حسين مهران زاده محمد علي عطايي محسن مقصودلو شركت برق منطقه اي اصفهان واژه هاي كليدي مجازي سازي اسكادا بهينه سازي تخصيص منابع سخت افزاري تجهيزات سيستم

Transcript

1 ين سي ا No. F-14-AAA-0000 اراي ه الگوريتمي جهت تخصيص بهينه منابع سخت افزاري در سيستم هاي اسكاداي مجازي سازي شده حسين مهران زاده محمد علي عطايي محسن مقصودلو شركت برق منطقه اي اصفهان اصفهان- ايران چكيده- با توجه اهم بهرهبرداري صنعت برق ولزوم بهره گريي يت سيستمهايSCADA/EMSدر فرا از فن ا ور يه يا نيد روز همچون تكنولوژي مجازيسازي كه به منظور ارتقاء امن يت و پاي داري سي س ت مه اي SCADA در سطوح مختلف پياده سازي و بكار گيري مي شود لذا دستيابي به روشهاي كسب اطمينان از صح تخصيص بهينه منابع سخت افزاري و اثبات عملكرد ت اينپي اده ساز ي نحوه سيستم صحيح اسكاداي مجازيسازي شده (به عنوان يك سيستمبلادرنگ نرم) از اهميت بالايي برخوردار خواهد بود. بدين منظور اين مقاله به اراي ه الگوريتمي جهت تخصيص بهينه منابع سخت افزاري تخصيص يافته در سيستم هاي اسكاداي مجازي سازي شده خواهد پرداخت. مقاله ين ا مورد بررسد ري مدل مطالعاتي س يستم اسكادايMonarc محصول كمپانيOSI به عنوان س يستمSCADA/EMS مقايس بزرگ ميباشد كه كلهيماژول ه يا مورد ن ايز ا ن توسط تكنولوژ ي مجازيسازي منابع پردازش و دسترس ي مجازي سازي گرفت. پس از پ پيشنهادي اقدام استاندارد ه يا اي هد تخص يص بهينه ساز ي سيستم پا لي تو VMware در سه سطح و مورد بررسي قرار خ واهد نسبت به اجرا ي مدل منابع سختافزاريدر بخشهاي مختلف سيستم گرديده است. نتا يج اخذ شده با حالت پ ي اده ساز ي فيزيكي و موجود مقا يهس بحث و بررسي قرار خواهد گرفت بهينه منابع سخت افزاريدر خواهد گرديد.مطابق ا نچه در ا ينمقاله مورد سيستمه يا نحوه عملكرد الگوريتم تخصيص اسكادا ي مجازيسازي شده با واژه هاي كليدي مجازي سازي اسكادا بهينه سازي تخصيص منابع سخت افزاري OSI Monarc VMware vsphere Virtualization.1 SCADA/EMS Resource Optimization مقدمه امروزه تمامي مراكز نوين بهره برداري س تجهيزات سيستم ي ست م هاي قدرت به نوعي به SCADA/EMSP0Fمجهز P شدهاند كه همراه با نرم افزارها ي كاربردي مختص هر بخش ابزار مفيد و برداريمطمي ن وپويا از شبكه هاي قدرت كارا مدي را جهت تسهيل و بهره فراهم ساخته است. اين سيستمها اطلاعات نسبتا كاملي د رباره وضعيت سيستم قدرت به صورت اراي ه كرده و به بهره برداران امكان نظارت و كنترل از راه دور تجهيزات قدرت و ديگر زا تجهيت با توجه به نقش ح كه به اين كنترل بهره برداريصنعت برق بهره گريي امن يت و پا ديرا يكي ازتكنولوژ ي تكنولوژي مجازيسازي بلادرنگ كنندهها مجهز شدهاند را ميدهد. ا ييت و اهم يت سيستمهايSCADA/EMS در فرا از فن ا ور يه يا ست م ها امري اجتناب ناپذ ري يهاي نسبتا جد ي م دي در حوزه فن ا ور نيد روز به منظور ارتقاء باشد [1]. ي اطلاعات است كه بهوسيله ا ن ابزارها ي گسترده و متنوع ي در اخت اير مهندسان سيستمهاي كامپي وتري قرار مي گي رد. در دهههاي اخ ري رشد روز افزون ن ايز به ا يجاد سرويسهاي پا ديرا موجود در بهره گريي از IT يك سو و محدود يت از سرورها و د ي تاسنترهايفيزيكي از سو ي گ دير باعث استفاده چشمگرياز سطوح مختلف فناور ي مجازيسازي به شكل گسترده شده است [2]. اي بكارگريي حداقل منابع سخت افزاري ممكن مورد ارزيابي قرار گرفته 1 Supervisory Control and Data Acquisition/Energy Management System است.

