جامعة طيبة تشارك بورقة علمية عن " تخفيض استهلاك الطاقة في مراكز البيانات " بمؤتمر في امريكا
بواسطة Daliya
07-06-2015 08:23 مساءً
808 زيارات
ابتهال الطيب -
شاركت جامعة طيبة بمؤتمر IEEE CLOUD 2015 المنعقد في مدينة نيويورك الامريكية خلال الفترة ٢٦ يونيو الى ٣ يوليو وذلك من خلال ورقة علمية قدمها الطالب المبتعث عبدالرحمن محمد هديبان الاحمدي في مجال تخفيض استهلاك الطاقة في مراكز البيانات .
وقال الطالب الاحمدي ان بحثه الذي كان بعنوان ( An Innovative Energy Aware Cloud Task Scheduling Framework ) اوضح أن ازدياد شعبية الخدمات السحابية في العقد الماضي، زاد من معدل استهلاك الطاقة في مراكز البيانات السحابية ونما بسرعة غير مسبوقة ، ولذلك توجهت ابحاث العلماء إلى التركيز على إدارة الموارد و جدولة المهام في هذه المراكز و ذلك لتخفيض نسبة استهلاك الطاقة و الذي بشكل مباشر يساهم بتقليل معدل الإحتباس الحراري و الذي يعد أكبر المشكلات الذي تواجه كوكب الأرض ، وقدم الاحمدي في بحثه نظام (خوارزمية) كامل لتقليل نسبة استهلاك الطاقة في مراكز بيانات الخدمات السحابية بنسبة 20% مقارنة مع الأنظمة التقليدية المستخدمة حالياً في إدارة الموارد و جدولة المهام في هذه المراكز. هذا النظام يعتمد على فكرة استغلال الموارد الحاسوبية بشكل كامل من خلال استخدام تقنتين جديدة و هما اعادة استخدام الموارد الحالية و التحكم الديناميكي بتردد أجهزة الكمبيوتر التي تدير هذه الموارد ، وذكر ان التقنية الأولى:Virtual Machine Reuse تقنية اعادة استخدام الموارد الحاسوبية و تعتمد على الاستغلال الكامل لأجهزة الكمبيوتر من خلال البحث عن توزيع المهام الجديدة في الاجهزة المستخدمة حاليا بدلاً من تشغيل جهاز كمبيوتر جديد لتنفيذ المهام الجدولة المستقبلية. حيث اثبتت الدراسات العلمية ان ادارة الموارد المستخدمة حاليا في مراكز البيانات السحابية لا تقوم بالإستغلال الكامل مما يسبب في هدر و استنزاف الطاقة ب نسبة 20-60% ، وفي حالة أن التقنية لم تستطع اعادة استخدام الموارد الحالية، يتم تشغيل مورد جديد.
لذلك بهذه التقنية استطعنا ان نضع بعض الموارد الحاسوبية على وضع الايقاف و نستطيع تشغيله في حالة الحاجة عوضاً عن ابقاء جميع موارد مراكز البيانات مشغلة بكامل طاقتها.
اما التقنية الثانية Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) تعتمد فيزيائياً على التحكم الديناميكي بالترددات الكهربائية لمعالج أجهزة الكمبيوتر المستخدمة لتنفيذ المهام المجدولة. هذه التقنية تتحكم بزيادة و تقليل تردد المعالج اعتماداً على عدد المهام المجدولة لكل جهاز والأهم من ذلك التأكد من تنفيذ المهمة المجدولة في الوقت المطلوب و ذلك لتفادي حدوث اي تأخير في ايصال النتائج لمستخدم الخدمة ، وقال ان التقنية الأولى تعتمد كليا على فكرة ادارة المهام المجدولة برمجياً بينما التقنية الثانية تعتمد على التحكم في زيادة و تقليل استهلاك الطاقة فيزيائياً.
واشار عبدالرحمن الاحمدي انه خلال اعداد البحث تم تصميم نظام متكامل لتخفيض نسبة استهلاك الطاقة في مراكز البيانات الحاسوبية من خلال تطبيق تقنتين جديدتين برمجيا ( حاسوبيا) و فيزيائيا ، وكذلك تصميم النظام على ثلاث مراحل متتالية و ذلك لضمان تخفيض نسبة استهلاك الطاقة و منع حدوث اي تاخير في تنفيذ المهام المجدولة
حيث ان المرحلة الأولى " مرحلة جدولة المهام " Scheduling Policy تهتم بتوزيع المهام المجدولة على الموارد الحاسوبية المتوفرة طبقا للخوارزمية المختارة
Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS)
و هو اسم المرحلة الثانية و التي تعني التحكم الديناميكي بتردد فولطية و تهتم هذه المرحلة بحساب افضل تردد لمعالج المورد الحاسوبي بناءا على هدد المهام المجدولة الجاري تنفيذها ، ثم بعد ذلك يتم تخفيض هذا التردد لأقل تردد ممكن مع الأخذ بعين الإعتبار عدم حدوث اي تأخير في وصول الخدمة للمستخدم ، و المرحلة الثالثة Virtual Machine Reuse و تهتم هذه المرحلة بإيجاد افضل مورد حاسوبي يملك السعة المتوفرة لتنفيذ المهام المستقبلة من المستخدم بدون الحاجة لتشغيل مورد حاسوبي جديد. بهذه المرحلة نستطيع تخفيض نسبة استهلاك الطاقة برمجياُ بشكل كبير.
