—149

د) الیاف گیاهی میوه ای مانند نارگیل.
الیاف حیوانی: مانند پشم و ابریشم، انواع کرک ها و الیاف مویی.
الیاف معدنی: مانند آسبست( پنبه کوهی) و الیاف فلزی "امیری، 1385، ص10".
2-2-2الیاف بشر ساختواژه ای مصطلح برای الیاف شیمیایی یا الیافی که انسان آن را تولید کرده است "موسوی شوشتری و توانایی، 1384، ص111".
الیاف بشر ساخت به دو گروه تقسیم می شوند:
الف) الیاف بازیافت شده
الیاف بازیافتی به الیافی اطلاق میشود که از پلیمرهای طبیعی ساخته شده اند، به این صورت که از طریق دوباره شکل دادن مواد اولیه و اصلاح آن ها تولید میگردند.
در ابتدا این نوع الیاف را از مواد پروتئینی مثل شیر، بادام زمینی و سویا به دست میآوردند، اما امروزه پایه تولید این نوع الیاف سلولز است "میر جلیلی، 1384، ص1".
ب) الیاف مصنوعی
این نوع الیاف از سنتز شیمیایی پلیمرها به دست میآیند. مواد خام مورد استفاده در ساخت این الیاف مشتقات نفتی بوده و طیف گسترده ای از این نوع الیاف موجود میباشد. نایلون ها، پلی استرها، اکریلیک ها، الیاف محتوی کلر، پلی اولفین ها و پلی آمیدهای آروماتیک نمونه هایی از الیاف مصنوعی هستند.
2-3 مواد اولیه مصرفی در تولید فرش دستبافالیاف طبیعی و حیوانی به دلیل سازگاری با محیط زیست و بدن انسان و ویژگی هایی همچون عایق پذیری و نرمی برای تولید فرش دستباف بسیار مناسبند. در میان الیاف طبیعی سه لیف پشم، پنبه و ابریشم مرسوم ترین الیاف مورد استفاده در فرش میباشند.
2-3-1 پنبهپنبه یکی از مهمترین الیاف سلولزی است که کشت آن از زمان های قدیم رایج بوده است. در حفاری هایی که در هند صورت گرفته است، انواع پارچه ها و ریسمان های پنبه ای مربوط به سه هزار سال قبل از میلاد کشف شده است. الیاف پنبه در رنگ های سفید، قهوه ای و خاکستری وجود دارد و اندازه ی طول و قطر آن ها متغیر است "امیری، 1385، ص 65".
پنبه به گیاهی اطلاق میشود که دارای ساقهی سبک و کوتاه و شاخه های نازک، برگ های درشت با گل های زرد یا سرخ رنگ میباشد. به میوه ی آن غوزه میگویند که 3 تا 5 ترک دارد. غوزه پس از رسیدن شکافته شده و از میان آن دانه هایی به همراه رشته ها یا تارهای سفید رنگی نمایان میگردد. تارهای پنبه همگی یک اندازه نبوده بلکه در هر غوزه طول تارها متفاوت میباشد. پنبه را با دست یا دستگاه از دانه جدا میکنند و در نخ ریسی و پارچه بافی به کار میبرند "ژوله، 1381، ص 53".پنبه در مراحل اولیه رشد خود به رطوبت و آبیاری نیاز دارد، ولی رطوبت و آبیاری زیاد و همچنین بارندگی در مراحل آخر رشد گیاه پنبه، باعث آسیب رسیدن به محصول میشود. پنبه در مناطقی که اختلاف درجه ی حرارت روز و شب آن کم باشد، بهتر عمل میآید "امیری، 1385، ص.67".
2-3-1-1 طبقه بندی پنبه از لحاظ کیفیتاز نظر کیفیت می توان پنبه را به سه گروه زیر تقسیم بندی نمود:
پنبه سی آیلند، مصری و آمریکایی-مصری: این نوع پنبه طویل تر از انواع دیگر بوده و دارای قطر کم و ظاهر درخشانی میباشد.
پنبه آمریکایی آپلند: این نوع پنبه کوتاه تر و ضخیم تر از پنبه های گروه یک است.
پنبه آسیایی: پنبه های آسیایی در مقایسه با پنبه های دیگر کوتاه تر و ضخیم تر میباشد "توانایی، 1376، ص 16".

2-3-1-2 ترکیب شیمیاییپنبه لیفی است سلولزی که از تکرار واحدهای سلوبیوز در طول زنجیره مولکولی به وجود آمده است "فورد، 1386، ص10". لیف پنبه از سه عنصر کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. علاوه بر سلولز، همیشه در انواع مختلف پنبه مواد و ترکیبات دیگری نیز وجود دارد که ناخالصی آن محسوب میشود. واکس یا موم بعد از سلولز مهم ترین ماده ای است که در یک لیف سلولزی وجود دارد.مقدار واکس در انواع مختلف پنبه در حدود 4/0-8/0 درصد است "امیری، 1385، ص 74".
2-3-1-3 ویژگی های فیزیکی پنبهدرازای الیاف پنبه در یک غوزه متفاوت است. اگر در یک پنبه بلندی و کوتاهی الیاف بین 25 تا 60 میلیمتر باشد نشانه ی خوبی آن است و هر اندازه درازای رشته های پنبه از میزانی که ذکر شد بیشتر باشد مرغوبتر محسوب میشود. به طور کلی نشانه های مرغوبیت پنبه بستگی فراوانی دارد به رنگ، ظرافت، نرمی، شفافیت، درجه خالص بودن و همچنین رطوبتی که پنبه در خود دارد. هر اندازه الیاف پنبه سفیدتر باشد به همان اندازه خالص تر است چون رنگی بودن الیاف به دلیل مواد خارجی در ترکیبات آن است "ژوله، 1381، ص 53".
2-3-1-4 جذب رطوبتمیزان رطوبت بازیافتی پنبه در رطوبت نسبی 65%، معادل 7% است و قابلیت نگهداری آب توسط این لیف 50% میباشد"فورد، 1386، ص10".
2-3-1-5 خواص حرارتیالیاف پنبه به آسانی میسوزد و خاکستر کمی هنگام سوختن باقی میگذارد. این لیف در دمای ˚c150 استحکام خود را از دست داده و سست میگردد، در نهایت در دمای ˚c200-185 سوخته و تجزیه میشود "فورد، 1386، ص10".
2-3-1-6 ساختمان داخلی لیف پنبهالیاف پنبه در زیر میکروسکوپ شکل رشته های استوانه ای را دارد که از پهنا آنرا برش داده باشند و سه بخش در آن به خوبی دیده میشود:
بخش رویی که با لایه ی شفافی پوشیده شده که به آن کوتی کول میگویند.
دیواره ثانویه یا بیشترین بخش الیاف پنبه که سلولز نامیده میشود.
بخش میانی یا دیواره لومن. در بخش میانی رشته ها یا الیاف، مغز ویژه ای پر از مایع دیده میشود به نام پروتوپلاسم که پس از رشد کامل پنبه، مغز این الیاف خالی و پروتوپلاسم جذب پنبه دانه میشود و تمام پروتوپلاسم به سلولز خالص تبدیل میگردد "ژوله، 1381، ص 53".
2-3-1-7 موارد استفاده پنبه در تولید فرش دستبافالیاف پنبه ای استحکام زیادتری نسبت به پشم دارند و هم چنین به دلیل خاصیت کشش کمتری که در مقایسه با الیاف پشمی دارند برای تار و پود قالی مناسب تر میباشد. یکی از امتیازات رشته های پنبه ای نسبت به انواع پشمی آن این است که چون آفت بید به خوردن آن تمایل ندارد، لذا فرش هایی که تار و پود آن ها از پنبه میباشد در صورتی که در معرض بیدخوردگی قرار گیرند تنها پرز آن ها از بین می رود و سوراخ و حفره ای در آن ایجاد نمیشود و در نتیجه به آسانی میتوان طبقه جدیدی ازپرز را از طریق گره زدن بر روی شبکه تار و پود فرش که سالم باقی مانده است، به وجود آورد "نصیری، 1382، ص 16".
2-3-1-8 روش شناسایی الیاف پنبه به کمک روش سوزاندنالیاف سلولزی به سرعت میسوزند و بوی کاغذ سوخته ایجاد میکنند. خاکستر باقیمانده بسیار ناچیز و نرم بوده و برنگ خاکستری میباشد "نجفی کوتنایی، 1388، ص 7".
2-3-2 پشمپشم یکی از الیاف مهم حیوانی به شمار میرود و مصرف آن در انواع منسوجات، به دوران بسیار قدیم بر میگردد. پشم مهمترین ماده اولیه مورد لزوم در صنعت فرش بافی است و الیاف پشم در ساختار تار و پود و پرز فرش های دستباف ایران نقش عمده و اساسی دارد "دانشگر، 1376، ص 113". ماده اصلی تشکیل دهنده پشم، کراتین میباشد که همان پروتئین است و ساختمان مولکولی آن از اتم های کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد طبق فرمول شیمیایی n(C72H112N18O16S) تشکیل شده است "منصوری، 1378، ص 15".
2-3-2-1 ساختمان داخلی لیف پشمیک لیف پشم از سه لایه تشکیل شده است:
لایه بیرونی (کوتیکل): به فلس های مسطح و نایکنواختی که سطح لیف را پوشانده است گفته میشود. وجود فلس باعث میشود که هنگام ریسندگی، الیاف در هم فرو رفته و استحکام بیشتری پیدا کنند.
لایه میانی (کورتکس): قسمت اعظم تشکیل دهنده لیف است که دارای سلول های دوکی شکل است. استقامت، جعد، رنگ پذیری و سایر خواص فیزیکی مربوط به این قسمت است.
مغز (مدولا): داخلی ترین قسمت لیف است که در الیاف ظریف ممکن است مدولا وجود نداشته باشد اما در الیاف ضخیم بصورت مغزی لوله ای شکل وجود دارد "ژوله، 1381، ص 57".
2-3-2-2 ویژگی های فیزیکی پشممرغوبیت پشم چنانکه میدانیم، بسته به ظرافت الیاف، نازکی قطر آن، طول تارهای پشم، استحکام، عدم تجعد، طبیعی بودن رنگ، قابلیت رنگ پذیری و قابل کشش بودن آن است. صرف نظر از این عوامل، برگشت پذیری، شفافیت و بو نیز در ساختار پشم نقش اساسی دارد "یساولی، 1370، ص 9".
ظرافت الیاف: هر چه قطر الیاف پشم کمتر باشد، پشم نازکتر بوده و مرغوب تر است. واحد اندازه گیری ظرافت برای الیاف پشم میکرون میباشد.
جدول 2-1 . قطر الیاف پشم مصرفی برای رج شمارهای مختلف فرش "امیری، 1385، ص 32".قطر الیاف پشم رج شمار فرش
حداکثر 35 میکرون فرش های ضخیم زیر 30 رج
حداکثر 33 میکرون فرش های متوسط 30-40 رج
حداکثر31 میکرون فرش های ریز بافت 40 رج
طول الیاف: طول الیاف یکی از خواص اصلی است که در ارزشیابی پشم نقش مؤثری دارد و در مواردی از قبیل حد ریسندگی، استحکام نخ، یکنواختی نخ، زیردست نخ تولید شده، براقی و درخشندگی، مویی بودن نخ و قابلیت تولید تأثیر میگذارد "منصوری، 1378، ص 7". طول تارهای پشم هر چه بلندتر باشد، بهتر است. این طول در الیاف پشم درجه ی یک به 5/7 سانتی متر و بیشتر میرسد "یساولی، 1370، ص 10".
استحکام: به مقاومت الیاف در مقابل پاره شدن، استحکام الیاف گویند. هرچه الیاف پشم ضخیم تر باشد استحکام و درصد ازدیاد طول آن نیز بیشتر است.
ازدیاد طول: الیاف باید قادر به تغییر شکل دادن و تحمل ظرفیت نیروی وارد شده به آن را داشته باشند. ازدیاد طول پشم بین 25 تا 40% و پنبه بین 3 تا 7% میباشد.
تجعد: هر چه پشم ظریفتر باشد تجعد آن در واحد طول بیشتر است. وجود خاصیت تجعد در الیاف پشم ضمن پفکی نمودن آن اولا باعث محبوس شدن هوا در منسوجات پشمی میشود و گرما را در خود حفظ میکند که از این رو کمک به عایق شدن آن در برابر حرارت مینماید. ثانیا خاصیت تجعد در الیاف پشم باعث میشود که الیاف بهتر با یکدیگر درگیر شده و در نتیجه نخی محکم تر و مقاوم تر تولید شود "منصوری، 1378، ص 9".
جذب رطوبت: رطوبت بازیافتی پشم در رطوبت نسبی 65 % معادل 18-16 % میباشد، ضمنا قابلیت نگهداری آب توسط الیاف پشم 44 % است.
خواص حرارتی: پشم به آرامی نرمی و استحکامش را در دمای ˚c100 از دست میدهد و در دمای ˚c130 زرد رنگ شده و در نهایت تجزیه شده و فورا در دمای ˚c300 ترکیبی سیاه رنگ شبیه قیر متورم شده و خاکستری ترد برجا میگذارد.
2-3-2-3 خواص شیمیایی پشمالیاف پشم در محیط های اسیدی یا قلیایی غلیظ داغ میشوند، ضمنا در محلول سولفید سدیم، هیپوکلرید یا تیوگلیکولات نیز همراه با تجزیه شدن، حل میگردند. این الیاف توسط کرم های حشرات معینی همچون بید لباس و سوسک فرش و سایر میکروارگانیسم ها مورد حمله قرار میگیرند. الیاف پشم از مقاومت خوبی در برابر نور و در معرض هوا برخوردار میباشند. الیاف پشم در برابر اسیدها و قلیایی های رقیق (به جز در یک درجه حرارت بالا، به مدت طولانی) و همچنین حلال های آلی نسبتا بی تأثیر میباشند. حدود آسیب زدن اسیدها و قلیایی ها به الیاف بستگی به غلظت اسید، درجه حرارت و زمان عملیات دارد "فورد، 1386، ص 23".
2-3-2-4 واکنش های پشم در مقابل مواد شیمیاییاثر مواد قلیایی: به طور کلی پشم در برابر مواد قلیایی نسبت به اسیدها مقاومت کمتری دارد. مواد قلیایی بر پیوندهای گوگردی، هیدروژنی و یونی پشم اثر میگذارد و سبب متلاشی شدن کامل پشم میشود. مواد قلیایی قوی مانند هیدروکسید سدیم یا پتاسیم به ویژه در حالت گرم به سرعت پشم را هیدرولیز میکند.
اثر مواد اسیدی بر روی الیاف پشم: میزان آسیبی که اسید به پشم میرساند به غلظت اسید، درجه ی حرارت و مدت زمان تماس بستگی دارد. محلول رقیق اسیدهای معدنی، آسیب زیادی به الیاف پشم نمیرساند. اسید سولفوریک گرم و غلیظ، پشم را کاملا متلاشی میسازد. اسیدنیتریک الیاف پشم را زرد رنگ و سپس آن را حل میکند "امیری،1385، ص 42".
اثر مواد اکسید کننده: محلول غلیظ آب اکسیژنه باعث خراب شدن پشم میشود. سرعت تأثیر هم بستگی به غلظت آب اکسیژنه دارد. از محلول رقیق آب اکسیژنه برای سفید کردن پشم استفاده میکنند.
2-3-2-5 درجه مرغوبیت الیاف پشم مصرفی در فرش دستبافمیانگین طول الیاف برای نمره های مختلف باید حداقل 5 سانتی متر باشد و مقدار الیاف کوتاه تر از 5 سانتی متر در آن نباید از 5 درصد تجاوز نماید. چربی و روغن الیاف پشم نباید بیش از 5/1 درصد و مواد ناخالص گیاهی حداکثریک درصد باشد. طول الیاف هر اندازه بلندتر باشد (از 5/7 سانتی متر به بالا) مرغوب تر است.
قطر الیاف کمتر از 30 میکرون درجه یک
قطر الیاف بین 35-30 میکرون درجه دو
قطر الیاف تا 40 میکرون درجه سه
طبق استاندارد ملی ایران، مهم ترین مشخصات الیاف پشم مصرفی در تولید پرز فرش دستباف عبارتند از:
قطر در محدوده 25 تا 38 میکرون
درصد الیاف مدولائی کمتر از 20%
1 تا 4 جعد در 5/2 سانتیمتر
میانگین ازدیاد طول الیاف 45-30% و استحکام 55/1-11/1 گرم بر دنیر
قابلیت ارتجاعیت حداقل 75% "دفترچه استاندارد ملی ایران، 1377"
2-3-2-6 چگونگی شناسایی الیاف پشمتشخیص پشم طبیعی از مواد غیر طبیعی در فرش حایز اهمیت فراوان است. برای شناخت پشم از سایر الیاف راه های مختلف وجود دارد که عبارتند از:
سوزاندن پشم: وقتی پشم را به شعله نزدیک میکنیم خود را جمع میکند. در داخل شعله به آرامی میسوزد و مقداری ذوب میشود. دود آن بوی گوگرد و موی سوخته میدهد. خاکستر سیاه از آن باقی میماند که به سادگی خورد میشود.
از طریق مشاهده عینی( بوسیله ذره بین): شکل تار پشم در زیر ذره بین مانند درخت کاج فلس دار مینمابد که از یک سو آزادند، هر چه پشم کهنه تر و صدمه دیده تر باشد، این فلس ها کوتاهتر و برآمدگی کمتری دارند.
از طریق مواد شیمیایی: در برابر مواد قلیایی حساسیت دارد و برخی از قلیایی ها آن را حل میکند. در آب جوش مقداری از پروتئین خود را از دست میدهد. در برابر اکسید کننده ها و احیاکننده ها کم مقاومت است "وکیلی، 1383،ص 51".
2-3-3 ابریشمابریشم از الیاف حیوانی و پروتئینی است که نرم، شفاف، لطیف، ظریف و محکم است. این ماده مهم به صورت نخ بسیار نازکی در دو رشته به هم تابیده و از غدههای کرم ابریشم ترشح میشود. ابریشم یکی از بهترین موادی است که در نساجی بویژه قالی بافی به کار می رود. این ماده دارای قابلیت پذیرش عملیاتی نظیر سفیدگری، رنگرزی، صمغ گیری و ... است.
2-3-3-1 انواع الیاف ابریشم مصرفی در قالیبافی:به طور کلی دو نوع ابریشم طبیعی و مصنوعی در ایران وجود دارد که از نظر آمادهسازی آن برای استفاده در قالیبافی و رنگرزی به انواع زیر تقسیم میشوند:
1-ابریشم خام: ابریشمی است که مستقیماً از پیله گرفته میشود و با دست یا با ماشین به نخ تبدیل میشود. به عبارت دیگر ابریشم خام، ابریشمی است که عملیات صمغگیری و قلیاب کشی روی آن انجام نشده باشد، رنگ این نوع ابریشم زرد یا کرم است و پس از قلیاب کشی سفید میگردد.
2-ابریشم پخته: به ابریشمی میگویند که صمغ یا ناخالصی آن به نام «سرازین» گرفته شده باشد، رنگ آن پس از صمغ گیری سفید میشود.
3-ابریشم گجین: تفاله ابریشم و انتهای الیاف و باقی مانده پیله را، ابریشم کجین گویند که بخش نامرغوب الیاف است، این نوع ابریشم برای فرش بافی مناسب نیست." دانشگر،1376، ص45"
2-3-3-2 ویژگیها و قابلیت های ابریشمابریشم طبیعی که در قالی بافی مورد استفاده قرار میگیرد دارای قابلیتهای بسیاری است که اگر در رنگرزی آن و در تهیه و آماده سازی آن اصول فنی رعایت گردد، موجب ارتقاء کیفی فرش میشود.
1) ابریشم تا 140 درجه حرارت را تحمل میکند و در مقابل مواد قلیایی در مقایسه با پشم مقاومت بیشتری دارد.
2) ابریشم با توجه به لطافتی که دارد آلودگی را جذب نمیکند. در صورت آلوده شدن میتوان آن را با صابون ملایم شستشو داد.
3) ابریشم از جمله موادی است که دچار بیدزدگی و یا کپک زدگی نمیشود.
4) ابریشم به دلیل داشتن ترکیباتی چون کربن، هیدروژن، اکسیژن و ازت در آب حل نمیشود ولی اگر به مدت زیادی جوشانده شود استحکام خود را از دست میدهد.
5) ابریشم به دلیل داشتن الیاف پیوسته از قابلیت تابیدن خوبی برخوردار است.
6) الیاف ابریشم عملیات نساجی نظیر سفیدگری، رنگرزی، عملیات صمغ گیری و صمغ زدایی را به خوبی تحمل میکنند.
7) ابریشم یکی از بادوام ترین مواد طبیعی است، زیرا رشته های آن به هم تابیده میشوند و از نظر سایش به دلیل نرمی و لطافتی که دارد ساییدگی پیدا نمیکند.
2-4 اجزای تشکیل دهنده فرش دستبافسه گروه نخ شامل نخهای پرز(خاب) ، نخهای تار(چله) و نخهای پود ضخیم(زیر) و نازک(رو) تشکیل دهنده اسکلت اصلی هر فرش دستباف میباشند.

شکل 2-1. ساختار تشکیل دهنده فرش دستباف، a) گره نامتقارن b) گره متقارنجنس و مشخصات الیاف مصرفی براساس استانداردهای تولید فرش دستباف به شرح زیر میباشند:
نخ پرز: مهمترین جزء هر فرش که نمود اصلی ظاهر بصری و طرح و نقوش را فراهم مینماید و بطور معمول از جنس پشم یا کرک و در فرشهای بسیار ظریف بصورت گل ابریشم و یا تمام ابریشم میباشد.
نخ تار: مجموعه نخهایی که بصورت موازی یکدیگر و معمولاً یک در میان بصورت تار جلو و عقب، در طول فرش قرار گرفته و بطور رایج و متعارف از جنس پنبه، و در موارد خاص در فرشهای برخی از مناطق از جنس ابریشم یا پشم و در فرشهای بزرگ پارچه بصورت استثناء خارج از استاندارد با بکارگیری الیاف مصنوعی، از جنس مخلوط پنبه –پلی استر انتخاب میگردد.
نخ های پود ضخیم و نازک: رشته نخهایی هستند که مابین نخهای تار بصورت عرضی در ساختار فرش عبور داده شده و به ترتیب وظیفه پرکردن و دوخت هر رج را بعهده دارند. بطورمعمول هر دو از جنس پنبه بوده و در برخی مناطق فرشبافی از جنس پشم انتخاب میگردد.
معمولاً نسبت وزنی تار و پود و پرز در فرشهای پشمی بصورت 12تا20% نخهای تار، 10تا 18% نخهای پود، و 50 تا70% نخهای پرز میباشد "طباطبایی هنزایی، 1393، ص 4".
2-4-1 مشخصات ساختمانی فرش دستبافهر فرش از دو بخش لایه تخت زیرین و لایه نخهای پرز تشکیل شده است. در هر بخش مشخصههای ساختمانی متمایزی وجود دارد که عبارتند از:
در بخش لایه زیرین: مشخصات نوع گره و چلهکشی، شیوه پودکشی و مکانیزمهای بافت.
در بخش لایه پرزها: ارتفاع پرز، تراکم پرز(رجشمار).
در حالت ساختمان یکپارچه فرش: ضخامت فرش، وزن مترمربع و ابعاد فرش.
در مقطع عرضی هر فرش ارتفاع مجموع دو لایه زیرین و لایه پرزها را اصطلاحا˝ضخامت فرش گویند. ”Lee, H.S., Carr, W.W., Beckham, H.W., Wepfer, W.J., 2000"
2-4-2 انواع گره در بافت فرشدر بافت فرش از دو گره اصلی به طور معمول استفاده میشوند که عبارتند از:
گره متقارن یا ترکی: در این گره نخ خامه دو حلقه حلزونی را تشکیل میدهد که هر کدام از حلقه ها به دور یکی از نخ های تار پیچیده و دو انتهای آن ها از میان این دو عدد تار بیرون میآید و پرز قالی را تشکیل میدهد.
گره نامتقارن: در این نوع گره، نخ خامه فقط تشکیل یک حلقه حلزونی را میدهد و به دور یکی از رشته های تار پیچیده و اولین انتهای آن از میان دو رشته چله مورد نظر بیرون میآید و دومین انتها از بین یکی از این رشته ها و رشته بعدی خارج میگردد "هانگلدین، 137، ص 9".
2-4-3 سیستم پودکشینخهای پود ضخیم و نازک بصورت افقی بعد از هر رج بافت در بین تارها قرار داده میشوند. پود ضخیم ما بین تارهای زیر و رو باعث ایجاد استحکام، پرکردن و ممانعت از لغزش گرهها میشود و پس از ایجاد ضربدر در تارهای زیر و رو، پود نازک بر بالای ضربدرها یا دهنه تار قرار داده شده و با دوخت گرهها در هر رج باعث ایجاد نظم و ظرافت بیشتر فرش میگردد. از دو نوع نخ پود استفاده می شود: پود نازک به جهت دور زدن همگی تارها از پشت فرش دیده میشود و پود ضخیم در لابهلای فرش پنهان میماند "نصیری،1382،ص 56".

شکل 2-2. ارتفاع و طول ساق پرز در فرش دستباف"” Kimura, K., Kawabata, S., Kawai, H., 1970
2-4-4 رجشمار یا تراکم طولی و عرضیدر فرش دستباف بدلیل یکسانی تراکم پرز در طول و عرض فرش از عناوین رجشمار، تعداد گره در دسیمتر و یا تراکم گره در واحد سطح و یا حتی در معیار وزنی از چگالی یا وزن مجموع پرزها در واحد سطح استفاده میشود. رجشمار در فرشهای فارسی باف برابر تعداد گره در 5/6 سانتیمتر و در ترکی باف برابر تعداد گره در 7 سانتیمتر طولی و عرضی میباشد. بطورمعمول فرشهای تا رجشمار 30 را فرشهای معمولی یا درشتباف، فرشهای با رجشمار 30-40 را فرش با ظرافت متوسط و فرشهای با رجشمار بالاتر از 40را ریزباف و با درجه ممتاز تعریف مینمایند "یاوری، 1386، ص36 ". تراکم پرز موثرترین شاخص ساختمانی فرش در تعیین اکثر خواص عملکردی آن میباشدکه در شروع بر اساس کیفیت طرح اولیه فرش تعیین میگردد و طراحی خط تولید ازجمله مشخصات ابزارهای بافت، مواداولیه مصرفی،چلهکشی و حتی در برخی موارد مکانیزم تولید از نظر پودکشی و نوع گره بر پایه آن تعریف و تنظیم میگردند. پُری فرش یا تراکم پرز از مشخصههایی است که مشتریان فرش در هنگام خرید با مطالعه اطلاعات برچسب مشخصات آن و با تماس و فشار لامسهای پرزها آنرا ارزیابی میکنند. بطورمعمول فرشهای تا رجشمار 30 را فرشهای معمولی یا درشتباف، فرشهای با رجشمار 30-40 را فرش با ظرافت متوسط و فرشهای با رجشمار بالاتر از 40 را ریزباف و با درجه ممتاز تعریف مینمایند "یاوری،1384، ص 20".
2-4-5 مشخصات و خواص نخ های مصرفی در تولید فرش دستبافمهمترین مشخصات و خواص ساختمانی نخهای مورد استفاده در تولید هر فرش عبارتند از: نمره نخ(تکلا و چندلا)، تعدادلای نخ، تاب نخ(تکلا و چندلا)، سختی خمشی، استحکام و ازدیاد طول و یکنواختی نخ، که در تأمین مشخصات ساختمانی فرش و درنتیجه خواص عملکردی نهایی فرش تأثیرگذار میباشند.
جدول 2-2 نمونه ای از تناسب تجربی رایج بین مشخصات مواد اولیه مصرفی در فرش دستباف با تراکم پرز(رجشمار) را نشان میدهد.
جدول 2-2. تناسب مواد اولیه مصرفی با تراکم پرز(رجشمار) در فرش دستباف "مجابی، سمینار ملی فرش، 1388".رجشمار(دسی متر مربع) نمره پرز مصرفی(Nm) نمره تار مصرفی(Ne) نمره پود ضخیم(Ne) نمره پود نازک(Ne)
31˟31 2/3 24/20 24/10 یا 12/5 6/20
39˟39 2/4 21/20 20/10 یا 10/5 5/20
49˟49 2/5 15/20 16/10 یا 8/5 4/20
54˟54 2/6 12/20 14/10 یا 7/5 3/20
61˟61 2/7 12/20 12/10 یا 6/5 3/20
69˟69 2/8 9/20 10/10 یا 5/5 2/20
77˟77 2/10 9/20 10/10 یا 5/5 2/20
92˟92 2/14 چله ابریشمی 8/10 یا 4/5 2/20
100˟100 2/16 چله ابریشمی 8/10 یا 4/5 2/20
108˟108 2/16 چله ابریشمی 6/10 یا 3/5 2/20
2-5 خواص کیفیتی فرشبه طور کلی خواص کیفی فرش به سه دسته خواص ظاهری (از قبیل طرح و نقش، رنگبندی و همنشینی رنگها، مقاومت در برابر سایش و فرسایش)، خواص فیزیکی (از قبیل ضخامت و ارتفاع پرز، رجشمار و وزن متر مربع) و خواص مکانیکی (از قبیل افت ضخامت پرز، ارتجاعیت، درصد فشردگی، سختی و طول خمشی، خواص اصطکاکی و ...) تقسیم میگردند. "طباطبایی هنزایی، 1393، ص 4".
2-5-1- طبقه بندی خواص فیزیکی فرش هاخواص ضروری و ذاتی هر فرش را میتوان از دو جنبه خواص ظاهر هنری و خواص عملکردی بررسی و مطالعه نمود. خواص ظاهر هنری فرشهای دستباف به صورت ظرفیت ارائه یک سیمای ظاهری زیبا و جذاب هنری با ابعاد درونی و بیرونی تعریف میگردد. بطورکلی عوامل زیباییشناختی فرش را میتوان به دو دسته باطنی و ظاهری تقسیم نمود. عوامل باطنی منسوب به حالات روحی، معنوی و دریافتهای درونی هنرمند بوده و در بطن هنر نهفته میدانند مانند مشخصاتی نظیر نیت و صدق هنری هنرمند، شهود، تخیل و الهام، و حتی باورهای مذهبی و دینی که در روح فرش دستباف پنهان میباشد. مجموعه عوامل ظاهری نیز خود به دو دسته تقسیم میشوند: درونی و بیرونی. آن قسمت از زیباییهای فرش که در نگاه دقیقتر و دوم کارشناسان و متخصصان فرش و بافندگان دیده میشود را عوامل ظاهری درونی گویند. مهمترین زیباییهای بیرونی فرش عبارتند از : طرح و نقش، و رنگ و رنگبندی آن. خارج از ابعاد روانی زیبایی ظاهر فرش، ارتفاع پرز و جهت و زاویه خاب پرزها، و در معماری امروز تطبیق با دکوراسیون داخلی منازل و گاهاً عملکرد تزئیناتی و همگامی با نورپردازی فضای منازل امروزی، ویژگیهای سطحی فرش و تناسب ابعاد نیز بصورت ذهنی در این ارزیابی موثر میباشند "دریایی، فصلنامه گلجام، 1385، شماره4 و 5".
خواص عملکردی در اصل همان خواص مورد انتظار از فرش در هنگام استفاده یا راه رفتن بر روی آن میباشدکه تأمین حالت مطلوب این خواص در چرخه طراحی اولیه و سپس فرایند تولید فرش، کیفیت نهایی و رضایتمندی مصرفکنندگانش را فراهم خواهد نمود. خواص عملکردی فرش بعنوان یک منسوج با کاربرد پوشش کف براساس خواص و مشخصات مواد اولیه مصرفی بطور مخصوص نخهای پرز از نظر جنس الیاف، نمره نخ تک لا و چندلا و تاب نخ تکلا و چندلا، مشخصات ساختمانی فرش از جمله تراکم و ارتفاع پرز، نوع گره و سیستم بافت و حتی نوع تکمیلهای انجام شده بر روی آن تعیین میگردد” Onder, E., Berkalp, O.B., 2001"
2-6 خواص عملکردی فرشمهم ترین خواص عملکردی فرش دستباف را میتوان به 4 گروه عمده زیر تقسیم نمود:
حفظ ظاهر فرش
فاکتورهای راحتی
دوام
خواص فشاری
به موارد فوق، خواص فیزیکی دیگری مانند مشخصات جذب صوت به ویژه صدای سقوط پا، خواص حرارتی مناسب (دمای مناسب)، سختی خمشی مناسب در برابر چروک یا مچاله شدن، زیر دست و ثبات ابعادی در شرایط محیطی مختلف و حتی خواص الکترواستاتیکی نیز میتوان اضافه نمود”Pailthorpe, MT., 1988"
2-6-1 حفظ ظاهر فرش:فرش ها بطورمخصوص لایه پرزهای آنها در طول زمان استفاده در معرضنیروهایی مانند فشردگی محوری، خمشی، کششی و برشی، سایش و همچنین آلوده شدن با خاک، کثافات و انواع لکه قرار دارند که این عوامل با کاربرد نامتعارف، نگهداری و مراقبت نادرست و تکرار و استمرار، تغییر و تنزل مشخصات کیفی ظاهری آنها را باعث می گردند، که این تغییرات بصورت بصری و لامسهای قابل تشخیص میباشند. وقوع این شرایط سبب ایجاد ظاهر و ترکیب بد در فرش قبل از فرسایش کامل آن می گردد و به اصطلاح نزول کیفیت ظاهر رخ خواهد داد. حفظ یا تأمین حداقل مشخصات ظاهری فرش ها در تعیین طول عمر مفید یا دوام مصرف آن ها بسیار مؤثر بوده که علاوه بر لزوم نگهداری صحیح، کیفیت طراحی شایسته و کارشناسی در انتخاب مواد اولیه مناسب و متناسب با مشخصات ساختمانی از قبیل رجشمار (تراکم پرز) و ارتفاع پرز توسط تولید کننده، ضرورت مییابد. به طور کلی فرسایش عمده فرش ها در قسمت پر تردد، مسیر پیچ و قسمت های تا و مچاله شده و لبه های پله میباشد.در فرش های نو پرزها به صورت عمود بر لایه زمینه قرار دارند و فرش دارای بافت سطحی یکنواختی است. در هنگام استفاده و به مرور زمان در اثر پا خوردن، گذاشتن بار، چرک گرفتن و دیگر عوامل ، ظاهر زیبای فرش تغییر میکند”Wood, E.J., 1993"
2-6-2 راحتی قدمزدن بر روی فرشواکنشهای مکانیکی فرشها در برابر فعالیتهای بشر مانند ایستادن و قدمزدن بر روی آن، مخصوصاً هنگامیکه نیروی فشاری با زمان تغییر میکند در ارتباط با خواص فشاری آنها میباشد. خواص راحتی در ارتباط با قدمزدن و ایستادن با آسودگی و استواری بالا با حداقلکردن شوک ضربه یا تماس پا با کف و کاهش پتانسیل سقوط و لغزش انسان میباشد ” Dunlop, J.I., Jie, S., 1989" خوابیدگی یا پهنشدن پرزهای فرش بعد از بار فشاری و عدم عملکرد مکانیکی مطلوب خواص فشاری پرزها در قدمزدن باعث کاهش راحتی بشر در طول فعالیت بر روی فرش مانند ایستادن و راه رفتن میگردد. درک میزان این کاهش راحتی دارای اهمیت زیادی است زیراکه گزارشاتی از مشکلات فیزیکی ناشی از ایستادن طولانی و لغزش و سقوط بر روی کفپوشهای نامناسب مخصوصاً برای افراد مسن ارائه شده است ” Wu, J., Pan, N., Williams, K.R., 2007"راحتی هنگامیکه شخص بر روی فرشهای مختلف قدم میزند وابستگی زیادی به تأثیرات لایه زیرین فرش در کاهش شوک ناگهانی به بدن هنگامیکه پا با فرش برخورد میکند و حداقل کردن پتانسیل زمین خوردن، دارد. درجه راحتی قدمزدن ارائه شده توسط یک فرش به جز عملکرد خواص فشاری به عوامل متعدد دیگری مانند نقش لایه زیرین، ضریب به اندازه کافی بالای اصطکاک لغزشی برای جلوگیری از سرخوردن و پایداری جانبی فرش در مکان بستگی دارد ” Norton, M.A., Fiest, J.R., 1995"
2-6-3 دوام بلند مدت فرشمعمولاً فرشها سالها و حتی چندین دهه دارای طول عمر فرسایشی میباشند و این اندازهگیری آزمایشگاهی آنرا مشکل و نیاز به زمان طولانی دارد. دوام فرش بر اساس تعداد دور سایش یا فرسایش لازم تا حذف کامل لایه پرزها و رسیدن به لایه زیرین فرش تعریف میگردد. دو شاخص موثر در پیشبینی طول عمر یا دوام فرش، نرخ افت ضخامت و تراکم وزنی پرز میباشد ” Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989"
2-6-4 خواص فشاری فرشفرشها در حین استفاده معمولاً درمعرض دو نوع بار استاتیکی(مانند پایه میز و صندلی) و دینامیکی (مانند راه رفتن بر روی فرش) قرار دارند و نخهای پرز فرش در این بارگذاری فشاری ثابت یا سریع، متراکم شده که تغییرشکل آنها پیچیده بوده و هر ساق پرز بطورجداگانه تحت حالتهای مختلف تغییرشکل ناشی از فشار محوری، خمشی، پهنشدن، کشیدگی و برش میباشد. رفتار فشاری پرز فرشها در حین بارگذاری و عکسالعمل دینامیکی آنها پس از رفع بار نقش مهمی در عملکرد مکانیکی آنها دارد. نحوه واکنش مکانیکی به جز تأثیر در ظاهر فرش، از جهت ارائه شرایط راحت در طول فعالیتهای بدن انسان در قدمزدن و ایستادن بر روی فرش و همچنین آسودگی بالا در حداقلکردن شدت ضربه تماس پا و کاهش پتانسیل سقوط و لغزش و ادراکات تماسی یا زیردست مطلوب بر روی فرش بسیار مهم میباشد ” Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989". شکل 2-1 مقطع عرضی تغییرشکل فشاری را در لایه پرزهای نمونه فرش ماشینی با نخ پرز از جنس اکریلیک را نشان میدهد. پس از رفع بار بسته به خواص و مشخصات نخهای پرز و مشخصات ساختمانی فرش، نخهای پرز تمایل به بازگشتپذیری دارند که اغلب کمتر از 100% خواهد بود” Grover, G., Zho, S., Twilly, I.C., 1993".
شکل 2-3. مقطع عرضی تغییرشکل پرزهای فرش ماشینی cut-pile از جنس اکریلیک تحت بار فشاری ” Dayiary, M., Shaikhzadeh, S., Shamsi, M., 2009"بطورکلی رفتار مکانیکی ناشی از بارگذاری فشاری فرش متمرکز بر سه جنبه بازگشتپذیری الاستیک که سبب ارتجاعیت پرزها میگردد، مکانیزم غیرالاستیک(ناشی از لغزش اصطکاکی بین الیاف و بین نخها در حین خمش پرزها و همچنین خواص ویسکوالاستیک نخهای پرز) که خوابیدگی یا پهنشدن پرزها را باعث میشود، و همچنین مکانیزم فرسایشی(افت مشخصات پرز فرش بواسطه سایش)، میباشد” Onder, E., Berkalp, O.B., 2001".
2-6-4-1 بارگذاری فشاری فرشبرای بارگذاری فشاری فرشها به روش آزمایشگاهی و شبیه سازی حالت طبیعی بار ثابت(اثاثیه ساکن) و بار متحرک(راه رفتن انسان بر روی فرش)، تاکنون از روشهای مختلف زیر استفاده شده است.

دانلود پایان نامه ارشد- مقاله تحقیق

 برای دانلود فایل کامل به سایت منبع مراجعه کنید  : homatez.com

یا برای دیدن قسمت های دیگر این موضوع در سایت ما کلمه کلیدی را وارد کنید :

 

2-6-4-1-1 قدمزدن عابرین بر روی فرش در مسیر یا راهروی مخصوص پرترددقدیمیترین روش است که با پهنکردن نمونه فرشها در مسیر یا راهروی عبور عابرین در مکانی پرتردد، بارگذاری متحرک با تعداد گام مشخص که توسط شمارشگری ثبت میگردد، اجرا میشود. تا دهه 70 میلادی از این روش با تعداد گام محدود(حداکثر تا 100 گام) تحت شرایط کنترل شده برای بررسی رفتار فشاری فرشها(بارگذاری سریع با بار متوسط 120 پوند براینچ مربع) استفاده شده است. از این روش با افزایش عبور عابرین تا 100000 گام، برای آزمونهای فرسایش فرش و ارزیابی تغییرات ظاهر فرش نیز بکارگرفته میشود. معایبی از جمله زمانبر بودن(در برخی مواقع ماهها نیز طول میکشد)، خاکگرفتن و چرکشدن فرش(ایجاد اختلال در ارزیابیهای بعدی فرش)، احتمال خطا در شمارش تعداد گام و سختیهای تأمین شرایط آزمایشگاهی مشابه و تکرار، باعث استفاده کمتر از این روش شده است ” Clegg, D.G., 1965"
2-6-4-1-2 بار گذاری استاتیکیفرشها در حین استفاده معمولاً درمعرض دو نوع بار استاتیکی(مانند پایه میز و صندلی) و دینامیکی (مانند راه رفتن بر روی فرش، حرکت اثاثیه بر روی فرش) قرار دارند.نخهای پرز فرش در این بارگذاری فشاری ثابت یا سریع، متراکم شده که تغییرشکل آنها پیچیده بوده و هر ساق پرز بطورجداگانه تحت حالتهای مختلف تغییرشکل ناشی از فشار محوری، خمشی، پهن شدن، کشش و برش می باشد. رفتار فشاری پرز فرشها در حین بارگذاری و عکسالعمل دینامیکی آنها پس از رفع بار نقش مهمی در عملکرد مکانیکی آنها دارد “Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989". دستگاه بارگذاری استاتیکی با بازوی اعمال نیرو از سال 1966 تا به امروز بر همان اساس بکارگرفته میشود. اغلب در این دستگاه بازوی افقی با وزنه انتهایی جهت اعمال بار با تناسب طولی 1:5 نسبت به بازوی در تماس با کالا، طراحی شده است. (5 برابر مقدار وزنه اضافه شده به انتهای بازوی افقی، به نمونه بار فشاری ثابت اعمال خواهد شد). طبق استاندارد مربوطه، بار ثابت مشخص برای دو حالت بارگذاری کوتاهمدت 2 ساعت و بلند مدت 24 ساعت، بر روی نمونه اعمال میگردد. مطالعه این رویه و بازیابی حاصل نوعی پدیده خزش فشاری را تداعی میکند. معمولاً ضخامت نمونهها در حالت بارگذاری کوتاه مدت؛ بلافاصله(1دقیقه)، 15، 30 و 60 دقیقه پس از رفع بار و درحالت بارگذاری بلند مدت؛ بلافاصله(2دقیقه)، یک و 24 ساعت پس از رفع بار اندازهگیری و ثبت میگردند. برای تحلیل نتایج روند بازیابی، تغییرات ضخامت فرش پس از رفع بار نسبت به زمان بصورت گسسته ترسیم و لذا مشخصههای فشردگی و ارتجاعیت پرزها قابل بررسی میگردد“Ross, D.A., Palmer, D.G., 1973"

شکل2-4. دستگاه بارگذاری استاتیکی2-6-4-1-3 بار گذاری دینامیکیدستگاه بارگذاری دینامیکی دارای قسمت ضربهزن با نرخ معمول 14 ضربه در دقیقه، سقوط وزنه 82/2 پوندی به نمونهای که دارای حرکت رفت و برگشت عرضی محدودی میباشد را اجرا نموده و معمولاً با تنظیم تا حداکثر 1000 ضربه، مشابه روش استاتیکی برای بازههای زمانی مشخص پس از رفع بار، نمودار روند بازیابی یا تغییر ضخامت فرش به زمان بصورت گسسته ترسیم و تحلیل میگردد“Mirjalili, S.A., Sharzehee, M., 2005"

شکل2-5. دستگاه بارگذاری دینامیکی2-6-4-1-4 بارگذاری فشاری ارتعاشیمطابق مطالعات بیومکانیکی مشخص شده است که حد نهایی زمان اعمال نیروها در قدمزدن معمول انسان بر روی فرش، در زمان کوتاه تقریباً 20 میلیثانیه میباشد که متناظر با فرکانس 50 هرتز میباشد، لذا خواص فشاری دینامیکی فرشها در این دامنه از فرکانس قابل مطالعه میباشد“Dunlop, J.I., Jie, S., 1991"
با تکنیک ارتعاش و دستگاه ارتعاشساز مقدار کرنش ثابتی با فرکانس تا یک هرتز به نمونه فرش اعمال میگردد و مقادیر تنش حاصل در پرزها توسط قطعه حساس دستگاه ثبت میگردد. علاوه بر نمودار تنش-کرنش بارگذاری ارتعاشی، مدول دینامیکی فشاری و افت استهلاکارتعاش فرش نیز قابل اندازهگیری میشود“Horino, T., Yabunaka, T., Morikawa, M., 1971"

شکل2-6. بارگذاری فشاری ارتعاشی2-6-4-1-5 بارگذاری فشاری با نرخ ثابت ازدیاد فشردگیدر ابتدا از دستگاه ضخامتسنج دومنظوره، با توانایی انجام همزمان دو عمل بارگذاری فشاری گسسته افزایشی(تا بار حداکثر و برعکس) و اندازهگیری ضخامت فرش، استفاده میشد " Anderson, S.L., Clegg, D.G., 1961". دستگاههای جدید اینسترون با طراحی ویژه فکهای بالا و پایین دستگاه و با قابلیت تنظیم بارگذاری فشاری پیوسته با نرخ فشردگی ثابت(5 تا 20 میلیمتر در دقیقه) و برعکس، امکان مطالعه رفتار فشاری پرزهای فرش در حین بارگذاری دینامیکی را تا حداکثر نیروی فشاری مدنظر، فراهم کرده است.

شکل 2-7. بارگذاری فشاری با دستگاه اینسترون بر روی نمونه فرش “Dayiary, M., Shaikhzadeh, S., Shamsi, M., 2010"با انتقال مستقیم نتایج به سیستم کامپیوتری دستگاه، منحنی نیرو- فشردگی و بازگشتپذیری ترسیم و محاسبات برخی مشخصههای فشاری بطور مستقیم حاصل میگردد. نکته مهم اینکه همواره در این روش در ابتدای کار جهت همسطحکردن پرزها و یا الیاف بیرون زده احتمالی بالاتر از ارتفاع اصلی پرز نمونه فرش، با اعمال بار فشاری حداقل؛ 25/0 پوند براینچ مربع(معادل 6/17 گرم بر سانتیمترمربع) شرایط آزمون را کالیبرهکرده و سپس بار حداکثر با نرخ ثابت فشردگی اعمال میگردد“Laughlin, K.C., Cusick, G.E, 1968"
2-6-4-2 خواص فشاری فرش هابه طور کلی خواص فشاری فرش ها تحت شرایط مختلف بارگذاری لایه پرزها عبارتند از:
1- درصد فشردگی
2- انرژی فشردگی
3- درصد بازگشت پذیری
4- انرژی بازگشت الاستیک
5- درصد ارتجاعیت
6- انرژی اتلافی
7- درصد افت ضخامت
8- مدول فشاری
2-6-4-2-1 درصد فشردگیحد نهایی فشردگی(تغییرضخامت) پرزهای فرش تحت بار فشاری حداکثر تنظیمی دستگاه اینسترون و تغییر ارتفاع پرز فرش بلافاصله پس از رفع بار فشاری استاتیکی و دینامیکی میزان فشردگی پرز فرش نامیده می شود. میزان فشردگی و درصد قابلیت فشردگی پرزهای فرش(%S)را مطابق روابط زیر می توان محاسبه نمود:
%S = (h0-h1h1) × 100

شکل 2-8. درصد فشردگی2-6-4-2-2 انرژی فشردگیانرژی یا کار انجام شده جهت فشردگی پرز فرش ها همان انرژی کل بارگذاری بوده که اندازه آن برابر مساحت زیر منحنی نمودار بارگذاری حاصل، مانند مساحت زیر منحنی ABD در شکل زیر میباشد.

شکل 2-9. انرژی فشردگی2-6-4-2-3 درصد بازگشت پذیریبطورکلی در بارگذاری کششی یا فشاری، مقدار بازگشت منسوج به اندازه اولیه پس از رفع بار را بازگشت پذیری گویند. واکنش مکانیکی پرزهای فرش در جهت بهبود تغییر شکل فشاری را بازگشت پذیری یا بازیابی پرز گویند که معمولاً مقدار این بازیابی بعد از 24 ساعت پس از رفع بار را بازگشت الاستیک یا الاستیسیته پرزها گویند.

شکل 2-10. درصد بازگشت پذیری2-6-4-2-4 انرژی بازگشت الاستیکانرژی بازگشت پذیری الاستیک، پرزها را از سطح تغییر شکل حداکثر ծsبه سطح تغییر شکل بعد از t واحد زمان پس از رفع بار بهبود میدهد (ծ)، لذا مقدار ծE = ծS – ծ را میتوان تغییر شکل اصلاحی (بهبود یافته) نام گذاری نمود و نسبت ᴪ به عنوان ضریب بازگشت پذیری الاستیک بیانگر انرژی پتانسیل الاستیک درکل انرژی انتقالی به پرزها توسط فشار استاتیکی، مشابه ارتجاعیت پرز با تقسیم انرژی بازگشت پذیری الاستیک به انرژی فشردگی تعریف و محاسبه میگردد. نیروی به کار رفته جهت محاسبه انرژی الاستیک را نیروی استردادی مینامند که در حرکت پرزها به سمت موقعیت اولیه شان تأثیر گذار بوده و با تغییر زمان بازگشت پذیری، تغییر میکند. مطابق شکل 2-8 و مساحت زیر منحنی BCE میتوان کار یا انرژی بازگشت پرزها در هر لحظه زمان پس از رفع بار را محاسبه نمود “Celik, N., Koc, E.," 2007"
2-6-4-2-5 درصد ارتجاعیتتوانایی و قابلیت پرزهای فرش در بازگشت از فشردگی را ارتجاعیت یا جهندگی می گویند. معمولاً فرشها در لحظات اولیه رفع بار، بازگشتی الاستیک یا خطی و پس از آن بازگشتی ویسکوالاستیک و غیرخطی دارند.
%Resilience = work of Recoverywork of Compression×100= Area of BECArea of ADB2-6-4-2-6 انرژی اتلافینقطه مقابل انرژی الاستیک پرزها، انرژی استهلاکی یا میرا شدن میباشد که یک انرژی مرده یا اتلافی است که صرف اصطکاک داخلی پرزها میگردد و در بازگشت پذیری پرزها سهمی ندارد. اصطکاک داخلی بیشتر باعث گرمای بیشتر و افت ارتجاعیت میگردد. انرژی استهلاکی از تفاوت انرژی فشردگی از انرژی الاستیک پرزها محاسبه میشود. نسبتφ نیز به عنوان ضریب میرایی جهت، انرژی باقیمانده با تقسیم انرژی استهلاکی به انرژی کل فشردگی تعریف میگردد.
φ = WD/W2m×100%

شکل 2-11. انرژی اتلافی2-6-4-2-7 درصد افت ضخامتیکی از عوامل تنزل کیفیت فرش ها افت ضخامت پرزهای آن در حین استفاده و یا تغییرشکل پرزها در فشار می باشد. بواسطه این کاهش ضخامت، حالت و شرایط استقرار پرزها یا ترکیب بافت پرزهای فرش تغییر کرده و باعث افت ظاهر فرش نسبت به ظاهر اولیه اش می گردد، علاوه براین خیلی از خواص فرش از جمله قابلیت ارتجاعیتش در سیکلهای بعدی بارگذاری نیز تنزل خواهد داشت. فرسایش پرزهای فرش در برابر عوامل ساینده نیز افت ضخامت فرش را نه بواسطه خوابیدگی پرزها، بلکه بواسطه شکستگی و ریزش الیاف از نخ پرز ایجاد خواهد کرد. دلایل افت ضخامت فرش همان دلایل عدم ارتجاعیت کامل پرزها می باشد که افت مشخصات پرزها در اثر سایش بواسطه خستگی و شکستن الیاف و ریزش الیاف آزاد از نخ پرز را نیز باید به آن اضافه نمود.
h2 = (ծh2) × 100 = (h2-h0h2) × 100

شکل 2-12. درصد افت ضخامت2-6-4-2-8 مدول فشاریمدول فشاری فرش همان سختی یا مقاومت پرزهای فرش در برابر بار فشاری اعمالی می باشد که معمولاً در یک سیستم الاستیک مدول اولیه از شیب قسمت خطی نمودار بارگذاری تعیین می گردد.ضریب سختی فشاری یا مدول بالاتر در فرش ها، تغییر شکل کمتر و ارتجاعیت بهتر را حاصل خواهد کرد“Wu, J., Pan, N., Williams, K.R., 2007"

—351

2-2-3- ارزیابی نا پارامتریک بافت26
2-2-4- نتیجه گیری29
مطالعه وتحقیق اثر بار دینامیکی و استاتیکی روی خصوصیات فرش دست باف30
2-3-1- بررسی اثر تراکم گره بر خصوصیات بار استاتیکی فرش دست باف33
2-3-2- اثر بار استاتیک در رفتار برگشت پذیری فرش های دست باف33
اثر ارتفاع پایل و تراکم بر خصوصیات نهایی استفاده از فرش35
تئوری37
مواد و روش ها40
نتایج وبحث41
نتیجه گیری43
مطالعه در مورد از دست دادن ضخامت تحت بار دینامیکی بر روی فرش های از نوع
ویلتون43
2-5-1- مواد و روش45
2-5-2-نتایج وبحث46
2-5-3- کاهش ضخامت50
2-5-4- تجزیه وتحلیل تفاوت معنی دار آماری52
2-5-5- نتیجه گیری53
فصل سوم : تجربیات55
3-1- مقدمه56
3-2- مشخصات مواد مصرفی در نمونه های آزمایش شده56
3-3- تعیین ضخامت تحت فشار بار متحرک58
3-4- تعیین کاهش ضخامت تحت اثر بار ثابت61
3-5- دستگاه مقاومت سنج پایل فرش66
3-6- تعیین میزان انرژی تلف شده در نخهای مصرفی68
فصل چهارم : بحث و نتیجه گیری69
4-1- مقدمه70
4-1-1– مجموع مربعات اضافی71
4-1-2- آزمون برای معنی دار بودن رگرسیون73
4-1-3-ضریب تعیین چندگانه 74
4-1-4- عامل تورم واریانس74
4- 2- تجزیه وتحلیل نتایج75
4-2-1- برگشت پذیری پایل بعد از 60 دقیقه از برداشتن بار استاتیکی (متغیر Y176
4-2-2- میانگین برگشت پذیری پاپل در طول 60 دقیقه بعد از برداشتن بار استاتیکی 79
4-2-3- کاهش ارتفاع پایل بعد از 1000 ضربه بار دینامیکی (متغیر Y383
4-2-4- نیروی کشیدگی پرز ( بر حسب گرم) با کد متغیرY486
4-3- نتیجه گیری88
پیوست91

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
فصل1
شکل 1-1- روش کار دستگاه Rheovibron7
فصل2
شکل2-1- عملیات اصلی (بارگذاری کشش دینامیکی) روی Rheovibron12
شکل2- 2- خصوصیات مکانیکی دینامیکی الیاف و نخ پلی پروپیلن14
شکل2-3- دستگاه بار استاتیکی32
شکل 2-4- اختلاف ضخامت فرش های نوع A,B,C,D33
شکل 2-5- اختلاف برگشت پذیری نمونه های A,B بعد از حذف نیرو34
شکل 2-6- اختلاف برگشت پذیری پایل نمونه های فرش E,F,C,D بعد از حذف نیرو34
شکل 2-7- مجموعه تمام تغییر شکل های وابسته به ارتفاع و تراکم پایل در سه چرخه بار
گذاری a- یک چرخه b- دو چرخه c- سه چرخه41
شکل2-8- تغییر شکل ارتجاعی وابسته به ارتفاع و تراکم پایل در سه چرخه بار گذاری a- یک
چرخه b- دو چرخه c- سه چرخه 41
شکل2-9- تغییرات غیر قابل بازگشت وابسته به ارتفاع و تراکم پایل در سه چرخه بار گذاری
a- یک چرخ b- دو چرخه c- سه چرخه 41
شکل2-10- تقریب لگاریتمی از مقدار ضخامت50
شکل2-11 تقریب رگرسیون لگاریتمی از ضخامت از دست داده51
شکل2-12- مقایسه تغییر شکل وضخامت از دست داده بعد از 1000 ضربه52
فصل 3
شکل 3-1- دستگاه اعمال بار ثابت64
فصل 4
شکل4-1- مدل برازش خطی Y178
شکل4-2- نمودار برگشت پذیری در نمونه ها بعد از 60 دقیقه79
شکل4-3- مدل برازش خطی Y281
شکل4-4- نمودار میانگین برگشت پذیری در نمونه ها در مدت 60 دقیقه82
شکل4-5- مدل برازش خطی Y384
شکل4-6- نمودار میزان کاهش ارتفاع پایل بعد از بار دینامیکی85
شکل4-7- مدل برازش خطی Y587