2 SLAP3F P سرويسP VMP6F P از طرفي حساس يتها و انتقاداتي (مشابه ا نچه در ابتداي ورود اين تكنولوژي به حوزه IT وجود داشت) براي ورود اين تكنولوژي به حوزه اسكادا نيز به چشم مي خورد كه به عنوان نمونه و مهم ترين ا ن احتمال به مخاطره افتادن عملكرد س يستم اسكادا به عنوان يك سيستمبلادرنگ نرمميباشد كه به دليل افزوده شدن لا هي انتزاعي فوق ناظردرس يستمهاي اسكاداي مجازيسازي شده و در نتيجه كمبود احتمالي منابع سخت افزاري از مساي ل بن ايدي در ارتباط با بكار گريي قابل طرح ميباشد[ 4 ]. لذا يكي تكنولوژ ي مجازيسازي مسي له تخص يص به نيه منابع سختافزاري به ز ري بخشهاي سيستمميباشد كه ا ين مسي له با توجه به اهم بود چرا كه از رفتن هز يك نيههاست و از طرف د يت سيستمهاي اسكادا مسي له بس اير بااهميتي خواهد طرف تخصيص ن بيشيه منابع باعث اتلاف منابع و بالا گير تخصيص منابع كمتر از ن ري ايز هر ز بخش از سيستم ميتواند عواقب نامطلوبي را در زمانها ي اوج بار پردازشي براي عملكرد سيستم به همراه داشته باشد. از ا ين رو ميبا يتس تخصيص منابع سختافزاري P (همانند ( CPU,Memory Disk IOPSP1F مطابق با الگو و مع ايري از طريق ارز ا ييب منابع مورد نايز نرم افزارهاي كاربردي و همچن ين منابع سربار مورد نايز جهت نرم افزار هايمجازي سازي در نظر گرفته شود و علاوه بر ا ن مقاد ري منابع مورد ن ايز بالاسري اضافي براي زمانهاي اوج بار پردازشي به همراه امكان تخص يص د نايميكي بخشي از منابع در زمانهاي بلا استفاده برا ي د گير ز ري بخشها ن زي از د گير موارد قابل توجه در تخصيص بهينه منابع در تخص يص به نيه منابع هم در حوزه بس اير پر اهم يت مي باش د. چهار عامل و مي نمايد[ 5 ]: 1) اي زوله نمودن كارا يي P2F مسي له مجازيسازي س يستمهاي اسكادا ميباشد. مد ريتي IT و هم به طور و ژيه زير اهميت در حالي كه مجازي سازي به مفهوم به اشتراك گذار ژيه در حوزه اسكادا ا ينموضوع را مشخص ي منابع ميباشد ن ايز است روشي براي اطم ناين صحت كار ا يييك ماش ين و نرمافزارهاي كاربردي ا ن وجود داشته باشد و ا ين صحت عملكرد ميبايتس در شرايط (2 د و ب هكار گريي يزا ن در هر شرايطي حتي گير ماش ينها نزي قابل تضمين ب وده و نياز ديگر ماشين ها تداخلي با استقلال كارايي عملكرد ديگر ماشين ها نداشته باشد. كارا يي بالا در استفاده از منابع با توجه به ا ين كه يكي از اهداف مجازي سازي وكاهش هز نيههايسختافزاري است لذا از طريق مد ريتي تخص بي يصش از حد منابع و اتلاف ا ن جلوگ ريي استفاده به به عمل ا ورد. نيه از منابع منابع مي توان از (3 اطم نينا ا نچه در حوزه IT به صحت عملكرد و تضمين صحت عملكرد سرويسها شناخته مي شود و در حوزه اسكادا مي تواندبه بلادرنگ خطاب شود به طور قطع ني ازمند مد ريتي منابع خواهد بود ز ريا با عدم تخصيص به از ني به طور قطع اثر نامطلوب ا ن بر رو تاخ رييا بروزاشكالات جبران ناپذير نمود خواهد داشت. شكل 1: اجزاي مدل مطالعاتي مناسب نيه منابع و كاستي در منابع مورد ي نرم افزار هايكاربرد ي به شكل 4) كنترل امكان پذ ريش ماش ينهاي مجازي در د گير ماش ين ها در صورت بروز خطا در يك مي زبانF4 در صورتي كه انتظار ميرود با بروز مشكل در يك راه اندازي مجدد بر روي د خواهد بود كه همواره منابع لازم در د گير به صورت رزرو در نظر گرفته شده باشد. مدل مطالعاتي كه در ا.2 HAP5F بر روي ساختار مجازي سازي راه اندازي گردد ي م زبان كلهي هاي ا ن قابل باز ا ييب و گير مي زبانها باشد و اين در صورتي امكان پذ ري معرفي مدل مطالعاتي مي زبانها براي اشكالهاي احتمالي ينمقاله