................................................................................................................................343-2-مدل پیشنهادی..............................................................................................................................................................34 3-2-1-شبکه عصبی........................................................................................................................................................35 3-2-2-الگوریتم ژنتیک....................................................................................................................................................373-3-معماری مدل پیشنهادی.................................................................................................................................................383-4-الگوریتم پیشنهادی.......................................................................................................................................................39فصل چهارم- نتایج تحقیق4-1-مقدمه...........................................................................................................................................................................434-2-سناریو اجرا..................................................................................................................................................................434-3-ارزیابی راهکار پیشنهادی.............................................................................................................................................43فصل پنجم-نتیجه گیری و کارهای آینده5-1-مقدمه...........................................................................................................................................................................565-2-جمع بندی....................................................................................................................................................................565-3-نتیجه گیری..................................................................................................................................................................565-4-کارهای آینده...............................................................................................................................................................58مراجع...................................................................................................................................................................60پیوست ها.............................................................................................................................................................66 فصل 1 مقدمهدر سال 1961 مصادف با صدمین سال تاسیس MIT آقای جان مک کارتی در سخنرانی خود گفت که کامپیوتر می تواند ابزاری اساسی برای صنعتی مهم و جدید باشد این سخن بر مفهوم پایه ای ابرتاکید میکند.اولین معرفی از ابر توسط اریک اشمیت در کنفرانس استراتژی های موتورهای جستجو در سال 2006مطرح شد. [1]تعریف موسسه جهانی استاندارد و تکنولوژی از محاسبات ابری به شرح زیر است:شبکه محاسبات ابری مدلی است برای دسترسی به شبکه بر اساس تقاضا برای به اشتراک گذاری مجموعه ای از منابع پیکره بندی شده نظیر شبکه و سرور و محل ذخیره سازی وبرنامه ها و سرویس ها که با میزان سرعت قابل کنترل و با حداقل مدیریت و تعامل با ارائه دهنده سرویس منتشر می شود[2]. همانطور که در شکل 1 می بینید 51% از کاربران بدلیل کارایی بالای شبکه محاسبات ابری از آن استفاده می کنند و 41%به دلیل در دسترس بودن داده ها بدون وابستگی به مکان و محدودیت ناحیه ای می باشد[3] شکل 1- دلایل استفاده از شبکه ابر مزیت های استفاده از شبکه محاسباتی عبارتند از: 1-هزینه پایین 2- سطح خدمات مناسب 3- شفافیت در دسترسی 4-پشتیبانی از کاربران راه دور[4] 5- بر آورده شدن نیاز های کسب و کار 6- صرفه جویی در انرژی [1]مطابق با تعریف NIST ویژگی های محاسبات ابری که باعث برتری این تکنولوژی بر تکنولوژی های مشابه می شود عبارتند از: 1-سلف سرویس بودن بر اساس تقاضا 2-دسترسی وسیع به اینترنت 3- مجموعه منابع 4-انعطاف پذیری سریع 5- قابل اندازه گیری بودن خدمات[5]. 