توسعه زیرساخت های رایانش شبکه در مقیاس کلان:پارادایم های ارتباطی، معماری گره های ناهمگن و بهینه سازی منابع پردازشی توزیع شده

رشد روزافزون اینترنت موجب تمرکز فزاینده بر رایانش شبکه در مقیاس بزرگ شده است؛ پارادایمی که پتانسیل پوشش سراسری در سطح جهان را داراست. در حال حاضر، اینترنت به عنوان گسترده ترین سیستم توزیع شده در جهان شناخته می شود که گره های آن شامل طیف متنوعی از ایستگاه های کاری تک پردازنده، ماشین های MIMD با حافظه مشترک، سامانه های موازی انبوه از نوع SIMD و سایر معماری های پردازشی هستند. پیوندهای ارتباطی در این بستر مبتنی بر اتصالات بسته سوئیچ شده TCP/IP بوده و پهنای باند آن ها به صورت پویا بر اساس متغیرهایی نظیر بار ترافیکی، تعداد گام های پرش (Hops) و فناوری ارتباطی زیرین دستخوش تغییر می شود. هنگامی که یک گره با گره ای دیگر ارتباط برقرار می کند، بسته های داده ممکن است از طریق بسترهای فیزیکی گوناگون نظیر لینک های بی سیم، کابل های فیبر نوری، کابل های کواکسیال یا خطوط تلفن دیجیتال منتقل شوند. این لایه های فیزیکی ذاتا با تاخیر و نرخ خطای معینی همراه هستند که البته می توانند از طریق مکانیزم های بازانتقال و پیکربندی مجدد دینامیکی پیوندهای اینترنتی اصلاح و مدیریت شوند.در همین راستا، مفهوم «رایانش شبکه» مطرح می شود که در آن گره های پردازشی متشکل از کامپیوترهای مستقلی هستند که می توانند از طریق سوئیچ ها، شبکه های محلی (LAN) یا بستر اینترنت به یکدیگر متصل گردند. ایده محوری در این مدل، تجزیه یک برنامه کاربردی به چندین زیربخش نیمه مستقل بر اساس ماهیت پردازش مورد نیاز است؛ به طوری که گره های مختلف در شبکه می توانند به اجرای بخش های متمایزی از اپلیکیشن اختصاص یابند.این شکل از رایانش شبکه از قابلیت های منحصربه فرد معماری های سیستم ناهمگن بهره برداری می کند. برای نمونه، بخش های ریزدانه از نوع SIMD مربوط به یک برنامه کاربردی به ماشین های SIMD ارجاع داده می شوند، در حالی که پردازش های گرافیکی و مولفه های ورودی/خروجی (I/O) به یک یا چند ایستگاه کاری تک پردازنده محول می گردند؛ در این میان، هماهنگی سراسری سیستم توسط یک رایانه رومیزی منفرد راهبری می شود. این رویکرد همچنین به شکل قابل توجهی ظرفیت های پردازشی بالقوه و هرزرفته را در سازمان های بزرگ احیا و مدیریت می کند؛ به طوری که سیکل های پردازشی آزاد و استفاده نشده ی CPU در بازه های زمانی کوتاه به کار گرفته شده و از این طریق، موجی از فعالیت های محاسباتی کارآمد را پس از دوره های عدم فعالیت رقم می زنند. در ادامه، به کارگیری فناوری شبکه به منظور توسعه زیرساخت های رایانشی با بهره گیری از سخت افزارهای تجاری و متعارف (Commodity Computers) مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت.