ارائه یک الگوریتم خوشه بندی برای توزیع مناسب کار و ارزیابی کارایی آن

دسته: کامپیوتر و IT
بازدید: 48 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 711 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 193

در سال های اخیر صنعت کامپیوتر رشد بسیار شگفت انگیزی داشته است در طی دو دهه اخیر سرعت کامپیوتر های شخصی از چند دستور در ثانیه به چند میلیون دستور در ثانیه رسیده است در صورتی که قیمت آنها نیز از چند میلیون دلار به چند هزار دلار کاهش یافته است افزایش نیاز به سیستم هایی با کارائی بسیار زیاد و سرعت فوق العاده بالای شبکه ها (شبکه های ترابیتی) سبب

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

ارائه یک الگوریتم خوشه بندی برای توزیع مناسب کار و ارزیابی کارایی آن

مقدمه

  در سال های اخیر صنعت کامپیوتر رشد بسیار شگفت انگیزی داشته است. در طی دو دهه اخیر سرعت کامپیوتر های شخصی از چند دستور در ثانیه به چند میلیون دستور در ثانیه رسیده است در صورتی که قیمت آنها نیز از چند میلیون دلار به چند هزار دلار کاهش یافته است.

  افزایش نیاز به  سیستم هایی با کارائی بسیار زیاد و سرعت فوق العاده بالای شبکه ها (شبکه های ترابیتی)  سبب جلب علاقه محققان به پردازش های موازی و توزیع شده، شده است. از جمله دلایل افزایش توجه به سیستم های توزیع شده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1: پیشرفت تکنولوژی پردازش.

2: سرعت بالای شبکه ها.

3: انجام تحقیقات گسترده برای ارائه محیطهائی برای انجام محاسباتی توزیع شده.

  بعلاوه به نظر می رسد با افزایش  روزافزون نیاز به توان پردازشی سریعتر، هیچ بستر محاسباتی منفرد،  نمی تواند پاسخگوی این نیاز باشد بنابراین محیطهای پردازشی آتی باید بتواننداز منابع محاسباتی نا همگن موجود در شبکه استفاده کنند. فقط سیستم های موازی و توزیع شده امکان استفاده از  منابع مختلف موجود در شبکه را میسر می کنند.

 از سوی دیگر تحول چشم گیری نیز در صنعت شبکه های کامپیوتری به وجود آمده است. امروزه هزاران کامپیوتر می توانند از طریق یک شبکه LAN به یکدیگر متصل شده و در کسری از ثانیه داده های خود را با یکدیگر مبادله کنند. یا به کمک یک شبکه WAN میلیون ها کامپیوتر از سرتاسر دنیا  قادر به تبادل داده با یکدیگر هستند.با توجه به این تحولات، امروزه تصور مجموعه ای از کامپیوتر ها که به صورت یک کامپیوتر یکپارچه  اما با قدرت بسیار بیشتر ،چندان بعید نیست.

فصل اول

مفاهیم اولیه

1. 

2.مقدمه

1-1. سیستم های توزیع شده

در حالت کلی تعریف زیر را می توان برای یک سیستم توزیع شده ارائه کرد:

  یک سیستم توزیع شده مجموعه ای از کامپیوتر های مستقل می باشند که برای انجام کارهای مختلف با یکدیگر همکاری کرده و به صورت یک سیستم واحد و قدرتمند برای کاربران دیده می شوند.

1-1-1   مزایا و معایب سیستم های توزیع شده

  سیستم های کامپیوتری توزیع شده به وسیله پژوهشگران به طور گسترده مطالعه شده و مزایای زیادی در رابطه با آن گزارش شده است. به عنوان مثال پیشرفت های اخیر در تکنولوژی  شبکه ها و پردازه ها، دستیابی به مزایای زیر را امکان پذیر ساخته است :

1. افزایش کارایی: وجود چندین کامپیوتر در یک سیستم توزیع شده به برنامه کاربردی امکان پردازش و اجرا به صورت موازی را می دهد بنابراین سرعت اجرای برنامه کاربردی و کارایی سیستم افزایش می یابد برای مثال کارایی یک سیستم فایل می تواند به وسیله تکرار توابع آن بر روی چندین کامپیوتر بیشتر شود. تکرار سیستم فایل باعث می شود چندین برنامه کاربردی به سیستم فایل به صورت موازی دسترسی داشته باشند بعلاوه تکرار فایل ها ترافیک شبکه را بین سایت های مختلف توزیع کرده و تاخیر ناشی از صف بندی را کاهش می دهد.

2. به اشتراک گذاری منابع: به اشتراک گذاری منابع مقرون به صرفه بودن و امکان دسترسی کارا به منابع سیستم را فراهم میکند یعنی کاربران در عرض چند دقیقه می توانند منابع سخت افزاری و نرم افزاری گران و خاص منظوره را مانند سرورهای پایگاه داده ها، سرورهای پردازش، سرورهای پرینترو... را به اشتراک بگذارند.

