در این فصل ابتدا یک دیتا سنتر نمونه تشریح می گردد و سپس این دیتا سنتر در لایه های مختلف توسط شبکه های پتری مدل خواهد شد. برای بررسی دقیقتر، سعی شده است که نمونه معرفی شده برای دیتا سنتر تا حد امکان ساده و در عین حال شامل تمام بخش های لازم برای یک دیتا سنتر واقعی باشد.

همچنین لازم به ذکر است که این تحلیل ساختار و مدل سازی تا سطح سرویس انجام شده است. به این معنی که از بررسی مکانیزم های داخلی ماشین های مجازی از جمله سیستم عامل میهمان و سرویس های آن و نیز ساختار منابع سخت افزاری از جمله پردازنده، حافظه و غیره چشم پوشی شده است. بنابراین به تشریح ساختار کلی لایه مجازی سازی، سرویس های سطح بالا از جمله HA، Fault Tolerance و vMotion و نیز شیوه کار معماری های شبکه و سیستم ذخیره سازی پرداخته شده است.
به عبارت دیگر از دیدگاه سطح دانه پذیری سیستم^[۱۴۳]، می توان گفت مدل ها با حداکثر انتزاع ممکن و در سطح اجزاء اصلی دیتا سنتر انجام شده است.

تشریح دیتا سنتر نمونه
در این فصل با تکیه بر ابزار و تکنولوژی های معرفی شده، تلاش می شود یک الگوی نمونه برای دیتا سنترهای نوین معرفی گردد. در این معماری، منابع پردازشی هر ماشین فیزیکی بخشی از مخزن منابع کل سیستم هستند. بنابراین مدیر سیستم می تواند این منابع را به هر شکل مورد نیاز تخصیص دهد. همچنین وی می تواند به سرعت بین ماشین ها سوئیچ کند، از آنها نسخه پشتیبان تهیه نماید، آنها را کپی کند و به صورت متمرکز آنها را مدیریت نماید.
زیر ساخت VMWare همه منابع پردازشی از جمله سرورها، منابع ذخیره سازی و شبکه را مجازی سازی می کند. این زیر ساخت با گردآوری همه منابع و نمایش مجموعه ای ساده شده و یکپارچه از آنها، مدیر را در درک بهتر ساختار موجود دیتا سنتر و مدیریت و تغییر آن یاری می رساند. به کمک این ساختار می توان منابع توزیع شده در یک دیتا سنتر را به صورت مجموعه ای از ابزار مشترک مدیریت نمود. همچنین می توان از دیتا سنتر در مصارف گوناگونی استفاده کرد بدون اینکه نگران گوناگونی سخت افزار و نوع مصرف آن باشیم. شکل ۴٫۱ نحوه پیکربندی و معماری یک طرح نمونه VMware را نشان می دهد.
شکل ۴٫۱٫ زیر ساخت دیتا سنتر مجازی ]۶۳[
پیش از آنکه ساختار دیتا سنترها را دقیقتر بررسی نمائیم، لازم است برخی از اصطلاحات و مفاهیم را تشریح کنیم. این مفاهیم در بخش های مختلف لایه نرم افزاری در سیستم مذکور به کار می روند ]۶۰[ و ]۶۳[.
میزبان
یک میزبان نمود مجازی سازی شده منابع پردازشی و حافظه یک ماشین فیزیکی است که در حال اجرا کردن VMware ESX می باشد. در واقع بدنه اصلی فیزیکی دیتا سنتر از مجموعه ای از ماشین های میزبان تشکیل شده که درحال اجرا کردن زیر ساخت سیستم عاملی Hypervisor هستند.
کلاستر
وقتی چند ماشین فیزیکی با یکدیگر همگروه می شوند و به صورت یک واحد یکپارچه مدیریت می گردند، منابع پردازشی و حافظه آنها که با یکدیگر جمع شده است یک کلاستر تشکیل می دهند. چنین گروهی ازمنابع پردازشی به منظور راه اندازی سرویس های سطح بالا مانند HA، Fault Tolerance و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. می توان ماشین های فیزیکی جدیدی را به یک کلاستر اضافه یا از آن حذف نمود.
مخزن منابع
مجموعه منابع پردازشی و حافظه ماشین هایی که در یک کلاستر قرار دارند، تشکیل مخزنی از منابع را می دهند که به همین نام شهرت یافته است. مدیر سیستم می تواند این منابع را به صورت سلسله مراتبی و یا گروه بندی شده به ماشین های مجازی تخصیص دهد و همچنین بخشی از آن را به صورت دستی و یا خودکار برای سرویس های سطح بالا که در یک دیتا سنتر ضروری است رزرو نماید.