1-2- بیان مسالهیکی از مهم ترین چالش های شبکه محاسبات ابری بحث انتخاب منابع و زمان بندی کارها می باشد. حجم وسیع بار بر روی این شبکه و استقبال زیاد کاربران باعث شده است که کاربران زمان زیادی در انتظار بمانند تا بار شبکه کم شود و منابع مورد نیاز خود را در اختیار بگیرند حال ما قصد داریم با استفاده از الگوریتم های اکتشافی روشی نوین در این زمینه ارائه کنیم که زمانی که کارها به شبکه وارد می شوند منابع را به شیوه ای بهینه و مناسب به آنها اختصاص دهیم تا شبکه هم از نظر سرعت اجرای زمانبندی و هم از نظر دقت در انتخاب کارها به خوبی کار خود را انجام دهد. 1-3- اهمیت و ضرورت انجام تحقیقاز آنجایی که روش های فعلی زمانبندی از قبیل Round –Robin و FiFo و ... که در شبکه محاسبات ابری استفاده می شود اگر چه دارای پیاده سازی راحت تری نسبت به راهکار پیشنهادی ما می باشند ولی در زمینه بهبود پارامترهای مهم در شبکه کار چندانی انجام نمی دهند و همچنین بعضی این الگوریتم ها دارای سرعت اجرایی مناسبی نیستند همچنین کاربران شبکه محاسبات ابری همواره بدنبال این هستند که کارهایشان در زمان کوتاه و با هزینه مناسب انجام گیرد از طرفی ارائه دهندگان سرویس نیز به بدنبال افزایش حداکثری بهره وری منابع خود می باشند تا بتوانند سودی بیشتر کسب کنند این در حالی است که در بین الگوریتم های موجود روشی وجود ندارد که بتواند این تعادل را تا حد ممکن در بین نیازهای مشتری و ارائه دهنده سرویس فراهم کند. 1-4- اهدافهدف از ارائه راهکار پیشنهادی که شامل الگوریتم های N2TC وGaTa می باشد بهینه سازی پارامترهایی است که در ادامه آنها را توضیح می دهیم.زمان اجرای کارها یکی از پارامترهای بسیار مهم در شبکه محاسبات ابری است.زمان پاسخگویی نیز پارامتری است که باید فاصله زمانی میان ارسال کار به شبکه و دریافت اولین پاسخ از شبکه به کاربر را کوتاه کنیم.هزینه یکی از مهمترین چالش ها در شبکه محاسبات ابری می باشد که باید تا حد ممکن کاهش یابد.بهره وری سیستم پارامتر بعدی می باشد که یکی از مسائل مهمی است که رائه دهندگان سرویس ها در شبکه محاسبات ابری با آن دست و پنجه نرم می کنند تا بتوانند بیشترین بهره وری را از منابع خود داشته و درآمد بیشتری کسب کنند.پارامتر آخر بحث عدالت برای کارهای ارائه شده است این پارامتر در اغلب -الگوریتم های پیشنهادی در نظر گرفته نشده است و به کارهایی که از نظر پارامتری در حد مطلوبی نمی باشند هیچگاه منابع اختصاص داده نمی شود همین امر باعث کاهش تعداد مشتریان شبکه می شود که در نهایت باعث کاهش درآمد ارائه دهندگان سرویس در شبکه محاسبات ابری می شود ولی با در نظر گرفتن عدالت امکان دریافت منابع توسط این کارها را فراهم می کنیم. 1-5- فرضیه ها 1-6- جمع بندیدر این فصل به تبیین مسئله اختصاص منابع در شبکه محاسبات ابری پرداختیم سپس اهمیت و ضرورت انجام این تحقیق را بیان کردیم در مرحله بعد اهداف این تحقیق را ارائه نمودیم و در انتها فرضیاتی که تحقیق خود را بر آن بنا نهاده ایم مطرح کردیم.در این بخش ابتدا شبکه محاسبات ابری را بصورت کامل توضیح می دهیم سپس زمانبندی و انتخاب منابع را تشریح می کنیم در انتها به بررسی کارهای مرتبط در این زمینه می پردازیم. شبکه محاسبات ابری محیطی توزیع شده می باشد که هدف آن ارائه خدمات به کاربران بدون محدودیت های زمانی و مکانی است در ادامه به صورت اجمالی به ویژگی ها و عناصر موجود در این شبکه می پردازیم. 2-2-1- عناصر پایه ایعناصر پایه ای در شبکه محاسبات ابری وجود دارد عبارتند از سیستم های محاسبات سودمند و گرید و مجازی سازی و وب 2 و معماری سرویس گرا و فوق ناظر [26] که در زیر به توضیح آنها می پردازیموب 2: با گسترش اینترنت و افزایش کاربران ، دیگر کاربران تنها به خواندن اطلاعات اکتفا نمی کردند بلکه به نوشتن و تبادل اطلاعات با کاربران مختلف نیز علاقمند بودند که وب 2 در بخش اینترنت و طراحی سایت مطرح شد در وب 2 دیگر محدودیت های سخت افزاری مطرح نیست و همه ابزار و لوازم الکترونیکی را به هم متصل می کند.ماشین مجازی: به سیستمی گفته می شود که اجرای سیستم مجازی را بر عهده دارد ماشین مجازی کامپیوتری است که جدا از کامپیوتر والد خود عمل میکند و از قابلیت اجرای چندگانه نمونه های ماشین پشتیبانی می کند همچنین به علت فعالیت در محیط های چندگانه بروز مشکل یا خرابی یک ماشین مجازی تاثیری در عملکرد سایر ماشین ها ندارد.مجازی سازی در بخش ارایه دهندگان منابع زیر ساخت با ایجاد یک لایه انتزاعی بر روی کلیه منابع فیزیکی و سرور ها ، امکان مدیریت پویای منابع فیزیکی را فراهم می کند که در این حالت کاربران با سرور ها و منابع مجازی ارتباط برقرار می کنند.شبکه گرید: فناوری گرید در واقع می تواند از منابع و سیستم های غیر متمرکز پشتیبانی کند و امکان ارتباط سیستم ها را با هم فراهم می کند اجزای تشکیل دهنده گرید عبارتند از 1- رابط کاربر 2- اجزای امنیت 3- مدیریت کنترل کار سیستم 4- زمانبند 5- مدیریت اطلاعات 6- مدیریت منابع فن آوری . محاسبات ابری در ادامه گسترش سیستم های گرید بوجود آمد لذا در بعضی از سیستم های محاسبات ابری از تکنولوژی گرید نیز استفاده شده است.محاسبات سودمند: به معنای نوعی از ارائه خدمات پردازشی و ذخیره سازی است که در آن کاربر به میزان خدماتی که مورد استفاده قرار می دهد هزینه پرداخت می نماید و زیر ساخت مورد نیاز برای ارائه آن خدمات را در مالکیت خود ندارد .معماری مبتنی بر سرویس: در واقع یک مجموعه از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند در هنگام این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر رد و بدل کنند و همچنین ترکیب دو یاچند سرویس با هم یک کار را انجام دهدفوق ناظر: یک برنامه سطح پایین می باشد که برای فراهم کردن دسترسی منابع سیستم به ماشین های مجازی مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع باعث می شود که ماشین های مجازی از یکدیگر پنهان بمانند به طوری که هر ماشین مجازی تصور می کند که منابع را به تنهایی در اختیار دارد.