سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده (Shared Computing Systems)
 

در يک سيستم کامپيوتري با کارآيي بالاي سنتي، تمام کامپيوترها از يک مدل هستند و از يک سيستم عامل مشابه استفاده مي کنند. در بيش تر مواقع، هر برنامه کاربردي که بر روي اين سيستم قرار دارد از سرور مخصوص به خود استفاده مي کند. گاهي اوقات، کل اين شبکه متکي به اتصالات سخت افزاري است. اين بدان معنا است که تمام عناصر موجود در اين سيستم از طريق هاب هاي متعدد و مختلف به يکديگر متصل هستند. کل سيستم از کارآيي لازم برخوردار و در عين حال همه چيز ظريف و تميز است.
يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده مي تواند به همين اندازه کارآمد باشد؛ اما لزوماً خيلي هم ظريف و تميز نباشند. محدوديت يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده فقط در نرم افزار مورد استفاده براي اتصال کامپيوترها به يکديگر است. با استفاده از نرم افزار مناسب، يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، مي تواند بر روي کامپيوترهاي مختلفي که سيستم عامل هاي مختلف را اجرا مي کند، کار کند.
ممکن است اتصال هاي شبکه بر فراز شبکه هاي hardwire، شبکه هاي محلي (WAN، ( LAN يا اينترنت وجود داشته باشد. بزرگ ترين مزيت يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده در مقايسه با سيستم هاي HPC، اين است که اضافه کردن منابع بيش تر به يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، بسيار ساده تر است. هر کسي که کامپيوتري در اختيار داشته باشد که بتواند نرم افزار سيستم را اجرا کند، مي تواند به اين سيستم متصل شود. به دليل اين که سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده از توان پردازشي Idle هزاران کامپيوتر بهره برداري مي کند، اسامي مختلفي از قبيل cycle-scavenging، CPU-scavenging و cycle stealing هم به آن داده شده است. هر يک از اين نام ها به چگونگي استفاده سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده از توان تمام پردازنده هاي متعلق به اين شبکه اشاره دارد.
نرم افزار سيستم، چيزي است که دسترسي به توان پردازشي استفاده نشده هر کامپيوتر را فراهم مي کند. اين نرم افزار بايد بر روي تمام کامپيوترهاي متصل به سيستم، نصب شده باشد تا بتواند در اين شبکه همکاري نمايد. هيچ نوع کيت مشخص Shared Computingي وجود ندارد، اما بطور کلي، نرم افزار سيستم بايد کارهاي زير را انجام دهد:
* با سرور مديريتي سيستم، براي دريافت اطلاعات تماس بگيرد.
* ميزان استفاده از توان پردازنده کامپيوتر ميزبان را مانيتور کند و هر جا که ممکن باشد، از توان پردازشي استفاده کند
* داده هاي تحليل شده را به سرور مديريتي برگرداند و اطلاعات جديدي را دريافت کند.
سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، محدوده استفاده اندکي دارند. آن ها براي حل محاسبات بسيار بزرگ و پيچيده اي که دانشمندان مي توانند آن ها را به قطعات کوچک تر بشکنند مناسب هستند.
اگر شکستن مشکل به قطعات کوچک تر، عملاً آسان باشد به آن، يک embarrassingly parallel problem گفته مي شود. براي مشکلات محاسباتي کوچک و مشکلاتي که شکستن آن ها زياد آسان نيست، سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده سودمندي کم تري دارند. مفهوم و وظيفه اصلي اين سيستم، کاهش مقدار زمان لازم براي به اتمام رساندن محاسبات پيچيده است. اين کار، لزوماً باعث افزايش سرعت محاسبات ساده در شبکه نمي شود. قسمت هاي مختلف يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده چه هستند؟ براي يافتن پاسخ، ادامه مقاله را مطالعه کنيد.

Grid در مقابل Shared
 

يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، نوعي سيستم کامپيوتري Grid محدود است. سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، مقاديري از اطلاعات را براي يک نوع وظيفه خاص بر روي شبکه اي از کامپيوترها توزيع مي کنند و از توان پردازشي استفاده نشده پردازنده بهره برداري مي کنند. در يک سيستم کامپيوتري از نوع Grid، کامپيوترهاي شبکه، چندين منبع کامپيوتري شامل توان پردازشي، حافظه و فضاي ذخيره سازي را به اشتراک مي گذارند. يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده معمولاً داراي هدف خاصي است. وقتي به اين هدف دست پيدا شد، ديگر نيازي به اين سيستم وجود ندارد.