مورد بحث و بررس ي قرار خواهد گرفت سيستم اسكادا يMonarc محصول كمپانيOSIميباشد كه يكي از مطرح ترين سيستمهايSCADA/EMS مقايس بزرگ در سراسر جهان به شمار مي ا دي[ 1 ] و كل هيماژولهاي مورد ن ايز ا ن توسط تكنولوژي مجازيسازي VMware در سه سطح منابع پردازش و محيط كاري كاربر به منظور بهره برداري در شكل( 1 )پياده سازي گرديده است. يك مركز د يسپاچ نيگ نمونه(پايلوت)مطابق 3 Service Level Agreements 4 Host (Physical Server) 5 High Availability 6 Virtual Machine 1 Input/Output Per secend 2 Performance 2

3 ين ا.3 معرفي الگوريتم تخصيص بهينه منابع پس از پيادهسازي سيستم پايلوت معرفي شده در بخش قبل( پياده سازي مجازي سازي سيستم اسكادا با تخصيص منابع حداكثري) الگوريتم تخصيص بهينه منابع بر روي اين سيستم اجرا گرديده است.اين بخش از مقاله به معرفي الگور با كاهش منابع تخصيصي افته تيممذكور خواهد پرداخت. مطابق با اين الگوريتم زا ين همچون م حافظه و پردازنده به هر ماش ين مجازي و تكرارا زمايشهاي شرايط پربار و بررسي وضعيت بكار ين ا گيري منابع سخت افزار ي نسبت به كاهش ا ين منابع در هر بار تكرار ا زمايشها اقدام مينما م يي تا به نقطه تخصيص حداقلي منابع به شرط پاسخگو بودننايز سيستم اسكادا (نقطه بهينه)برسيم. بد هيي اجراي ا زمايش ها است ني ازمند ابزارهاي جهت اعمال بار به س يستماسكادا و همچنين ابزارها يي جهت مشاهده پارامترها و نمودارهاي مورد ن جهت ارز موجود در ا ين ايز ا ييب عملكرد س يستمميباشد كه در ا ين رابطه بهترين ابزارهاي طرح ب هكار گريي اجراي ا زمايشهاي صحت سنج تخص يصي افته را نشان ميدهد. شده است. شكل (2) فلوچارت نحوه ي و همچن ي منابع نيه ساز ين به ع و ر ش ي ر ا ك ج و ا ي ش ر د ز ا ي ن د ر و م ع ب ا ن م ت ا ص خ ش م ن ي ي ع ت ر و ر س ي ز اج م ي ا ه ن يش ا م ز ا ك ي ر ه ي ا ه ه اگ تس يا يزاجمي اه ن يش ا م و بس ا ن مگ ن ي رو ت ن ا م ر از ف ا مر نب اخ ت ن ا ه ي لك هد اف تس ا در و م ع ب ا ن م ي ب ا ي زر ات هج ا د ا ك س ا م ت س ي س ي ا ه ش خ ب ج و ا ط ي ي ر ا ك ر ا ز ا د ر پ ب ط ي ا ر ش ي ز ا س ه ي ب ش ش و ر ب اخ ت ن ا ت ه ج ت س ت ي ا ه و ي ر ا ن س ن ي و د ت م ت س ي س ي ش ز ا د ر پ ر ا ب ج و ا ط ي ا ر ش و ي ر ا نس ي ا ر ج ا ر ش ي ا ه ا و يش ز ا د ر پ ر ا ب ل ام ع ا ع ب ا ن م ي ر ي گ ر ا ك ب ط ي ا ر ش ن د ر ك و ر ورس ن يش ا م ر ه ي ار ب م تس يس ه ا گ ت س ي ا ر و ت ي ن ا م ع ب ا ن م ر يد ا ق مشه اك ف لا ت خ ا ي ا ر ا د ف لا ت خ ا ي ار مراحل اجرا ي تخصيص به مجازي پا لي تو مرحله اول- تعي ني مجازي سرور و ايستگاههاي كاري در واقع منابع قابل مد ريتي نيه منابع در س يستم اسكادا ي مشخصات منابع مورد نايز در هر يك در سيستممجازيسازي Vmware از ماش ين هاي شامل CPU,Memory,Disk IOPS Network و Power مي باشن د[ 6 ] و به ازاي چهار منبع اول كنترل و مد سرويسP ماش ينها بر رو ريتي سه پارامتر خواهند بود. Reservation,Limit,Share منبع اين بين در قابل Power توسط ريتي DPMP7F مد ي حداقل تعداد م اضافي مي باش د. با راه انداز مي زبانهاي اضافي ا مد[ 9 ]. در ا گرديده و ينكار از خواهد شد [3]. روش عملكرد DPM تجميع ي زبان و خاموش كردن م ي ا ين سرو يس بررو خاموش و به حالت مدل تخص مديريت منابع يص به ي زبانهاي ي سيستم همواره Clould Standby در خواهد Networkو نيه منابع برا CPU,MemoryDisk IOPS صورت گرفته است. Powerصرف نظر ي سه منبع ر ا د ق م Headroom ي ل ب ي ل ب مرحله دوم- انتخاب نرم افزار مناسب