فهرست جداول
عنوان صفحه
فصل 1
فصل2
جدول2- 1- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی بر روی لیف نایلون 613
جدول 2- 2- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی نخ پایل نایلون 615
جدول2-3- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی نخ نایلون616
جدول2-4- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی نخ پلی استر17
جدول2- 5- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی الیاف و نخ پلی پروپیلن17
جدول2-6-اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی نخ نایلون 6618
جدول2-7- خصوصیات دینامیکی نخ رنگ شده نایلون18
جدول2- 8- تعریف متغییر ها21
جدول2- 9- مشخصات نمونه فرش در آزمایشات22
جدول2- 10- اندازه مشخصات نمونه های فرش23
جدول2- 11- آزمون آماری معنی دار به روش ANOVA24
جدول2-12- مقایسه جفتی طرح ها با پایل کات28
جدول 2- 13- مقایسه جفتی طرح ها با پایل حلقه28
جدول2- 14- مشخصات ساختاری فرش38
جدول2- 15- ماتریس طرح ریاضی38
جدول2- 16- پارامترهای اصلی فرش های نمونه45
جدول2-17 - نتیجه آزمایشات نمونه فرش با پایل اکریلیک (ارتفاع پایل13میلی متر)47
جدول2- 18- نتیجه آزمایشات نمونه فرش با پایل پشم (ارتفاع پایل12میلی متر)..47
جدول2- 19- نتیجه آزمایشات نمونه فرش با پایل pp (ارتفاع پایل10میلی متر47
جدول 2-20-پارامترهای آماری محاسبه شده از نتایج آزمایش48
جدول2-21- میانگین مقدار آزمایشات و پیش گویی نتایج49
جدول2-22- نتایج آنالیز واریانس52
فصل 3
جدول 3-1- مشخصات دستگاه بافندگی56
جدول 3-2- مشخصات کلی نخهای مصرفی در نمونه های مورد آزمایش57
جدول3-3- نتایج درصد کاهش ارتفاع پایل در اثر بار دینامیکی60
جدول3- 4- نتایج در صد برگشت پذیری در آزمایشات استاتیکی بعد از 60 دقیقه65
جدول 3- 5 - میانگین در صد برگشت پذیری در آزمایشات استاتیکی66
جدول شماره 3 – 6 - نیروی کشیدگی پرز از فرش68
فصل 4
جدول4-1- آنالیز واریانس برای معنی دار بودن رگرسیون در رگرسیون چند متغیره73
جدول 4-2- آنالیز واریانس برگشت پذیری پایل بعد از 60 دقیقه از برداشتن بار استاتیکی77
جدول 4-3- آنالیز واریانس مدل رگرسیون با پنج متغیر مستقل برای متغیر وابسته Y1 77
جدول 4-4- برآورد ضرایب معادله برای متغیر Y177
جدول 4-5- اهمیت وسهم هر کدام از متغیرهای مستقل از مدل78
جدول 4-6- آنالیز واریانس برگشت پذیری پایل بعد از 60 دقیقه از برداشتن بار استاتیکی 80
جدول 4-7- آنالیز واریانس مدل رگرسیون با پنج متغیر مستقل برای متغیر وابسته Y280
جدول 4-8- برآورد ضرایب معادله برای متغیرY281
جدول 4-9- اهمیت وسهم هر کدام از متغیرهای مستقل از مدل 81
جدول 4-10- آنالیز واریانس درصد کاهش ارتفاع پایل در اثر بار دینامیکی84
جدول 4-11- آنالیز واریانس مدل رگرسیون با پنج متغیر مستقل برای متغیر وابسته Y384
جدول 4-12- برآورد ضرایب معادله برای متغیرY384
جدول 4-13- اهمیت وسهم هر کدام از متغیرهای مستقل از مدل85
جدول 4-14- آنالیز واریانس نیروی کشیدگی پرز ( بر حسب گرم) با کد متغیرY487
جدول 4-15- آنالیز واریانس مدل رگرسیون با چهار متغیر مستقل برای متغیر وابسته Y587
جدول 4-16- برآورد ضرایب معادله برای متغیرY587
جدول 4- 17- اهمیت وسهم هر کدام از متغیرهای مستقل از مدل88
فهرست پیوست ها
عنوان صفحه
جدول پ-1- کدگذاری نمونه های مورد آزمایش92
جدول پ -2- کد جداول دینامیکی92
جدول پ-3- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA192
جدول پ - 4- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA292
جدول پ -5- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA393
جدول پ-6- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA493
جدول پ-7- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA593
جدول پ-8- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA693
جدول پ-9- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA794
جدول پ-10- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA894
جدول پ-11- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدA994
جدول پ-12 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB194
جدول پ- 13- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB295
جدول پ -14- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB395
جدول پ-15 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB495
جدول پ-16- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB595
جدول پ –17- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB696
جدول پ-18- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB796
جدول پ- 19- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB896
جدول پ -20- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدB996
جدول پ-21- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC197
جدول پ – 22- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC297
جدول پ- 23- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC397
جدول پ-24- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC497
جدول پ-25 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC598
جدول پ-26- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC698
جدول پ-27- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC798
جدول پ- 28- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC898
جدول پ- 29- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدC999
جدول پ-30- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD199
جدول پ -31- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD299
جدول پ- 32- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD399
جدول پ-33- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD4100
جدول پ- 34- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD5100
جدول پ-35 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD6100
جدول پ- 36- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD7100
جدول پ- 37- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD8101
جدول پ- 38- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدD9101
جدول پ- 39- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE1101
جدول پ- 40- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE2101
جدول پ- 41- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE3102
جدول پ- 42- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE4102
جدول پ- 43- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE5102
جدول پ- 44- نتایج آزمایش ینامیکی روی نمونه با کدE6102
جدول پ- 45- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE7103
جدول پ- 46- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE8103
جدول پ- 47- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدE9103
جدول پ-48 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF1103
جدول پ- 49- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF2104
جدول پ- 50- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF3104
جدول پ- 51- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF4104
جدول پ- 52- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF5104
جدول پ- 53- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF6105
جدول پ- 54- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF7105
جدول پ- 55- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF8105
جدول پ-56 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدF9105
جدول پ- 57- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG1106
جدول پ-58- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG2106
جدول پ- 59- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG3106
جدول پ- 60- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG4106
جدول پ- 61- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG5107
جدول پ- 62- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG6107
جدول پ- 63- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG7107
جدول پ- 64- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG8107
جدول پ- 65- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدG9108
جدول پ- 66- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH1108
جدول پ-67- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH2108
جدول پ-68 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH3108
جدول پ- 69- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH4109
جدول پ- 70- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH5109
جدول پ- 71- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH6109
جدول پ- 72- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH7109
جدول پ- 73- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH8110
جدول پ- 74- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدH9110
جدول پ-75 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ1110
جدول پ- 76- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ2110
جدول پ- 77- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ3111
جدول پ- 78- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ4111
جدول پ- 79- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ5111
جدول پ- 80- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ6111
جدول پ- 81 - نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ7112
جدول پ- 82- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ8112
جدول پ- 83- نتایج آزمایش دینامیکی روی نمونه با کدJ9112
جدول پ – 84- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد A113
جدول پ –85- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد B114
جدول پ –86- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد C115
جدول پ –87- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد D116
جدول پ –88- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد E117
جدول پ –89- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد F118
جدول پ – 90- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد G119
جدول پ –91- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد H120
جدول پ –92- نتایج ازمایشات استاتیکی روی نمونه های با کد J121
فصل اول: مقدمه ای بر کفپوش ها
مقدمه
امروزه فرش به عنوان یک زیر انداز و کف پوش در اکثر خانه ها دیده می شود نزد ایرانیان فرش یکی از جلوه‌های منحصر به فرد به شمار می‌رود شماری از فرش‌های دست بافت ایرانی، درزمره‌ی برجسته ترین آثار هنری آفریده شده به دست بشر هستند امروزه علیرغم بازار رقابت شدید، مشغله‌های دنیای جدید و دغدغه‌های جهان صنعتی، چه در ایران و چه در خارج از ایران، نام ایران با نام فرش گره خورده است خانه‌ یک ایرانی بدون فرش، خانه‌ای بی روح و خالی جلوه می‌کند و این نمونهای کم نظیر و پیوند یک قوم با هنر ملی خود است حال با این تفاسیر و با توجه به اینکه نقش زیبایی و جلوه فرش که در زندگی روزمره با آن در تماس هستیم تولید فرش با دوام و با حفظ ظاهر مناسب در طول مدت استفاده از اهمیت ویژه ای برخوردار می گردد . به همین منظور می بایست از خصوصیات فیزیکی فرش که مرتب تحت فشار بارهای ثابت ومتحرک مانند پایه میز و صندلی و راه رفتن بر روی آن هستیم آگاهی کامل داشته باشیم و با بررسی کوچکترین جزئیات ، سعی در تولید محصولاتی با کیفیتی بهتر نمائیم
تاریخچه فرش
تاریخچه‌ی بافت قالی (یا فرش) تا آنجا که دانسته شده است، به هزاره‌ی پنجم و ششمِ پیش از میلاد در آسیای مرکزی برمی‌گردد. قالی ایرانی پازیریک، قدیمی‌ترین قالیِ دستبافِ یافته‌شده‌ی جهان است که در سیبری کشف شده و بافت ایران در دوران هخامنشیان است. قالی‌بافی در سده‌ی ۱۰ میلادی به وسیله‌ی مورها به اسپانیا شناسانده شد. جنگ‌های صلیبی باعث شد تا قالی‌های ترکی به اروپا برده شوند که در آنجا بیشتر از دیوارها آویزان می‌شد و یا بر روی میزها قرارمی‌گرفت. بنابراین، از آغاز آشناییِ اروپاییان با قالی، آنها به آن به دیده‌ی یک اثر هنری و نه یک زیراَنداز می‌نگریستند. پس از گسترش تجارت در سده‌ی ۱۷، قالی‌های ایرانی به شکل چشمگیری به اروپای غربی شناسانده شدند.
امروزه مراکز عمده‌ی تولید و بافت قالی، کشورهای ایران، پاکستان، هند، ترکیه، شمال آفریقا، منطقه‌ی قفقاز، نپال، اسپانیا، ترکمنستان و تبت می‌باشند.
تعریف فرش
فرش واژه ای عربی است که به معنای زمین میباشد و در زبان فارسی دارای مفاهیمی چون گسترده شده ، زیرانداز و کف پوش می باشد. با توجه به تعریف فوق مفاهیمی چون گلیم ، نمد ، زیلو ، فرش ماشینی و دستباف را می توان فرش دانست
انواع کفپوش
الف: کفپوشهای پرزداری که روی سیم بافته می شود .این کفپوش ها روی ماشینهای بافندگی یک مرحله ای که در آن میله های فولادی شکل ارتفاع پرز را معلوم می نماید تولید می شوند و به انواع ویلتون دو پودی وسه پودی تقسیم می شود
ب: کفپوش های رویه به رویه که روی ماشین های بافندگی که می توانند کفپوش های بهم چسبیده را تولید نمایند ایجاد می شوند
ج: کفپوش های اکسمینستر که بوسیله قرار دادن پودهای متوالی و رنگین ایجاد می شود به طوریکه طرحی که قبلا پیش بینی شده ایجاد شود
مشخصات فنی فرش ماشینی
تراکم فرش: هر تخته فرش دارای دو نوع تراکم (عرضی و طولی) می‌باشد.
تراکم عرضی فرش :تعداد ریشه (گره رنگ) در یک متر عرض فرش را گویند که با شانه مشخص می‌شود. مثال: قالی 350 شانه یعنی در هر متر عرض فرش معادل 350 ریشه (گره رنگ) بافته شده است. شانه‌های رایج بازار عبارتند از 220-250-280-320-350-380-400-440-500-700-1000 شانه.
تراکم طولی فرش : تعداد ریشه (گره رنگ) در یک متر طولی قالی را گویند. مثال: قالی با تراکم 500 یعنی در یک متر طولی فرش معادل 500 ریشه (گره رنگ) بافته شده است، تراکم‌های طولی رایج در بازار عبارتند از: 300-400-500-600-700-800-900-1000 رج می‌باشد. (تراکم طولی در روش‌های مختلف بافت فرش ماشینی با همدیگر تفاوت دارد).
تعداد ریشه(گره رنگ) در یک متر مربع فرش: حاصلضرب تعدادگره در یک مترعرض ماشین در تعداد گره در طول آن برابر است با تعداد ریشه در یک متر مربع
مواد اولیه مصرفی در فرش :جهت بافت هر فرش باید سه نوع نخ مصرف نمود: نخ پرز، نخ تار و نخ پود. البته جنس این سه نخ معمولا متفاوت است ولی از جنس یکسان نیز استفاده می شود
رنگ :جهت بافت گره‌های از رنگهای مختلف استفاده می‌شود که به دور نخ پود به صورت گره و یا به شکل (U) قرار می‌گیرد و از جنس های مختلف استفاده میشود متداولترین آنها اکریلیک ، پشم ، پلی پروپیلن و مخلوط آن می باشد
نخ تار فرش :این نخ معمولا به صورت مخلوط پنبه پلی استر ریسیده می‌شود، کیفیت الیاف مصرفی و نوع ریسندگی آن عامل مهمی در دوام و زیبایی فرش است. این نوع نخ‌ها بیشتر در قالی‌های اکریلیک مصرف می‌شود و جهت نخ تار قالی‌های پلی‌پروپیلن و بی.سی.اف از همان جنس نخ پرز (یعنی نخ بی.سی.اف) بعلت ارزانی استفاده می‌شود.
ویژگی های الیاف مناسب برای نخ پرز
رنگ پذیری یکنواخت و با دوام بسیار بلند مدت
مقاومت در برابر عوامل محیطی از جمله نور خورشید و ...
مقاومت بالا در برابر پارگی (قوام، تطویل مناسب)
مقاومت در برابر آبرفتگی
خواص آنتی استاتیک
جلای بالا و زیر دست مطلوب الیاف
طول عمر بالای الیاف
حالت ارتجاعی (Resilience) بالای الیاف
دیرتر کثیف شدن و از طرفی زودتر تمیز شدن الیاف در شستشو
نخ های متداول مصرفی در فرش ماشینی
الف :الیاف اکریلیک
به طور کلی الیاف اکریلیک به روش های زیر تهیه می شود
1-اکسیداسیون اتیلن: یک روش کلاسیک بوده واستعمال صنعتی ندارد
2-از استیلن : به منظور تهیه اکریلو نیتریل ، استیلن را با هیدروسیانیک اسید در مجاورت آب و کلروسود به عنوان کاتالیزور به طور افزایشی ترکیب می نمایند
3-روش سوهیو: در این روش برای تهیه اکریلونیتریل از اکسیداسیون پروپیلین به اکرولین استفاده می شود
4- روش استالوئید: در این روش هیدروسیانیک اسید به استالوئید افزوده می شود تا سیانیدرین حاصل شود در اثر گرفتن یک مولکول آب از سیانیدرین ، اکریلونیتریل به دست می اید در نتیجه تماس فرایندهای اشاره شده در بالا به اکریلونیتریل به دست میاید که این ترکیب به خاطر دارا بودن باند دوتایی قابلیت ترکیب اضافی با یک مولکول دیگر از اکریلونیتریل را داشته بدین ترتیب می تواند پلیمریزه شود
ب:الیاف پلی پروپیلن
مولکول پلی پروپیلن شامل یک زنجیره بلند اتمهای کربن با شاخه های گروههای متیل می باشد پلی پروپیلن بخش اصلی مخلوط های بدست آمده از فرایند های کراکینگ حرارتی و کاتالیزوری در صنعت نفت می باشد . پلی پروپیلن در بسیاری از موارد شبیه پلی اتیلن است ولی مقاومت حرارتی پایین تر و استحکام وسختی بالاتری دارد ودر مجموع بهتر از پلی اتیلن است . پلی پروپیلن ابتدا برای مصارف پلاستیکی تولید میشد ولی بعدا به صورت الیاف استیپل ونخ های مولتی فیلامنت عرضه شد
الیاف پلی‌استر:
الیاف مصنوعی حاصل از دی متیل ترفتالاک یا اسید ترفتالیک و اتیلن گلیکون ٰ و یا از 1 و 4 در متیلول سیکلوهگزان و یا کودل (kodel) که به روش ذوب ریسی تولید می‌شوند. تولید انبوه این الیاف از سال 1945 آغاز شد از خصوصیات این الیاف می توان دانسیته g/cm3 1.38، نیرو تاحد پارگی بسیار زیاد، الاستیسیته خوب، مقاومت سایشی، ثبات بسیار خوب نوری، مقاومت در برابر اسیدهای معدنی و آلی بالا را نام برد. الیاف پلی‌استر ضد چروک و نمدی شدن بوده و جمع نمی‌شوند، به راحتی شستشو و به سرعت خشک می‌شوند.
تعاریف مربوط به کیفیت فرش
دوام: قابلیت کفپوش در نگهداری مشخصات آن ضمن کاربرد آن است
دوام ظاهر: پایداری ساختمان ظاهری کفپوش ها از نظر طرح و رنگ می باشد
موئی شدن : الیافی که در کفپوش محکم نشده و بعد از مدتی از رویه خارج شده و به صورت کرک در می اید
پرزدهی: شکلی از توده کوچک الیاف که معمولا از رویه کفپوش های نساجی بیرون کشیده شده وبه وسیله برس و مکش خارج نمی شود
سایه دار شدن: تغییرات به وضعی ثابت در ظاهر پرزهای فرش که باعث ایجاد تغییرات نامنظم در جهت قرار گرفتن گره ها و حلقه ها و یا الیاف پرز می شود
مقاومت در برابر گرد و خاک : منظور مقاومت ظاهر کفپوش های نساجی در برابر گرد و غبار در طول مصرف است
دستگاههای مورد استفاده برای تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی فرش
دستگاه بار استاتیکی: این دستگاه با اعمال نیرو در نقطه ثابت ، اثر بارهای سنگین مانند پایه مبل و صندلی را بررسی میکند
دستگاه بار دینامیکی: این دستگاه با وارد کردن ضربه های متوالی ، اثر بارهای متحرک مانند راه رفتن بر روی فرش را بررسی میکند
دستگاه ضخامت سنج : این دستگاه پس از انجام بار دینامیکی و استاتیکی ، نتایج تاثیرات این آزمایشات را به ما گزارش می دهد
دستگاه اندازه گیری حالت ارتجاعی نخ Rheovibron) )
یک نوسان ساز، که می تواند فرکانس های مختلف را تنظیم کند و به طور معمول از 110 هرتز استفاده می شود ، یک تحریک کننده با یک ارتعاش دهنده الیاف را تحت فشار سیکلی قرار میدهد و یک مبدل در انتهای دیگر الیاف قرار دارد و تغییرات تنش را تشخیص می دهد . خروجی مبدل بار و مبدل فشار توسط مدارهای الکترونیکی مناسب تغذیه می شود و مقادیر نسبت بار به ازدیاد طول و تانژانت δ به طور مستقیم نشان داده می شود و یا ثبت می گردد . استفاده از درجه حرارت های مختلف در دستگاه Rheovibron گنجانده شده است . شکل زیر ، روش کار دستگاه Rheovibronرا نشان داده است

شکل1-1-روش کار دستگاه Rheovibron

فصل دوم : تحقیقات انجام شده
خواص مکانیکی دینامیکی نخ فرش و عملکرد فرش
خواص مکانیکی دینامیکی فرش با نخ های نایلون ، پلی استر و پلی پروپیلن با Rheovibron اندازه گیری و مقدار تانژانت δ به عنوان اندازه ارتجاعی نخ استفاده شد . اثرات طراحی الیاف ، الیاف چین دار و ساختار نخ و نخ های هیت ست شده واثر رطوبت بر حالت ارتجاعی و مدول نخ اندازه گیری شده و به وسیله Rheovibron بررسی شده است . در این مطالعه اکتشافی ، اندازه گیریهای دینامیکی مکانیکی بر روی نخ پایل فرش با عملکرد حفظ ظاهر فرش مقایسه شده است . اندازه گیری Rheovibron از حالت ارتجاعی نخ ممکن است حفظ ظاهر فرش در طی مراحل اولیه از عکس العمل فرش را شرح دهد .
عملکرد فرش مصنوعی موضوع توجه محققان زیادی بوده است . بافت sauony ، محبوب ترین سبک فرش های مصنوعی است که از نخهای پایل نایلون ، پلی استر یا پلی پروپیلن تولید شده است . تغییرات در ظاهر فرش توسط چند مکانیسم مانند شکستگی الیاف ، تغییر رنگ ، از دست رفتن نوک پایل و خرد شدن آن ایجاد می شود . southern وهمکارانش (1) از دست دادن ظاهر فرش را در فرش ساکسونی با پایل کات به عنوان برگشت پذیری طبقه بندی کردند. ( به عنوان مثال : خرد شدن و از دست دادن ارتفاع پایل ) و از دست دادن نیرو ( به عنوان مثال بوریا بافی ) در مطالعات انجام شده بر روی فرش نایلون 66 و پلی استر ، آنها دریافتند که اگر چه نوع پلیمر اثر عمده ای بر عملکرد خرد شدن فرش داشته ولی اثر قابل توجهی بر روی بوریا بافی نداشت آنها به این نتیجه رسیدند که افزایش تاب و کاهش حجم نخ در بهبود حفظ ظاهر فرش موثر است اما در همان زمان نیز ضخامت فرش کاهش می یابد . مطالعه ما به جنبه های مرتبط با حالت ارتجاعی عملکرد فرش که اندازه گیری شده به عنوان حفظ ظاهر فرش محدود شده است . ما به طور خاص بررسی کردیم که آیا اندازه گیری Rheovibron از حالت ارتجاعی نخ در ارتباط به حفظ ظاهر فرش است یا خیر ؟. از هر مدل نظری برای تعریف نقش حالت ارتجاعی نخ در عملکرد فرش استفاده نشد بلکه بررسی شد که آیا اندازه گیری حالت ارتجاعی نخ مربوط به حفظ ظاهری فرش می شود یا خیر ؟ اگر بتوانیم ابزار پیش بینی اندازه گیری را در مرحله نخ تائید کنیم ، باعث می گردد توسعه محصولات انعطاف پذیر تر در فرش سرعت یابد . Rheovibron بر اساس اصل تجزیه و تحلیل مکانیکی دینامیکی (DMA) است این تکنیک مشخص با اندازه گیری ویژگیهای تغییر شکل مواد در پاسخ به انبرک ارتعاشی است . هنگامی که مواد ویسکوالاستیک مانند الیاف و نخ تغییر شکل می دهند ، بخشی از انرژی پتانسیل ذخیره شده به صورت انرژی و بخشی به صورت گرمای درون اصطکاکی تلف می شود اصطکاک داخلی بیشتر باعث اتلاف گرما و کاهش حالت ارتجاعی می گردد . انتظار می رود که اندازه گیری های مکانیکی دینامیکی بر روی نخ فرش مربوط به خواص مکانیکی دینامیکی الیاف و پارامتر های ساختاری نخ باشد . اندازه گیری از دست دادن انرژی بالا در نخ فرش دلالت بر حالت ارتجاعی کم نخ دارد و کم بودن حالت ارتجاعی به این معنی است که برگشت پذیری پایل فرش کم است .
آزمایشات
خواص مکانیکی دینامیکی مجموعه های مختلفی شامل نخ فرش تجاری نایلون ، پلی استر و پلی پروپیلن و اختلاف در خواص الیاف و ساختار نخ را اندازه گیری شد . برای مطالعات اکتشافی مربوط به خواص مکانیکی دینامیکی نخ به منظور حفظ ظاهر فرش ، امکان دسترسی به نخ پایل و اطلاعات حفظ ظاهر برای دو مجموعه فرش را بود از آن جایی که از نمونه های تجاری در دسترس استفاده گردید ، تجزیه و تحلیل کامل برای هر متغیر امکان پذیر نبود . با وجود این محدودیت این مطالعه ، ارتباط اندازه گیری های مکانیکی دینامیکی بر روی نخ فرش با مطالعه حالت ارتجاعی نخ و به نوبه خود ارتباط آنها با جنبه های مربوط به حالت ارتجاعی از حفظ ظاهر فرش را بررسی کرده است .
2-1-1- اندازه گیری خواص مکانیکی دینامیکی بر روی نخ فرش
خواص مکانیکی دینامیکی نخ فرش با استفاده از یک Rheovibron مدل DDV-11 اندازه گیری شد که بر اساس روش DMA حرکت سینوسی و عکس العمل آن است . (به شکل 2-1 نگاه کنید) هر دو کشش اعمالی ، تنش و کرنش منجر به تغییرات سینوسی در زمان می گردد . نمونه قبل از اندازه گیری کشیده شده است و تغییر شکل آن صرفا کششی است ، این نمونه در معرض فشار قرار ندارد . مقدار مدول دینامیکی E نسبت حد اکثر دامنه تنش به دامنه کرنش است و زاویه اختلاف فاز δ مقدار افت بین تنش و کرنش است . مدول دینامیکی را می توان به دو جزء تقسیم نمود ، بخش واقعی E'،که نشان دهنده ی بخشی است که در آن تنش و کرنش در فاز هستند و بخش موهومی E" که نشان دهنده ی بخشی است که در آن تنش خارج از مرحله با کرنش است . ضریب اتلاف تانژانت δ می تواند نشان داده شود به صورت E"/E' . RHEOVIBRON مستقیما مقدار E وδ tan را نشان می دهد .

شکل2-1- عملیات اصلی (بارگذاری کشش دینامیکی) روی Rheovibron
حالت های تغییر شکل نخهای فرش پیچیده است بافت فرش تحت حالتهای مختلف مانند ، فشرده سازی محوری ، خمشی ، سطحی ، کششی برشی و غیره تغییر شکل می دهد . حتی اگر ، Rheivibron تنها در حالت کششی کار کند ، اندازه گیری Tanδ ممکن است به عنوان یک ویژگی اساسی مواد اولیه در نظر گرفته شود که بستگی به حالت ارتجاعی در روش های مختلف دارد . الشیک و هرش(2) ، در تجزیه و تحلیل تغییر شکل پایل لوپ فرش نشان دادند که پس از فشرده سازی اولیه ، پایل فرش به صورت افقی منحرف می شود . اگر حلقه به اینچ در هر دو جهت کم باشد ، حلقه ها ممکن است له شوند و از جهت جانبی تغییر شکل پیدا نکنند . در بارهای زیاد ، نخ پایل منحرف می شود تا متراکم شود ، به طوری که ستون های سفتی جهت تحمل بار تشکیل گردد . نویسندگان ممکن نیست هندسه مطلوب فرش را بدون دانش رفتار بر گشت پذیری ریشه فرش شرح دهند ، و انرژی فشاری ذخیره شده در پایل های تغییر شکل یافته باید بیشتر از مجموع انرژی تلف شده باشد . اندازه گیری مکانیکی دینامیکی بر روی نخ فرش می تواند اطلاعات موجود درباره رفتار برگشت پذیری پرز فرش را ارائه دهد . در مقایسه الیاف با نخ ، مقدار تانژانت کمتر نشان دهنده اتلاف انرژی کمتر و انعطاف پذیری بهتر است و مقادیر مدول دینامیکی پایین تر نشان دهنده تغییر شکل آسان تر یا مواد نرم تر است .
اثر تغییرات در الیاف ، نخ ، و تغییرات زیست محیطی بر روی خواص مکانیکی دینامیکی نخهای فرش اندازه گیری شده و خواص مورد انتظار فرش مقایسه گردید .
2-1-1-1- اثرات کشش الیاف
در این مطالعه ، خواص مکانیکی دینامیکی نایلون 6 را در اثر کشش دادن و کشش ندادن آزمایش کرده است ( جدول 2-1 ) . کم شدن زیاد تانژانت برای کشش ندادن الیاف ، نشان دهنده حالت ارتجاعی ضعیف آن می باشد . کشیدگی منجر به پیوند مولکولی بزرگتر و عملکرد انعطاف پذیر الیاف می گردد . نسبت کشیدگی الیاف یک پارامتر مهم در بهینه سازی ساختار لیف است ودر نتیجه منجر به بهینه سازی عملکرد فرش می گردد و اما حداکثر نسبت کشیدگی که به صورت تجاری استفاده می شود به وسیله افزایش انرژی مورد نیاز برای الیاف چین دار محدود شده است .
جدول2- 1- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی بر روی لیف نایلون 6

2-1-1-2- اثر فر و موج الیاف
خواص مکانیکی دینامیکی دو نوع الیاف تجاری پلی پروپیلن که در بازار به عنوان پلی پروپیلن استاندارد و انعطاف پذیر است تحت عنوان A و B آزمایش شد چین وموج الیاف B، 40 درصد است و الیاف A ، 28 درصد است . الیاف B دارای تراکم بیشتری است و ادعا می شود که مقاوم تر است . این دو نوع الیاف را برای خواص مکانیکی دینامیکی آزمایش شد (شکل 2-2 ). در حالیکه بسیاری از چین و موج های الیاف در حال آزمایش قبل از اندازه گیری به وسیله کشش برداشته می شود با این حال پیش کشش نخ باعث کاهش چین و موج زیاد الیاف نمی گردد زیرا آن ها در ساختار نخ قفل شده است .

شکل2- 2- خصوصیات مکانیکی دینامیکی الیاف و نخ پلی پروپیلن
الیاف B مدول دینامیکی کمتری از الیاف A در دمای اتاق نشان می دهد زیرا نرمتر است . کم شدن مقدار تانژانت دو الیاف در دمای اتاق مشابه هستند اما در دماهای بالاتر ، الیاف B اتلاف انرژی کمتری دارد ، و این دلالت بر حالت ارتجاعی بالاتری دارد. مقدار مدول نخها کمتر از الیاف است زیرا انرژی اولیه به حالت مستقیم قبل از کشش خود مورد استفاده قرار می گیرد . دو نخ ارائه شده دارای اتلاف انرژی مشابه هستند الیافی که چین و موج بیشتری دارند منجر به مدول دینامیکی پایین تر برای نخ B می کردند به طور خلاصه مقدار تانژانت δ برای نخ A و B که به ترتیب ریسیده شده اند با چین و موج کم و زیاد ، در دمای اتاق با هم فرقی ندارند . بنابر این می توان گفت نخ A و B در حالت ارتجاعی مشابه هستند . چین و موج دار کردن الیاف به طور کلی به عنوان یک پارامتر مهم در بهینه سازی حالت ارتجاعی و نرمی فرش به رسمیت شناخته شده است .
2-1-1-3- اثر تاب چند لا
در این مطالعات ، هنگامی که تاب نخ نایلون 6 چند لا افزایش یافته در یک محدوده کوچک مقدار تانژانت کاهش یافته است (جدول 2-2) . این یافته با انتظار ما که تاب بیشتر باعث حالت ارتجاعی بالا تر می گردد سازگار است میزان تاب در نخ فرش با هزینه آن محدود می شود و همچنین تاب بیشتر نخ باعث کاهش ظاهر بدنه فرش می گردد .
جدول 2- 2- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی نخ پایل نایلون 6

2-1-1-4- اثر هیت ست(heat set)
پیمودن و تنظیمات حرارتی یک تک نخ نایلون 6 (جدول 2-3 ) منجر به یک نخ با مقدار تانژانت پایین تر مشابه یک تک نخ می گردد هم چنین مقدار مدول دینامیکی کمتر از یک تک نخ می شود . اندازه گیری روی نایلون 66 تک لا ، چند لا و پیمودن و هیت ست کردن نخ (جدول 2-6 ) نیز نشان می دهد که در فرکانس 110 هرتز ، افزایش پیمودن ، مقدار تانژانت را کاهش و کاهش تنظیمات حرارتی نیز مقدار تانژانت را کاهش می دهد . با این حال به نظر می رسد این اثرات بر 11 هرتز معکوس باشد .
می شود به طور مختصر بیان کرد که پیمودن و تنظیم حرارت منجر به مدول پایین تر نخ فرش نسبت به نخ تک لا می گردد . در نتیجه محصول ما فرشی نرم تر است و حالت ارتجاعی را به همان اندازه حفظ می کند . تنظیم حرارت برای بهبود حالت ارتجاعی برای رفت و آمد نخ حیاتی و مهم است .
جدول2-3- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی نخ نایلون6

2-1-1-5- اثر رطوبت
انتظار می رود رطوبت باعث کاهش حالت ارتجاعی فرش ، بخصوص برای الیاف جاذب رطوبت مانند نایلون شود . مایعات به دلیل کاهش نیروی بین مولکولی درون الیاف نرم می شوند. ، در این مطالعه ، تحت شرایط استاندارد و شرایط رطوبت اندازه گیری شده تا بررسی شود که آیا تفاوت در مقدار کاهش تانژانت برای دو مجموعه با تغییراتی که در حالت ارتجاعی برای انواع مختلف الیاف انتظار می رود مطابقت دارد . جدول2- 4 لیست اندازه گیری های مکانیکی دینامیکی را که تحت شرایط استاندارد و رطوبت برای نخ پلی استر نشان می دهد . همانطور که جدول نشان می دهد ، اثر رطوبت مواد منجر به بالا رفتن مقدار تانژانت در شرایط مرطوب میگردد .که با حالت ارتجاعی ضعیف که انتظار می رود سازگار است .
جدول 2-5 لیست اندازه گیری های مکانیکی دینامیکی را تحت شرایط استاندارد و رطوبت برای الیاف پلی پروپیلن نشان می دهد . جدول نشان می دهد یک افزایش کوچک در مقدار کاهش تانژانت برای الیاف پلی پروپیلن در شرایط مرطوب وجود دارد که از افزایش برای نخ پلی استر کمتر است . این موضوع با این نظریه که الفین ها کمتر تحت تاثیر رطوبت قرار می گیرند و مناسب ترین فرش برای مناطق مرطوب هستند ، سازگار است .
جدول2-1 لیست اندازه گیری های استاندارد و رطوبت روی الیاف نایلون 6 است از انجایی که نایلون رطوبت بیشتری را نسبت به پلی استر و الفین جذب می کند و این منجر به انرژی بیشتر و از دست دادن حالت ارتجاعی بیشتری می گردد . برای نایلون 66 ( جدول2- 6 ) مقدار کاهش تانژانت تحت شرایط مرطوب ، بسیار بالا است . اثر رطوبت بر روی خواص مکانیکی دینامیکی فرش الیاف نایلون به طور قابل توجه بین الیاف خام و رنگی متفاوت است . درمورد نخ نایلون خام ، مقدار کاهش تانژانت تحت شرایط مرطوب افزایش یافته همان طور که در جدول 2-1و2-6 آمده است . برای نخ نایلون رنگی (جدول 2-7 )مقدار کاهش تانژانت در شرایط مرطوب کمتر بوده است . برای این یافته توضیحی نیست ،حضور رنگ ممکن است در اثر رطوبت اثر نرم کنندگی داشته باشد . اگر رنگ ها در واقع بهبود دهند عملکرد حالت ارتجاعی نایلون را در شرایط مرطوب از لحاظ تجاری اهمیت زیادی خواهد داشت . احتمال دیگر این است که اثر رنگ ها بر روی اصطکاک الیاف ممکن است در شرایط خشک بسیار بیشتر باشد .
جدول2-4- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی نخ پلی استر