واشار ان تصميم هذا النظام يعتمد على اثنان من اهم الخوارزميات الرياضية المستخدمة في علم الحاسب First-fit Decreasing الخوارزمية الأولى هي هذه الخوارزمية تعتمد على استخدام افضل و أكفا مورد حاسوبي من ناحية السعة المتوفرة.
Weighted Round Robin الخوارزمية الثانية ، و تعتمد على استخدام افضل مصدر حاسوبي من ناحية عدد المهام المجدولة في ذلك المورد الحاسوبي ، كما تم اختبار تطبيق تقنيات حفظ الطاقة الكهربائية (إعادة استخدام المورد الحاسوبي) و (التحكم الديناميكي بتردد معالج المورد الحاسوبي) على كلتا الخوازميتين الأولى و الثانية المستخدمة في تصميم نظامنا.
وقال الاحمدي ان نتائج تطبيق تقنيات حفظ الطاقة في الخوارزمية الأولى كشفت ان نسبة تقليل الطاقة الكهربائية هي: 20% ، و زادت نسبة استغلال الموارد الحاسوبية في مراكز البيانات عن المعدل الطبيعي ب 26% مما يعتبر نسبة عالية جدا حيث انه على حسب حد علمنا لم يتوصل اي بحث علمي لهذه النسبة من قبل و هو مما يعزز قوة و كفاءة تصميم النظام ، كما ان نتاىج تطبيق تقنيات حفظ الطاقة في الخوارزمية الأولى اوضحت ان نسبة تقليل الطاقة الكهربائية هي 12% فيما زادت نسبة استغلال الموارد الحاسوبية في مراكز البيانات عن المعدل الطبيعي ب 28% مما يعتبر نسبة عالية جدا مقارنة مع التقنيات المستخدمة حالياً .
شاركت جامعة طيبة بمؤتمر IEEE CLOUD 2015 المنعقد في مدينة نيويورك الامريكية خلال الفترة ٢٦ يونيو الى ٣ يوليو وذلك من خلال ورقة علمية قدمها الطالب المبتعث عبدالرحمن محمد هديبان الاحمدي في مجال تخفيض استهلاك الطاقة في مراكز البيانات .
وقال الطالب الاحمدي ان بحثه الذي كان بعنوان ( An Innovative Energy Aware Cloud Task Scheduling Framework ) اوضح أن ازدياد شعبية الخدمات السحابية في العقد الماضي، زاد من معدل استهلاك الطاقة في مراكز البيانات السحابية ونما بسرعة غير مسبوقة ، ولذلك توجهت ابحاث العلماء إلى التركيز على إدارة الموارد و جدولة المهام في هذه المراكز و ذلك لتخفيض نسبة استهلاك الطاقة و الذي بشكل مباشر يساهم بتقليل معدل الإحتباس الحراري و الذي يعد أكبر المشكلات الذي تواجه كوكب الأرض ، وقدم الاحمدي في بحثه نظام (خوارزمية) كامل لتقليل نسبة استهلاك الطاقة في مراكز بيانات الخدمات السحابية بنسبة 20% مقارنة مع الأنظمة التقليدية المستخدمة حالياً في إدارة الموارد و جدولة المهام في هذه المراكز. هذا النظام يعتمد على فكرة استغلال الموارد الحاسوبية بشكل كامل من خلال استخدام تقنتين جديدة و هما اعادة استخدام الموارد الحالية و التحكم الديناميكي بتردد أجهزة الكمبيوتر التي تدير هذه الموارد ، وذكر ان التقنية الأولى:Virtual Machine Reuse تقنية اعادة استخدام الموارد الحاسوبية و تعتمد على الاستغلال الكامل لأجهزة الكمبيوتر من خلال البحث عن توزيع المهام الجديدة في الاجهزة المستخدمة حاليا بدلاً من تشغيل جهاز كمبيوتر جديد لتنفيذ المهام الجدولة المستقبلية. حيث اثبتت الدراسات العلمية ان ادارة الموارد المستخدمة حاليا في مراكز البيانات السحابية لا تقوم بالإستغلال الكامل مما يسبب في هدر و استنزاف الطاقة ب نسبة 20-60% ، وفي حالة أن التقنية لم تستطع اعادة استخدام الموارد الحالية، يتم تشغيل مورد جديد.