پايش جهت ارز استفاده كلهي بخشهاي س يستم اسكادا ايجاديك سيستم پايش F8 دش ا و ع ب ا ن م ز ا ه د ا ف ر تس ا ي خ ن ب ي م بس ا ن ت م از ي م و م تس ي س ي ا ه ر ا ت ف ر ه ي ر ي ل ك خ ا ي ا و د ر اد ن ا تس ا ا بق ب اطم ا هخس ا پ د ش ا ب ي م ي ك ي ز ي ف ت ل ا ح ع ب ا ن م ف رص م ي ز ا س ه ي ز ا ج م ي ا د ا ك س ا م ت س ي س ا ي ا ن ي ه ب ل ي م ك ت جهت نظارت بر كاركرد تجه زا يت ا ييب منابع مورد ي تاسنترها در د بس اير ح ايت ياست چرا كه در بسايري از مواقع به واسطه برخوردار ي از يك سيستمپايش مناسب ميتوان از وجود بسايري ازمشكلات س يستم ا گاه شده و از وقوع اتفاقات جبران ناپذ ري جلوگريي ر ي خ ن ا ز ي م Headroom ت س ا م ك كرد. ي ل ب شكل 2: فلوچارت مربوط به الگوريتم تخصيص بهينه منابع در پياده سازي سيستم هاي اسكاداي مجازي 1 Monitoring 1 DPM(vSphere Distributed Power Management) is an optional feature of VMware Distributed Resource Scheduler (DRS) 3

4 10 يF P12F ب ب در مح يطهايمجازيسازي شده نحوه پايش نسبت به س متفاوت م يباشد لذا در ا بتوان پارامتر هاي مختلف را زا مينusage CPU و ني ميكم ولي مقاد ريIOPS مربوط به هر ين محيط ها ن ايز به ابزارهايي و ژيه ي ا يستمهاي فزيكيي است كه پايش نمود. به عنوان مثال در روش سنتي فقط Memory Usage را در يك سرور فزيكيي در سيستمهايمجازيسازي شده علاوه بر پارامترهاي قبل VM و... نزي مورد بررسي و ارز سازيو تصم م گيريي VM بر رويStorage زا مين ا ييب قرار در اعمال اصلاحات و بهبود كرد. به طور كلي ميتوان ابزارهاي نظارتي را به دو دسته ز نمود[ 7 ]: الف- ابزارهاي نظارتي مبتني بر مي همان F9 اين اپيهد ابزارها عمدتا در محيطهاي پ ايهد ي م سازي بررسي ي تراف يك تبادلي هر ر ميگيد. اين پايش به عملايت بهينه سازي فيزيكي و بر رو كارا يي بس اير كمك خواهد ري تقسمي بندي OS نصب و شوند و مطابق مستندات فني[ Vmware[9 در محيطهاي شب هي سازي شده بي دقت وغ ري قابل استناد خواهند بود. - ابزارهاي نظارتي مبتني بر ميزبان P11F معمولا توليد كنندگان نرم افزار هاي شبيه سازي هركدام ابزار هاي خاص خود را براي انجام نظارت بر VM را اراي ه مي دهند در اين ميان Vmware ابزارهايي چون tool) esxtop(command-line به عنوان كاملترين ابزار و همچنين VirtualCenter كه نسبت به قبلي پارامتر هاي كمتري را مورد ارزيابي قرار مي دهد ولي با محيط ساده و گرافيكي مي باشد اراي ه ميدهد. در اين طرح از VirtualCenter به منظور مانيتور پارامتر هاي سيستم استفاده گرديده است البته به صورت پيش فرض پارامتر هاي كمي را مورد ارزيابي قرار مي دهد كه قابل افزايش به مقادير مطلوب خواهد بود. ا مار هاي مورد نياز جهت پايش در Vcenter به دو حالت Archive تقسيم بندي مي شوند در واقع دومي ثبت مقادير Realtime و Real time در ديتابيس براي ارجاعات بعدي خواهدبود و عمدتا براي ا ناليز وپايش كردن سيستم هايي به كار مي رود كه امكان اجراي سناريو هايا زمايش را ندارند و مي بايست در شرايط واقعي و با ترافيك و بار واقعي و در زمان طولاني تري مانيتور گردند. مرحله سوم- انتخابروششبيهسازيشرايطاوج بارپردازشي به منظور اعمال بار پردازشي بر روي ماشين ها عليرغم وجود ابزار هاي گوناگون براي مدل سازي انواع بار هاي ممكن از خود نرم افزار اسكادا Monarc بهره گيري مي شود. بار موجود بر روي سيستم پايلوت شامل موارد زير خواهد بود: الف- كليه ايستگاه هاي منطقه تحت پوشش به سيستم متصل و توسط سيستم اسكادا در حال سركشي مي باشند. - كليه ماشين ها و بخشهاي