3. افزایش توسعه پذیری: سیستم های توزیع شده می توانند به صورت سازگار با محیط طراحی شوند مثلا برای یک محاسبه سنگین، سیستم خود را به گونه ای سازمان دهی می کند که شامل تعداد زیادی از کامپیوترها و منابع باشد در صورتیکه برای پردازشهای کوچکتر  فقط از چند منبع استفاده خواهد کرد بعلاوه در صورت لزوم محدودیتهائی مانند ظرفیت سیستم فایل و قدرت محاسبتی سیستم را می توان به سادگی با اضافه کردن کامپیوترها یا سرورهای بیشتر افزایش یابد.

4. افزایش قابلیت اطمینان، دسترسی راحت و تحمل پذیری خطا: وجود چندین منبع ذخیره سازی و محاسباتی در یک سیستم، ساخت سیستم توزیع شدۀ تحمل پذیر خطا را مقرون به صرفه و جالب می کند.

سیستم می تواند خرابی یک کامپیوتر را به وسیله تخصیص  وظایف آن به کامپیوتر دیگر تحمل کند بعلاوه سیستم می تواند به وسیله تکرار توابع یا منابع، در کامپیوتر های مختلف،  خطر از دست دادن آنها  را برطرف کند.

5. مقرون به صرفه گی: کارایی کامپیوترها تقریباً هر دو سال یک بار دو برابر شده، در صورتیکه قیمت آنها در دهه اخیر تقریبا در هر سال نصف شده است بعلاوه  شبکه هایی با سرعت بسیار زیاد نیز به وجود آمده است که ساخت سیستم های توزیع شده را نسبت به سیستم های موازی بر اساس نرخ قیمت به کارایی مقرون به صرفه تر کرده است.

البته این پیشرفت ها به آسانی به دست نمی آید زیرا طراحی یک سیستم توزیع شده همه منظوره بسیار مشکلتر از طراحی یک سیستم متمرکز است. در طراحی یک سیستم توزیع شد چند منظوره تعداد زیادی از گزینه ها و مسائل باید در نظر گرفته شوند که پیکر بندی فیزیکی سیستم ،خصوصیات بستر محاسباتی، شبکه ارتباطی، زمان بندی وظایف، سیاست های تخصیص منابع و مکانیزم کنترل آن ها، ایجاد سازگاری و کنترل همروندی و امنیت، نمونه هایی از آنهاست. این مشکلات را می توان  ناشی از عدم بلوغ سیستم های توزیع شده، ناهماهنگی و رفتار مستقل کامپیوترها، پراکندگی جغرافیایی منابع سیستم و... دانست. این مشکلات در  زیر خلاصه شده اند:

   1.  فهم کامل تئوری محاسبات توزیع شده هنوز صورت نگرفته است. این موضوع نسبتاً جدید بوده و ما، قبل از اینکه به تئوری طراحی چنین سیستم های پردازشی تسلط پیدا کنیم باید تعداد زیادی سیستم توزیع شده معتبر با اهداف معمول و معماری های متفاوت را طراحی و آزمایش کنیم.

   2. رفتار ناهماهنگ و مستقل منابع سیستم یا اجزای آن، کنترل نرم افزار را پیچیده می کند در حالیکه این امر در یک سیستم متمرکز محاسباتی کار ساده ای است. اگر کامپیوترها به صورت مشتری-خدمتگذار سازماندهی شوند، کنترل  نرم افزار ساده تر و رفتار آن قابل پیش بینی تر خواهد بود با این حال این ساختار با یکی از مشخصات سیستم های توزیع شده که همان مستقل بودن کامپیوترها و اجرای آسنکرونن می باشد در تناقض است.

  3. استفاده از شبکه های ارتباطی برای اتصال کامپیوترها به یکدیگر مرحله دیگری از پیچیده گی را معرفی می کند. طراحان سیستم توزیع شده نه تنها باید در طراحی سیستم های کامپیوتری و سیستم های نرم افزاری و سرویس ها ماهر باشد بلکه در طراحی شبکه ارتباطی مطمئن، ایجاد همزمانی ، سازگاری و برطرف کردن خطاها در یک سیستم پیچیده از کامپیوترهای ناهمگن و پراکنده از نظر جغرافیایی نیز تسلط داشته باشند. تعداد منابع استفاده شده در چنین سیستمهائی می تواند دهها، صدها و یا حتی هزاران منبع محاسباتی و ذخیره سازی باشد.

 یک سیستم توزیع شده حداقل بایداهداف زیر را برآورده کند:      1- به سادگی منابع موجود در شبکه را در اختیار کاربران قرار دهد.

2- کاربران نباید از این موضوع که منبع مورد استفاده آنها در کامپیوتر دیگری در شبکه قرار دارد مطلع شوند.(شفافیت)   3- سیستم توزیع شده باید باز باشد.

4- سیستم توزیع شده باید مقیاس پذیر باشد. 