جدول2- 5- اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی الیاف و نخ پلی پروپیلن

جدول2-6-اندازه گیری مکانیکی دینامیکی روی نخ نایلون 66

جدول2-7- خصوصیات دینامیکی نخ رنگ شده نایلون

2-1-2- نتیجه گیری :
اندازه گیری های مکانیکی دینامیکی بر روی نخ فرش می تواند یک اقدام مفید برای مطالعه و پیش بینی جنبه های مربوط به حالت ارتجاعی از عملکرد فرش را ارائه دهد . عملکرد حالت ارتجاعی ممکن است از عوامل مهم موثر بر حفظ ظاهر فرش در مراحل اولیه فرسودگی باشد .
اثر الیاف ، نخ و متغییرهای محیطی بر روی حالت ارتجاعی نخ و رابطه بین حالت ارتجاعی نخ و عملکرد فرش نیاز به بررسی بیشتر دارد . نسبت کشیدگی الیاف در به دست آوردن الیاف انعطاف پذیر بسیار مهم است . ترکیب الیاف به تک نخ و تک نخ به یک نخ چند لا منجر به نرمی و تراکم بیشتر فرش می گردد . هیت سیتینگ باعث بهبود حالت ارتجاعی نخ می گردد . تغییرات در تاب نخ در حالت ارتجاعی و حفظ ظاهر موثر است . اثر شرایط مرطوب در حالت ارتجاعی نخ فرش بستگی به نوع پلیمر دارد .
مقایسه عملکرد خواص فرش شامل نخ نایلون 6ونایلون 66
تجزیه وتحلیل پارامتر عملکرد خواص از یک گروه 24 تایی نمونه فرشهای یکسان که نیمی از ان با نخ نایلون 6 و نیمه بقیه با نایلون 66 تهیه شده و نشان میدهد که فرش با نایلون 66 از استحکام بافت و ثبات رنگ با ازن ، برتر از نایلون 6 است . هیچ تفاوت معنی داری بین عملکرد خواص نایلون 66 ونایلون 6 از لحاظ دفع خاک ، دفع روغن ،ثبات رنگ با نور، ثبات رنگ با اکسید نیتروژن و بازگشت ضخامت بعد از برداشتن بار استاتیکی وجود ندارد .
ارزیابی غیر پارامتری با یک دستگاه مخصوص از طریق مقایسه زوجی فرش نایلون 6 ونایلون 66 به وسیله سایش در یک غلتک vettermann نشان می دهد که دستگاه نایلون 66 را بیش از نایلون 6 ترجیح می دهد ( 50 بار از 54 بار )
این مقایسه بین ساختار فرش است و بین ساختار یک نوع الیاف تهیه شده خاص نیست . از انجایی که بافت فرش به پایان رسیده ما معتقدیم که تاثیرات بر اثر یک دسته از پارامتر ها مانند دنیر لیف ، مدول الیاف ، شکل سطح مقطع الیاف ، دنیر نخ ، تاب نخ ، شرایط هیت ست ، ارتفاع پایل ، وزن پایل و غیره می باشد . نوع پایل و وزن پایل هر دو بر خواص حفظ بافت اثر دارند که در آزمایش vettermannنشان داده شده است .علاوه بر این نوع پایل در دفع خاک و کثیفی موثر است . رفتار پلیمر ها تاثیر مثبتی روی خصوصیا ت ثبات رنگ با ازن ، دفع خاک ، دفع روغن و دفع آب دارد .
از لحاظ تاریخی ، مطالعات انجام شده از پلیمر های نایلون 66 و6 روی توسعه ساختار ، خواص فیزیکی و مکانیکی ، روابط ساختاری و مرفولوژی متمرکز شده است . بنابر این ، بسیاری از خواص الیاف و پلیمر مانند رفتار های مذاب ، خواص کششی ، حرارتی و پایداری اکسیداتیو ، تبلور و جهت گیری به صورت گسترده بررسی شده است . در حالی که تفاوت در برخی از خواص این مواد قابل توجه است ، ولی همچنان نایلون 66 ونایلون 6 کم و یا زیاد به جای یکدیگر استفاده می شود . شاید این به علت تشابه بسیاری از خواص آن می باشد .
به عقیده prevorsek و همکارانش(4) ، در حالیکه این امکان وجود دارد که با تغییر در روند ساخت و اصلاحات شیمیایی کوچک ، خواص بسیار متفاوت نایلون 6 و نایلون 66 را به هم انتقال داد . ولی به ندرت نایلون 6 برای همان برنامه معادل نایلون 66 بوده است . هر چند این بدین معنی نیست که نایلون 66 به طور خود کار به نایلون 6 ترجیح داده می شود ، زیرا برای محصول نهایی قطعی نیست که نیازی به خصوصیات ویژه نایلون 66 نباشد و یا کیفیت خاص بستگی به محصول فرعی دارد و یا با استفاده از پلیمر های مختلف پوشش داده می شود .
وقتی عملکرد فرش ارزیابی می شود ، از لحاظ تجاری درک می شود که ساختار نایلون به طور قابل توجه بهتر از پلی پروپیلن والیاف پلی استر است با این حال تفاوت در عملکرد خواص فرش های ساخته شده از نایلون 66 و نایلون 6 تفاوت های ظریفی دارد . جالب توجه است که داده های توصیفی که اختلاف بین فرش نایلون 6 ونایلون 66 را شرح دهد ، وجود ندارد؟! در این مطالعه ، از طرح چند عاملی (فاکتوریل) که از نظر عملی صحیح است استفاده شده است . هدف اصلی از این مطالعه شناسایی پارامتر های آماری معنی دار عملکرد فرش مربوط به خواص ذاتی پلیمر و تعیین کیفیت تفاوت هایی که امکان پذیر است میباشد .
2-2-1- مواد و روش ها
این مطالعه تحت پوشش 24 نمونه مختلف فرش است که نیمی از آن از نخ نایلون 66 و نیمه دیگر آن نخ نایلون 6 می باشد نخ ها از لحاظ سطح مقطع ، دنیر فیلامنت و دنیر نخ با هم برابر بودند . همچنین برای اطمینان حاصل از اینکه نتایج بدست آمده از این مطالعه می تواند به طیف گسترده ای از استفاده های محلی وصنعتی برسد نوع پایل ، وزن پایل ، ارتفاع پایل و نوع ساختار ورفتار پلیمر را به عنوان متغییر در تکمیل نهایی در نظر گرفته شد . همچنین سطح این تغییرها را برای دو نوع الیاف یکسان نگه داشته شد ، در نتیجه برای مقایسه یک جفت یکسان از عملکرد خواص از دو نوع الیاف در تمام تغییرات ساختار استفاده شده است جدول 8 نشان می دهد که آزمایش مواد ارائه شده با طرح چند عاملی ، با 4 فاکتور مختلف است که هر فاکتور با حداقل 2 سطح مختلف نشان داده شده است .
جدول2- 8- تعریف متغییر ها

مجموعه کاملی از مواد آزمون به نمایندگی از این پارامترهای متغیر در جدول 9 نشان داده شده است . همه اقدامات احتیاطی لازم در طول مدت تولید مواد آزمایش انجام گرفته تا پارامتر های فیزیکی هر دو مجموعه فرش نزدیک به هم نگه داشته شود .وزن پایل انتخاب شده برای پایل لوپ وپایل کات مختلف بودند (30 و36 و42 انس برای پایل کات و 24 و28 و32 انس برای پایل لوپ) . این اختلاف ها در صنعت عرف است اختلاف آماری معنی داری بین متوسط وزن پایل نایلون 6 نایلون 66 وجود ندارد و این برای متوسط ارتفاع پایل نیز صحیح است . در نتیجه برای فرش نایلون 6 ونایلون 66 یک طرح کاملا متعادل است. در زیر بعضی از ساختارهای ویژه اضافی از نمونه های فرش که در جدول 2-9 ذکر نشده است توضیح داده شده است .
نوع نخ : 18 تا از 24 نمونه فرش از فیلامنت مداوم استفاده شد و6 تا باقی مانده از الیاف استیپل استفاده گردید . 50 % از نخهای فیلامنت فرش از نایلون 6 و 50 % بقیه از نایلون 66 . و به همین ترتیب سه تا از 6 نخ استیپل از نایلون 6 و3 تای باقی مانده از نایلون 66 می باشد .
مشخصات نخ فیلامنت : نخ فیلامنت تولید شده از 20 رشته dpf trilobal و با دنیر نخ 1300 و تاب 75/4
مشخصات نخ استیپل : نخ استیپل تولید شده از 18 رشته dpf trilobal نمره نخ 4/3 Ne بود تعداد تاب 3/5 تاب در اینچ و تاب یک لا بود 1/5 تاب در اینچ . گیج سوزن : 10/1 مقدار دفع رنگ روی نایلون 6 ونایلون 66 : صفر ( بدون دفع رنگ ) .
تجهیزات هیت ست : نخ فیلامنت از تجهیزات هیت ست superb استفاده شده است و نخ استیپل از تجهیزات هیت ست sussen . نخها به شیوه تجاری برای نایلون 6 ونایلون 66 هیت ست شدند . روش رنگرزی : رنگرزی مرطوب
تمام آزمایشات بر اساس استاندارد ATTCC انجام شده است .
جدول2- 9- مشخصات نمونه فرش در آزمایشات

2-2-2- نتایج وبحث
جدول 10 ارزیابی عملکرد خواص اندازه گیری شده ازمایشات فرش را برای ثبات نور ،ثبات ازن ، ثباتNOx ودفع روغن، دفع آب ، دفع خاک ، برگشت پذیری ضخامت و درجه بندی سطح بافت را نشان می دهد که به روش درام vatterman اندازه گیری شده است جدول2- 11 نشان می دهد که متغیرهای ساختار فرش بر روی اندازه گیری عملکرد خواص از نظر اماری معنی دار است (95% بادرصد اطمینان ) واین که متغیرها هیچ اثری روی اندازه گیری خواص ندارد
جدول2- 10- اندازه مشخصات نمونه های فرش

اثر نوع الیاف بر روی خواص سطح بافت به وسیله درام vettermann اندازه گیری شد . در شکل یک ما می بینیم که نایلون 66 در مقایسه با نایلون 6 بعد از 5000 بار بار گذاری و برداشتن بار در تست درام از خواص حفظ ساختار بافت بهتری بر خوردار است جدول 2-11 نشان می دهد که تفاوت مشاهده شده در خواندن درام vettermann بین نایلون 6 و نایلون 66 از نظر آماری معنی دار است .
جدول2- 11- آزمون آماری معنی دار به روش ANOVA

اثر نوع الیاف بر ثبات ازن : از مقایسه مقادیر اماری درجدول2- 11 آشکاراست که خواص ثابت ازن روی فرش نایلون 66 برتر از نایلون 6 است . رفتار آن شبیه مشاهدات کار های قبلی است . شکل 5 نشان می دهد که فرشی که با یک فلو پلیمر آماده شده ثبات ازن را بهتر نشان می دهد نسبت به فرشی که این گونه نیست .
2-2-2-1- اثر نوع الیاف روی دفع روغن :
جدول 2-11 نشان می دهد اختلاف در مقدار اندازه گیری در دفع روغن بر روی نایلون 66 و نایلون 6 از لحاظ آماری معنی دار نیست . در عین حال در جدول 2-11 وشکل 2-6 نشان می دهد که دفع روغن دارای اثر مثبتی است .به وسیله رفتار فلو پلیمر و برای فرش هایی که فلو پلیمر عمل نمی کند درجه دفع روغن بین 08/3 تا 33/1 می باشد .
2-2-2-2- اثر نوع الیاف روی دفع آب :
جدول 2-11 نشان می دهد که نوع الیاف روی دفع آب اثری ندارد با این حال جدول همچنین نشان می دهد که دفع آب به طور قابل توجه تحت تاثیر رفتار فلو پلیمر قرار دارد و این مشاهده مورد انتظار ما است .
2-2-2-3- اثرنوع الیاف روی دفع خاک :
نوع الیاف اثری بر روی خاک ندارد با این حال در روش آزمون ANOVA نشان میدهد که هر دو نوع پایل ورفتار فلو پلیمر بر روی دفع خاک اثر دارد . برای مقادیر کم دفع خاک ، فرش با پایل لوپ در مقایسه با پایل کات و دفع خاک بهتری را نشان می دهد . همچنین رفتار فرش با فلو کربن پلیمر نسبت به فرشهای که این گونه نیست دفع خاک بهتری دارد .

2-2-2-4- اثر نوع الیاف بر روی ثبات رنگ با نیتروژن :
جدول 2-11 نشان می دهد که اختلاف بین نایلون 6 و نایلون 66 از لحاظ آماری معنی دار نیست با این حال ، در ارتباط با ثبات رنگ ، مهم است که به یاد داشته باشید که آنچه برای یک رنگ لازم نیست ، برای رنگ های دیگر اینگونه نیست . نتایج به دست آمده تنها برای سیستم رنگ اسیدی مورد استفاده در این مطالعه می باشد
در بازگشت ضخامت ، اما به طور قابل توجه برای رفتار فلوپلیمر پایین است و این برای هر دو آزمایش 1 ساعت و24 ساعت می باشد بنا بر این ، رفتار فلوپلیمر تاثیر قابل توجهی بر روی بازیابی ضخامت از اعمال بار استاتکی دارد چنان چه قبلا گفته شد ، هدف ما از این مطالعه تعیین تشخیص و کیفیت ارزیابی عملکرد مختلف است وما قصد نداریم دلیل این اختلاف را کشف کنیم . مطالعات جدید باید بر روی عواملی که باعث کم شدن بهبودی ضخامت بارفتار فلو پلیمر میشود توجه کند .
.
2-2-3- ارزیابی نا پارامتریک بافت
یکی از محدودیت های عمده ای که برای ارزیابی بافت ، مقیاس درجه بندی بافت CRI است که نشان دهنده سیستم تر تیبی است و در آن تغییرات بافت فرش با عکس استاندارد مقایسه می گردد علاوه بر این ، از آنجایی که این مقیاس ترتیبی ، تفاوت رتبه X از کمترین مقدار تا بیشترین مقدار نمی تواند به یک اندازه اهمیت داشته باشد . بنابر این ، حتی اگر تفاوت عددی بین رتبه بندی 4 و5 و رتبه 2 و3 باشد بسیار متفاوت است . به همین دلیل ، رفتار کمی ( ارزیابی پارامتری ) داده های ترتیبی تا حدودی گمراه کننده است زیرا آنها به طور کامل اختلاف ها را با کیفیت واقعی منعکس نمی کنند . آیا حالتی وجود دارد که ارزیابی نا پارامتریک بهتر از ارزیابی پارامتریک باشد .
قدرت تشخیص انسان بیشتر از ابزار های اندازه گیری خطوط پارچه است که توسط دیویس این گونه شرح داده شده است : این واقعیت شگفت انگیز است که کوچک ترین خطوط روشنایی در پارچه را مردم می فهمند و به آن اعتراض می کنند . مردم به رگه هایی که به سختی با ابزار قابل تشخیص است اعتراض می کنند قضاوت انسان اغلب باعث می شود که کمترین اختلاف بین بافت نمونه ها را ببینیم و در نتیجه CRI کمتر در نشان دادن اختلاف بین نمونه ها موثر است . همچنین ، در واقعیت مصرف کنندگان بر اساس حواس خود برای خرید تصمیم گیری می کنند و بنابراین آنچه فهم آن برای انسان حیاتی است توسعه تجارت است . بنابراین در این کار ، ما برای استفاده از تفکیک بیشتر خصوصیات تصمیم گرفتیم از آزمون مقایسه ای یکسانی برای فرش نایلون 66 در برابر نایلون 6 استفاده کنیم . ما از ارزش آزمون مقایسه ای برای پاسخ به این سوال استفاده کردیم آیا تفاوت معنی دار در پوشش فرش نایلون 66 ونایلون 6 وجود دارد . ما اعتقاد داریم که استفاده از روش آزمون مقایسه ای در مقابل توصیف سر به سر ، روش آماری قدرتمندی است . و آن را در مقایسه از نظر ارتباط و سودمندی نسبت به بافت CRI برتر کرده است .
هر یک از 24 نمونه فرش در 3 تکرار در آزمون درام vettermann با 5000 چرخه قرار گرفتند تا در آزمون مقایسه ای مورد استفاده قرار گیرند . نمونه ها به نمایندگی از پارامتر ساختار یکسان به عنوان آزمون برای آزمون مقایسه ای انتخاب شدند . هر تکرار نایلون 6 با عددهای 1 و2 و3 و هرتکرار نایلون 66 با A وb وc نشانه گذاری شد . هر 9 ترکیب ممکن نایلون 6 در مقابل نایلون 66 با هم مقایسه شدند ( 1 در مقابل A ،2در نقابل َA و..... و3 در مقابل C وغیره ) و نمره ای برای آن در نظر گرفته شد . ( توسط یک شخص ماهر در هنر قضاوت سایش ) این قضاوت در مورد میزان سایش (درجه بافت) به دنبال یک روش کور کورانه است. در داخل یک جفت خاص مورد آزمایش قرار گرفته و 9 مقایسه به صورت تصادفی انتخاب شدند و پس از آن 9 مقایسه دیگر آماده گردید . و9 مورد بعدی برای این جفت در نظر گرفته شد همه جفت های پایل برشی قبل از اقدام به جفت پایل های حلقه ای مورد قضاوت قرار گرفتند . طرحهای مقایسه ای برای پایل فرش کات و لوپ و تنظیمات نمره گذار برای هر جفت مقایسه در جدول 2-5 و2-6 نشان داده شده است .
جدول2-12- مقایسه جفتی طرح ها با پایل کات

جدول 2- 13- مقایسه جفتی طرح ها با پایل حلقه

جدول 2-12 نشان می دهد که در مقایسه کور که شامل جفت های همسان است ،متخصص نمره گذار فرش نایلون 66 را 50 بار از 54 بار در مورد فرش با پایل کات ترجیح داده است و نشان می دهد در شرایط مساوی ، برای نایلون 6 از 54 بار 4 بار برتر از نایلون 66 بوده است . جدول 2-13 نیز در مورد پایل حلقه فرش نایلون 66 را 50 از 54 مورد به نایلون 6 ترجیح می دهد بنابر این ، نمره گذار اکثریت فرش نایلون66 را در مقایسه با نایلون 6 ترجیح داده و تنظیمات برای فرش با پایل لوپ وکات نیز یکسان بوده است .
2-2-4- نتیجه گیری
یک ارزیابی کامل فاکتوریل از خواص عملکرد فرش نایلون 6 و نایلون 66 که شامل اکثر متغییرهای ساختاری رایج است نشان داده است که فرش نایلون 66 از لحاظ حفظ ساختار و ثبات رنگ با ازن در مقایسه با نایلون 6 بهتر است . در یک آزمایش مقایسه ای کور کورانه ( بدون دلیل ) که شامل جفت های یکسان است ، متخصص نمره گذار در اکثر موارد فرش نایلون 66 را به نایلون 6 ترجیح می دهد (50 از 54 )
با این حال ما باید به یاد داشته باشیم که مقایسه بافت بین طراحی بهینه فرش نایلون 6 و66 نیست برتریها می تواند به طور قابل ملاحظه ای متفاوت باشد . در دو مجموعه از فرش که به نحو متناسب طراحی شده اند و با هم مقایسه شوند
همچنین مهم است به خاطر داشته باشید که الیاف نایلون 66 به طور کلی هزینه بیشتری نسبت به نایلون 6 دارد و این امکان وجود دارد که فرش نایلون 6 در مقایسه با برتری بافت نایلون 66 از لحاظ هزینه ترجیح داده می شود . هیچ تفاوت قابل توجهی در عملکرد بین خواص فرش نایلون 6 با نایلون 66 در شرایط ثبات رنگ به اکسید های نیتروژن ، بهبود ضخامت در مدت طولانی از بار استاتیکی ، دور کنندگی روغن ، دفع آب وخاک وجود ندارد . همانطور که انتظار می رود رفتار نایلون فلوپلیمر به میزان قابل توجهی دفع آب ، روغن و خاک را بهبود می بخشد
با این حال ، رفتار فلوپلیمر همچنین باعث کاهش برگشت ضخامت بعد از برداشتن بار استاتیکی در مدت طولانی می گردد . این کار بر رفتار فلو پلیمر که باعث کاهش برگشت ضخامت می شود تمرکر نمی کند و ممکن است که برای درک این رفتار کار بیشتری لازم باشد .

2-3- مطالعه و تحقیق اثر بار دینامیکی و استاتیکی روی خصوصیات فرش های دست باف

دانلود پایان نامه ارشد- مقاله تحقیق

 برای دانلود فایل کامل به سایت منبع مراجعه کنید  : homatez.com

یا برای دیدن قسمت های دیگر این موضوع در سایت ما کلمه کلیدی را وارد کنید :

 

اثر بار استاتیک بر خواص فرش دستباف :
در این تحقیق خواص فیزیکی و مکانیکی فرش دستباف ،موردمطالعه قرار داده شده است و از دو گروه از الیاف پشم،که از دو بخش از ایران ، آماده و برای استفاده در فرش از ان استفاده شد . هر گروه از الیاف شامل پشم معمولی ودباغی شده بودند . نمرات استفاده شده در نخ ها, 2/4 و 2/6 ، متریک با دو تراکم متفاوت بافته شد .. پس از بافتن فرش ها، آنها تحت نیروی ثابت قرار داده شد و تغییرات ضخامت آنها در برابر زمان اندازه گیری و در مقیاس لگاریتمی رسم شد . این نتایج برای مقایسه هر یک از پارامترها ، از جمله نوع و کیفیت الیاف پشم و همچنین تراکم گره از فرش مورد بررسی قرار گرفت .
هدف از این پژوهش مطالعه وبررسی خواص دینامیکی فرش دستباف بود که ، لازم بود برای انجام آزمایش در فرش نمونه هایی با ابعاد کوچک از فرش تهیه شود و فرش باید برای این منظور تهیه می شد بنابر این، هشت فرش ، در ابعاد 60×90 سانتیمتر، بافته شد. برای تولید این فرش ، دو الیاف پشم متفاوت از دو بخش ایران ارائه شد .منطقه انتخابی (سیرجان ) جنوب شرق ایران و(کرمانشاه ) غرب ایران بود . از هر منطقه هر دو الیاف پشم معمولی ودباغی شده استفاده شد .
الیاف پشم از منطقه اول تا حدودی بهتر از منطقه دوم بود . سپس چهار گروه از الیاف پشم دو نخ با نمرات مختلف ، Nm = 4/2 and 6/2، تابیده شد هشت فرش بافته شد . برای گروه اول از نخی با نمره 2/4 متریک ، و تراکم 25 گره در 5/6 سانتیمتر، مورد استفاده قرار گرفت برای فرش های گروه دوم از نخ 2/6 متریک و تراکم 35 گره در 5/6 سانتی متر برای بافت مورد استفاده قرار گرفت . نخ پشمی با استفاده از مواد رنگی گیاهی به روش سنتی رنگ شد .علاوه بر نخ پشمی، مواد استفاده شده درپایل ، تار و پود نخ نیز مورد نیاز بود . که در نهایت فر و تاب استفاده شده برای دوگروه از فرش به شرح زیر بود
تراکم گره (25) : نمره انگلیسی 20/20
تراکم گره (35) : نمره انگلیسی 12/20
فرش های نمونه برداری شده در این تحقیق به شرح ذیل می باشد:
فرش :A بافته شده از پشم سیرجانی (منطقه کرمان)، تراکم گره 6.5/25سانتیمتر
فرش :Bبافته شده از پشم کرمانشاهی، تراکم گره 6.5/25 سانتیمتر
فرش :Cبافته شده از پشم دباغی ازسیرجانی، تراکم گره از 6.5/25 سانتیمتر
فرش :Dبافته شده از پشم دباغی ازکرمانشاهی، تراکم گره 6.5/25 سانتیمتر
فرش :Eبافته شده از پشم سیرجانی، تراکم گره 6.5/35 سانتیمتر
فرش : Fبافته شده از پشم کرمانشاهی، تراکم گره 6.5/35 سانتیمتر
فرش :G بافته شده از پشم سیرجانی دباغی،تراکم گره 6.5/35 سانتیمتر
فرش :H بافته شده ازپشم دباغی از گره کرمانشاهی با تراکم 6.5/35 سانتیمتر
دراین آزمایش اثر بارهای استاتیک مانند وزن پایه های صندلی ، و غیره در خواص فیزیکی و مکانیکی فرش دست بافت مورد بررسی قرار گرفت . به منظور مطالعه اثر نیروی ثابت بر سلامت فیزیکی و خواص مکانیکی از فرش دستباف چهار نمونه ، 50 × 50 میلی متر، از آنها گرفته شد. سپس نمونه ها بر روی دستگاه بار گذاری شده و در زیر پیستون قرار داده شد.که درشکل زیر نشان داده شده است . این دستگاه ، که با توجه به استانداردهای WIRA [ 9 ] عمل می کند

شکل2-3- دستگاه بار استاتیکی
با استفاده از روشهای آماری(ANOVA)و مقایسه نتایج نشان داده شده در منحنی ها اثرالیاف پشم را می توان مشاهده کرد,همانطور که پیشتر گفته شد ، دو نوع مختلف ازالیاف پشم، با نرمی متفاوت ، برای ریسیدن نخ پشمی مورد استفاده قرار گرفت ودر نهایت بافت فرش به منظور بررسی اثر نژاد پشم ، یعنی نرمی لیف ، بر روی خواص فرش دست باف صورت گرفت .تفاوت بین منحنی های مربوط به نژاد مورد استفاده پشم است . مقایسه تغییرات ضخامت دو فرش ، A و B ، نشان می دهد که ضخامت فرشA تحت بار ثابت دارای ضخامت بیشتری از نمونه فرشB است چنین رفتاری ممکن است به دلیل نرمی الیاف پشم A باشد . این بدان معنی است که فرش A نرم تر و راحت تر از فرش B است، یعنی الیاف پشم سیرجانی بهتر از الیاف کرمانشاهی است .
righttop
شکل شماره 2-4- اختلاف ضخامت فرش های نوع A,B,C,D
2-3-1- بررسی اثر تراکم گره بر خصوصیات بار استاتیکی فرش دست باف:
بحث در مورد اثر این پارامتر بر تغییرات ضخامت فرش بافته شده از الیاف پشم مشابه باید با هم مقایسه شوند بنابر این در این بخش، کاهش ضخامت فرش تحت بار استاتیک اندازه گیری شد و نتایج در یک نموداری رسم و مقایسه با عنوان های زیر در نظر گرفته شد:• فرشA ) و E)• فرش C)و G)• فرش B)و ( F فرش D)و(H مقایسه نمونه های فرش بالا نشان می دهد که کاهش ضخامت فرش، با چگالی گره بالاتر، در مقایسه نمونه های فرش با تراکم گره پایین تر،کمتر است که این قابل قبول به نظر می رسد. از آنجایی که افزایش تراکم گره باعث می شود که پایل فرش به دلیل مقاومت خمشی بالاتری که دارد به راحتی خم نشود که این هم به دلیل افزایش تراکم گره در فرش دست باف است.
2-3-2- اثرباراستاتیک در رفتار برگشت پذیری فرش های دست بافت
برای مطالعه بیشتر در این زمینه ، منحنی بهبود برگشت پذیری پایل در برابر زمان ، در مقیاس لگاریتمی رسم شده ، و همچنین نوع وکیفیت الیاف و گره که به عنوان تراکم فرش در نظر گرفته شده است.

