A one-year measurement of quota-induced waste in private clouds
تحلل هذه الورقة بيانات تشغيلية لسنة كاملة من السحابة الخاصة لتكشف أن إدارة الموارد القائمة على الحصص، مقترنة بسلوك المستخدم المتمثل في التخصيص لطلب الذروة والبيع الإداري الزائد، تؤدي إلى عدم كفاءة كبيرة تتميز باستنفاد مستمر للحصص رغم توفر السعة وخمول طويل الأمد للأجهزة الافتراضية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم الحوسبة، هناك توتر مستمر بين امتلاك القوة الكافية لإنجاز مهمة ما وبين إهدار تلك القوة عندما تظل خاملة. غالبًا ما تحل خدمات السحابة العامة، مثل تلك المستخدمة من قبل الشركات الكبرى، هذه المعضلة من خلال محاسبة المستخدمين على كل ثانية من وقت الحاسوب الذي يستهلكونه. تعمل هذه التكلفة ككابح طبيعي؛ فإذا لم يكن الخادم يقوم بعمل مفيد، يتوقف المستخدم عن الدفع مقابل استخدامه ويقوم بإيقافه. أما السحب الخاصة، فتعمل بشكل مختلف؛ فهي بيئات حوسبة مخصصة تمتلكها الجامعات أو المختبرات البحثية أو الشركات الكبيرة، حيث لا يدفع المستخدمون فاتورة مقابل الموارد التي يأخذونها. بدلاً من ذلك، يضع المسؤولون حداً ثابتاً، يُعرف باسم "الحصة" (quota)، على مقدار قوة الحوسبة التي يمكن لكل فريق حجزها. الفكرة بسيطة: منح كل فريق حصة عادلة من السعة الإجمالية حتى لا يستولي فريق واحد على كل شيء. ولكن بدون وجود سعر يثبط الهدر، يمكن أن ينشأ ديناميك مريب؛ فقد يستحوذ الفرق على أكبر قدر ممكن من قوة الحوسبة المسموح بها، فقط تحسباً لحاجتهم إليها لاحقاً، مما يترك تلك القوة خالية بينما تعاني الفرق الأخرى لإيجاد أي مساحة على الإطلاق.
قرر باحثون من جامعة كامبينا غراندي الفيدرالية في البرازيل وجامعة بيمونتي أوريال في إيطاليا التحقيق في هذا الهدر غير المرئي. فقد أمضوا عاماً كاملاً، من مايو 2024 إلى مايو 2025، في مراقبة النبض الرقمي لسحابة خاصة تستخدمها جامعتهم نفسها. هذا النظام، المبني على برمجيات مفتوحة المصدر تسمى "OpenStack"، يخدم مئات الباحثين والطلاب. إنه آلة ضخمة، قادرة على تشغيل أكثر من ألف حاسوب افتراضي في آن واحد، بسعة ذاكرة إجمالية تبلغ 1,024 جيجابايت. لم يكتف الفريق بمراقبة مقدار القوة المستخدمة فحسب، بل نظروا أيضاً في مقدار القوة المحجوزة مقابل مقدار القوة التي تقوم بعمل فعلي. لقد جمعوا أكثر من 64 مليون نقطة بيانات، متتبعين كل جهاز افتراضي، وكل مشروع، وكل فترة زمنية مدتها خمس دقائق من النشاط. كان هدفهم هو معرفة ما إذا كانت القواعد الرامية للحفاظ على العدالة تتسبب في الواقع في جعل النظام غير فعال.
ما وجدوه كان نظاماً عالقاً في مفارقة من صنعه. لقد صُممت السحابة بهامش أمان، مما يعني أن إجمالي كمية قوة الحوسبة الموعودة لجميع الفرق مجتمعة كانت في الواقع أكبر مما يمكن للآلة الفيزيائية استيعابه في وقت واحد. هذه ممارسة شائعة تسمى "البيع الزائد" (overselling)، وتقوم على الأمل في ألا يحتاج الجميع حصتهم الكاملة في اللحظة ذاتها. وفي الواقع، نادراً ما وصلت الآلة الفيزيائية إلى حدها الأقصى؛ إذ كانت ممتلئة تماماً في حوالي 3 بالمائة فقط من الأيام. ومع ذلك، وبالرغم من وفرة المساحة الفارغة، كان العديد من الفرق محظورين باستمرار من إنشاء أجهزة افتراضية جديدة. اكتشف الباحثون أن ما لا يقل عن نصف المشاريع اصطدموا بحائط حيث لم يتمكنوا من تجهيز حتى أصغر حاسوب ممكن لأنهم استنفدوا حصتهم الشخصية المسموح بها. وكان حوالي 14 بالمائة من هذه المشاريع عالقة في هذه الحالة طوال فترة الدراسة. والأكثر دلالة هو أن حوالي 27 بالمائة من المشاريع كانت محظورة من إضافة أجهزة جديدة حتى عندما كان العنقود بأكمله يستخدم ما بين 70 إلى 80 بالمائة من ذاكرته الفيزيائية الإجمالية. لم تكن المشكلة في نقص الأجهزة، بل في القواعد الصارمة لنظام الحصص نفسه.