شفافیت می تواند در جنبه های مختلف سیستم های توزیع شده مطرح شود.

• دستیابی: پنهان سازی تفاوت در ذخیره سازی داده ها و نحوه دسترسی به یک منبع
• محل : پنهان سازی مکان واقعی منابع در شبکه
• مهاجرت:  پنهان سازی تغییر محل منابع یعنی در صورت تغییر محل منبع، کاربران از این امر مطلع نگردند.
• تجدید محل: پنهان سازی مهاجرت یک منبع در حال استفاده، از کاربر آن.
• تکرار: پنهان سازی تکرار منابع به گونه ای که کاربران از این امر مطلع نگردند.
• همروندی: پنهان سازی استفاده اشتراکی از یک منبع بین چند کابر. به گونه ای که کاربران احساس می کنند تنها استفاده کننده منبع می باشند.
• خطا: پنهان سازی بروز خطا در یک منبع و برطرف سازی آن از دید کاربران. به عبارتی کاربران از بروز خطا در قسمتی از سیستم و برطرف سازی آن آگاه نمی شوند.
• یکی از اهداف دیگر سیستم های توریع شده مخفی کردن این واقعیت از دید کاربران است که منابع مورد استفاده آنها در بین کامپیوتر های مختلف توزیع شده است. سیستمی که بتواند این مخفی سازی را به خوبی انجام دهد شفافیت گفته می شود.

مسائل مربوط به مقیاس پذیری نیز تا حد زیادی به میزان مولفه های متمرکز سیستم بستگی دارد. هر چه این میزان زیاد باشد مقیاس پذیر کردن سیستم مشکل تر خواهد بود.

با وجود این مشکلات موفقیت های محدودی در طراحی سیستم های توزیع شده با اهداف خاص مانند سیستم های بانکداری، سیستم حمل و نقل و انبارداری توزیع شده  به دست آمده است. با این حال طراحی یک سیستم توزیع شده  مطمئن همه منظوره که هم مزایای سیستم های متمرکز (استفاده و  مدیریت ساده ویکپارچگی) و هم مزایای سیستم های شبکه ای (وجود ارتباطات،توسعه پذیری ، قیمت وکارائی) را دارد هنوز هم یک کار چالش انگیز است.

1-2           انگیزش

      ایده شی گرایی از محبوب ترین روش های تولید نرم افزار است,كه برای طراحی، توصیف و پیاده سازی سیستم های توزیع شده نیز بسیار سودمند است.[11] مزیت این روش برای ساخت سیستم های توزیع شده این است كه میتوان كدهای برنامه را در اشیا كپسوله كرده و سپس اشیا را به ماژول های مستقلی دسته بندی كرد و هر ماژول را بر روی یك منبع محاسباتی مجزا مستقر نمود. با این حال به عنوان یک اصل [8]تولید یک برنامه توزیع شده، همواره سخت تر از ایجاد یک برنامه غیر توزیع شده است, که عملکردی معادل آن را دارد. به طوری كه ساخت یك سیستم توزیع شده میتواند به یك كار خسته كننده  و مملو از خطا تبدیل شود.[4] با وجود اینكه امروزه  ابزار ها و تكنیك های بسیار مفیدی مانند[29] RPC ،[15] CORBA و[8] DCOM جهت ساخت سیستم های توزیع شده با كارایی بالا ارائه گشته اند، اما در حالت كلی فرایند ساخت یك سیستم توزیع شده از بدو پیدایش سیستم های توزیع شده تغیر اندكی كرده است : برنامه نویس برنامه را به ماژول های مختلفی تقسیم كرده، هر ماژول را به صورت مجزا پیاده سازی كرده و امكان برقراری ارتباط بین آنها را ایجاد می كند و در نهایت هر ماژول را  در یك كامپیوتر مستقل در شبكه مستقر میكند. برخی از چالش هایی كه در رابطه با ساخت سیستم های توزیع شده پیش روی یك برنامه نویس یا طراح نرم افزار می تواند قرار گیرد عبارت اند از:

• پیچیدگی طراحی و پیاده سازی سیستم های توزیع شده.
• پیدایش نوع جدیدی از خطاها مانند خطاهای ناشی ازهمروندی و  همگام سازی پردازه ها.
• مشكلات ناشی از سازگاری داده ها  در كل سیستم.

 موازنه كار  بارگذاری شده در منابع موجود در سیستم

جهت دریافت فایل ارائه یک الگوریتم خوشه بندی برای توزیع مناسب کار و ارزیابی کارایی آن لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

برچسب ها : ارائه یک الگوریتم خوشه بندی برای توزیع مناسب کار و ارزیابی کارایی آن , دانلود ارائه یک الگوریتم خوشه بندی برای توزیع مناسب کار و ارزیابی کارایی آن , کامپیوتر , نرم افزار , سخت افزار , برنامه نویسی , خوشه بندی , چسبندگی , توزیع شده گی