شکل شماره 2-5- : اختلاف برگشت پذیری نمونه های A,B بعد از حذف نیرو

شکل شماره 2-6- : اختلاف برگشت پذیری پایل نمونه های فرش E,F,C,D بعد از حذف نیرو
در این پژوهش اثرات نژاد پشم ( الیاف با دانه های ریز(،اثر فرآیند دباغی ( کیفیت پشم ) و اثر گره تراکم فرش بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی فرش تحت بار استاتیک مورد بررسی قرار گرفت . طبق نتایج انجام گرفته بر روی نمونه های فرش دست باف که تحت بار استاتیکی بودند می توان نتیجه گرفت که زمان یک پارامتر مهم در کاهش ضخامت فرش تحت بار استاتیک می باشد. اغلب موارد کاهش ضخامت فرش, زیرروند خطی زمانی که در برابر زمان ورود به سیستم است رسم می شود. مقایسه تغییرات ضخامت دو فرش ، A و B ، نشان می دهدکه ضخامت فرشA تحت بار استاتیک کاهش بیشتری نسبت به ضخامت فرش B دارد.کاهش ضخامت فرش C و D تقریبا شبیه به فرش A و Bبا این حال فرش C و D کاهش بیشتری نسبت به فرش A, B نشان می دهد . اگر کاهش ضخامت فرش E و F تحت بار استاتیک در نظر گرفته شود، می توان مشاهده کرد که هر دو فرش ها از کاهش ضخامت مشابه ایی برخوردارند. تجزیه و تحلیل نتایج با استفاده از ANOVA نشان می دهد که رفتار فرش Eو F ، کاملا مشابه نیست. مقایسه ضخامت مقایسه فرشG و H نشان می دهد که کاهش ضخامت فرش G بالاتر از کاهش ضخامت فرشH. است.
کاهش ضخامت فرش بافته شده از نوع پشم دباغی سیرجانی منحنی های A و C ، تا حدودی بالاتر از فرش بافته شده از پشم متعارف سیرجانی است . این وضعیت زمانیکه از تراکم 25/6.5 سانتی متر،گره باشد بیشتر آشکار است. اما منحنی های کاهش ضخامت فرش در تراکم گره بالاتر (35 knots/6.5) سانتیمتر همین روند رادر مورد فرش هایی با تراکم گره از 25/6.5سانتی متر، را نشان می دهد . نتایج نشان می دهد که کاهش ضخامت فرش، با چگالی گره بالاتر، کمتر است در مقایسه با فرش با تراکم گره پایین تر، که قابل قبول به نظر می رسد. از آنجا که افزایش تراکم گره باعث می شود که پایل فرش خم نشود.
2-4- اثر ارتفاع پایل و تراکم بر خصوصیات نهایی استفاده از فرش
نه فرش مختلف با سطح پایل برشی برای تحقیق استفاده شد . مواد خام آن فرش ها از نخ پایل مخلوط پشم و پلی آمید بود . تاثیر پارا متر های ساختار های مختلف (شامل تراکم و ارتفاع پایل فرش )بر خواص فرش مورد بررسی قرار گرفت . تغییر شکلی که در فرش هنگام فشرده سازی اتفاق می افتد تعیین گردید . بار فشاری 100 نیوتن به سطح فرش به کار گرفته شد و سه چرخه بار گیری انجام شد . طرح ریاضی متعامد برای بررسی نتیجه تغییر شکل استفاده شد . با توجه به تغییر شکل کلی ، نتایج نشان داد که در تغییر شکل الاستیک ، تراکم پایل بیشترین اثر را دارد و در تغییر شکل بدون بازگشت ، هر دو پارا متر تاثیر زیادی دارند
سیستم بروسل ، گاهی اوقات به عنوان پایل حلقه ای ویلتون و یا بروسل ویلتون شناخته می شود اولین سیستم مکانیکی برای فرش بافی بود وقتی که سیم تیغه دار توسعه داده شد ، سیستم اصلاح شده و به عنوان ویلتون شناخته شد بافت رویه به رویه فرش ، در سال 1940 توسعه یافت ، همچنین گاهی اوقات به عنوان ویلتون بافی در نظر گرفته شد . این سیستم رویه به رویه به تولید دو فرش با همان مقدار از نخ مرده که در یک طرف سیم قرار می گرفت . از این رو هزینه مواد پایین تر آمد . طرح مانند سبک های شرقی استادانه درست شد ، بنا بر این اغلب ماشین ها به صورت رویه به رویه ساخته شد این ویژگی سیم بافندگی را بسیار مناسب برای تولید عملکرد بالای فرش قرار دارد .
پشم از قدیمی ترین الیاف مورد استفاده در تولید فرش است . اگر پشم معمولی کشیده شود ، می تواند تا 50% در آب و یا 100% در بخار افزایش یابد . این انعطاف پذیری لکه پذیری کم و تاثیر خوشایند و غیره را می رساند . الیاف پلی آمید محبوب تر است زیرا که با دوام ، با ثبات و مقاوم در برابر لکه ، کپک و خرد شدن است [8] . تحقیقات زیادی در مورد فرش شده است ، بسیاری از تحقیقات در مورد استفاده نهایی ازفرش متمرکز شده است . برای به دست آوردن عملکرد فرش می بایست ، فشرده سازی ، برگشت پذیری ، صاف شدن ، انعطاف پذیری و جذب انرژی را به طور عمومی ازرفتار تنش، کرنش فرش اندازه گیری وارزیابی کرد.
یکی از عوامل کیفی مهم در فرش از دست دادن ضخامت (یعنی تغیر شکل در فشرده سازی ) ناشی از بارهای استاتیکی و دینامیکی است . با توجه به این که از دست دادن ظاهر فرش از شکل اصلی خود بر روی شکل ظاهری فرش وانعطاف پذیری آن تاثیر می گذارد. عواملی که باعث کاهش قابلیت انعطاف پذیری هستند فشار استاتیکی توسط کالاهای عظیم مانند راه رفتن ، دویدن ، حرکت کردن وهمچنین مبلمان و سایر وسایل خانه که یک فرش در حال استفاده باید تحمل کند .[10]
تراکم و ارتفاع پایل از پارامترهای ساختار اصلی فرش است که در تغییر شکل فشرده سازی موثر می باشد ، هر گونه تغییرات این دو پارامتر مکانیکی در خصوصیات نهایی فرش موثر است . بنابر این ، این دو پارامتر به عنوان دو عامل در طرح آزمایش مورد استفاده قرار گرفت . انعطاف پذیری پایل ، توانایی پایل به بازگشت به حالت اصلی بعد از اعمال بار می باشد . هدف ما بررسی اثر تراکم و ارتفاع پایل بر روی انعطاف پذیری فرش پس از بارگذاری بود .
2-4-1- تئوری
فشرده سازی پایل فرش را مجموعه از فیلامنت ها به عهده می گیرد . تصور می شود که استحکام خمشی نخ پشمی تابیده شده بستگی به قطر متوسط الیاف به همراه چهار عامل اصلاحی دیگر برآورد شود :
توزیع قطر ، تاب نخ ، اختلاف قطر الیاف و متوسط طول الیاف
برای فشرده سازی فرش توسط کیمورا و کاواباتا نظریه ای تنظیم و فرمول سازی شد[11] . با توجه به نظریه این دو نفر فرایند فشرده سازی را می توان به سه مرحله زیر تقسیم نمود
1_ منطقه تغییرخمش :منطقه ای که در آن تنها تغییر شکل خمش موثر است (تا زمانی که پایل مجاور در تماس است )
2_منطقه مخلوط خمش و تغییر شکل فشاری : منطقه ای که در آن خمش و تغییر شکل فشاری هر دو موثر است . به عنوان مثال ، موافقت تغییر شکل خمشی پایلی که در تماس با پایل مجاور است و تغییر شکل فشاری پایل که انجام می دهد .
3_منطقه تغییر شکل فشاری : منطقه ای که در آن تنها تغییر شکل فشاری موثر است ( بعد از اینکه همه پایل هابه طور کامل پایین افتاده باشد )
Horino و shimonishi [12] فرض کردند که نخ پایل برشی (a ) و قطر آن da و طول پایل lp تحت فشار بار w هستند ، آن را به سه نوع حالت های تغییر شکل یافتند . اگر مقدار lp /da کوچک تر از 3 باشد و نخ پایل برشی ممکن است تغییر شکل دهد ، و مقدار زاویه تاب نخ نیز تغییر کند ، اما قطر آن در حالت فنری تغییر نمی کند .
وقتی که lp /da بزرگتر از 5 باشد ، نخ پایل مانند ستون کمانی تغییر شکل می دهد که در آن یک سر ثابت و سر دیگر آزاد است .
با توجه به اینکه کیمورا ، کاواباتا وکاوال [9] نویسندگان پذیرفتند که به عنوان یک مدل ساختار ساده که در آن میله های نازک در یک پارچه توسط یک میله حمایت شده و میله دیگر در زاویه β برابر با خط عمودی فرش به صورت آزاد قرار دارد . خواص خمش جانبی به علت خم شدن میله نازک با یک بار فشاری عمودی p می تواند اساس خواص فشاری فرش باشد . اما برای ارایه خواص فشاری فرش ، ما باید خواص تغییر شکل جانبی پیچیده ای را در نظر بگیریم که شامل اثر گروه میله های نازک می باشد ، که در یک الگو شطرنجی در فواصل برابر قرار دارند . یک مدل فرض شده است که در آن میله های نازک ممکن است همگی بتوانند در یک جهت خم شوند و سایه خود را بر روی خطوط شطرنجی در سطح فرش قرار دهند . اگر این مدل فشرده شود زاویه شیب α افزایش می یابد ، در هدف بالا که شروع به هم پیوستن میله های نازک و اتصال به یک دیگر است می رسد .
جدول2- 14- مشخصات ساختاری فرش

جدول2- 15- ماتریس طرح ریاضی

اگر این میله های نازک از مجموعه های الیاف (نخ ) ساخته شده باشند ، قطر یک میله نازک باید به وسیله حساب کردن اثرات فشاری سطح مقطع نخ محاسبه شود همچنین توسط Aarper F.C.[13] ثابت شد که نیروهای فشاری و برشی در هنگام راه رفتن وجود دارد در هنگام راه رفتن مستقیم ، آسیب رسیدن به الیاف نسبتا یکنواخت در عمق پایل پخش می شود . کیمورا [11] پیشنهاد کرد که منحنی تغییرات شکل فشاری پایل برشی فرش را می توان از خواص مکانیکی نخ پایل ( یعنی خواص فشاری و خمشی آن ) محاسبه کرد . انعطاف پذیری خمش به خواص الاستیک مواد الیاف نسبت داده شده است و تصور می شود که اتصال اجباری از اصطکاک بین اتصال لیف به وجود آید . بر اساس آزمایشات ثابت شد که نوع مواد ، چین و چروک الیاف ، شکل سطح مقطع الیاف و نخ ، تاب نخ پایل و ساختار پارچه زمینه در ساختار فرش موثر است بطور کلی ، اگر فرض شود که یک فرش از یک سری الیاف و یک سری فضای خالی ساخته شده ، خواص مکانیکی آن وابسته به عوامل زیر در نظر گرفته شده است .
حجم الیاف
شکل اصلی پایل

—d1151

2-8 مزایای محاسبات ابری 21
2-9 نقاط ضعف محاسبات ابری 24
2-10 بررسی وضعیت محاسبات ابری درجهان از نگاه آماری 25
2-11 یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure 30
2-12 تعریف سیستم عامل 31
2-13 انواع سیستم عامل 31
2-13-1 سیستم عامل تک پردازنده 31
2-13-2 سیستم عامل شبکه ای 31
2-13-3 سیستم عامل توزیع شده 31
2-13-4 سیستم عامل بی درنگ 32
2-14 سیستم های توزیعی 32
2-14-1 شفافیت 33
2-14-2 قابلیت اطمینان 34
2-14-3 کارایی 34
2-14-4 مقیاس پذیری 35
2-15 سیستم عامل های توزیعی 35
2-15-1 الگوی مبتنی برپیام 36
2-15-2 الگوی مبتنی بر شیء 36
2-16 رویکرد سیستم عامل های ابری 36
2-17 الگوی سیستم عامل ابری 37
2-17-1 شیء ابری 37
2-17-2 نخ 39
2-17-3 تعامل میان شیء و نخ 39
2-18 برنامه نویسی در مدل شیء – نخ در ابرها 40
2-19 معماری سیستم عامل ابری 41
2-20 برخی سیستم عامل های ابری موجود 42
2-20-1 سیستم عامل iCloud 43
2-20-2 سیستم عامل GlideOS 44
2-20-3 سیستم عامل G.ho.st 45
2-20-4 سیستم عامل JoliCloud 46
2-20-5 سیستم عامل eyeOS 47
2-20-6 گوگل کروم، سیستم عامل اینترنت 47
2-21 مزایا و معایب سیستم عامل های ابری مبتنی بر وب 51
2-22 مطالعه مروری بر سایر پژوهش های مرتبط مهم 51
فصل سوم: روش تحقیق 54
3-1 چالش های رایج در زمینه سیستم عامل های ابری 55
3-1-1 مقیاس پذیری 55
3-1-1-1 تغییر مقیاس افقی و عمودی 56
3-1-1-2 مقیاس پذیری پایگاه داده ها 57
3-1-1-3 طراحی برای مقیاس پذیری 58
3-1-1-4 مقیاس پذیری در محاسبات ابری 59
3-1-1-5 تغییر مقیاس قوی و ضعیف 59
3-1-2 کشش تقاضا 60
3-1-3 خطاها 60
3-1-4 گره خوردن کاربران به یک سرویس دهنده خاص 61
3-1-5 وابستگی شدید بین مولفه ها 61
3-1-6 فقدان پشتیبانی چند مستاجری 62
3-1-7 فقدان پشتیبانی از SLA 62
3-1-7-1 تعریف توصیف SLA 62
3-1-7-2 فقدان SLA در ابرهای موجود 64
3-1-8 فقدان انعطاف پذیری لازم در واسط کاربری 64
3-2 ارائه راهکارها 64
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق 68
4-1 پیاده سازی و شبیه سازی 69
4-2 شرایط محیط شبیه سازی 71
4-3 مقیاس پذیری با اندازه شبکه 72
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 74
5-1 خلاصه و نتیجه گیری 75
5-2 مزایای تحقیق انجام شده 75
5-3 معایب تحقیق انجام شده 75
5-4 کارهای آتی 76
منابع و مآخذ 77
منابع فارسی 78
منابع غیرفارسی 79
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : سرویس دهندگان زیرساخت به عنوان سرویس 13
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس 15
جدول 2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس 16
جدول 4-1 : شرایط محیط شبیه سازی 72
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : تصویری از محاسبات ابری 8
شکل2-2 : الگوی استقرار ابر 17
شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری 19
شکل 2- 4: تمایل به سمت محاسبات ابری 24
شکل 2-5: بررسی وضعیت محاسبات ابری جهان 26
شکل 2-6: سیستم توزیع شده به عنوان میان افزار 33
شکل 2-7 : ساختمان یک شی ابری 38
شکل 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری 39
شکل 2-9 : مدل منطقی از یک معماری سیستم عامل ابری 41
شکل 2-10 : سیستم عامل iCloud 43
شکل 2-11: تصویری از سیستم عامل GlideOS 44
شکل 2-12 : تصویری از سیستم عامل G.ho.st 45
شکل 2-13 : تصویری از سیستم عامل JoliCloud 46
شکل 2-14 : تصویری از سیستم عامل eyeOS 47
شکل 3-1 : بروز رسانی موقعیت گره در روش RNP 66
شکل 3-2 : درخواست موقعیت و ارسال بسته در روش RNP 66
شکل 3-3: شبه کد به روز رسانی موقعیت گره 67
شکل 3-4: شبه کد درخواست موقعیت 67
شکل 4-1: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد پردازنده 69
شکل 4-2: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد ماشین مجازی 70
شکل 4-3: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد پردازنده 70
شکل 4-4: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد ماشین مجازی 71
شکل 4-5: نرخ موفقیت درخواست با افزایش تعداد گره ها 72
شکل 4-6: افزایش درصد بسته های تحویل داده شده با افزایش گره ها 73
شکل 4-7: کاهش سربار داده با افزایش تعداد گره ها 73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
مقدمه
در دهه های آینده ما شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها خواهیم بود. ابرها که از پردازنده های چند هسته ای تشکیل شده اند منابع محاسباتی بی نظیری فراهم می سازند. باید توجه داشت که با افزایش وسعت دامنه های اطلاعاتی و محاسباتی نیاز به منابع این چنینی بیش از پیش احساس خواهد شد و با افزایش حجم منابع نیاز به مدیریتی کارا و شفاف الزام پیدا می کند. در اینجا ممکن است این سوال مطرح شود که: ابرها چه امکاناتی برای کاربران فراهم می آورند؟ ابرها در انجام محاسبات عظیم نقش مهمی را ایفا می کنند و به کاربران این امکان را می دهند که برنامه های خود را بر روی بستری قابل اطمینان و بسیار کارآمد که از اجزای صنعتی استاندارد تشکیل شده است اجرا کنند. همچنین ابرها مدل محاسباتی بسیار ساده ای را فراهم می آورند به این صورت که کاربران تنها خروجی مورد نظر را با کمترین هزینه برای کاربر تامین می نمایند. ابرها در کنار اینکه فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. برای مثال از این چالش ها می توان به نحوه هماهنگ ساختن میزان منابع با درخواست ها و یا وسعت زیاد منابع تحت مدیریت سیستم عامل اشاره نمود. در این تحقیق با چالش های موجود در این زمینه بیشتر آشنا می شویم و پیرامون هر کدام به تفضیل صحبت خواهیم کرد.
سوالات اصلی تحقیق
سیستم عامل های ابری که نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند، می توانند مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه ساخته و یک سیستم متمرکز را تولید کنند. با توجه به اینکه ابرها فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. به همین منظور سوالات زیر مطرح می شود:
چالش های موجود در سیستم عامل های ابری کدامند؟
آیا تا به حال این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته اند؟
این چالش ها تا چه اندازه اهمیت دارند؟
آیا راهکاری برای این چالش ها در نظر گرفته شده است؟
هدف از اجراء
در دهه های اخیر شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها بوده ایم و این تکنولوژی همچنان با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت است. دلیل این امر افزایش منابع اطلاعاتی و محاسباتی است که این نیاز را به وجود آورده است که با ساخت چنین تکنولوژی هایی به ویژه پردازنده های چند هسته ای، مدیریتی کارا و شفاف بر این اطلاعات حجیم و محاسبات عظیم صورت گیرد. مدیریت اطلاعات و محاسبات این چنینی در محیط هاو سیستم های توزیعی به مراتب آسان تر از محیط های دیگر است. یکی از سیستم های توزیعی ابرها می باشند که می توانند نقش مهمی را در محاسبات عظیم و ذخیره سازی اطلاعات حجیم، ایفا کنند. بنابراین لزوم بررسی چالش ها و موانع در این قبیل سیستم ها و رفع آنها می تواند گامی موثر در افزایش سرعت و کارایی این گونه سیستم ها داشته باشد.
توجیه ضرورت انجام طرح
همزمان با رشد چشمگیر تکنولوژی پردازنده ها، ابرها نیز گسترش روز افزونی پیدا کرده اند. به همین ترتیب تعداد کامپیوترهای افزوده شده به زیر ساخت ابرها نیز افزایش پیدا کرده است که البته قابل ذکر است این افزایش با توجه به تقاضای روزافزون کاربران برای میزبانی این منابع می باشد. منابع ابری برای کاربران نامحدود بوده و کاربران تنها محدودیت مالی برای خرید این منابع را پیش رو دارند. پس می توان نتیجه گرفت که یکی از مهم ترین چالش ها در این زمینه مقیاس پذیر بودن سیستم عامل های ابری می باشد. در ابرها پارامترهایی همچون تقاضا، حجم کار و منابع در دسترس در طول زمان پیوسته در حال تغییر می باشند. برای مثال هنگامی که کاربر محاسبات سنگین و پیچیده ای درخواست می کند منابع مورد نیاز وی افزایش پیدا می کند و در پایان منابع از کاربر تحویل گرفته می شوند، قابل ذکر است این افزایش و کاهش در منابع ممکن است از دید کاربر پنهان بماند. باید به این نکته توجه داشت که تقاضا هیچ گاه ثابت نمی ماند و میزان منابع مورد نیاز در گستره زیادی در حال تغییر می باشد. از طرفی برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر معمولا منابع را بین کاربران و دیگر برنامه های کاربردی به اشتراک می گذارند. اگرچه برنامه کاربردی هر کاربر در لفاف مجازی جداگانه ای قرار گرفته است ولی کیفیت سرویسی که برای برنامه فراهم می شود را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه براین برنامه نویسی در این سیستم عامل نیز کاری مشکل و توام با خطا است. با توجه به مشکلات برنامه نویسی چند نخی و چند فرآیندی که در این نوع سیستم عامل ها استفاده می شود امکان وجود خطا افزایش می یابد. همچنین به دلیل کمبود ابزارهای اشکال زدایی و آنالیز سیستم های بزرگ فهمیدن خطاها سخت و برطرف سازی آنها چالش برانگیز است. برخی چالش های ذکر شده در این زمینه موجب به وجود آمدن مسیر تحقیقاتی گوناگون شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد که البته هر کدام از این مسیرها به بخش های دیگری می شکنند که زمینه جدیدی را فراهم می کند.
استفاده از اشیاء پایدار: یکی از زمینه های اصلی مدل ابری فراهم آوردن مخازن داده پایدار و قابل اشتراک می باشد. بنابراین محور اصلی برخی از تحقیقات در زمینه سیستم عامل های ابری، پشتیبانی کارامد و استفاده بهینه از حافظه پایدار می باشد. علاوه بر این عرصه دیگر تحت کنترل درآوردن منابع توزیع شده می باشد که منجر به افزایش سرعت برنامه های اجرایی بر روی ابرها می گردد.
اطمینان و امنیت در سیستم عامل های ابری: یکی از اهداف مهم این سیستم ها فراهم آوردن محیط محاسباتی امن برای کاربران است. این چالش از دو بخش اصلی تشکیل می شود: حفاظت از داده ها هنگام خرابی سیستم و تضمین انجام ادامه محاسبه از جایی که محاسبه قطع گردید. می توان به این نتیجه رسید یکی دیگر از زمینه های تحقیق پیرامون سیستم عامل های ابری افزایش اطمینان این سیستم عامل ها می باشد.
تحمل خطا: افزایش تحمل خطا زمینه ی تحقیقات دیگر حول این موضوع می باشد.
تعاریف واژه ها
سیستم های توزیعی
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل سعی شده قبل از آشنایی کامل با سیستم عامل های ابری در مورد محاسبات ابری، انواع سیستم عامل ها، سیستم های توزیعی و سیستم عامل های توزیعی آشنا شویم، سپس با برخی سیستم عامل های ابری موجود آشنا شده و در نهایت به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته می پردازیم.
محاسبات ابری
محاسبات ابری مدل محاسباتی بر پایه شبکه‌های بزرگ کامپیوتری مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل سرویس‌های فناوری اطلاعات (شامل سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات، و سایر منابع اشتراکی محاسباتی) با به کارگیری اینترنت ارائه می‌کند. سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی می کنند بر اساس نیازهای خود و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود، به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیراً محاسبات ابری[15]. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که به واسطه آن کاربران می توانند به برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری می تواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، به عنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار می گیرند.

شکل 2-1: تصویری از محاسبات ابری[33]
معرفی محاسبات ابری
دنیای فناوری اطلاعات و اینترنت که امروزه تبدیل به جزئی حیاتی از زندگی بشر شده، روز به روز در حال گسترش است. همسو با آن، نیازهای اعضای جوامع مانند امنیت اطلاعات، پردازش سریع، دسترسی پویا و آنی، قدرت تمرکز روی پروژه های سازمانی به جای اتلاف وقت برای نگه داری سرورها و از همه مهم تر، صرفه جویی در هزینه ها اهمیت زیادی یافته است. راه حلی که امروزه در عرصه فناوری برای چنین مشکلاتی پیشنهاد می شود تکنولوژی ای است که این روزها با نام محاسبات ابری شناخته می شود.
محاسبات ابری نمونه ای است که منابع بیرونی همه نیازهای IT را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزارهایی مثل Office و ERP را در اینترنت تهیه می کند. محاسبات ابری همچنین، رشد و پیشرفت کاربرد های وسیع و تست برای شرکت های IT کوچکی را اجازه می دهد که نمی توانند سرمایه های بزرگ در سازمان داشته باشند. مهم ترین مزیت پیشنهاد شده توسط ابر در مفهوم اقتصاد مقیاس است و آن هنگامی است که هزاران کاربر، تسهیلات یکسان، هزینه یکسان برای هر کاربر و بهره برداری از سرور به اشتراک می گذارند. برای فعال سازی چنین تسهیلاتی، محاسبات ابری در برگیرنده تکنولوژی ها و مفاهیمی است مثل: مجازی سازی و محاسبات سودمند، پرداخت در ازای میزان استفاده، بدون سرمایه گذاری های کلان، انعطاف پذیری، مقیاس بندی، شرایط تقاضا و منابع بیرونی IT.
محاسبات ابری را ابر نیز می نامند چون یک سرور ابری دارای شکل بندی است که می تواند هر جایی در جهان قرار داشته باشد. ابر، تصویری است انتزاعی از شبکه‌ای عظیم؛ توده‌ای که حجم آن مشخص نیست، نمی‌دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده. ابعاد زمانی و مکانی یکایک اجزای آن نیز دانسته نیست، نمی‌دانیم سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزارها کجای این توده قرار دارند، اما آن‌چه را که عرضه می‌کند، می‌شناسیم. درست مثل برق! شما برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کارتان استفاده کنید لازم نیست یک ژنراتور یا کارخانه برق در خانه خود داشته باشید، بلکه به ازای هزینه مشخصی برق را اجاره می‌کنید. حالا اگر مصارف برقی شما بیشتر و متفاوت‌‌تر باشند مثلاً‌ می‌روید و از خدمات برق صنعتی استفاده می‌کنید. در محاسبات ابری هم شرکت‌ها و سازمان‌ها و افراد دیگر برای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکه پولی پرداخت نمی‌کنند، بلکه توان محاسباتی و سرویس‌های نرم‌افزاری مورد نیازشان را خریداری می‌کنند. این ایده در واقع صرفه‌جویی بزرگ و بهره‌وری زیادی در منابع IT را به همراه خواهد داشت. بدین ترتیب کافی است وسیله شما (پی‌سی، موبایل، تلویزیون، حتی یخچال!) یک رابط نرم‌افزاری (مرورگر) برای استفاده از سرویس‌های آنلاین و یک دسترسی به اینترنت داشته باشد،‌ خواهید دید که قادر هستید به راحتی از توان محاسباتی برای انجام کارهای دیجیتالی خود بهره بگیرید.
رشد و پیشرفت محاسبات ابری منجر به چندین تعریف پیشنهادی از خصوصیات آن می شود. برخی از این تعاریف توسط دانشمندان مشهور و سازمان ها ارائه شده است مثل:
الف) Buyya و همکارانش که محاسبات ابر را در مفهوم کاربری است برای کاربر نهایی بدین صورت تعریف می کنند: یک ابر سیستمی محاسباتی توزیع شده بازارگرا است که شامل جمع آوری کامپیوترهای مجازی و ارتباط داخلی هستند که از لحاظ دینامیکی به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی متحد بر اساس توافق های سطح سرویس بین مصرف کنندگان و فراهم کنندگان خدمات مذاکره می کنند[14].
ب) موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی محاسبات ابری را به صورت زیر تعریف می کند: محاسبه ابری، الگویی است برای اینکه شبکه های مبتنی بر تقاضا به منابع محاسباتی (مثل سرور، شبکه، ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و خدمات) طوری دستیابی پیدا کنند که شامل حداقل تلاش مدیریت یا تعامل فراهم کننده سرویس است. این الگوی ابر، قابلیت دستیابی را ارتقا می دهد و شامل پنج تا از ویژگی های ضروری، سه تا از الگوهای سرویس و چهار تا الگوی استقرار است.
ویژگی های ابری شامل انتخاب سرویس مبتنی بر تقاضا، دسترسی وسیع به شبکه، ائتلاف منابع، انعطاف پذیری سریع و سرویس اندازه گیری شده است. الگوهای خدمات در دسترس به صورت نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS)، سکو به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) تقسیم بندی می شوند. الگوی گسترش به ابرهای عمومی، خصوصی، اجتماعی و هیبرید تقسیم بندی می شود.
مشخصه اصلی محاسبات ابری
موسسه ملی استانداردها و فناوری، خصوصیات محاسبات ابری زیر را به صورت زیر تعریف می کند:
سرویس مبتنی بر تقاضا
مشتری می تواند به صورت یک طرفه امکانات و خدمات محاسباتی همچون سرور و فضای ذخیره سازی در شبکه را به هنگام نیاز از هر فراهم کننده ای به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان به دست آورده و از آنها استفاده کند. به عبارت دیگر، برای مدیریت زیرساخت ابر نیازمند استخدام مدیران شبکه یا Admin به صورت تمام وقت نیستیم. بیشتر سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.
انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[9].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or "<something>as a Service"
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول 2-1 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-1 : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته
Simple Storage Service سیستم ذخیره سازی دسته ای IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
SimpleDB پایگاه داده به عنوان سرویس IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
CloudFront تحویل محتوا IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
SQS سرویس صف و زمانبندی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
AppNexus AppNexus Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
گوگل Google Big Table سیستم توزیع شده برای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Google File Sys-- سیستم- فایل توزیع شده IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
اچ پی iLO مدیریت خاموشی سرور IaaS- سرویس منبع فیزیکی
Tycoon سیستم مدیریت منابع محاسباتی در کلاسترها IaaS- سرویس منبع مجازی
Joyent Accelerator سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Connector سرور مجازی از قبل تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
BingoDisk دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Bluelock Bluelock Virtual Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Bluelock Virtual Recovery بازیابی مصیبت و شکست IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Emulab Emulab Network Testbed بستر آزمایش شبکه IaaS- سرویس منبع فیزیکی
ENKI ENKI Virtual Private Data Centers منابع دیتا سنتر مجازی بنابر تقاضا IaaS- سرویس منبع مجازی
EU Resevoir Project Open Nebula موتور مجازی زیرساخت(متن باز) IaaS- سرویس منبع مجازی
FlexiScale FlexiScale Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
GoGrid Cloud Hosting سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Cloud Storage فضای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Nirvanix Nirvanix Storage Delivery Network دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
OpenFlow OpenFlow شبیه سازی شبکه IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
RackSpace Masso Cloud Sites سرور مجازی از پیش تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت
Masso Cloud Storage دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Masso Cloud Severs سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Skytap Skytap Virtual Lab محیط آزمایشگاه مجازی فناوری اطلاعات IaaS- سرویس زیر ساخت
Terremark Infinistructure سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
UCSB Eucalyptus نسخه متن باز EC2 آمازون IaaS- سرویس منبع مجازی
10gen Mongo DB پایگاه داده برای ذخیره سازی ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Babble Application Server سرور برنامه های تحت وب برای استقرار ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
سکو به عنوان سرویس
سکو به عنوان سرویس یاPaaS ، ماشینهای مجازی، سیستمهای عامل، برنامهها، سرویسها، چارچوبهای توسعه، تراکنشها و ساختارهای کنترلی را فراهم میآورد. مشتری میتواند برنامههای خود را بر روی زیر ساخت ابر قرار دهد و یا اینکه از برنامههایی استفاده کند که با استفاده از زبانها و ابزارها نوشته شدهاند و توسط سرویس دهندهیPaaS پشتیبانی می شوند. سرویسدهنده زیرساخت ابر، سیستمهای عامل و نرمافزارهای فعالسازی را فراهم میآورد. مشتری مسئول نصب و مدیریت برنامههایی که قرار داده است، میباشد.
در جدول 2-2 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه PaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
Akamai EdgePlatform تحویل برنامه کاربردی، محتوا و سایت PaaS
مایکروسافت Azure محیط توسعه و اجرا برای برنامه های کاربردی مایکروسافت PaaS
Live Mesh بستری برای به هنگام سازی، اشتراک و دسترسی به دامنه وسیعی از دستگاه هایی با سیستم عامل مایکروسافت PaaS
فیس بوک Facebook Platform بستر آزمایش شبکه PaaS
گوگل App Engine محیط اجرایی قابل گسترش برای برنامه های تحت وب نوشته شده در زبان پایتون PaaS
NetSuite SuiteFlex جعبه ابزاری برای سفارشی سازی برنامه های کاربردی کسب و کار آنلاین همین شرکت PaaS
Salesforce Force.com ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار PaaS
Sun Caroline بستر قابل گسترش افقی برای توسعه و استقرار سرویس های تحت وب PaaS
Zoho Zoho Creator جعبه ابزاری برای ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار و به شکل بنابر بر تقاضا PaaS
نرمافزار به عنوان سرویس
نرمافزار به عنوان سرویس یا SaaS یک محیط کاملاً عملیاتی برای مدیریت برنامهها و واسط کاربری است. در مدل SaaS برنامه از طریق یک برنامه واسط (معمولاً مرورگر) به مشتری سرویس میدهد و مسئولیت مشتری با ورود داده شروع و با مدیریت داده و تعاملات کاربری پایان مییابد. همه چیز مربوط به برنامه تا زیر ساخت در حوزهی مسئولیت فروشنده است.
در جدول 2-3 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه SaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
گوگل Google Docs بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Google Maps API رابط برنامه نویس سرویس نقشه گوگل به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا نقشه گوگل را در سایت های خود جاسازی کنند SaaS- سرویس ساده
OpenID Foundation OpenSocial یک رابط برنامه نویسی کاربردی مشترک برای برنامه های شبکه های اجتماعی SaaS-سرویس مرکب
OpenID یک سیستم توزیع شده که به کاربران این اجازه را می دهد تا تنها با یک شناسه دیجیتال بتوانند از سایتها مختلف استفاده نمایند. SaaS- سرویس ساده
مایکروسافت Office Live بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Salesforce Salesforce.com بسته نرم افزاری مدیریت روابط مشتریان SaaS
این سه مدل متفاوت سرویس به نام مدل SPI محاسبات ابری شناخته میشوند. گرچه تاکنون از مدلهای سرویس بسیاری نام برده شد، staas فضای ذخیرهسازی به عنوان سرویس؛ idaas هویت به عنوان سرویس؛ cmaas توافق به عنوان سرویس؛ و غیره، با این وجود سرویس های SPI تمامی باقی سرویسهای ممکن را نیز در بر میگیرد. IaaS دارای حداقل سطوح عاملیت مجتمع شده و پایین ترین سطوح مجتمع سازی میباشد و SaaS دارای بیشترینها است. یک PaaS یا سکو به عنوان سرویس خصوصیات مجتمع سازی، میانافزارها و سایر سرویسهای هماهنگساز را به مدل IaaS یا زیر ساخت به عنوان سرویس میافزاید. هنگامی که که یک فروشندهی محاسبات ابری، نرمافزاری را بر روی ابر عرضه میکند، با استفاده از برنامه و پرداخت فوری، یک عملیات SaaS انجام می گیرد. با SaaS مشتری برنامه را در صورت نیاز استفاده میکند و مسئول نصب، نگهداری و تعمیر برنامه نیست.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استاندارد ها و فناوری ها) مدل های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:

شکل 2-2 : الگوی استقرار ابر[29]
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده محاسبات ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد و بر اساس مدل محاسبات همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابر برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشنده ی سرویس های ابری می باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای محاسبات ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را به همراه می‌آورد.
ابر ترکیبی
یک ابر ترکیبی متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی، گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارت های پرداخت آسان تر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت محاسبات ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر (مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
مشخصات محاسبات ابری
مشخصات کلیدی توسط ابر در شکل 2-3 نشان داده شده است و در قسمت زیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است:

دانلود پایان نامه ارشد- مقاله تحقیق

 برای دانلود فایل کامل به سایت منبع مراجعه کنید  : homatez.com

یا برای دیدن قسمت های دیگر این موضوع در سایت ما کلمه کلیدی را وارد کنید :

 

شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری[28]
مجازی شده : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) در ابرها تصور می شوند و این روش در سطوح مختلف مثل vm و سطوح بسته بدست می آید[9]. اصلی ترین آن در سطح ماشین مجازی است که در آن برنامه های کاربردی متفاوت در سیستم های عملکردی با همان ماشین فیزیکی اجرا می شوند. سطح سکو باعث نقشه برداری برنامه های کاربردی در یک یا چند منبع می شود که توسط فراهم آورندگان زیرساخت ابری پیشنهاد شده است.
سرویس گرا: ابر با استفاده از الگوی زیرساخت سرویس گرا به کار می رود که در آن همه اجزا در شبکه به عنوان یک سرویس در دسترس هستند، چه نرم افزار باشد، چه سکو یا هر زیرساختی که به عنوان سرویس پیشنهاد می کنند.
انعطاف پذیری : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) برای برنامه های کاربردی ابر موردنیاز هستند که می توانند به صورت پویا و مختلف مقرر می شوند. یعنی افزایش یا کاهش در زمان اجرا بستگی به نیازهای QOS کاربر دارد. فراهم کنندگان ابر اصلی مثل آمازون حتی سرویس هایی را برای توسعه عمودی و توسعه افقی در براساس نیازهای برنامه های کاربردی میزبان دارد.
پویا و توزیع شده: گرچه منابع ابر، مجازی شده اند، آنها اغلب در عملکردهای بالا یا سرویس های ابر قابل اطمینان توزیع می شوند. این منابع انعطاف پذیر و می توانند بر طبق نیازهای مشتری سازگاری یابند مثل: نرم افزار، پیکربندی شبکه و غیره[10].
اشتراک (اقتصاد مقیاسی): زیرساخت ابرها هر جایی است که منابع های متعدد از خود کاربر بر طبق نیازهای برنامه کاربردی خود استفاده می کنند، مشترک می شوند. این الگوی اشتراکی به عنوان الگوی اجاره چندگانه نیز می باشد. به طور کلی، کاربران نه دارای کنترل مستقیم بر منابع فیزیکی هستند و نه از تخصیص منابع و اینکه با چه کسانی مشترک شده اند، خبر دارند.
بازارگرا (پرداخت - در ازای - میزان استفاده): در محاسبات ابری، کاربران براساس پرداخت - در ازای - میزان استفاده برای سرویس ها پرداخت می کنند. الگوی قیمت گذاری می تواند با توجه به انتظار برنامه های کاربردی در کیفیت سرویس متفاوت باشد. فراهم آورندگان ابر IaaS مثل منابع قیمت ها در آمازون از الگوهایی بازاری مثل الگوهای قیمت گذاری کالاها یا زمان پرداخت آنها استفاده می کنند. یک الگوی قیمت گذاری توسط Thualsiram و Allenofor برای منابع مجهز پیشنهاد شده است که می تواند به عنوان اساسی برای منابع ابر استفاده شوند. این خصوصیت، بعد بهره برداری از محاسبات ابری را بیان می کند. یعنی، سرویس های ابری به عنوان سرویس های سنجیده شده هستند که در آن فراهم کنندگان دارای الگوی محاسباتی برای اندازه گیری کاربردها از سرویس ها هستند که به توسعه برنامه های قیمت گذاری متفاوت کمک می کند. الگوی محاسباتی به کنترل و بهینه سازی از منابع کمک می کند.[16]
خودمختار : برای فراهم کردن سرویس های قابل اطمینان در حد بالا، ابرها رفتاری مستقل را با مدیریت خودشان در دگردیسی عملکرد یا شکست نشان می دهند.
مزایای محاسبات ابری
 
کارمان را با بیان مزایای متعددی که توسط محاسبات ابری ارائه می شود آغاز می کنیم. وقتی شما به سمت استفاده از ابر می روید، به چیزهای زیر دست پیدا می کنید:
 
هزینه های کامپیوتری کمتر: شما برای اجرای برنامه های کاربردی مبتنی بر وب، نیازی به استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند و گران قیمت ندارید. از آن جائی که برنامه های کاربردی بر روی ابر اجرا می شوند، نه بر روی یک کامپیوتر رو میزی. کامپیوتر رومیزی شما نیازی به توان پردازشی زیاد یا فضای دیسک سخت که نرم افزارهای دسکتاپ محتاج آن هستند ندارد. وقتی شما یک برنامه کاربردی تحت وب را اجرا می کنید، کامپیوتر شما می تواند ارزان تر، با یک دیسک سخت کوچک تر، با حافظه کم تر و دارای پردازنده کارآمدتر باشد. در واقع، کامپیوتر شما در این سناریو حتی نیازی به یک درایو CD یا DVD هم ندارد زیرا هیچ نوع برنامه نرم افزاری بار نمی شود و هیچ سندی نیاز به ذخیره شدن بر روی کامپیوتر ندارد.
کارآیی توسعه یافته:  با وجود برنامه های کم تری که منابع کامپیوترشما، خصوصاً حافظه آن را به خود اختصاص می دهند، شما شاهد کارآیی بهتر کامپیوتر خود هستید. به عبارت دیگر کامپیوترهای یک سیستم محاسبات ابری، سریع تر بوت و راه اندازی می شوند زیرا آن ها دارای فرآیندها و برنامه های کم تری هستند که به حافظه بار می شود.
 
هزینه های نرم افزاری کم تر:  به جای خرید برنامه های نرم افزاری گران قیمت برای هر کامپیوتر، شما می توانید تمام نیازهای خود را به صورت رایگان برطرف کنید. بله درست است، اغلب برنامه های کامپیوتری محاسبات ابری که امروزه عرضه می شوند، نظیر Google Docs، کاملاً رایگان هستند. این، بسیار بهتر از پرداخت 200 دلار یا بیشتر برای خرید برنامه office مایکروسافت است که این موضوع به تنهایی می تواند یک دلیل قوی برای سوئیچ کردن به محاسبات ابری محسوب شود.
 
ارتقای نرم افزاری سریع و دائم:  یکی دیگر از مزایای مربوط به نرم افزار در  محاسبات ابری این است که شما دیگر نیازی به بروز کردن نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی، به دلیل هزینه زیاد ارتقای آن ها ندارید. وقتی برنامه های کاربردی، مبتنی بر وب باشند، ارتقاها به صورت اتوماتیک رخ می دهد و دفعه بعد که شما به ابر وارد شوید به نرم افزار اعمال می شوند. وقتی شما به یک برنامه کاربردی مبتنی بر وب دسترسی پیدا می کنید، بدون نیاز به پرداخت پول برای دانلود یا ارتقای نرم افزار، از آخرین نسخه آن بهره مند می شوید.
 
سازگاری بیشتر فرمت اسناد:  نیازی نیست که شما نگران مسئله سازگاری اسنادی که بر روی کامپیوتر خود ایجاد می کنید با سایر سیستم عامل ها یا سایر برنامه های کاربردی دیگران باشید. در دنیایی که اسناد 2007Word نمی تواند بر روی کامپیوتری که 2003Word را اجرا می کند باز شوند، تمام اسنادی که با استفاده از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب ایجاد می شوند می تواند توسط سایر کاربرانی که به آن برنامه کاربردی دسترسی دارند خوانده شوند. وقتی همه کاربران اسناد و برنامه های کاربردی خود را بر روی ابر به اشتراک می گذارند، هیچ نوع ناسازگاری بین فرمت ها به وجود نخواهد آمد.
 
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:  محاسبات ابری ظرفیت نامحدودی برای ذخیره سازی در اختیار شما قرار می دهد. دیسک سخت 200 گیگابایتی فعلی کامپیوتر رومیزی شما در مقایسه با صدها پتابایت (یک میلیون گیگابایت) که از طریق ابر در دسترس شما قرار می گیرد اصلا چیزی به حساب نمی آید. شما هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داشته باشید می توانید ذخیره کنید.
 
قابلیت اطمینان بیشتر به داده:  برخلاف محاسبات دسکتاپ، که در آن یک دیسک سخت می تواند تصادم کند و تمام داده های ارزشمند شما را از بین ببرد، کامپیوتری که بر روی ابر تصادم کند نمی تواند بر داده های شما تاثیر بگذارد. این همچنین بدان معنا است که اگر کامپیوترهای شخصی شما نیز تصادم کنند، تمام داده ها هنوز هم آن جا و برروی ابر وجود دارند و کماکان در دسترس شما هستند. در دنیایی که تنها تعداد اندکی از کاربران به طور مرتب و منظم از داده های مهم و حساس خود نسخه پشتیبان تهیه می کنند، محاسبات ابری حرف آخر در زمینه محافظت از داده ها به شمار می رود.
 
دسترسی جهانی به اسناد:  آیا تا به حال کارهای مهم خود را از محیط کار به منزل برده اید؟ و یا تاکنون به همراه بردن یک یا چند فایل مهم را فراموش کرده اید؟ این موضوع در محاسبات ابری رخ نمی دهد زیرا شما اسناد و فایل های مهم  خود را همراه خود حمل نمی کنید. در عوض، این اسناد و فایل ها بر روی ابر می مانند و شما می توانید از هرجایی که یک کامپیوتر و اتصال اینترنتی وجود داشته باشد به آن دسترسی پیدا کنید. شما در هر کجا که باشید به سرعت می توانید به اسناد خود دسترسی پیدا کنید و به همین دلیل، نیازی به همراه داشتن آن ها نخواهید داشت.
 
در اختیار داشتن آخرین و جدیدترین نسخه:  یکی دیگر از مزایای مرتبط با اسناد در محاسبات ابری این است که وقتی شما یک سند را در خانه ویرایش می کنید، این نسخه ویرایش شده همان چیزی است که وقتی در محل کار خود به آن دسترسی می یابید مشاهده می کنید. ابر همواره، آخرین نسخه از اسناد شما را میزبانی می کند و تا وقتی شما به اینترنت و ابر متصل باشید، هیچ گاه در معرض خطر استفاده از یک نسخه تاریخ گذشته نخواهید بود.
همکاری گروهی ساده تر:  به اشتراک گذاشتن اسناد، شما را مستقیماً به همکاری بر روی اسناد رهنمون می کند. برای بسیاری از کاربران، این یکی از مهم ترین مزایای استفاده از محاسبات ابری محسوب می شود زیرا چندین کاربر به طور همزمان می توانند برروی اسناد و پروژه ها کار کنند، به دلیل این که اسناد بر روی ابر میزبانی می شوند، نه بر روی کامپیوترهای منفرد، همه چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر با قابلیت دسترسی به اینترنت است.
 
مستقل از سخت افزار:  در نهایت، در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره می کنیم. شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید. کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند. حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند. دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرصه ظهور گذاشت، هم اکنون به دلیل توانایی اش در ارائه زیرساخت فن آوری پویا و بسیار منعطف، محیط های محاسباتی تضمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس های نرم افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ مبدل شده است. در گزارش گوگل Trends و همانطور که در شکل 2-4 مشاهده می کنید، محاسبات ابری که از تکنولوژی مجازی سازی بهره می برد، محاسبات گریدی را پشت سر گذاشته است.

شکل2-4 : تمایل به سمت محاسبات ابری[35]
پروژه های متعددی در حوزه صنعت و دانشگاه بر روی محاسبات ابری آغاز شده است وشرکت های بسیار بزرگی با این موضوع درگیر شده اند و این نشان از توجه عمومی به سمت این پدیده نوین است.
نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید. در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره می کنیم:
نیاز به اتصال دائمی به اینترنت دارد: در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود. از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید. نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است. وقتی شما آفلاین هستید، محاسبات ابری کار نمی کند.
با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند: به همان شکلی که در بالا اشاره شد، یک ارتباط اینترنتی کم سرعت نظیر نمونه ای که در سرویس های Dial-up دیده می شود، در بهترین حالت، استفاده از محاسبات ابری را با دردسرهای فوق العاده ای همراه می کند و اغلب اوقات، استفاده از آن را غیرممکن می سازد. برنامه های کاربردی تحت وب و همچنین اسنادی که بر روی ابر ذخیره شده اند برای دانلود شدن به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارند. اگر شما از یک اینترنت Dial-up استفاده می کنید، اعمال تغییر در یک سند یا رفتن از یک صفحه به صفحه دیگر همان سند ممکن است برای همیشه به طول بینجامد. و البته در مورد بار شدن یک سرویس غنی از امکانات حرفی نمی زنیم. به عبارت دیگر، محاسبات ابری برای افرادی که از اینترنت باند پهن استفاده نمی کنند، نیست.
می تواند کند باشد: حتی در یک ارتباط اینترنتی سریع نیز، برنامه های کاربردی تحت وب می توانند گاهی اوقات کندتر از دسترسی به همان برنامه نرم افزاری از طریق یک کامپیوتر رومیزی باشند. تمام جنبه های یک برنامه، از جمله اینترفیس و سند فعلی، باید بین کامپیوتر یا کامپیوترهای موجود بر روی ابر مبادله شود. اگر در آن لحظه، سرورهای ابر در معرض تهیه نسخه پشتیبان باشند یا اگر اینترنت یک روز کند را پشت سر بگذارد، شما نمی توانید به همان دسترسی سریعی که در یک برنامه دسک تاپ وجود دارد، برسید.
ویژگی ها ممکن است محدود باشند: این وضعیت در حال تغییر است اما بسیاری از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب به اندازه همتای دسک تاپ خود دارای ویژگی ها و امکانات غنی نیستند. به عنوان مثال، شما می توانید کارهای بسیار زیاد با برنامه PowerPoint انجام دهید که امکان انجام همه آن ها توسط برنامه ارائه Google Docs وجود ندارد. اصول این برنامه ها یکسان هستند، اما برنامه کاربردی که بر روی ابر قرار دارد فاقد بسیاری از امکانات پیشرفته PowerPoint است. اگر شما یک کاربر با تجربه و حرفه ای هستید، ممکن است نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید.
داده های ذخیره شده ممکن است از امنیت کافی برخوردار نباشند: با استفاده از محاسبات ابری، تمام داده های شما بر روی ابر ذخیره می شوند. این داده ها تا چه حد ایمن هستند؟ آیا کاربران غیرمجاز می توانند به داده های مهم و محرمانه شما دسترسی پیدا کنند؟ کمپانی محاسبات ابری اظهار می کند که داده ها امن هستند اما هنوز برای اطمینان کامل از این موضوع خیلی زود است. از نظر تئوری، داده های ذخیره شده بر روی ابر ایمن هستند و بین چندین ماشین توزیع شده اند. اما در صورتی که داده های شما مفقود شوند، شما هیچ نسخه پشتیبان فیزیکی یا محلی در اختیار نخواهید داشت (مگر این تمام اسناد ذخیره شده بر روی ابر را بر روی دسک تاپ خود دانلود کنید که معمولاً کاربران کمی چنین کاری می کنند). به سادگی بگویم، اتکا به ابر، شما را در معرض خطر قرار می دهد.
بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان از نگاه آماری
وب سایت cloudehypermarket.com تصویری را منتشر کرده است که اطلاعات آماری جالبی را در مورد محاسبات ابری و اوضاع فعلی آن در جهان به تصویر می‌کشد.
1562101485900
شکل 2-5 : بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان[36]
برخی از مهمترین نکات موجود در شکل عبارتند از: (آمار مربوط به اواخر سال ۲۰۱۰ می‌باشد).
۱- در بخش اول تصویر میزان سرمایه‌گذاری جهانی در حوزه‌ی آی‌تی بررسی شده است. در سال ۲۰۰۸ مجموعاً ۳۶۷ میلیارد پوند صرف هزینه‌های معمول فناوری اطلاعات و ۱۶ میلیارد پوند صرف هزینه‌های مربوط به سرویس‌های محاسبات ابری شده است. پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۲ مجموع سرمایه‌گذاری معمول در حوزه‌ی IT به رقم ۴۵۱ میلیارد پوند و سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری به ۴۲ میلیارد پوند برسد. با این محاسبات، رشد سالانه‌ی سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ به عدد ۲۵ درصد نزدیک است.
۲- مؤسسه‌ی تحقیقات بازار IDC پیش‌بینی می کند که در چند سال آینده، علاوه بر رشد سرمایه گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری، شرکت‌ها نیز حوزه‌های فعالیت خود را تغییر خوهند داد و خدمات خود را به سمت محاسبات ابری سوق خواهند داد. پیش‌بینی می‌شود خدمات محاسبات ابری شرکت‌ها در سال ۲۰۱۲ اینگونه ارائه شود:
اپلیکیشن‌های تجاری: ۵۲ درصد
نرم افزارهای زیرساختی: ۱۸ درصد
خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات: ۱۳ درصد
تولید و پیاده‌سازی نرم افزارها و اپلیکیشن‌ها: ۹ درصد
خدمات سرور: ۸ درصد
۳- آیا استفاده از محاسبات ابری فرآیند مدیریت فناوری اطلاعات را آسان تر کرده است؟
۷۰ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۴- آیا استفاده از محاسبات ابری، بهبودی در تجربه‌ی مصرف کننده‌ی نهایی ایجاد کرده است؟
۷۲ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۶ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۲ درصد مخالف این جمله هستند.
۵- آیا استفاده از محاسبات ابری، چالش‌های مربوط به کارایی فناوری اطلاعات را کاهش داده است؟
۶۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۷ درصد مخالف این جمله هستند.
۶- آیا استفاده از محاسبات ابری، هزینه‌های زیرساختی سازمان ها را کاهش داده است؟
۷۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۷ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۷- آیا استفاده از محاسبات ابری، فشارهای ناشی از تأمین منابع درون‌سازمانی بر روی سازمان را کاهش داده است؟
۷۴ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۸ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۸ درصد مخالف این جمله هستند.
۸- امروزه ۵۰ میلیون سرور فیزیکی در سراسر جهان وجود دارد. ۲درصد از این تعداد سرور در اختیار گوگل است (یعنی ۱ میلیون سرور).
۹- امروزه ۳۳ هزار و ۱۵۷ مؤسسه‌ی خدمات مرکز داده در جهان وجود دارد که ایالات متحده‌ی امریکا به تنهایی ۲۳ هزار و ۶۵۶ عدد از این مراکز داده را در خود جای داده است. کانادا، انگلستان، آلمان و هلند با اختلاف فاحشی نسبت به آمریکا در جایگاه‌های بعدی این آمار هستند.
۱۰- پیش بینی می‌شود در سال ۲۰۱۳ حداقل ۱۰ درصد از این سرورهای فیزیکی فروخته شده بر روی سرورهای مجازی (Virtual Machine) مستقر باشند به طوری که بر روی هر سرور فیزیکی ۱۰ ماشین مجازی مشغول به کار است. این به معنای شکل گیری سالانه ۸۰ تا ۱۰۰ میلیون سرور مجازی در سراسر دنیاست.
۱۱- در سال ۲۰۱۳ تقریبا ۶۰ درصد از بار کاری سرورها به صورت مجازی خوهد بود.
۱۲- مالکین دنیای محاسبات ابری در حال حاضر ۴ شرکت (بدون در نظر گرفتن رشد ناگهانی آمازون در ۴ ماهه‌ی ابتدایی سال ۲۰۱۱) گوگل، مایکروسافت، زوهو (Zoho) و رک‌اسپیس (RackSpace) با در اختیار داشتن بازاری با مجموع ارزش بیش از ۱۰۰ میلیارد پوند هستند.
۱۳- این ۱۰۰ میلیارد پوند، درآمد ناشی از خدماتی به شرح زیر است:
۵۶ درصد از مردم از سرویس‌های پست الکترونیکی همانند Gmail، Ymail و Hotmail استفاده می‌کنند.
۳۴ درصد از مردم از خدمات ذخیره‌سازی تصاویر در وب استفاده می‌کنند.
۲۹ درصد از مردم از اپلیکیشن‌های آنلاین مثل Google Docs و Photoshop Express استفاده می‌کنند.
۷ درصد از مردم از سرویس‌های ذخیره‌سازی ویدئو در وب استفاده می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای ذخیره‌سازی فایل های رایانه‌ای خود در وب پول پرداخت می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات هارد دیسک خود بر روی وب‌سایت‌های اینترنتی هزینه می‌کنند.
یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure از شرکت مایکروسافت
هزینه های مربوط به پردازش:
معادل یک کامپیوتر شخصی ۱۲۰۰ ریال / ساعت
معادل یک سرویس دهنده ۳۰۰۰ ریال / ساعت
معادل یک ابر رایانه ۱۰۰۰۰ ریال / ساعت
هزینه های مربوط به فضای ذخیره سازی:
هر گیگابایت اجاره نگهداری ماهانه ۱۵۰۰ ریال
هر ده هزار تراکنش ذخیره سازی ۱۰ ریال
هزینه دریافت هر گیگابایت داده از ابر:
بسته به کشوری که در آن قرار دارید، از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ریال
این سیستم عامل به نام Windows Azure درحال حاضر توسط شرکت مایکروسافت با قیمت هایی شبیه آنچه در بالا آمد، ارائه می گـردد. بـرای اجرای این سیستم عامل به رایانه ای با چند گیگابایت حافظه RAM و چندصد گیگابایت دیسک سخت نیاز نبوده و یک دستگاه نسبتاً قـدیـمی هم می تواند برای آن به کار رود.
بعد از اینکه با محاسبات ابری آشنا شدیم و آن را از نگاه آماری بررسی کردیم و به این نتیجه رسیدیم که محاسبات ابری می توانند نقش عمده ای در جهان امروزی داشته باشند به معرفی سیستم عامل های ابری که از پلتفرم های مربوط به محاسبات ابری هستند، می پردازیم. در ابتدا تعریفی از سیستم عامل.
تعریف سیستم عامل
سیستم عامل، نرم افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته، اجرای برنامه های کاربردی را کنترل نموده و به صورت رابط کاربر و سخت افزار عمل می نماید. سیستم عامل خدماتی به برنامه های کاربردی و کاربر ارائه می دهد. برنامه های کاربردی یا از طریق واسط های برنامه نویسی کاربردی و یا از طریق فراخوانی های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه های کاربردی می توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر یا سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می شود پیاده سازی می شود (استالینگ، 1381).
انواع سیستم عامل
سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها، سیستم عامل های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند. از قبیل XP98، Me و Vista که بیشتر محصول شرکت مایکروسافت می باشند.
سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزارهای سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود[13].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بی درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشد. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری به گونه ای که عملیات خاصی در زمانی که بایستی اجرا شوند، اجرا گردند و مهم تر از همه اینکه مدیریت منابع به گونه ای است که این عملیات خاص در هر بار وقوع، مقدار زمان یکسانی بگیرد[1].
سیستم های توزیعی
در منابع مختلف تعاریف مختلفی برای سیستم های توزیعی ارائه شده است. اما هیچ یک نه کامل است و نه با دیگری همخوانی دارد. در این تحقیق تعریفی از این نوع سیستم ها که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم به آن اشاره شده را بیان می کنیم:
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
از این تعریف می توان به این نتیجه رسید که اولاً یک سیستم توزیعی از کامپیوترهای خود مختار تشکیل شده است و ثانیاً کاربران تصور می کنند که با یک سیستم منفرد کار می کنند. پس با تعریفی که ذکر شد می توان یک سیستم توزیعی را اینگونه نیز تعریف کرد:
هر سیستمی که بر روی مجموعه ای از ماشین ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر می باشند ، یک سیستم توزیع شده است. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که در سیستم های توزیعی تفاوت بین کامپیوترهای مختلف و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر باید تا حدود زیادی از دید کاربران پنهان بماند. سیستم های توزیعی برای اینکه بتوانند از کامپیوترها و شبکه های ناهمگن پشتیبانی کنند و همگی سیستم ها را در غالب یک سیستم منفرد نمایش دهند، به عنوان یک لایه میانی به نام میان افزار بین یک لایه سطح بالایی شامل کاربران و برنامه های کاربردی و یک لایه پائینی شامل سیستم های عامل در نظر گرفته می شوند[12]. در شکل 2-6 لایه سیستم توزیعی یا به عبارتی میان افزاری را مشاهده می کنید که بین سیستم های عامل 1 تا 4 و چهار کامپیوتر شبکه که شامل سه برنامه کاربردی هستند قرار گرفته است. این لایه باعث می شود که تفاوت بین سخت افزار و سیستم های عامل از دید برنامه های کاربردی وکاربران مخفی بماند.