ساختار Shared Computing
 

بر خلاف سيستم هاي کامپيوتري Grid، که از نظر تئوري داراي نقاط اينترفيس شبکه اي متعددي به تعداد کاربران هستند، يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، معمولاً فقط داراي تعداد نقاط کنترلي اندکي است. اين بدان خاطر است که اغلب سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده اهداف و وظايف خاصي دارند و يوتيليتي هاي عمومي محسوب نمي شوند. شما مي توانيد يک سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده را مثل سيستمي که داراي يک Front end و يک back end است در نظر بگيريد. در Front end، کامپيوترها و سرورهايي قرار دارند که کل پروژه را اداره مي کنند، وظيفه اصلي را به قطعات کوچک تر تقسيم مي کنند، با کامپيوترهاي Front end ارتباط برقرار مي نمايند و اطلاعات موجود بر روي کامپيوترهاي Front end را ذخيره مي کنند و پس از تحليل و تکميل اين اطلاعات، آن ها ارسال مي نمايند.
از نظر کلي، وظيفه تقسيم مشکلات محاسباتي به قطعات کوچک تر به عهده برنامه اي که بر روي کامپيوتر back end قرار دارد و معمولاً يک سرور است گذاشته مي شود. اين کامپيوتر از نرم افزار ويژه اي براي تقسيم اين وظايف به قطعات کوچک تري که اداره آن ها براي يک کامپيوتر متوسط ساده تر است استفاده مي کند. وقتي سرور با نرم افزار نصب شده بر روي کامپيوتر Front end ارتباط برقرار مي کند، سرور داده ها را براي تجزيه و تحليل از طريق شبکه ارسال مي کند. سرور وقتي يک تجزيه و تحليل کامل شده را دريافت مي کند، داده ها را به بانک اطلاعاتي مناسب هدايت مي نمايد.
مديران سيستم معمولاً از يک کامپيوتر ديگر براي کنار هم قرار دادن داده هاي تحليل شده استفاده مي کنند. هدف نهايي، دست يابي به راه حلي براي يک مشکل بسيار بزرگ، از طريق تقسيم آن به قطعات کوچک تر است. در بسياري از موارد، مديران سيستم نتايج به دست آمده را منتشر مي کنند تا سايرين نيز بتوانند از اين اطلاعات بهره برداري نمايند. اگر اين توصيف براي شما روشن گر نيست، به دليل اين است که هيچ روش واحدي براي ايجاد و اداره يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده وجود ندارد. هر سيستم داراي نرم افزار و ساختار منحصر به فرد خود است. در اغلب موارد، يک برنامه نويس نرم افزار را براي هدف هاي خاص يک سيستم، شخصي سازي مي کند. در حالي که دو سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده مختلف ممکن است از نظر کلي به يک طريق کار کنند، وقتي شما وارد جزئيات آن ها مي شويد، آن ها مي توانند بسيار متفاوت باشند.
برخي از کاربردهاي سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده چيست و چرا آن ها به نرم افزارهاي خاص نياز دارند؟

کاربردهاي Shared Computing
 

در حال حاضر پروژه هاي فعال متعددي در زمينه سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده وجود دارد که هر يک از شبکه ها و وظايف محاسباتي مخصوص به خود استفاده مي کنند. برخي از اين شبکه ها با يکديگر هم پوشاني دارند و امکان اين وجود دارد که يک کاربر در بيش از يک شبکه کار کند، اگر چه اين بدان معنا است که پروژه هاي متفاوت بايد از منابع Idle استفاده کنند. در نتيجه، انجام هر وظيفه خاص و منفرد کمي طولاني تر مي شود.
يک نمونه از سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، (GLOW‏)Grid Laboratory of Wisconsinاست. دانشگاه ويسکانسين- مديسون از GLOW براي چندين پروژه استفاده مي کند.
يکي از اين پروژه ها از شبکه GLOW براي مطالعه ژن انساني بهره مي گيرد. پروژه ديگر ازمزاياي منابع GLOW براي تحقيق برروي راه هاي ممکن معالجه سرطان استفاده مي نمايد. بر خلاف سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده که تنها به انجام يک وظيفه خاص اختصاص دارند، از GLOW مي توان در چندين پروژه استفاده نمود.
نرم افزاري که امکان استفاده از GLOW را فراهم مي کند Condor نام دارد. اين وظيفه Condor است که درداخل شبکه GLOW به دنبال منابع کامپيوتري Idle بگردد و از آن ها براي کار بر روي پروژه ها استفاده کند. وقتي يکي از پروژه ها غير فعال شود، Condor منابع آن را براي استفاده در ساير پروژه ها قرض مي گيرد. هر چند، اگر هر يک از پروژه هاي غير فعال قبلي، مجدداً فعال شوند، Condor منابع کامپيوتري مربوط به آن را آزاد مي کند.
برخي ديگر از سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده شامل موارد زير است:
* SETI@home: پروژه اي که داده هاي راديو تلسکوپ را به منظور يافتن حيات هوشمند در خارج از کره زمين تجزيه و تحليل مي کند.
* Africa@home: اين پروژه، منابع کامپيوتري را به برنامه هاي تحقيقاتي طراحي شده براي توسعه کيفيت زندگي در آفريقا با تمرکز بر راه حل هاي کنترل مالاريا اختصاص مي دهد.
* Proteins@home,Predictor@home, Rosetta@home, Folding@home: هر يک از اين پروژه ها به روش هاي مختلف بر روي پروتئين ها مطالعه مي کنند.
* Einstein@home, Cosmology@home, Milkyway@home, Orbit@home: اين پروژه ها بر روي داده هاي ستاره شناسي مطالعه مي کنند.
ساير پروژه ها، بر روي هر چيزي از ديناميک مايع گرفته تا محيط هاي شبيه سازي شده نانوتکنولوژي مطالعه مي کنند.