در یک دیتا سنتر نمونه مانند شکل ۴٫۲، چندین ماشین فیزیکی با معماری x86 در یک شبکه محلی به یکدیگر متصل شده اند. این شبکه ترجیها از قویترین و سریعترین انواع شبکه های در دسترس است زیرا در انتهای طراحی، نقاط اتصال سرورهای فیزیکی، گلوگاه ارتباطات دیتا سنتر خواهد بود. همچنین تعدادی منبع ذخیره سازی نیز در این شبکه وجود دارند. بر حسب تکنولوژی موجود در بازار، این ابزار ذخیره سازی می تواند از دیسک های SCSI درون هر یک از سیستم های میزبان تا دیسک های SCSI مبتنی بر شبکه اترنت^[۱۴۴] متنوع باشند. وجود تجهیزات تخصصی دیگر مانند سوئیچ های SAN برای برقراری ارتباط میان سرورهای فیزیکی و ابزار ذخیره سازی و نیز تجهیزات پشتیبان گیری^[۱۴۵] نیز در دیتا سنتر عادی است.
شکل ۴٫۲٫ یک الگوی نمونه برای زیر ساخت دیتا فیزیکی سنتر ]۶۰[
در این تحقیق برای طراحی و تحلیل مدل فرمال از یک دیتا سنتر، نمونه کوچکی از یک دیتا سنتر واقعی در نظر گرفته شده است که شامل دو سیستم میزبان و دو منبع ذخیره سازی می باشد. سیستم های میزبان به یک شبکه داخلی متصل هستند و به وسیله سوئیچ های SAN به دیسک های Fiber SCSI مرتبط شده اند. افزونگی در سیستم^[۱۴۶] به منظور به حداقل رساندن قطعی و خرابی در شبکه زیر ساخت دیتا سنتر رعایت شده است. شمای کلی این ساختار را می توان در شکل ۴٫۳ دید.
شکل ۴٫۳٫ ساختار شماتیک دیتا سنتر نمونه
بعد از پیاده سازی سخت افزاری اجزا و نصب ESX بر روی سیستم های میزبان و نیز پس از پیکر بندی سیستم های میزبان و ذخیره سازی داده، سیستم می تواند شروع به کار نماید. در این مرحله انتظار می رود که همه چهار بخش اصلی سیستم یعنی دو سیستم میزبان و دو سیستم ذخیره سازی اطلاعات بدون مشکل بوت شده و آماده بارگذاری شوند. با این حال بروز اختلال در یکی یا بیشتر و آماده به کار نبودن بعضی از آنها در پایان مرحله بوت دور از انتظار نیست. در گام بعد، با توجه به بخش های آماده به کار، ماشین های مجازی و سرویس های سطح بالا می توانند اجرا و پیکر بندی شوند. با توجه به ساختار سرویس های سطح بالا و نحوه کارکرد آنها، واضح است که برای اجرای درست سرویس هایی مانند HA و FT حضور حداقل دو میزبان فیزیکی ضروری است ]۶۱[.
پس از بارگزاری ماشین های مجازی و سرویس های لازم، ESX شروع به دریافت درخواست های ماشین های مجازی و ارائه سرویس به آنها می کند. در کنار این روال دائمی، در صورت بروز مشکل در یکی از ماشین های میزبان یا منابع ذخیره سازی و یا درخواست مدیر برای انتقال یک ماشین مجازی و غیره، سرویس متناظر می تواند فعال شده و وظیفه خود را انجام دهد. به عبارت دیگر می توان گفت که از این مرحله به بعد سیستم در یک وضعیت تعادل اجرایی مابین نحوه کار ESX و سرویس ها قرار می گیرد. در چنین تعادلی، مدیر می تواند ماشین های مجازی جدیدی ایجاد کند، ماشین های مجازی را از یک میزبان به میزبان دیگر منتقل نماید و نحوه تخصیص منابع به ماشین های مجازی و کلاسترها را تغییر دهد.

ارائه مدلی از رفتار کلی دیتا سنتر
در این بخش با مبنا قرار دادن طرح نمونه دیتا سنتر که در انتهای بخش قبل معرفی شد، سعی خواهیم کرد تا مدل سلسله مراتبی فرمالی از ساختار مذکور به دست آوریم. صفت “سلسله مراتبی”^[۱۴۷] در تعریف فوق به این معنی است که در ابتدا با طرح یک مدل کاملا کلی و انتزاعی، به تشریح رفتار کلی سیستم می پردازیم و سپس برای هر یک از بخش های پیچیده در رفتار سیستم یک مدل جداگانه طراحی می نمائیم که مدل های لایه دو، سه و … محسوب می شوند. برای رسیدن به این منظور روی مفاهیم توضیح داده شده در فصل های گذشته تاکید خواهد شد که برای حفظ اختصار تکرار نشده اند.