شکل 2-6 : سیستم توزیعی که به عنوان یک لایه میانی یا میان افزار بین برنامه های کاربردی و سیستم عامل ها قرار گرفته است[12].
و اما مواردی که باید در طراحی سیستم های توزیع شده در نظر گرفت و به نوعی اهداف سیستم های توزیع شده می باشند عبارتند از شفافیت، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، کارآیی خوب و قابلیت گسترش.
شفافیت
یکی از اهداف مهم سیستم های توزیع شده این است که فرآیندها و منابعی که بین ماشین های متعدد توزیع شده اند، باید از دید کاربران مخفی بماند[17]. به سیستم توزیعی که از دید کاربران و برنامه های کاربردی خود به صورت یک سیستم کامپیوتری منفرد جلوه می کند را اصطلاحاً شفاف می گویند.
شفافیت انواع مختلفی دارد و در مورد هر یک طبق تعریفی که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم آمده توضیح می دهیم، شفافیت دسترسی که در مورد مخفی سازی تفاوت های ارائه داده و نحوه دسترسی به منابع به وسیله کاربران می باشد. شفافیت مکان یعنی اینکه کاربران نتوانند محل استقرار فیزیکی منبع در سیستم را شناسایی کنند. شفافیت مهاجرت یعنی اینکه بتوان منابع آنها را بدون تاثیرگذاری بر نحوه دسترسی به آنها انتقال داد. شفافیت مکان یابی مجدد هنگامی است که بتوان منابع را در حین دسترسی به آنها و بدون کوچکترین اطلاعی به کاربر یا برنامه کاربردی مجددا مکان یابی کرد. شفافیت تکثیر به مخفی سازی وجود چندین نسخه تکثیری از یک منبع می پردازد. شفافیت هم روندی زمانی است که مثلا دو کاربر مستقل فایل های خود را روی یک خدمتگذار فایل واحد ذخیره کرده و یا به جداول واحدی در پایگاه داده مشترک دسترسی داشته باشند. در این موارد هیچ یک از کاربران نباید کوچکترین اطلاعی از واقعیت استفاده کاربر دیگر از آن منبع داشته باشد. شفافیت خرابی به این معناست که کاربر متوجه خرابی و عملکرد نادرست یک منبع نشده و سپس سیستم اقدام به ترمیم آن خرابی کند[2].
قابلیت اطمینان
در دسترس بودن یک فاکتور مهم مرتبط با این سیستم ها است. طراحی نباید به گونه ای باشد که نیاز به اجرای همزمان کامپوننت های اساسی باشد. افزونگی بیشتر داده ها باعث افزایش در دسترس بودن شده اما ناسازگاری را بیشتر می کند. قدرت تحمل خطا باعث پوشاندن خطاهای ایجاد شده توسط کاربر می شود.
کارآیی
بدون کارآیی مناسب کلیه موارد استفاده نرم افزار بی فایده می باشد. اندازه گیری کارایی در سیستم های توزیع شده کار آسانی نیست. برای رسیدن به کارایی باید توازنی خاص در تعداد پیغام ها و اندازه کامپوننت های توزیع شده بر قرار باشد.
مقیاس پذیری
امروزه اتصال جهانی از طریق اینترنت، مانند امکان ارسال یک کارت پستال برای هر کسی در هر گوشه ای از جهان تبدیل به امر عادی شده است. به همین دلیل، مقیاس پذیری یکی از مهمترین اهداف طراحی برای سازندگان سیستم های توزیعی محسوب می شود. مقیاس پذیری یک سیستم را می توان حداقل در سه بعد مختلف اندازه گیری کرد(نیومان، 1994). اولاً، یک سیستم می تواند با توجه به اندازه خود مقیاس پذیر باشد. به این معنا که بتوان به راحتی کاربران و منابع دیگری را به سیستم اضافه نمود. ثانیاً، یک سیستم مقیاس پذیر جغرافیایی سیستمی است که ممکن است کاربران و منابع آن در فاصله های دوری از هم قرار گرفته باشند. ثالثا، یک سیستم ممکن است از نظر مدیریت اجرایی مقیاس پذیر باشد، به این معنا که حتی اگر سازمان هایی با مدیریت اجرایی مستقل را به هم پیوند دهد. باز به راحتی قابل مدیریت باشد. متاسفانه، اغلب سیستم هایی که از یک یا چند مقیاس پذیر هستند، با افزایش مقیاس پذیری سیستم، تاحدودی با افت عملکرد مواجه می شوند.
سیستم عامل های توزیعی
محیط های کامپیوتری تحت شبکه( شبکه های کامپیوتری) امروزه بسیار رایج شده اند و این محیط ها شامل مجموعه ای از ایستگاه های کاری و سرویس دهنده ها می باشند. واضح است که مدیریت این منابع کار آسانی نخواهد بود. استفاده از مجموعه ای از کامپیوترها که از طریق شبکه به هم متصل شده اند مشکلات بسیاری را در بر دارد، از جمله مشکلات تقسیم منابع و یکپارچه سازی محیط( که این مشکلات در سیستم های متمرکز وجود ندارد). علاوه بر این برای افزایش میزان کارآیی، توزیع بایستی از دید کاربر پنهان بماند. راه حل مناسب این است که سیستم عاملی طراحی شود که توزیعی بودن سخت افزار را در تمامی سطوح در نظر داشته باشد. به این صورت که سیستم عامل مجموعه را به صورت یک سیستم متمرکز نشان دهد و در کنار آن از مزیت های سیستم توزیعی استفاده کند. در ساختار سیستم عامل های توزیعی از دو الگوی مبتنی بر پیام و مبتنی بر شیء استفاده می شود[11].
الگوی مبتنی بر پیام
در این الگو سیستم عامل یک هسته مبتنی بر پیام در هر گره قرار می دهد و برای برقراری ارتباطات داخل فرآیند از ارسال پیام استفاده می کند. هسته از هر دو نوع ارتباط محلی( ارتباط بین فرآیندهای داخل هر گره) و غیر محلی(ارتباط از راه دور) پشتیبانی می کند. در یک سیستم عامل سنتی همانند یونیکس دسترسی به سرویس های سیستمی از طریق فراخوانی متدها صورت می پذیرفت در حالی که در سیستم عامل های مبتنی بر پیام، درخواست ها از طریق ارسال پیام مطرح می شوند. با این قرار می توان نتیجه گرفت سیستم عامل های مبتنی بر پیام ساخت جذاب تر و بهتری دارند، زیرا سیاست های موجود در فرآیند های سرویس دهنده از مکانیزم پیاده سازی هسته جدا می باشد.
الگوی مبتنی بر شیء
در این الگو سیستم عامل سرویس ها و منابع را به موجودیت هایی به نام شیء کپسوله می کند. این اشیاء همانند نمونه هایی از داده های انتزاعی می باشند و از ماژول های منحصر به فردی تشکیل شده اند. همچنین این ماژول ها نیز متشکل از متدهای به خصوصی می باشند که اینترفیس(واسط) ماژول را توصیف می کنند. عملکرد در این الگو این چنین است که کاربران درخواست سرویس را از طریق احضار شیء مورد نظر مطرح می سازند. این مکانیزم بسیار شبیه به فراخوانی پروسه ها در سیستم های معمولی می باشد. قابل ذکر است که اشیاء عملیات را کپسوله می کنند.
رویکرد سیستم عامل های ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند. سیستم عامل ابری شامل سرویس دهنده های محاسباتی، سرویس دهنده های داده ای و ایستگاه های کاربر می باشد.
سرویس دهنده های محاسباتی: ماشینی است برای استفاده به عنوان موتور محاسباتی.
سرویس دهنده های داده ای: ماشینی است برای استفاده به عنوان مخرن داده های بلند مدت.
ایستگاه های کاربری: ماشینی است که محیطی برای توسعه دادن برنامه های کاربردی فراهم می کند و واسطی بین کاربر و سرویس دهنده های محاسباتی یا داده ای می باشد[3].
ساختار سیستم عامل های ابری بر پایه مدل شیء- نخ می باشد. این مدل از مدل برنامه نویسی معروف شیء گرا اقتباس شده است که نرم افزار سیستم را بر پایه مجموعه ای از اشیاء می سازد. هر شیء شامل تعدادی داده و عملیات بر روی آن داده ها می باشد. عملیات بر روی داده ها را متد می نامند و نوع شیء نیز با کلاس مشخص می گردد. هر کلاس می تواند صفر یا یک و یا چند نمونه داشته باشد ولی یک نمونه تنها از یک کلاس ناشی می شود. اشیاء به پیام ها پاسخ می دهند و ارسال پیام به یک شیء می تواند به داده های درون شیء دسترسی داشته باشد و آن ها را بروز رسانی کند و یا به اشیاء دیگر درون سیستم پیام ارسال کند. اشیاء ابر کپسولی از کد و داده می باشند که در یک فضای آدرس مجازی قرار دارند. هر شیء نمونه ای از یک کلاس است و هر کلاس ماژولی از برنامه. اشیاء ابرها به احضارها پاسخ می دهند و احضارها ( با استفاده از نخ ها) برای اجرای متد درون شیء ابر استفاده می گردند. ابرها از اشیاء برای تضمین انتزاع مخازن و از نخ ها برای اجرای متد درون شیء استفاده می نمایند. این موجب می شود که محاسبات و مخازن داده ای از یکدیگر تفکیک شوند. از دیگر ویژگی های مدل شیء- نخ می توان به این موارد اشاره کرد:
عملیات ورودی و خروجی
به اشتراک گذاری داده ها
ارتباط درون فرآیندها
ذخیره سازی بلند مدت داده ها در حافظه
الگوی سیستم عامل ابری
الگوی مورد استفاده در سیستم عامل های ابری همان الگوی شیء- نخ می باشد که در این بخش به توضیح اجزا و نحوه عملکرد این الگو می پردازیم.
شیء ابری
شیء ابری یک فضای آدرس مجازی پایدار می باشد. برخلاف فضاهای آدرس در سیستم های معمولی، محتویات اشیاء برای مدت طولانی باقی می مانند. به همین دلیل در هنگام خرابی سیستم از بین نمی روند، مگر اینکه عمدا از سیستم حذف شوند. همانطور که از تعریف برمی آید اشیاء ابری سنگین وزن هستند، به همین علت است که این اشیاء بهترین انتخاب برای مخازن داده ای و اجرای برنامه های بزرگ به حساب می آیند. داده های درون شیء فقط توسط خود شیء قابل دسترسی و بروزرسانی می باشند، زیرا محتویات یک فضای آدرس مجازی از بیرون از فضای مجازی قابل دست یابی نمی باشند.
یک شیء ابری شامل موارد زیر است:
کد مخصوص به خود ( متدهای اختصاصی )
داده های پایدار
حافظه ای زودگذر و سبک ( برای تخصیص حافظه موقت )
حافظه ای پایدار و دائمی ( برای تخصیص دادن حافظه ای که بخشی از ساختمان داده پایدار شیء می باشد )
داده با احضار متدها وارد شیء می شود و با پایان احضار از شیء خارج می گردد (شکل شماره 2-7 ). اشیاء ابری دارای یک نام در سطح سیستم می باشند که آن ها را از یکدیگر منحصر به فرد می سازد. این اشیاء درون سرویس دهنده های محاسباتی قابل استفاده می باشند که این کارآیی موجب می شود توزیعی بودن داده ها از دید کاربر مخفی باقی بماند.
4375151651000
شکل شماره 2-7 : ساختمان یک شیء ابری[5]
نخ
یک نخ عبارت است از مسیری اجرایی که وارد اشیاء شده و متدهای درون آن ها را اجرا می کند و محدود به یک فضای آدرس نمی شود. نخ ها توسط کاربران و یا برنامه های کاربردی ساخته می شوند. نخ ها با اجرای متدی از یک شیء می توانند به داده های درون شیء دسترسی یابند، آن ها را بروزرسانی کنند و یا اینکه متدهایی از شیء دیگر را احضار کنند. در این حالت، نخ به طور موقت شیء فعلی را رها می کند، از آن خارج شده و وارد شیء فراخوانی شده می گردد و متد مورد نظر آن را اجرا می کند، پس از پایان اجرای متد به شیء قبلی باز می گردد و نتیجه را برمی گرداند. نخ ها پس از پایان عملیات مورد نظر از بین می روند. علاوه بر این چند نخ می توانند به طور هم زمان وارد یک شیء شوند و به طور موازی به اجرا درآیند که در این صورت نخ ها محتویات فضای آدرس شیء را بین یکدیگر به اشتراک می گذارند. شکل شماره 2-8 نحوه اجرای نخ ها در اشیاء را نشان می دهد.

شکل شماره 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری[5]
تعامل میان شیء و نخ ( مدل شیء- نخ )
ساختار یک سیستم عامل ابری متشکل از اشیاء و نخ ها می باشد. مکانیزم ذخیره سازی داده ها در سیستم عامل های ابری با سایر سیستم عامل های معمول تفاوت دارد. در سیستم عامل های معمولی از فایل ها برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ولی در سیستم عامل های ابری اشیاء نقش مخازن داده را ایفا می کنند. برخی از سیستم ها برای برقراری ارتباط با داده های مشترک و هماهنگ سازی محاسبات از الگوی ارسال پیام استفاده می کنند. ابرها با قراردادن داده ها درون اشیاء آن ها را به اشتراک می گذارند. متدها در صورت نیاز به دسترسی داده ها شیء مورد نظر را که داده درون آن قرار دارد احضار می کنند. در یک سیستم مبتنی بر پیام، کاربر می بایست درجه هم زمانی را در هنگام نوشتن برنامه تعیین کند و برنامه را به تعدادی پروسه سیستمی بشکند. مدل شیء-نخ این احتیاجات را حذف می کند، به این صورت که در زمان اجرا درجه هم زمانی با ایجاد نخ های موازی مشخص می شود.
به طور خلاصه می توان گفت:
سیستم عامل ابری از فضاهای آدرس نام گذاری شده به نام شیء تشکیل شده است و این اشیاء قادرند:
مخازن داده پایدار فراهم کنند.
متدهایی برای دست یابی و دست کاری داده ها ایجاد نمایند.
داده ها را به اشتراک بگذارند.
هم زمانی را کنترل نمایند.
جریان کنترلی توسط نخ هایی که اشیاء را احضار می کنند انجام می شود.
جریان داده ای با ارسال پارامتر انجام می شود.
برنامه نویسی در مدل شیء- نخ در ابرها
مفاهیم مورد استفاده برنامه نویس در مدل شیء – نخ عبارتند از:
کلاس: ماژول های سیستم
نمونه: شیء ای از کلاس می باشد که می تواند توسط نخ ها احضار شود.
بنابراین برای نوشتن برنامه کاربردی در ابرها، برنامه نویس یک یا چند کلاس را تعریف می کند و داده ها و کدهای برنامه را درون این کلاس ها قرار می دهد. برنامه برای اجرا شدن نخی ایجاد می کند که متد اصلی شیء اجرا کننده برنامه را احضار می کند. اشیاء دارای نام هایی می باشند که برنامه نویس هنگام تعریف شیء برای آن ها مشخص کرده است و این نام ها بعدا به نام سیستمی شیء تبدیل می شوند.
معماری سیستم عامل ابری
دراین بخش معماری سیستم عامل های ابری را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل شماره 2-9 مدلی منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری را نمایش می دهد. یک پروسه ابری به مجموعه ای از اشیاء ابری اطلاق می شود که با هم یک برنامه کاربردی را تشکیل می دهند.

شکل شماره 2-9 : مدل منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری[6]
فضای هسته ابر به تعدادی از پروسه های ابری که عملیات کنترل دسترسی ها، تخصیص حافظه و محاسبات مقدار منابع لازم را انجام می دهند گفته می شود. مابقی پروسه ها که مربوط به فضای هسته ابر نیستند، فضای کاربر را تشکیل می دهند. پروسه های ابری فضای کاربر که مستقیما توسط خود کاربر اجرا می شوند برنامه های کاربران نامیده می شوند و کتابخانه های ابری، پروسه های ابری می باشند که توسط برنامه های کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. این برنامه ها از طریق مجموعه ای از واسط های استاندارد به نام فراخوانی های سیستمی ابر با کتابخانه ها و پروسه های هسته ارتباط برقرار می کنند. تمامی اشیاء موجود در فضای کاربر برای گرفتن دستورات از سیستم عامل از یک دستگیره فراخوانی استفاده می کنند، بدین معنی که برای مدیریت شدن از طریق یک واسط تحت شبکه قابل دسترسی می باشند که ارتباط میان اشیاء و آدرس آن ها در شبکه توسط پروسه های ابری «مدیریت پروژه» و «مدیریت ماشین مجازی» موجود در فضای هسته انجام می گیرند. اطلاعات نهایی نیز توسط پروسه ابری «کتابخانه نامگذاری» در دسترس قرار می گیرد. قابلیت دسترسی تمامی عملیات مدیریتی را پروسه ابری «اعتباردهی» مورد بررسی قرار می دهد و عملیات محاسبه میزان منابع مورد نیاز در هر لحظه نیز بر عهده پروسه ابری «اندازه گیری» می باشد. البته قابل ذکر است که مفروضات لحاظ شده در شکل شماره 2-4 تعداد اندکی از محدودیت های موجود در ابرها را در نظر گرفته است و کامل نمی باشد[6].
برخی سیستم عامل های ابری موجود(سیستم عامل های مبتنی بر وب)
سیستم عامل های وب روش بسیار مناسبی برای دستیابی به همه داده های شما در همه جای دنیا هستند (مشروط بر اینکه کامپیوتری با یک اتصال به اینترنت و یک مرورگر وب وجود داشته باشد). چنانچه تعدادی کامپیوتر داشته باشید، اما بخواهید همه اطلاعات را در یک جا نگهدارید و از برنامه های کاربردی مورد علاقه خود نیز استفاده کنید، این سیستم عامل ها بسیار سودمند هستند. اکنون در این مرحله ممکن است این سوال مطرح شود که چرا سیستم عامل وب؟. اساساً، یک سیستم عامل وب چیزی شبیه یک سیستم عامل روی اینترنت است. سیستم عامل وب، دسکتاپ مجازی شماست که به هیچ مکان فیزیکی متصل نیست و این امکان را به شما می دهد که در هر جایی از دنیا با کمک یک مرورگر به آن دستیابی داشته باشید. اجازه دهید تا از بین سیستم عامل های وبی که وجود دارد به بیان ویژگی های چند مورد از آنها بپردازیم.
سیستم عامل iCloud
سیستم عامل iCloud، مزایای بسیار زیادی دارد، علاوه بر اینکه هر برنامه ای که نیاز داریم در آن موجود است، 50 گیگابایت فضای ذخیره سازی آنلاین، به اشتراک گذاری آسان و ویژگی های افزایش برنامه های کاربردی را دارد. این سیستم عامل دارای ویژگی هایی مانند زیر است:
سیستم فایل آنلاین برای ذخیره سازی انواع فایل ها.
پشتیبان DAV وب از طریق ویندوز اکسپلورر امکان دستیابی مستقیم به انباره icloud شما را فراهم می کند.
برنامه های بهره وری- نوشتن، پست الکترونیکی ( که با همه حساب های پست الکترونیکی شما به اضافه یک حساب icloud رایگان هماهنگی دارد)، تماس ها، ToDo، ماشین حساب، دفترچه یادداشت، آنزیپ (فایل های حاوی داده های فشرده را از هم باز می کند).
عکس ساز با قابلیت به اشتراک گذاری، مدیا پلیر iplay، مووی پلیر، و حتی رادیو.
IM و یک مرورگر وب[8].
69850069596000تصویری از این سیستم عامل را در شکل 2-10 مشاهده می کنید.
شکل شماره 2-10: نمایی از سیستم عامل icloud

user8253

2-13-4 سیستم عامل بی درنگ 32
2-14 سیستم های توزیعی 32
2-14-1 شفافیت 33
2-14-2 قابلیت اطمینان 34
2-14-3 کارایی 34
2-14-4 مقیاس پذیری 35
2-15 سیستم عامل های توزیعی 35
2-15-1 الگوی مبتنی برپیام 36
2-15-2 الگوی مبتنی بر شیء 36
2-16 رویکرد سیستم عامل های ابری 36
2-17 الگوی سیستم عامل ابری 37
2-17-1 شیء ابری 37
2-17-2 نخ 39
2-17-3 تعامل میان شیء و نخ 39
2-18 برنامه نویسی در مدل شیء – نخ در ابرها 40
2-19 معماری سیستم عامل ابری 41
2-20 برخی سیستم عامل های ابری موجود 42
2-20-1 سیستم عامل iCloud 43
2-20-2 سیستم عامل GlideOS 44
2-20-3 سیستم عامل G.ho.st 45
2-20-4 سیستم عامل JoliCloud 46
2-20-5 سیستم عامل eyeOS 47
2-20-6 گوگل کروم، سیستم عامل اینترنت 47
2-21 مزایا و معایب سیستم عامل های ابری مبتنی بر وب 51
2-22 مطالعه مروری بر سایر پژوهش های مرتبط مهم 51
فصل سوم: روش تحقیق 54
3-1 چالش های رایج در زمینه سیستم عامل های ابری 55
3-1-1 مقیاس پذیری 55
3-1-1-1 تغییر مقیاس افقی و عمودی 56
3-1-1-2 مقیاس پذیری پایگاه داده ها 57
3-1-1-3 طراحی برای مقیاس پذیری 58
3-1-1-4 مقیاس پذیری در محاسبات ابری 59
3-1-1-5 تغییر مقیاس قوی و ضعیف 59
3-1-2 کشش تقاضا 60
3-1-3 خطاها 60
3-1-4 گره خوردن کاربران به یک سرویس دهنده خاص 61
3-1-5 وابستگی شدید بین مولفه ها 61
3-1-6 فقدان پشتیبانی چند مستاجری 62
3-1-7 فقدان پشتیبانی از SLA 62
3-1-7-1 تعریف توصیف SLA 62
3-1-7-2 فقدان SLA در ابرهای موجود 64
3-1-8 فقدان انعطاف پذیری لازم در واسط کاربری 64
3-2 ارائه راهکارها 64
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق 68
4-1 پیاده سازی و شبیه سازی 69
4-2 شرایط محیط شبیه سازی 71
4-3 مقیاس پذیری با اندازه شبکه 72
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 74
5-1 خلاصه و نتیجه گیری 75
5-2 مزایای تحقیق انجام شده 75
5-3 معایب تحقیق انجام شده 75
5-4 کارهای آتی 76
منابع و مآخذ 77
منابع فارسی 78
منابع غیرفارسی 79
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : سرویس دهندگان زیرساخت به عنوان سرویس 13
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس 15
جدول 2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس 16
جدول 4-1 : شرایط محیط شبیه سازی 72
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : تصویری از محاسبات ابری 8
شکل2-2 : الگوی استقرار ابر 17
شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری 19
شکل 2- 4: تمایل به سمت محاسبات ابری 24
شکل 2-5: بررسی وضعیت محاسبات ابری جهان 26
شکل 2-6: سیستم توزیع شده به عنوان میان افزار 33
شکل 2-7 : ساختمان یک شی ابری 38
شکل 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری 39
شکل 2-9 : مدل منطقی از یک معماری سیستم عامل ابری 41
شکل 2-10 : سیستم عامل iCloud 43
شکل 2-11: تصویری از سیستم عامل GlideOS 44
شکل 2-12 : تصویری از سیستم عامل G.ho.st 45
شکل 2-13 : تصویری از سیستم عامل JoliCloud 46
شکل 2-14 : تصویری از سیستم عامل eyeOS 47
شکل 3-1 : بروز رسانی موقعیت گره در روش RNP 66
شکل 3-2 : درخواست موقعیت و ارسال بسته در روش RNP 66
شکل 3-3: شبه کد به روز رسانی موقعیت گره 67
شکل 3-4: شبه کد درخواست موقعیت 67
شکل 4-1: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد پردازنده 69
شکل 4-2: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد ماشین مجازی 70
شکل 4-3: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد پردازنده 70
شکل 4-4: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد ماشین مجازی 71
شکل 4-5: نرخ موفقیت درخواست با افزایش تعداد گره ها 72
شکل 4-6: افزایش درصد بسته های تحویل داده شده با افزایش گره ها 73
شکل 4-7: کاهش سربار داده با افزایش تعداد گره ها 73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
مقدمه
در دهه های آینده ما شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها خواهیم بود. ابرها که از پردازنده های چند هسته ای تشکیل شده اند منابع محاسباتی بی نظیری فراهم می سازند. باید توجه داشت که با افزایش وسعت دامنه های اطلاعاتی و محاسباتی نیاز به منابع این چنینی بیش از پیش احساس خواهد شد و با افزایش حجم منابع نیاز به مدیریتی کارا و شفاف الزام پیدا می کند. در اینجا ممکن است این سوال مطرح شود که: ابرها چه امکاناتی برای کاربران فراهم می آورند؟ ابرها در انجام محاسبات عظیم نقش مهمی را ایفا می کنند و به کاربران این امکان را می دهند که برنامه های خود را بر روی بستری قابل اطمینان و بسیار کارآمد که از اجزای صنعتی استاندارد تشکیل شده است اجرا کنند. همچنین ابرها مدل محاسباتی بسیار ساده ای را فراهم می آورند به این صورت که کاربران تنها خروجی مورد نظر را با کمترین هزینه برای کاربر تامین می نمایند. ابرها در کنار اینکه فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. برای مثال از این چالش ها می توان به نحوه هماهنگ ساختن میزان منابع با درخواست ها و یا وسعت زیاد منابع تحت مدیریت سیستم عامل اشاره نمود. در این تحقیق با چالش های موجود در این زمینه بیشتر آشنا می شویم و پیرامون هر کدام به تفضیل صحبت خواهیم کرد.
سوالات اصلی تحقیق
سیستم عامل های ابری که نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند، می توانند مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه ساخته و یک سیستم متمرکز را تولید کنند. با توجه به اینکه ابرها فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. به همین منظور سوالات زیر مطرح می شود:
چالش های موجود در سیستم عامل های ابری کدامند؟
آیا تا به حال این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته اند؟
این چالش ها تا چه اندازه اهمیت دارند؟
آیا راهکاری برای این چالش ها در نظر گرفته شده است؟
هدف از اجراء
در دهه های اخیر شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها بوده ایم و این تکنولوژی همچنان با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت است. دلیل این امر افزایش منابع اطلاعاتی و محاسباتی است که این نیاز را به وجود آورده است که با ساخت چنین تکنولوژی هایی به ویژه پردازنده های چند هسته ای، مدیریتی کارا و شفاف بر این اطلاعات حجیم و محاسبات عظیم صورت گیرد. مدیریت اطلاعات و محاسبات این چنینی در محیط هاو سیستم های توزیعی به مراتب آسان تر از محیط های دیگر است. یکی از سیستم های توزیعی ابرها می باشند که می توانند نقش مهمی را در محاسبات عظیم و ذخیره سازی اطلاعات حجیم، ایفا کنند. بنابراین لزوم بررسی چالش ها و موانع در این قبیل سیستم ها و رفع آنها می تواند گامی موثر در افزایش سرعت و کارایی این گونه سیستم ها داشته باشد.
توجیه ضرورت انجام طرح
همزمان با رشد چشمگیر تکنولوژی پردازنده ها، ابرها نیز گسترش روز افزونی پیدا کرده اند. به همین ترتیب تعداد کامپیوترهای افزوده شده به زیر ساخت ابرها نیز افزایش پیدا کرده است که البته قابل ذکر است این افزایش با توجه به تقاضای روزافزون کاربران برای میزبانی این منابع می باشد. منابع ابری برای کاربران نامحدود بوده و کاربران تنها محدودیت مالی برای خرید این منابع را پیش رو دارند. پس می توان نتیجه گرفت که یکی از مهم ترین چالش ها در این زمینه مقیاس پذیر بودن سیستم عامل های ابری می باشد. در ابرها پارامترهایی همچون تقاضا، حجم کار و منابع در دسترس در طول زمان پیوسته در حال تغییر می باشند. برای مثال هنگامی که کاربر محاسبات سنگین و پیچیده ای درخواست می کند منابع مورد نیاز وی افزایش پیدا می کند و در پایان منابع از کاربر تحویل گرفته می شوند، قابل ذکر است این افزایش و کاهش در منابع ممکن است از دید کاربر پنهان بماند. باید به این نکته توجه داشت که تقاضا هیچ گاه ثابت نمی ماند و میزان منابع مورد نیاز در گستره زیادی در حال تغییر می باشد. از طرفی برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر معمولا منابع را بین کاربران و دیگر برنامه های کاربردی به اشتراک می گذارند. اگرچه برنامه کاربردی هر کاربر در لفاف مجازی جداگانه ای قرار گرفته است ولی کیفیت سرویسی که برای برنامه فراهم می شود را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه براین برنامه نویسی در این سیستم عامل نیز کاری مشکل و توام با خطا است. با توجه به مشکلات برنامه نویسی چند نخی و چند فرآیندی که در این نوع سیستم عامل ها استفاده می شود امکان وجود خطا افزایش می یابد. همچنین به دلیل کمبود ابزارهای اشکال زدایی و آنالیز سیستم های بزرگ فهمیدن خطاها سخت و برطرف سازی آنها چالش برانگیز است. برخی چالش های ذکر شده در این زمینه موجب به وجود آمدن مسیر تحقیقاتی گوناگون شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد که البته هر کدام از این مسیرها به بخش های دیگری می شکنند که زمینه جدیدی را فراهم می کند.
استفاده از اشیاء پایدار: یکی از زمینه های اصلی مدل ابری فراهم آوردن مخازن داده پایدار و قابل اشتراک می باشد. بنابراین محور اصلی برخی از تحقیقات در زمینه سیستم عامل های ابری، پشتیبانی کارامد و استفاده بهینه از حافظه پایدار می باشد. علاوه بر این عرصه دیگر تحت کنترل درآوردن منابع توزیع شده می باشد که منجر به افزایش سرعت برنامه های اجرایی بر روی ابرها می گردد.
اطمینان و امنیت در سیستم عامل های ابری: یکی از اهداف مهم این سیستم ها فراهم آوردن محیط محاسباتی امن برای کاربران است. این چالش از دو بخش اصلی تشکیل می شود: حفاظت از داده ها هنگام خرابی سیستم و تضمین انجام ادامه محاسبه از جایی که محاسبه قطع گردید. می توان به این نتیجه رسید یکی دیگر از زمینه های تحقیق پیرامون سیستم عامل های ابری افزایش اطمینان این سیستم عامل ها می باشد.
تحمل خطا: افزایش تحمل خطا زمینه ی تحقیقات دیگر حول این موضوع می باشد.
تعاریف واژه ها
سیستم های توزیعی
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل سعی شده قبل از آشنایی کامل با سیستم عامل های ابری در مورد محاسبات ابری، انواع سیستم عامل ها، سیستم های توزیعی و سیستم عامل های توزیعی آشنا شویم، سپس با برخی سیستم عامل های ابری موجود آشنا شده و در نهایت به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته می پردازیم.
محاسبات ابری
محاسبات ابری مدل محاسباتی بر پایه شبکه‌های بزرگ کامپیوتری مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل سرویس‌های فناوری اطلاعات (شامل سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات، و سایر منابع اشتراکی محاسباتی) با به کارگیری اینترنت ارائه می‌کند. سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی می کنند بر اساس نیازهای خود و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود، به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیراً محاسبات ابری[15]. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که به واسطه آن کاربران می توانند به برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری می تواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، به عنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار می گیرند.