چالش هاي پيش روي Shared Computing
 

هر جا که يک سيستم شبکه اي، به يک کامپيوتر اجازه دهد، به منابع ساير کامپيوترها دسترسي پيدا کند، سوالاتي در مورد ايمني و حريم خصوصي به ميان کشيده مي شود. چه چيزي مي تواند مانع شود تا مديران به کامپيوتر يک کاربر خاص سرکشي نکنند؟ اگر مدير بتواند توان پردازنده را دست کاري کند، آيا آن ها نيز مي توانند به فايل ها و داده هاي حساس دسترسي پيدا کنند؟
پاسخ ساده به اين سوال اين است که اين موضوع به نرم افزاري که کامپيوتر بايد به عنوان بخشي از سيستم نصب کند بستگي دارد. هر چيزي که يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده بتواند با يکي از کامپيوترها انجام دهد به اين کامپيوتر بستگي دارد. در اغلب مواقع، نرم افزار به هر کسي اجازه نمي دهد به محتواي موجود بر روي کامپيوتر ميزبان دسترسي مستقيم داشته باشد. همه چيز به صورت اتوماتيک انجام مي شود و فقط توان پردازشي پردازنده قابل دسترسي است.
اگر چه، استثناهايي نيز وجود دارد. يک کامپيوتر زامبي يا Botnet، مثالي از يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده مشکوک و آلوده است. کامپيوتر زامبي که توسط يک هکر ايجاد و اداره مي شود سيستم کامپيوتري است که کامپيوترهاي بي گناه را به قرباني تبديل مي کند. ابتدا و قبل از اين که هکر بتواند به يک کامپيوتر دسترسي پيدا کند، قرباني بايد نرم افزار خاصي را بر روي کامپيوتر خود نصب کند. اين برنامه معمولاً برنامه اي است که خودش را به شکل يک برنامه بي ضرر جا مي زند. اين برنامه وقتي نصب شد، هکر مي تواند براي انجام کارهاي مضري مثل يک حمله DDoS يا ارسال اسپم در مقياس وسيع از کامپيوتر قرباني استفاده کند. يک botnet بدون اين که صاحب کامپيوترها اطلاعي داشته باشند مي تواند صدها يا هزاران کامپيوتر را تحت اختيار بگيرد.
سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده همچنين نياز به طرحي براي مواقع اضطراري دارند. بيش تر سيستم ها داراي فرآيندي هستند که مدت زمان محدودي براي به اتمام رسيدن هر وظيفه در نظر مي گيرند. اگر کامپيوتر مشارکت کننده نتواند آن وظيفه خاص را در مدت زمان پيش بيني شده به اتمام برساند، سرور کنترلي آن وظيفه را لغو و به يک کامپيوتر جديد محول مي کند.
يکي از انتقاداتي که به سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده وارد شده است اين است که در حالي که اين سيستم به پردازنده هاي Idle متکي است، مصرف انرژي و خروجي حرارتي را افزايش مي دهد. وقتي کامپيوترها از توان پردازشي زيادي استفاده مي کنند، آن ها به انرژي الکتريکي بيش تري نياز دارند. برخي از مديران سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده، مشارکت کنندگان را ترغيب مي کنند تا کامپيوترهاي شان را همواره روشن نگه دارند تا سيستم بتواند به منابع آن ها دسترسي داشته باشد. گاهي اوقات يک سيستم کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده با تفکر و راه بردهاي "سبز"، که بر صرفه جويي در انرژي تاکيد دارد، تداخل پيدا مي کند.
شايد بزرگ ترين انتقادي که بر سيستم هاي کامپيوتري به اشتراک گذاشته شده به عمل آمده باشد اين باشد که آن ها به اندازه کافي، جامع نيستند. در حالي که آن ها منابع پردازشي را در کنار هم جمع مي کنند، از ساير منابعي مثل ذخيره سازي استفاده نمي کنند. بنا به همين دليل، سازمان ها به دنبال استفاده از سيستم هاي Grid، که از منابع بيش تري بهره برداري مي کند و امکان کاربردهاي وسيع تري را فراهم مي آورد، هستند.