با توجه به رفتار دیتا سنتر نمونه از زمان روشن شدن تا اجرایی شدن کامل آن، می توان مدلی کاملا کلی و انتزاعی بدون بررسی جزئیات اجرایی مربوط به سرویس ها و مکانیسم های آن ارائه داد. نمونه ای از مدل طراحی شده در شکل ۴٫۴ آمده است.
شکل ۴٫۴٫ مدل پتری طراحی شده برای دیتا سنتر نمونه
چنین مدلی یک تصویر فرمال رفتار و ساختار سیستم در اختیار قرار می دهد که به جنبه های توازی و همگامی در سیستم نیز نگاهی ویژه دارد. در طراحی این مدل از هر دو نوع گذارهای زمان دار^[۱۴۸] و بلادرنگ^[۱۴۹] برای نشان دادن نحوه گردش کنترل در سیستم بهره گرفته شده است. گذارها بلادرنگ مربوط به وقوع یک رخداد در سیستم است که وضعیت^[۱۵۰] سیستم را تغییر می دهد. این رخداد می تواند بروز یک مشکل در سیستم، صدور یک درخواست و یا اتمام مرحله بوت یک مولفه در سیستم باشد. در مقابل گذارهای زمان دار نشان دهنده انجام یک پروسه یا مجموعه ای از پروسه ها است که نتیجه آن وضعیت سیستم را تغییر می دهد. به عنوان نمونه ارائه سرویس توسط ESX به یک ماشین مجازی و یا ایجاد یک جفت fault tolerance یک سری از پروسه های موازی و سری هستند که منجر به تغییر حالت در سیستم می شوند. طبیعتا انجام این گروه از پروسه ها نیازمند زمان بوده و در داخل خود ساختار پیچیده ای دارند. بنابراین می توان گفت که در لایه دوم این مدل سلسله مراتبی می توان با طراحی یک مدل پتری برای هر گذار زمان دار، جزئیات بیشتری از سیستم را مدل کرده و بررسی نمود.
در ادامه به شرح گذارها و نحوه گردش کنترل در سیستم می پردازیم.
T0: سیستم به شکل فیزیکی روشن می شود.
T1: دستگاه ذخیره سازی ۱ با موفقیت بوت می شود
T2: دستگاه ذخیره سازی ۱ در مرحله بوت دچار مشکل شده و بوت نمی شود.
T3: دستگاه ذخیره سازی ۲ با موفقیت بوت می شود
T4: دستگاه ذخیره سازی ۲ در مرحله بوت دچار مشکل شده و بوت نمی شود.
T5: سیستم میزبان ۱ با موفقیت بوت می شود
T6: سیستم میزبان ۱ در مرحله بوت دچار مشکل شده و بوت نمی شود.
T7: سیستم میزبان ۲ با موفقیت بوت می شود
T8: سیستم میزبان ۲ در مرحله بوت دچار مشکل شده و بوت نمی شود.
T9: همه مولفه های اصلی سیستم (دستگاه های ذخیره سازی و سیستم های میزبان) به درستی بوت شده اند.
T10 و T11: دو دستگاه ذخیره سازی به درستی بوت شده اند در حالی که تنها یکی از دو سیستم میزبان به سلامت مرحله بوت را گذرانده و دیگری دچار مشکل شده است.
T12 و T13: دو سیستم میزبان به درستی بوت شده اند در حالی که تنها یکی از دو سیستم ذخیره سازی به درستی مرحله بوت را پشت سر گذاشته است.
T14، T15، T16 و T17: تنها یکی از دستگاه های ذخیره سازی و یکی از سیستم های میزبان به درستی مرحله بوت را پشت سر گذاشته اند و دیگری در این مرحله ناکام مانده است.
T18، T19: تنها یکی از دو دستگاه ذخیره سازی بوت شده است و دیگری به همراه هر دو سیستم میزبان دچار مشکل شده اند.
T20، T21: تنها یکی از دو سیستم میزبان بوت شده است و دیگری به همراه هر دو دستگاه ذخیره سازی دچار مشکل شده اند.
T22: اعلام آمادگی برای ورود به مرحله بعد با همه توان پردازشی ممکن
T23: اعلام آمادگی برای ورود به مرحله بعد با هر دو سیستم ذخیره سازی و تنها یک میزبان