سيستم فعال ميباشند. هر ماشين و هر پروسه بار مقتضي خود را برروي سيستم اعمال خواهد نمود. پ- نظر به اينكه از طريق پيكر بندي ديتابيس ايستگاه هاي منطقه تحت پوشش تنها بخشي از ديتابيس اشغال مي شود لذا از ابزار اعمال بار خود نرم افزار Monarc براي ايجاد بار بر روي بخش باقي مانده ديتابيس اقدام شده است. در اين صورت در سيستم پايلوت تعداد حقيقي فعال خواهند بود و تعداد نقطه به صورت نقطه باقي مانده (با توجه به لايسنس نرم افزار مذكور كه نقطه ميباشد) توسط ابزار شبيه سازي نرم افزار Monarc و مطابق با سناريوهايا زمايش تحريك خواهند شد. مرحله چهارم- تدوينسناريوهاي ا زمايش شرايطاوجبارپردازشي از ا نجايي كه ايجاد شرايط ا زمايش مناسب نيازمند دانش رفتارشناسي سيستم اسكادا و شناخت ا ماري از رفتار شبكه برق منطقه تحت پوشش مي باش د لذا به منظور پرهيز از هر گونه اعمال سليقه در انجام ا زمايش ها از دو سناريوي Normal و جهت انجام ا زمايشهاي كارخانه يا Peak اراي ه شده توسط خود شركت سازنده كه PSAT انجام مي شود بهره برده ايم.دو سناريوي ا زمايشNormal و Peak مطابق با شرايط [ 2 ]در نظر گرفته شده است.مدت زمان انجام ا زمايشLoad Peak 10 دقيقه در نظر گرفته شده و در طول اجراي روند ا زمايش رفتار سيستم مورد ارزيابي قرارگرفته است. مرحله پنجم- اجراي مدل بهينه سازي منابع در سيستم پايلوت در ابتدا به منظور تسهيل و درك بهتر مسي له و شناخت عوامل موثر در اين بهينهسازي نسبت به فرموله كردن و مدل سازي مسي له خواهيم پرداخت مطابق ا نچه در قسمت قبل بيان شد عمدتا در مساي ل بهينه سازي مشابه نسبت به بررسي و بهينه سازي يكي از پارامترهاي زير اقدام ميشود[ 10 ]:. 1 guest-based performance monitoring 4 Site Accpetance Test 2 Operating System 3 host-based performance monitoring 4

5 ب ت ث P16F ب ت الف- زمان پاسخ سيستم P13F ب- توان عملياتي P14F پ- مقدار بهكارگيري منابع در اختيار P15F ت- طول صف درخواست منبع براي داشتن توان عملياتي بيشتر ويا زمان پاسخ كوتاه تر براي يك سيستم لازم است منابع مورد نياز ا ن به محض درخواست در اختيارسيستم درخواست كننده قرار داده شود در غير اين صورت اگر منبع لازم به اندازه كافي براي بخش در خواست كننده رزرو نشده باشد در اين صورت در خواست كننده بايد در صف قرار گيرد كه با افزايش طول صف درخواست منابع زمان پاسخ سيستم و توان عملياتي كاهش خواهد يافت. از طرفي تخصيص بيش از حد منابع باعث بلا استفاده ماندن منابع و كاهش كارا مدي P17F P خواهد شد ولذا بايستي حداقل مقادير منابع مورد نياز سيستم به هر بخش به شرط پاسخگو بودن نياز سيستم در همه شرايط به ا ن تخصيص يابد به منظور حل اين مسي له مدل بهينه سازي تخصيص منابع اراي ه خواهد گرديد. عوامل موثر در ارزيابي مقادير منابع مورد نياز شامل موارد زير خواهد بود[ 11],[8 ]: الف- بار نرم افزارهاي P18F كاربردي -سربار نتيجه از نرم افزارهاي مجازيسازي P19F پ- ميزان منابع فيزيكي در اختيار P20F -ميزان مقادير منبع بالاسري هر نرمافزار P21F كاربردي به منظور فرموله كردن مسي له داريم: S = i j Rij + VO ( 1) i= index of VMs j=index of Resource R=Reserved j th Resource for i th VM VO=Virtualization Overhead (assumed zero) S=summery of Reserved Resource هدف پيدا كردن حداقل مقدار S به شرط حداقل خطاي تخصيص E خواهد بود: 1 Response Time 2 Basically, Throughput is the amount of transactions produced over time during a test. 3 Resource Utilization 4 resource queue