يكمن سبب هذا الحظر في كيفية سلوك المستخدمين عندما لا تكون هناك تكلفة للاحتفاظ بالموارد. كشفت الدراسة عن نمط من "اكتناز الموارد". فعندما يحصل الفريق على حصة، فإنه يميل إلى المطالبة بحصته الكاملة فوراً، وغالباً ما يقوم بتجهيز أجهزة افتراضية قبل وقت طويل من حاجته الفعلية إليها. ثم تظل هذه الأجهزة خاملة، مستهلكةً حصتها من الحصة المخصصة، بينما ينتظر الفريق بدء مشروع مستقبلي. وقد قاس الباحثون ذلك من خلال النظر في مقدار الوقت الذي يقضيه الجهاز الافتراضي في العمل الفعلي مقابل الوقت الذي يقضيه في حالة عدم القيام بشيء. وقد عرفوا "الاستخدام المفيد" بأنه الأوقات التي يكون فيها المعالج نشطاً في الحساب، متجاهلين الأوقات التي يكون فيها الجهاز مجرد مخزن للبيانات في الذاكرة. كانت النتائج صارخة: عبر النظام بأكمله، قضت الأجهزة الافتراضية وقتاً في الخمول يعادل أكثر من ضعف الوقت الذي قضته في الاستخدام المفيد. وبينما بدأ حوالي نصف الأجهزة في العمل في اليوم نفسه الذي تم إنشاؤها فيه، ظل عدد كبير منها دون استخدام لأسابيع أو حتى أشهر.
يخلق هذا السلوك دورة مفرغة. ولأن المستخدمين لا يمكنهم التأكد من استعادة الموارد لاحقاً إذا تنازلوا عنها، فإنهم يتمسكون بها بشدة. فهم يقومون بإنشاء جهاز افتراضي اليوم، ويتركونه يعمل دون فعل شيء، ويبقونه هناك لأسابيع، فقط لضمان توفره عند حلول موعد نهائي. هذا خيار عقلاني للفريق الفردي، ولكنه كارثي للنظام ككل. وهذا يعني أنه بينما يجلس أحد الفرق فوق كومة من قوة الحوسبة غير المستخدمة، يعجز فريق آخر عن بدء مشروع جديد لأن حصته قد اكتملت. لاحظ الباحثون أن هذا ليس فشلاً في الأجهزة أو نقصاً في الطلب، بل هو فشل في هيكل الحوافز. فبدون وجود ثمن لزمن الخمول، وبدون وسيلة لضمان الوصول المستقبلي من خلال نظام الحجز، فإن الاستراتيجية الوحيدة الآمنة للمستخدم هي الاكتناز.
تشير الدراسة إلى أن الحل لا يكمن ببسا طريقة في بناء آلات أكبر أو توزيع حصص أكثر، لأن ذلك سيؤدي على الأرجح إلى مزيد من الاكتناز. بدلاً من ذلك، يحتاج المسؤولون إلى تغيير قواعد اللعبة. يمكنهم إدخال آليات تسمح للمستخدمين بحجز الموارد لوقت مستقبلي محدد، مما يمنحهم الأمان الذي يسعون إليه حالياً دون إجبارهم على الاحتفاظ بأجهزة خاملة. كما يمكنهم تنفيذ أنظمة تكتشف متى ظل الجهاز غير مستخدم لفترة طويلة وتستعيد تلك المساحة تلقائياً للآخرين. تظهر البيانات أن كمية هائلة من قوة الحوسبة المحتملة تُهدر، ليس لأنها معطلة، بل لأن الأشخاص الذين يستخدمونها يلعبون لعبة تشجعهم قواعدها على الأخذ والاحتفاظ. ومن خلال فهم هذا السلوك، يأمل الباحثون في تصميم سحب خاصة ليست عادلة في النظرية فحسب، بل فعالة في الممارسة أيضاً، مما يضمن أن الآلات القوية المبنية للبحث تُستخدم بالفعل في البحث.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.