نتيجه گيري
 

شرايط اقتصادي دشوار کنوني، باعث افزايش جذابيت Cloud Computing خواهد شد، خصوصاً براي شرکت هايي که پول زيادي براي سرمايه گذاري در حوزه زيرساختار خود را در اختيار ندارند. معيار اصلي شايستگي براي اکثر شرکت ها، طراحي و ساخت معماري IT نيست. آنها نمي خواهند با موارد اورژانس، نيمه شبي، مديريت فروشنده، دوره هاي خريد، تخمين نيازهاي آينده، استخدام و مديريت تعداد زيادي از پرسنل IT و هر چيز ديگري که براي زيرساختار داخلي مورد نياز است، مواجه شوند. اگر مشتريان بتوانند به زمان فعاليت (Uptime)، سرعت و امنيت يک Cloud اعتماد کنند، نمي توانيم هيچ دليلي براي عدم استفاده از آن پيدا کنيم.
مديران ديتاسنترهاي شرکتي با مشکلات فزاينده اي در زمينه مصرف برق، فضا و هزينه هاي IT مواجه هستند. در طول سه سال آينده، سرويس هاي Cloud Computing به يک راه حل براي شرکت هاي کوچک و متوسط تبديل خواهد شد تا زيرساختار ديتاسنتر خود را بطور کامل "outsource" نمايند. در عين حال، اين سرويس ها به شرکت هاي بزرگتر امکان مي دهند تا شيوه اي براي بدست آوردن حداکثر ظرفيت را بدون ايجاد ديتاسنترهاي بزرگتر بصورت داخلي بدست آورند. متخصصين اعتقاد دارند که انتقال داده ها از يک سيستم Cloud Computing به يک سيستم ديگر اکنون آسان تر شده است واين موضوع باعث تقويت دورنماي فناوري مذکور مي گردد. همچنين تأمين کنندگان، اکوسيستم هايي را توسعه خواهند داد که به شرکت هايي در يک شبکه خصوصي واحد اجازه مي دهند از طريق Cloud ارتباط بهتري را برقرار کرده و داده هاي خود را به اشتراک بگذارند که در نتيجه باعث کاهش تأخير مي گردد. با اين حال، تنها بزرگترين تأمين کنندگان، مي توانند سکوهايي با اعتمادپذيري کافي را در اختيار داشته باشند تا Cloud Computing را براي وظايف Mission-Critical مناسب سازند.
اين فناوري در طول زمان به راه حل ترجيحي اغلب شرکت ها تبديل خواهد شد، به شرط آنکه صنعت يک مجموعه زيست پذير از استانداردها را توسعه دهد. ما همچنين نياز داريم که داستان هاي بيشتري از موفقيت ها را ببينيم . فناوري Cloud Computing احتمالاً شيوه اي است که اکثر شرکت ها براي کنترل هزينه هاي IT به سمت آن گرايش پيدا خواهند کرد، مگر آنکه نگراني هاي امنيتي بر مزاياي اقتصادي آن غلبه داشته باشند.
اين فناوري با کاهش موانع اقتصادي و فني براي ميليون ها برنامه نويس جهت ارائه محصولات جديد به بازار و ميلياردها مشتري بيشتر براي اتخاذ آن محصولات، به شالوده اساسي يک صنعت IT فوق العاده توسعه يافته، تبديل خواهد شد.
از سوي ديگر، Cloud Computing احتمالاً به نوعي معماري استقرار يافته تبديل مي شود که براي مدت طولاني در آينده با ما خواهد بود.
در واقع اين فناوري به يک عضو جديد از مجموعه سرويس ها و گزينه هاي IT تبديل مي شود. کليد اصلي در مسير موفقيت Cloud Computing، اين است که آيا مي تواند بر چالش هايي که در حال حاضر پيش روي آن قرار گرفته اند غلبه نمايد يا خير.
منبع: بزرگراه رايانه، شماره ي 137 .