length 5 Inefficiency 6 (Resurce Utilization)Application+OS workload 7 (VO)Virtualization Overhead 8 Bare metal resource 9 Headroom در روابط (1) و( 2 ) خواهيم داشت: i ( 2) E = ij j ij = Rij (Uij + Hij) Hij = VM Resurce Headroom (assumed10% Uij) Uij = VM Optimum Resurce Utilization الف- به ازاي هر ماشين و به ازاي هر يك از منابع ا ن تخصيص منابع Rijميبايست به گونه اي صورت پذيرد كه مقدار مقدار اين تخصيص بيش از اندازه باشد تخصيص كمتر ازحد نياز 0 < ij خواهد بود. يك ij كمينه باشد. اگر > 0 ij خواهد شد ودرصورت با- داشتن روابط فوق در نگاه اول به نظر ميرسد با داشتن مقادير Uij به راحتي ميتوان مقادير Rij را تعيين ونسبت به تخصيص ا ن اقدام نمود ولي اين تعيين Rij ها به صورت يكپارچه به دليل تاثيرات متقابل منابع داخلي VM و تاثيرات تخصيص منابع هر VM بر روي ماشين هاي ديگر ناممكن خواهد بود. براي غلبه بر اين دو مشكل در صورتي كه تخصيص به صورت گام به گام به صورت مجزا براي منابع داخلي هر VM انجام و در هر مرحله ا زمايش هاي صحت سنجي صورت پذيرد و پس از تكميل منابع يك VM اين كار براي ديگر VM ها تا تكميل فرايند كلي ادامه پيدا كند در اين صورت تاثيرات فوق الذكر نيز در نظرگرفته خواهد شد. پ- مقدار VO متشكل از Load حاصله از Hypervisor و زيرساخت VDIمي باشد كه با توجه به اين كه مجزا از بدنه و ساختار سيستم اسكادا مي باشند در محاسبات در نظر گرفته نخواهند شد وتنها در ابتدا جهت تعيين ميزان منابع موجود در دسترس مقادير منابع مصرفي ا نها از مقدار منابع خالص سخت افزاري كاسته خواهد شد. - از ا نجايي كه در مرحله تنظيم منابع (Tuning) در اكثر حالت ها به دليل ساختار داخلي نرم افزار مجازي سازي تخصيص منابع تنها مطابق با ضرايب از قبل تعيين شده اي امكان پذير مي باشد لذا مقدار Precision به منظور تقريب احتمالي در تخصيص در نظر گرفته خواهد شد كه اين مقدار براي منابع مختلف مقدار ناچيز و متفاوتي خواهد بود. - نحوه Tuning از طريق دو تابع Decrease و Increase و به صورت دستي انجام مي گيرد.براي بالاتر بردن بهره زمان اجراي الگوريتم و در شرايطي با تعداد زيادتر دودويي و يا حتي الگوريتم هاي الگوريتم مورچه نيز بهره گيري نمود. VM ميتوان از روشهاي الگوريتم جستجوي heuristic از قبيل الگوريتم پرندگان يا شبه كد زير نحوه عملكرد الگوريتم بهينه سازي تخصيص منابع را در سيستم پايلوت نمايش ميدهد. 5

6 P23F P22F PROGRAM Resource_Optimization_pseudocode; Begin: DO initialize Rij; DO Peak_Test _Scenario; DO Monitor_Resource_Utilization; # now we have all Uij DO Healthy_Check_List; IF Healthy_Check_List= fail THEN Write default resource allocation had been inappropriate ; HALT; ENDIF # calculate Default Sum INITIALIZE i=0,j=0; WHILE i<vm_number WHILE j <Resource_number Sum = Sum+Rij; ADD 1 to j; ADD 1 to i; INITIALIZE i=0,j=0; WHILE i<vm_number WHILE j <Resource_number Temp=Rij; Hij=0.1*Uij; Δij=Rij-(Uij+Hij); #Rij Tuning IF( ij>3t Precision 3T) THEN Decrease Rij; ELSE IF( ij<3t-precision 3T) THEN Increase Rij; ELSE#means(-3T Precision3T Δij 3T Precision 3T) Break; ENDIF; Run Peak_Test _Scenario; DO Monitor_Resource_Utilization; # now we have new Uij DO Healthy_Check_List; IF Healthy_Check_List= fail THEN Write Run time Error! ; HALT; ENDIF در شبه كد (1) در ازاي انجام هر تكرار و به ازاي حلقه خارجي كليه