لذلك بهذه التقنية استطعنا ان نضع بعض الموارد الحاسوبية على وضع الايقاف و نستطيع تشغيله في حالة الحاجة عوضاً عن ابقاء جميع موارد مراكز البيانات مشغلة بكامل طاقتها.
اما التقنية الثانية Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) تعتمد فيزيائياً على التحكم الديناميكي بالترددات الكهربائية لمعالج أجهزة الكمبيوتر المستخدمة لتنفيذ المهام المجدولة. هذه التقنية تتحكم بزيادة و تقليل تردد المعالج اعتماداً على عدد المهام المجدولة لكل جهاز والأهم من ذلك التأكد من تنفيذ المهمة المجدولة في الوقت المطلوب و ذلك لتفادي حدوث اي تأخير في ايصال النتائج لمستخدم الخدمة ، وقال ان التقنية الأولى تعتمد كليا على فكرة ادارة المهام المجدولة برمجياً بينما التقنية الثانية تعتمد على التحكم في زيادة و تقليل استهلاك الطاقة فيزيائياً.
واشار عبدالرحمن الاحمدي انه خلال اعداد البحث تم تصميم نظام متكامل لتخفيض نسبة استهلاك الطاقة في مراكز البيانات الحاسوبية من خلال تطبيق تقنتين جديدتين برمجيا ( حاسوبيا) و فيزيائيا ، وكذلك تصميم النظام على ثلاث مراحل متتالية و ذلك لضمان تخفيض نسبة استهلاك الطاقة و منع حدوث اي تاخير في تنفيذ المهام المجدولة
حيث ان المرحلة الأولى " مرحلة جدولة المهام " Scheduling Policy تهتم بتوزيع المهام المجدولة على الموارد الحاسوبية المتوفرة طبقا للخوارزمية المختارة
Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS)
و هو اسم المرحلة الثانية و التي تعني التحكم الديناميكي بتردد فولطية و تهتم هذه المرحلة بحساب افضل تردد لمعالج المورد الحاسوبي بناءا على هدد المهام المجدولة الجاري تنفيذها ، ثم بعد ذلك يتم تخفيض هذا التردد لأقل تردد ممكن مع الأخذ بعين الإعتبار عدم حدوث اي تأخير في وصول الخدمة للمستخدم ، و المرحلة الثالثة Virtual Machine Reuse و تهتم هذه المرحلة بإيجاد افضل مورد حاسوبي يملك السعة المتوفرة لتنفيذ المهام المستقبلة من المستخدم بدون الحاجة لتشغيل مورد حاسوبي جديد. بهذه المرحلة نستطيع تخفيض نسبة استهلاك الطاقة برمجياُ بشكل كبير.
واشار ان تصميم هذا النظام يعتمد على اثنان من اهم الخوارزميات الرياضية المستخدمة في علم الحاسب First-fit Decreasing الخوارزمية الأولى هي هذه الخوارزمية تعتمد على استخدام افضل و أكفا مورد حاسوبي من ناحية السعة المتوفرة.
Weighted Round Robin الخوارزمية الثانية ، و تعتمد على استخدام افضل مصدر حاسوبي من ناحية عدد المهام المجدولة في ذلك المورد الحاسوبي ، كما تم اختبار تطبيق تقنيات حفظ الطاقة الكهربائية (إعادة استخدام المورد الحاسوبي) و (التحكم الديناميكي بتردد معالج المورد الحاسوبي) على كلتا الخوازميتين الأولى و الثانية المستخدمة في تصميم نظامنا.
وقال الاحمدي ان نتائج تطبيق تقنيات حفظ الطاقة في الخوارزمية الأولى كشفت ان نسبة تقليل الطاقة الكهربائية هي: 20% ، و زادت نسبة استغلال الموارد الحاسوبية في مراكز البيانات عن المعدل الطبيعي ب 26% مما يعتبر نسبة عالية جدا حيث انه على حسب حد علمنا لم يتوصل اي بحث علمي لهذه النسبة من قبل و هو مما يعزز قوة و كفاءة تصميم النظام ، كما ان نتاىج تطبيق تقنيات حفظ الطاقة في الخوارزمية الأولى اوضحت ان نسبة تقليل الطاقة الكهربائية هي 12% فيما زادت نسبة استغلال الموارد الحاسوبية في مراكز البيانات عن المعدل الطبيعي ب 28% مما يعتبر نسبة عالية جدا مقارنة مع التقنيات المستخدمة حالياً .
