در سالهای اخیر سیستم های کلاستر رشد بسیار سریعی داشتند و این به دلیل مزایای این سیستم ها مخصوصا کارایی نسبت به هزینه بالای این سیستم ها می باشد. با پیشرفت فن آوری محاسباتی و ارتباطی امکان اتصال چندین سیستم کلاستر و ایجاد یک سیستم ابرکلاستر فراهم شده است که دارای قابلیت‎های فراوانی می باشند. در این پایان نامه یک مدل تحلیلی برای ارزیابی کارایی شبکه ارتباطی در سیستم های ابرکلاستر ناهمگن ارایه می کنیم. تاکنون چندین مدل تحلیلی برای شبکه ارتباطی این سیستم ها با لحاظ ترافیک یکنواخت ارایه شده است، اما ترافیک یکنواخت همیشه نمی تواند بازگوکننده حالت واقعی باشد. زیرا بسیاری از برنامه های کاربردی واقعی وجود دارد که ترافیک غیریکنواختی را به سیستم اعمال می کنند. ما در این پایان نامه یک مدل تحلیلی با لحاظ الگوهای ترافیک غیر یکنواخت و ناهمگنی های مختلف ارایه می کنیم. مدل پیشنهادی بر اساس تحلیل احتمالی و شبکه های صف می باشد. صحت اعتبار این مدل به کمک مقایسه آن با نتایج شبیه سازی نشان داده شده است و مشخص می کند که مدل پیشنهادی تحت شرایط کاری مختلف دارای دقت مناسبی است.

مبحث ذخیره سازی داده امروزه به مسأله بسیار مهمی در مراکز داده اینترنتی و سیستم های محاسبات فوق سریع تبدیل شده است. چرا که هرساله حجم داده های ذخیره شده در دنیا تقریباًٌ دو برابر می شود و در یک سیستم محاسباتی ممکن است متجاوز از یک پتابایت باشد. از جمله ی چنین سیستم هایی در سازمان های هواشناسی و پایگاه های نظامی ممکن است یافت شوند. این پایان نامه روشی جدید برای ذخیره سازی اطلاعات ارایه می کند که بر اساس آن در یک سیستم محاسباتی کلاستری، زمان مورد نیاز برای نقل و انتقالات داده در مجموع کاهش می یابد. روش پیشنهادی جدید عبارت است از مهاجرت فرآیند های درحال اجرا بر روی گره های پردازشی و با استفاده از فن آوری جدید مجازی سازی که به منظور توازن بار صورت می گیرد. نتایج حاصله از شببه سازی نشان می دهد که این روش جدید کاهش قابل ملاحظه ای در زمان مورد نیاز سیستم محاسباتی جهت انجام پردازش داده در مقاطع زمانی مشخص ایجاد می کند که بسته به نوع شبکه ذخیره سازی مورد استفاده بین 5% تا 30% می باشد.

امروزه افزایش توان محاسباتی سیستمهای ابررایانه با افزایش تعداد پردازنده ها امکان پذیر می باشد و افزایش تعداد پردازنده ها، احتمال وقوع خرابی را در این سیستمها افزایش می دهد. الگوریتمهای تحمل خرابی، عملیات وارسی هماهنگ و بلوک شونده به طور گسترده ای در این سیستمها مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از این روش ها، سربار زمانی را به سیستم تحمیل می کند که موجب کاهش کارایی این سیستمها شده و باعث افزایش زمان اجرای برنامه موازی می شود. مهمترین عامل سربار در پروتکل عملیات وارسی هماهنگ، ارسال گزارش های وارسی محلی توسط هر گره پردازشی به سرویس دهنده های گزارش وارسی بر روی شبکه می باشد. مهمترین عامل جلوگیری کننده از این سربار زمانی، تعیین فواصل زمانی بهینه بین عملیات های وارسی می باشد. تاکنون، روش های ارائه شده برای محاسبه فاصله زمانی بهینه مبتنی بر تابع توزیع از کار افتادگی نمایی هستند، بنابراین فواصل زمانی بین گزارش های وارسی ثابت می باشد. هدف از اجرای این پروژه پیدا کردن یک توزیع از کار افتادگی متناسب با توزیع از کار افتادگی یک سیستم واقعی می باشد. نتایج مطالعه بر روی از کار افتادگی های یک سیستم ابررایانه نشان می دهد که توزیع نمایی تناسبی با از کار افتادگی یک سیستم کلاستر نداشته و توزیع weibull بیشترین مطابقت را با توزیع زمانی از کار افتادگی در یک سیستم کلاستر از خود نشان می دهد. با استفاده از توزیع weibull فواصل زمانی بهینه متغیر با زمان برای عملیات وارسی بدست آمده و نتایج آزمایش نشان می دهد که نسبت به روش استاتیک، سربار زمانی در اجرای یک برنامه موازی کاهش می یابد. در ادامه روش دیگری را معرفی می کنیم که روش عملیات وارسی دو سطحی با فواصل زمانی متغیر با زمان می باشد. در این روش بر اساس نرخ از کارافتادگی های گذرا و ماندگار، همیشه نیازی به ارسال گزارش های وارسی محلی گرفته شده به سرویس دهنده های گزارش وارسی در شبکه نمی باشد. برای نشان دادن این مسئله فرض شده است از هر دو گزارش وارسی محلی فقط یکی به سرویس دهنده های گزارش وارسی ارسال می شود. نتایج آزمایش نشان می دهد که این روش سربار ناشی از عملیات وارسی را به مراتب کاهش می دهد.

رایانش ابری یکی از جدیدترین موضوعات در زمینه تأمین منابع پردازشی به عنوان خدمت است. فراهم کنندگان این خدمت امروزه برای کم کردن هزینه¬ها و پایداری بیشتر خدماتشان به دنبال روش هایی هستند که هرچه بهینه¬تر از منابع خود استفاده نمایند.از تازه¬ترین موضوعات بهینه¬سازی در رایانش ابری، تأمین پویای منابع با استفاده از روش¬های مختلف است. در این پایان¬نامه استفاده از آتاماتاییادگیری به عنوان یک راه حل برای این منظور پیشنهادشده است. پس از بررسی ابعاد مختلف تخصیص منابع در ابر و بررسی قابلیت¬های آتاماتاییادگیریبرای این کاربرد و بدست آوردن روابط، الگوریتمی برای آن ارائه خواهد شد؛ به این ترتیب که بررسی جامع آتاماتاییادگیری و یافتن قابلیت¬های بالقوه آن برای کاربرد در موضوع مذکور انجام می¬گیرد و سپس مسأله تخصیص پویای منابع رایانش ابری به شکل یک مسأله بهینه¬سازی بازتعریف می¬گردد. پس از آن مدل¬سازی مسأله به کمک آتاماتاییادگیری انجام و مدل ارائه شده در قالب یک الگوریتم قابل پیاده¬سازی در محیط ابریبازنویسی می¬شود. الگوریتم تعریف شده به وسیله شبیه¬ساز cloudsim که از معتبرترین شبیه سازهای ارائه شده در حوزه رایانش ابریست پیاده سازی و ارزیابیگردیده است. نتایج حاصل نشان می¬دهد روش پیشنهادی در مقایسه با روش های بررسی شده دارای بهره¬وری بالاتر در منابع و هزینه تمام شده کمتری برای کاربر ابر است.