ADD 1 to j; Sum=Sum-(Temp-Rij); ADD 1 to i; شبه كد 1 : شبه كد الگور تيمتخص يص به نيه منابع سخت افزاري در س يستمهاي اسكاداي مجازيسازي شده END. P ازحلقه داخلي يك منبع از VM و VMها به ترتيب تخصيص دهي منبع شده و در هر تكرار مقدار Sum كه مجموع مقادير منابع كليه ماشين ها مي باشد به مقدار بهينه نزديكتر ميگردد تا جايي كه با تكميل برنامه مقدار مجموع مقادير كليه منابع سيستم و مقادير توابع Rij منابع بهينه خواهند بود. در شبه كد فوق Peak_Test _Scenario جهت اجراي سناريوي Peak تابع Monitor_Resource_Utilization گيري منابع و نهايتا تابع شرايط صحت عملكرد مي باشد. به منظور مانيتور كردن وضعيت بكار Healthy_Check_List به منظور كنترل كليه 4- بررسي صحت عملكرد الگوريتم بهينه سازي تخصيص منابع همانطور كه در بخش قبل عنوان گرديد سيستم هاي اسكادا از انواع سيستم هايTime Softمي Real باشند به اين معني كه براي پارامتر هاي چون زمان پاسخ سيستم Time) (Response و توان عملياتي (Throughput) يك "بازه استاندارد" تعريف گرديده و هر مقداري در بازه مذكور پذيرفته خواهد بود [13]. در مقابل سيستم هاي Hard Real Time سيستم هايي با زمان پاسخ و توان عملياتي مشخص و غير منعطف هستند كه معمولا در ساختار چند نخي P مربوط به سيستم عامل ها و نرم افزارهاي مبتني بر ا نها قابل پيادهسازي نبوده و عمدتا در قالب Firmwareوبر روي سختافزارپياده سازيميشوند[ 12 ].شرط عملكرد به نيه و استاندارد Time يك سيستم Soft Real همچون سيستمهاي اسكادا تام ين منابع سختافزار يمورد نياز توسط زي رساخت خواهد بود. لذا چه در پ ايهد سازي مجاز ي تامين منابع مورد ن محسوب خواهد شد[ 13 ]. ا ن سازي فيزيكي و چه در پ ايهد ايز سيستم تضمين صحت عملكرد ا ن بزرگترين ابهام و چالش پيش روي مجازي سازي سيستم هاي اسكادا نحوه تضمين وچگونگي تامين منابع سخت افزاري بخش هاي مختلف سيستم مي باش د. كه هم با توجه به افزوده شدن لايه فوق ناظر بين سخت افزار و سيستم عامل وهم با توجه به ابهام در نحوه تخصيص منابع در عين به اشتراك گذاري ا نها قابل تامل خواهد بود. براي رفع اين ابهامات نه تنها تكنولوژي Vmware راهكارهاي مناسبي جهت تضمين تخصيص منابع رزرو ) (Reserve اراي ه نموده است بلكه براي مواقع بحراني (كه سيستم در خواست منابع بيشتراز سهم خود را دارد) نيز با تخصيص منابع از محل منابع بلا استفاده پايداري بيشتري را نسبت به پياده سازي فيزيكي تامين خواهد نمود. البته در چنين مواقعي پارامتر هايي نيز جهت اولويت دهي به ماشين هاي پر اهميت در شرايط رقابتي Parameter) Share )و حتي جهت 2 Multithread as a widespread programming and execution model allows multiple threads to exist within the context of a single process. These threads share the process' resources but are able to execute independently. 1 Iteration 6

7 پ ي ه" محدود كردن در خواست هاي اضافي (Limit Parameter) نيز وجود منابع درالگوريتم پيشنهادي يك مدل جامع جهت بررسي صحت عملكرد خواهد داشت[ 13 ].شكل( 4 ) عملكرد اين مدل را براي يك از منابع يك VM نمونه نشان داده است. كلي هر سيستم اسكاداي مجازي سازي شده ديگر خواهد بود. براي بالاتر بردن بهره زمان اجراي الگوريتم در شرايط تعداد زيادتر VM ميتوان از روشهاي الگوريتم جستجوي دودويي ويا حتي الگوريتم هاي Heuristic از قبيل الگوريتم پرندگان الگوريتم مورچگان و يا ژنتيك بهره برد. منابع [1] ح.مهران زاده ه كاظمي اد سازي سيستم اسكاداي مركزد يسپاچ نيگ منطقه مركز ي با بهره گيري از فن ا وري مجازيسازي " بيست و هشتمين دوره كنفرانس بين المللي برق PSC [2] ح.مهران زاده ه كاظمي " بررسي بهبود هاي حاصل از بكارگ ريي سطوح مختلف فن مطابق با مدل تخصيص بهينه اراي ه شده با هر بار تكرار اجراي اين مدل تخصيص منابع به ماشين ها بهينه تر خواهد گرديد تا جايي كه با تكميل ا ن حداقل ميزان منابع ممكن مطابق با پيش فرض هاي در نظر گرفته شده در عين صحت عملكرد كامل به سيستم تخصيص خواهد يافت. شكل ) نمودار روند بهينه سازي مجموع منابع تخصيص يافته را نشان خواهد داد. 5- نتيجه گيري و پيشنهادات ا وري مجازيسازي صنعتي اصفهان در س يستمهاي اسكادا" دومين كنگره بين المللي اتوماسيون صنعت برق دانشگاه [3] Autonomic and Energy-Efficient Management Of Large-Scale Virtualized Data Centers Eugen Feller-decembre 2012 [4] Model-based Self-Adaptive Resource Allocation in Virtualized Environments Nikolaus Huber,Fabian-German Research Foundation- (DFG) under grant No. KO Brosig,Samuel Kounev-May 2011 [5] Evaluating Approaches for Performance Prediction in Virtualized Environments Fabian Brosig, Fabian Gorsler, Nikolaus Huber, Samuel Kounev- Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Germany [6] S. Kundu, R. Rangaswami, A. Gulati, M. Zhao, and K. Dutta, Modeling virtualized applications using machine learning techniques, in International Conference on Virtual Execution Environments, [7] Sajib Kundu, Raju Rangaswami, Application Performance Modeling in a Virtualized Environment-High Performance Computer Architecture (HPCA), 2010 IEEE 16th International Symposium Jan [8] N. Huber, M. von Quast, M. Hauck, and S. Kounev, Evaluating and Modeling Virtualization Performance Overhead for Cloud Environments, Conf. on Cloud Comp. and Services Science, [9] vsphere-esxi-vcenter-server--resource-management-guide VMware, Inc. [10] Stephen Neville, Adel Guitouni Dynamic Resource Allocation in Computing Clouds using Distributed Multiple Criteria Decision Analysis IEEE 3rd International Conference on Cloud Computing [11] T. Wood, L. Cherkasova, K. Ozonat, and P. Shenoy, Profiling and modeling resource usage of virtualized applications, in Middleware2008. [12] K. Ye, X. Jiang, S. Chen, D. Huang, and B. Wang, Analyzing and modeling the performance in xen-based virtual cluster environment, in Int. Conf. on High Perf. Computing and Communications, [13] Keith Chambers, Running Real-Time Applications on Vmware Infrastructure Technical Marketing Engineer, 16, 2008 شكل 4: نتيجه عملكردالگور تيمبراي يك منبع از يك VM نمونه شكل 5: نمودار روند به نيه سازي مجموع منابع تخص يص يافته به اجزاي سيستم (5 دراينمقاله به منظور رفع بزرگترين ابهام بكار گيريفن ا وري مجازيسازيدر پياده سازيسيستمه يا اسكاداواتوماسوين الگوريتم تخصيص بهينه منابع در اين سيستمها اراي ه و صحت عملكرد ا ن از طريق پياده سازي برروي يك سيستم پايلوت نشان داده شد. با توجه به اينكه نمونه مورد مطالعه از نوع مقياس بزرگ مي باشدمي توان نتايج اخذ شده را براي اكثر سيستم هاي مشابه تعميم داد ولي قطعيت اين تعميم نياز به بررسي موردي هر نمونه دارد. روشا زمايش و ارزيابي اراي ه شده به منظور صحت سنجي و تخصيص بهينه 7