شکل 2-1: تصویری از محاسبات ابری[33]
معرفی محاسبات ابری
دنیای فناوری اطلاعات و اینترنت که امروزه تبدیل به جزئی حیاتی از زندگی بشر شده، روز به روز در حال گسترش است. همسو با آن، نیازهای اعضای جوامع مانند امنیت اطلاعات، پردازش سریع، دسترسی پویا و آنی، قدرت تمرکز روی پروژه های سازمانی به جای اتلاف وقت برای نگه داری سرورها و از همه مهم تر، صرفه جویی در هزینه ها اهمیت زیادی یافته است. راه حلی که امروزه در عرصه فناوری برای چنین مشکلاتی پیشنهاد می شود تکنولوژی ای است که این روزها با نام محاسبات ابری شناخته می شود.
محاسبات ابری نمونه ای است که منابع بیرونی همه نیازهای IT را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزارهایی مثل Office و ERP را در اینترنت تهیه می کند. محاسبات ابری همچنین، رشد و پیشرفت کاربرد های وسیع و تست برای شرکت های IT کوچکی را اجازه می دهد که نمی توانند سرمایه های بزرگ در سازمان داشته باشند. مهم ترین مزیت پیشنهاد شده توسط ابر در مفهوم اقتصاد مقیاس است و آن هنگامی است که هزاران کاربر، تسهیلات یکسان، هزینه یکسان برای هر کاربر و بهره برداری از سرور به اشتراک می گذارند. برای فعال سازی چنین تسهیلاتی، محاسبات ابری در برگیرنده تکنولوژی ها و مفاهیمی است مثل: مجازی سازی و محاسبات سودمند، پرداخت در ازای میزان استفاده، بدون سرمایه گذاری های کلان، انعطاف پذیری، مقیاس بندی، شرایط تقاضا و منابع بیرونی IT.
محاسبات ابری را ابر نیز می نامند چون یک سرور ابری دارای شکل بندی است که می تواند هر جایی در جهان قرار داشته باشد. ابر، تصویری است انتزاعی از شبکه‌ای عظیم؛ توده‌ای که حجم آن مشخص نیست، نمی‌دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده. ابعاد زمانی و مکانی یکایک اجزای آن نیز دانسته نیست، نمی‌دانیم سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزارها کجای این توده قرار دارند، اما آن‌چه را که عرضه می‌کند، می‌شناسیم. درست مثل برق! شما برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کارتان استفاده کنید لازم نیست یک ژنراتور یا کارخانه برق در خانه خود داشته باشید، بلکه به ازای هزینه مشخصی برق را اجاره می‌کنید. حالا اگر مصارف برقی شما بیشتر و متفاوت‌‌تر باشند مثلاً‌ می‌روید و از خدمات برق صنعتی استفاده می‌کنید. در محاسبات ابری هم شرکت‌ها و سازمان‌ها و افراد دیگر برای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکه پولی پرداخت نمی‌کنند، بلکه توان محاسباتی و سرویس‌های نرم‌افزاری مورد نیازشان را خریداری می‌کنند. این ایده در واقع صرفه‌جویی بزرگ و بهره‌وری زیادی در منابع IT را به همراه خواهد داشت. بدین ترتیب کافی است وسیله شما (پی‌سی، موبایل، تلویزیون، حتی یخچال!) یک رابط نرم‌افزاری (مرورگر) برای استفاده از سرویس‌های آنلاین و یک دسترسی به اینترنت داشته باشد،‌ خواهید دید که قادر هستید به راحتی از توان محاسباتی برای انجام کارهای دیجیتالی خود بهره بگیرید.
رشد و پیشرفت محاسبات ابری منجر به چندین تعریف پیشنهادی از خصوصیات آن می شود. برخی از این تعاریف توسط دانشمندان مشهور و سازمان ها ارائه شده است مثل:
الف) Buyya و همکارانش که محاسبات ابر را در مفهوم کاربری است برای کاربر نهایی بدین صورت تعریف می کنند: یک ابر سیستمی محاسباتی توزیع شده بازارگرا است که شامل جمع آوری کامپیوترهای مجازی و ارتباط داخلی هستند که از لحاظ دینامیکی به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی متحد بر اساس توافق های سطح سرویس بین مصرف کنندگان و فراهم کنندگان خدمات مذاکره می کنند[14].
ب) موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی محاسبات ابری را به صورت زیر تعریف می کند: محاسبه ابری، الگویی است برای اینکه شبکه های مبتنی بر تقاضا به منابع محاسباتی (مثل سرور، شبکه، ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و خدمات) طوری دستیابی پیدا کنند که شامل حداقل تلاش مدیریت یا تعامل فراهم کننده سرویس است. این الگوی ابر، قابلیت دستیابی را ارتقا می دهد و شامل پنج تا از ویژگی های ضروری، سه تا از الگوهای سرویس و چهار تا الگوی استقرار است.
ویژگی های ابری شامل انتخاب سرویس مبتنی بر تقاضا، دسترسی وسیع به شبکه، ائتلاف منابع، انعطاف پذیری سریع و سرویس اندازه گیری شده است. الگوهای خدمات در دسترس به صورت نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS)، سکو به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) تقسیم بندی می شوند. الگوی گسترش به ابرهای عمومی، خصوصی، اجتماعی و هیبرید تقسیم بندی می شود.
مشخصه اصلی محاسبات ابری
موسسه ملی استانداردها و فناوری، خصوصیات محاسبات ابری زیر را به صورت زیر تعریف می کند:
سرویس مبتنی بر تقاضا
مشتری می تواند به صورت یک طرفه امکانات و خدمات محاسباتی همچون سرور و فضای ذخیره سازی در شبکه را به هنگام نیاز از هر فراهم کننده ای به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان به دست آورده و از آنها استفاده کند. به عبارت دیگر، برای مدیریت زیرساخت ابر نیازمند استخدام مدیران شبکه یا Admin به صورت تمام وقت نیستیم. بیشتر سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.
انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[9].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or "<something>as a Service"
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول 2-1 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-1 : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته
Simple Storage Service سیستم ذخیره سازی دسته ای IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
SimpleDB پایگاه داده به عنوان سرویس IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
CloudFront تحویل محتوا IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
SQS سرویس صف و زمانبندی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
AppNexus AppNexus Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
گوگل Google Big Table سیستم توزیع شده برای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Google File Sys-- سیستم- فایل توزیع شده IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
اچ پی iLO مدیریت خاموشی سرور IaaS- سرویس منبع فیزیکی
Tycoon سیستم مدیریت منابع محاسباتی در کلاسترها IaaS- سرویس منبع مجازی
Joyent Accelerator سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Connector سرور مجازی از قبل تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
BingoDisk دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Bluelock Bluelock Virtual Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Bluelock Virtual Recovery بازیابی مصیبت و شکست IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Emulab Emulab Network Testbed بستر آزمایش شبکه IaaS- سرویس منبع فیزیکی
ENKI ENKI Virtual Private Data Centers منابع دیتا سنتر مجازی بنابر تقاضا IaaS- سرویس منبع مجازی
EU Resevoir Project Open Nebula موتور مجازی زیرساخت(متن باز) IaaS- سرویس منبع مجازی
FlexiScale FlexiScale Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
GoGrid Cloud Hosting سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Cloud Storage فضای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Nirvanix Nirvanix Storage Delivery Network دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
OpenFlow OpenFlow شبیه سازی شبکه IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
RackSpace Masso Cloud Sites سرور مجازی از پیش تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت
Masso Cloud Storage دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Masso Cloud Severs سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Skytap Skytap Virtual Lab محیط آزمایشگاه مجازی فناوری اطلاعات IaaS- سرویس زیر ساخت
Terremark Infinistructure سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
UCSB Eucalyptus نسخه متن باز EC2 آمازون IaaS- سرویس منبع مجازی
10gen Mongo DB پایگاه داده برای ذخیره سازی ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Babble Application Server سرور برنامه های تحت وب برای استقرار ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
سکو به عنوان سرویس
سکو به عنوان سرویس یاPaaS ، ماشینهای مجازی، سیستمهای عامل، برنامهها، سرویسها، چارچوبهای توسعه، تراکنشها و ساختارهای کنترلی را فراهم میآورد. مشتری میتواند برنامههای خود را بر روی زیر ساخت ابر قرار دهد و یا اینکه از برنامههایی استفاده کند که با استفاده از زبانها و ابزارها نوشته شدهاند و توسط سرویس دهندهیPaaS پشتیبانی می شوند. سرویسدهنده زیرساخت ابر، سیستمهای عامل و نرمافزارهای فعالسازی را فراهم میآورد. مشتری مسئول نصب و مدیریت برنامههایی که قرار داده است، میباشد.
در جدول 2-2 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه PaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
Akamai EdgePlatform تحویل برنامه کاربردی، محتوا و سایت PaaS
مایکروسافت Azure محیط توسعه و اجرا برای برنامه های کاربردی مایکروسافت PaaS
Live Mesh بستری برای به هنگام سازی، اشتراک و دسترسی به دامنه وسیعی از دستگاه هایی با سیستم عامل مایکروسافت PaaS
فیس بوک Facebook Platform بستر آزمایش شبکه PaaS
گوگل App Engine محیط اجرایی قابل گسترش برای برنامه های تحت وب نوشته شده در زبان پایتون PaaS
NetSuite SuiteFlex جعبه ابزاری برای سفارشی سازی برنامه های کاربردی کسب و کار آنلاین همین شرکت PaaS
Salesforce Force.com ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار PaaS
Sun Caroline بستر قابل گسترش افقی برای توسعه و استقرار سرویس های تحت وب PaaS
Zoho Zoho Creator جعبه ابزاری برای ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار و به شکل بنابر بر تقاضا PaaS
نرمافزار به عنوان سرویس
نرمافزار به عنوان سرویس یا SaaS یک محیط کاملاً عملیاتی برای مدیریت برنامهها و واسط کاربری است. در مدل SaaS برنامه از طریق یک برنامه واسط (معمولاً مرورگر) به مشتری سرویس میدهد و مسئولیت مشتری با ورود داده شروع و با مدیریت داده و تعاملات کاربری پایان مییابد. همه چیز مربوط به برنامه تا زیر ساخت در حوزهی مسئولیت فروشنده است.
در جدول 2-3 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه SaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
گوگل Google Docs بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Google Maps API رابط برنامه نویس سرویس نقشه گوگل به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا نقشه گوگل را در سایت های خود جاسازی کنند SaaS- سرویس ساده
OpenID Foundation OpenSocial یک رابط برنامه نویسی کاربردی مشترک برای برنامه های شبکه های اجتماعی SaaS-سرویس مرکب
OpenID یک سیستم توزیع شده که به کاربران این اجازه را می دهد تا تنها با یک شناسه دیجیتال بتوانند از سایتها مختلف استفاده نمایند. SaaS- سرویس ساده
مایکروسافت Office Live بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Salesforce Salesforce.com بسته نرم افزاری مدیریت روابط مشتریان SaaS
این سه مدل متفاوت سرویس به نام مدل SPI محاسبات ابری شناخته میشوند. گرچه تاکنون از مدلهای سرویس بسیاری نام برده شد، staas فضای ذخیرهسازی به عنوان سرویس؛ idaas هویت به عنوان سرویس؛ cmaas توافق به عنوان سرویس؛ و غیره، با این وجود سرویس های SPI تمامی باقی سرویسهای ممکن را نیز در بر میگیرد. IaaS دارای حداقل سطوح عاملیت مجتمع شده و پایین ترین سطوح مجتمع سازی میباشد و SaaS دارای بیشترینها است. یک PaaS یا سکو به عنوان سرویس خصوصیات مجتمع سازی، میانافزارها و سایر سرویسهای هماهنگساز را به مدل IaaS یا زیر ساخت به عنوان سرویس میافزاید. هنگامی که که یک فروشندهی محاسبات ابری، نرمافزاری را بر روی ابر عرضه میکند، با استفاده از برنامه و پرداخت فوری، یک عملیات SaaS انجام می گیرد. با SaaS مشتری برنامه را در صورت نیاز استفاده میکند و مسئول نصب، نگهداری و تعمیر برنامه نیست.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استاندارد ها و فناوری ها) مدل های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:

شکل 2-2 : الگوی استقرار ابر[29]
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده محاسبات ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد و بر اساس مدل محاسبات همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابر برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشنده ی سرویس های ابری می باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای محاسبات ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را به همراه می‌آورد.
ابر ترکیبی
یک ابر ترکیبی متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی، گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارت های پرداخت آسان تر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت محاسبات ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر (مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
مشخصات محاسبات ابری
مشخصات کلیدی توسط ابر در شکل 2-3 نشان داده شده است و در قسمت زیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است:

شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری[28]
مجازی شده : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) در ابرها تصور می شوند و این روش در سطوح مختلف مثل vm و سطوح بسته بدست می آید[9]. اصلی ترین آن در سطح ماشین مجازی است که در آن برنامه های کاربردی متفاوت در سیستم های عملکردی با همان ماشین فیزیکی اجرا می شوند. سطح سکو باعث نقشه برداری برنامه های کاربردی در یک یا چند منبع می شود که توسط فراهم آورندگان زیرساخت ابری پیشنهاد شده است.
سرویس گرا: ابر با استفاده از الگوی زیرساخت سرویس گرا به کار می رود که در آن همه اجزا در شبکه به عنوان یک سرویس در دسترس هستند، چه نرم افزار باشد، چه سکو یا هر زیرساختی که به عنوان سرویس پیشنهاد می کنند.
انعطاف پذیری : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) برای برنامه های کاربردی ابر موردنیاز هستند که می توانند به صورت پویا و مختلف مقرر می شوند. یعنی افزایش یا کاهش در زمان اجرا بستگی به نیازهای QOS کاربر دارد. فراهم کنندگان ابر اصلی مثل آمازون حتی سرویس هایی را برای توسعه عمودی و توسعه افقی در براساس نیازهای برنامه های کاربردی میزبان دارد.
پویا و توزیع شده: گرچه منابع ابر، مجازی شده اند، آنها اغلب در عملکردهای بالا یا سرویس های ابر قابل اطمینان توزیع می شوند. این منابع انعطاف پذیر و می توانند بر طبق نیازهای مشتری سازگاری یابند مثل: نرم افزار، پیکربندی شبکه و غیره[10].
اشتراک (اقتصاد مقیاسی): زیرساخت ابرها هر جایی است که منابع های متعدد از خود کاربر بر طبق نیازهای برنامه کاربردی خود استفاده می کنند، مشترک می شوند. این الگوی اشتراکی به عنوان الگوی اجاره چندگانه نیز می باشد. به طور کلی، کاربران نه دارای کنترل مستقیم بر منابع فیزیکی هستند و نه از تخصیص منابع و اینکه با چه کسانی مشترک شده اند، خبر دارند.
بازارگرا (پرداخت - در ازای - میزان استفاده): در محاسبات ابری، کاربران براساس پرداخت - در ازای - میزان استفاده برای سرویس ها پرداخت می کنند. الگوی قیمت گذاری می تواند با توجه به انتظار برنامه های کاربردی در کیفیت سرویس متفاوت باشد. فراهم آورندگان ابر IaaS مثل منابع قیمت ها در آمازون از الگوهایی بازاری مثل الگوهای قیمت گذاری کالاها یا زمان پرداخت آنها استفاده می کنند. یک الگوی قیمت گذاری توسط Thualsiram و Allenofor برای منابع مجهز پیشنهاد شده است که می تواند به عنوان اساسی برای منابع ابر استفاده شوند. این خصوصیت، بعد بهره برداری از محاسبات ابری را بیان می کند. یعنی، سرویس های ابری به عنوان سرویس های سنجیده شده هستند که در آن فراهم کنندگان دارای الگوی محاسباتی برای اندازه گیری کاربردها از سرویس ها هستند که به توسعه برنامه های قیمت گذاری متفاوت کمک می کند. الگوی محاسباتی به کنترل و بهینه سازی از منابع کمک می کند.[16]
خودمختار : برای فراهم کردن سرویس های قابل اطمینان در حد بالا، ابرها رفتاری مستقل را با مدیریت خودشان در دگردیسی عملکرد یا شکست نشان می دهند.
مزایای محاسبات ابری
 
کارمان را با بیان مزایای متعددی که توسط محاسبات ابری ارائه می شود آغاز می کنیم. وقتی شما به سمت استفاده از ابر می روید، به چیزهای زیر دست پیدا می کنید:
 
هزینه های کامپیوتری کمتر: شما برای اجرای برنامه های کاربردی مبتنی بر وب، نیازی به استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند و گران قیمت ندارید. از آن جائی که برنامه های کاربردی بر روی ابر اجرا می شوند، نه بر روی یک کامپیوتر رو میزی. کامپیوتر رومیزی شما نیازی به توان پردازشی زیاد یا فضای دیسک سخت که نرم افزارهای دسکتاپ محتاج آن هستند ندارد. وقتی شما یک برنامه کاربردی تحت وب را اجرا می کنید، کامپیوتر شما می تواند ارزان تر، با یک دیسک سخت کوچک تر، با حافظه کم تر و دارای پردازنده کارآمدتر باشد. در واقع، کامپیوتر شما در این سناریو حتی نیازی به یک درایو CD یا DVD هم ندارد زیرا هیچ نوع برنامه نرم افزاری بار نمی شود و هیچ سندی نیاز به ذخیره شدن بر روی کامپیوتر ندارد.
کارآیی توسعه یافته:  با وجود برنامه های کم تری که منابع کامپیوترشما، خصوصاً حافظه آن را به خود اختصاص می دهند، شما شاهد کارآیی بهتر کامپیوتر خود هستید. به عبارت دیگر کامپیوترهای یک سیستم محاسبات ابری، سریع تر بوت و راه اندازی می شوند زیرا آن ها دارای فرآیندها و برنامه های کم تری هستند که به حافظه بار می شود.
 
هزینه های نرم افزاری کم تر:  به جای خرید برنامه های نرم افزاری گران قیمت برای هر کامپیوتر، شما می توانید تمام نیازهای خود را به صورت رایگان برطرف کنید. بله درست است، اغلب برنامه های کامپیوتری محاسبات ابری که امروزه عرضه می شوند، نظیر Google Docs، کاملاً رایگان هستند. این، بسیار بهتر از پرداخت 200 دلار یا بیشتر برای خرید برنامه office مایکروسافت است که این موضوع به تنهایی می تواند یک دلیل قوی برای سوئیچ کردن به محاسبات ابری محسوب شود.
 
ارتقای نرم افزاری سریع و دائم:  یکی دیگر از مزایای مربوط به نرم افزار در  محاسبات ابری این است که شما دیگر نیازی به بروز کردن نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی، به دلیل هزینه زیاد ارتقای آن ها ندارید. وقتی برنامه های کاربردی، مبتنی بر وب باشند، ارتقاها به صورت اتوماتیک رخ می دهد و دفعه بعد که شما به ابر وارد شوید به نرم افزار اعمال می شوند. وقتی شما به یک برنامه کاربردی مبتنی بر وب دسترسی پیدا می کنید، بدون نیاز به پرداخت پول برای دانلود یا ارتقای نرم افزار، از آخرین نسخه آن بهره مند می شوید.
 
سازگاری بیشتر فرمت اسناد:  نیازی نیست که شما نگران مسئله سازگاری اسنادی که بر روی کامپیوتر خود ایجاد می کنید با سایر سیستم عامل ها یا سایر برنامه های کاربردی دیگران باشید. در دنیایی که اسناد 2007Word نمی تواند بر روی کامپیوتری که 2003Word را اجرا می کند باز شوند، تمام اسنادی که با استفاده از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب ایجاد می شوند می تواند توسط سایر کاربرانی که به آن برنامه کاربردی دسترسی دارند خوانده شوند. وقتی همه کاربران اسناد و برنامه های کاربردی خود را بر روی ابر به اشتراک می گذارند، هیچ نوع ناسازگاری بین فرمت ها به وجود نخواهد آمد.
 
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:  محاسبات ابری ظرفیت نامحدودی برای ذخیره سازی در اختیار شما قرار می دهد. دیسک سخت 200 گیگابایتی فعلی کامپیوتر رومیزی شما در مقایسه با صدها پتابایت (یک میلیون گیگابایت) که از طریق ابر در دسترس شما قرار می گیرد اصلا چیزی به حساب نمی آید. شما هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داشته باشید می توانید ذخیره کنید.
 
قابلیت اطمینان بیشتر به داده:  برخلاف محاسبات دسکتاپ، که در آن یک دیسک سخت می تواند تصادم کند و تمام داده های ارزشمند شما را از بین ببرد، کامپیوتری که بر روی ابر تصادم کند نمی تواند بر داده های شما تاثیر بگذارد. این همچنین بدان معنا است که اگر کامپیوترهای شخصی شما نیز تصادم کنند، تمام داده ها هنوز هم آن جا و برروی ابر وجود دارند و کماکان در دسترس شما هستند. در دنیایی که تنها تعداد اندکی از کاربران به طور مرتب و منظم از داده های مهم و حساس خود نسخه پشتیبان تهیه می کنند، محاسبات ابری حرف آخر در زمینه محافظت از داده ها به شمار می رود.
 
دسترسی جهانی به اسناد:  آیا تا به حال کارهای مهم خود را از محیط کار به منزل برده اید؟ و یا تاکنون به همراه بردن یک یا چند فایل مهم را فراموش کرده اید؟ این موضوع در محاسبات ابری رخ نمی دهد زیرا شما اسناد و فایل های مهم  خود را همراه خود حمل نمی کنید. در عوض، این اسناد و فایل ها بر روی ابر می مانند و شما می توانید از هرجایی که یک کامپیوتر و اتصال اینترنتی وجود داشته باشد به آن دسترسی پیدا کنید. شما در هر کجا که باشید به سرعت می توانید به اسناد خود دسترسی پیدا کنید و به همین دلیل، نیازی به همراه داشتن آن ها نخواهید داشت.
 
در اختیار داشتن آخرین و جدیدترین نسخه:  یکی دیگر از مزایای مرتبط با اسناد در محاسبات ابری این است که وقتی شما یک سند را در خانه ویرایش می کنید، این نسخه ویرایش شده همان چیزی است که وقتی در محل کار خود به آن دسترسی می یابید مشاهده می کنید. ابر همواره، آخرین نسخه از اسناد شما را میزبانی می کند و تا وقتی شما به اینترنت و ابر متصل باشید، هیچ گاه در معرض خطر استفاده از یک نسخه تاریخ گذشته نخواهید بود.
همکاری گروهی ساده تر:  به اشتراک گذاشتن اسناد، شما را مستقیماً به همکاری بر روی اسناد رهنمون می کند. برای بسیاری از کاربران، این یکی از مهم ترین مزایای استفاده از محاسبات ابری محسوب می شود زیرا چندین کاربر به طور همزمان می توانند برروی اسناد و پروژه ها کار کنند، به دلیل این که اسناد بر روی ابر میزبانی می شوند، نه بر روی کامپیوترهای منفرد، همه چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر با قابلیت دسترسی به اینترنت است.
 
مستقل از سخت افزار:  در نهایت، در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره می کنیم. شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید. کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند. حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند. دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرصه ظهور گذاشت، هم اکنون به دلیل توانایی اش در ارائه زیرساخت فن آوری پویا و بسیار منعطف، محیط های محاسباتی تضمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس های نرم افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ مبدل شده است. در گزارش گوگل Trends و همانطور که در شکل 2-4 مشاهده می کنید، محاسبات ابری که از تکنولوژی مجازی سازی بهره می برد، محاسبات گریدی را پشت سر گذاشته است.

شکل2-4 : تمایل به سمت محاسبات ابری[35]
پروژه های متعددی در حوزه صنعت و دانشگاه بر روی محاسبات ابری آغاز شده است وشرکت های بسیار بزرگی با این موضوع درگیر شده اند و این نشان از توجه عمومی به سمت این پدیده نوین است.
نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید. در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره می کنیم:
نیاز به اتصال دائمی به اینترنت دارد: در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود. از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید. نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است. وقتی شما آفلاین هستید، محاسبات ابری کار نمی کند.
با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند: به همان شکلی که در بالا اشاره شد، یک ارتباط اینترنتی کم سرعت نظیر نمونه ای که در سرویس های Dial-up دیده می شود، در بهترین حالت، استفاده از محاسبات ابری را با دردسرهای فوق العاده ای همراه می کند و اغلب اوقات، استفاده از آن را غیرممکن می سازد. برنامه های کاربردی تحت وب و همچنین اسنادی که بر روی ابر ذخیره شده اند برای دانلود شدن به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارند. اگر شما از یک اینترنت Dial-up استفاده می کنید، اعمال تغییر در یک سند یا رفتن از یک صفحه به صفحه دیگر همان سند ممکن است برای همیشه به طول بینجامد. و البته در مورد بار شدن یک سرویس غنی از امکانات حرفی نمی زنیم. به عبارت دیگر، محاسبات ابری برای افرادی که از اینترنت باند پهن استفاده نمی کنند، نیست.
می تواند کند باشد: حتی در یک ارتباط اینترنتی سریع نیز، برنامه های کاربردی تحت وب می توانند گاهی اوقات کندتر از دسترسی به همان برنامه نرم افزاری از طریق یک کامپیوتر رومیزی باشند. تمام جنبه های یک برنامه، از جمله اینترفیس و سند فعلی، باید بین کامپیوتر یا کامپیوترهای موجود بر روی ابر مبادله شود. اگر در آن لحظه، سرورهای ابر در معرض تهیه نسخه پشتیبان باشند یا اگر اینترنت یک روز کند را پشت سر بگذارد، شما نمی توانید به همان دسترسی سریعی که در یک برنامه دسک تاپ وجود دارد، برسید.
ویژگی ها ممکن است محدود باشند: این وضعیت در حال تغییر است اما بسیاری از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب به اندازه همتای دسک تاپ خود دارای ویژگی ها و امکانات غنی نیستند. به عنوان مثال، شما می توانید کارهای بسیار زیاد با برنامه PowerPoint انجام دهید که امکان انجام همه آن ها توسط برنامه ارائه Google Docs وجود ندارد. اصول این برنامه ها یکسان هستند، اما برنامه کاربردی که بر روی ابر قرار دارد فاقد بسیاری از امکانات پیشرفته PowerPoint است. اگر شما یک کاربر با تجربه و حرفه ای هستید، ممکن است نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید.
داده های ذخیره شده ممکن است از امنیت کافی برخوردار نباشند: با استفاده از محاسبات ابری، تمام داده های شما بر روی ابر ذخیره می شوند. این داده ها تا چه حد ایمن هستند؟ آیا کاربران غیرمجاز می توانند به داده های مهم و محرمانه شما دسترسی پیدا کنند؟ کمپانی محاسبات ابری اظهار می کند که داده ها امن هستند اما هنوز برای اطمینان کامل از این موضوع خیلی زود است. از نظر تئوری، داده های ذخیره شده بر روی ابر ایمن هستند و بین چندین ماشین توزیع شده اند. اما در صورتی که داده های شما مفقود شوند، شما هیچ نسخه پشتیبان فیزیکی یا محلی در اختیار نخواهید داشت (مگر این تمام اسناد ذخیره شده بر روی ابر را بر روی دسک تاپ خود دانلود کنید که معمولاً کاربران کمی چنین کاری می کنند). به سادگی بگویم، اتکا به ابر، شما را در معرض خطر قرار می دهد.
بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان از نگاه آماری
وب سایت cloudehypermarket.com تصویری را منتشر کرده است که اطلاعات آماری جالبی را در مورد محاسبات ابری و اوضاع فعلی آن در جهان به تصویر می‌کشد.
1562101485900
شکل 2-5 : بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان[36]
برخی از مهمترین نکات موجود در شکل عبارتند از: (آمار مربوط به اواخر سال ۲۰۱۰ می‌باشد).
۱- در بخش اول تصویر میزان سرمایه‌گذاری جهانی در حوزه‌ی آی‌تی بررسی شده است. در سال ۲۰۰۸ مجموعاً ۳۶۷ میلیارد پوند صرف هزینه‌های معمول فناوری اطلاعات و ۱۶ میلیارد پوند صرف هزینه‌های مربوط به سرویس‌های محاسبات ابری شده است. پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۲ مجموع سرمایه‌گذاری معمول در حوزه‌ی IT به رقم ۴۵۱ میلیارد پوند و سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری به ۴۲ میلیارد پوند برسد. با این محاسبات، رشد سالانه‌ی سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ به عدد ۲۵ درصد نزدیک است.
۲- مؤسسه‌ی تحقیقات بازار IDC پیش‌بینی می کند که در چند سال آینده، علاوه بر رشد سرمایه گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری، شرکت‌ها نیز حوزه‌های فعالیت خود را تغییر خوهند داد و خدمات خود را به سمت محاسبات ابری سوق خواهند داد. پیش‌بینی می‌شود خدمات محاسبات ابری شرکت‌ها در سال ۲۰۱۲ اینگونه ارائه شود:
اپلیکیشن‌های تجاری: ۵۲ درصد
نرم افزارهای زیرساختی: ۱۸ درصد
خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات: ۱۳ درصد
تولید و پیاده‌سازی نرم افزارها و اپلیکیشن‌ها: ۹ درصد
خدمات سرور: ۸ درصد
۳- آیا استفاده از محاسبات ابری فرآیند مدیریت فناوری اطلاعات را آسان تر کرده است؟
۷۰ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۴- آیا استفاده از محاسبات ابری، بهبودی در تجربه‌ی مصرف کننده‌ی نهایی ایجاد کرده است؟
۷۲ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۶ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۲ درصد مخالف این جمله هستند.
۵- آیا استفاده از محاسبات ابری، چالش‌های مربوط به کارایی فناوری اطلاعات را کاهش داده است؟
۶۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۷ درصد مخالف این جمله هستند.
۶- آیا استفاده از محاسبات ابری، هزینه‌های زیرساختی سازمان ها را کاهش داده است؟
۷۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۷ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۷- آیا استفاده از محاسبات ابری، فشارهای ناشی از تأمین منابع درون‌سازمانی بر روی سازمان را کاهش داده است؟
۷۴ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۸ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۸ درصد مخالف این جمله هستند.
۸- امروزه ۵۰ میلیون سرور فیزیکی در سراسر جهان وجود دارد. ۲درصد از این تعداد سرور در اختیار گوگل است (یعنی ۱ میلیون سرور).
۹- امروزه ۳۳ هزار و ۱۵۷ مؤسسه‌ی خدمات مرکز داده در جهان وجود دارد که ایالات متحده‌ی امریکا به تنهایی ۲۳ هزار و ۶۵۶ عدد از این مراکز داده را در خود جای داده است. کانادا، انگلستان، آلمان و هلند با اختلاف فاحشی نسبت به آمریکا در جایگاه‌های بعدی این آمار هستند.
۱۰- پیش بینی می‌شود در سال ۲۰۱۳ حداقل ۱۰ درصد از این سرورهای فیزیکی فروخته شده بر روی سرورهای مجازی (Virtual Machine) مستقر باشند به طوری که بر روی هر سرور فیزیکی ۱۰ ماشین مجازی مشغول به کار است. این به معنای شکل گیری سالانه ۸۰ تا ۱۰۰ میلیون سرور مجازی در سراسر دنیاست.
۱۱- در سال ۲۰۱۳ تقریبا ۶۰ درصد از بار کاری سرورها به صورت مجازی خوهد بود.
۱۲- مالکین دنیای محاسبات ابری در حال حاضر ۴ شرکت (بدون در نظر گرفتن رشد ناگهانی آمازون در ۴ ماهه‌ی ابتدایی سال ۲۰۱۱) گوگل، مایکروسافت، زوهو (Zoho) و رک‌اسپیس (RackSpace) با در اختیار داشتن بازاری با مجموع ارزش بیش از ۱۰۰ میلیارد پوند هستند.
۱۳- این ۱۰۰ میلیارد پوند، درآمد ناشی از خدماتی به شرح زیر است:
۵۶ درصد از مردم از سرویس‌های پست الکترونیکی همانند Gmail، Ymail و Hotmail استفاده می‌کنند.
۳۴ درصد از مردم از خدمات ذخیره‌سازی تصاویر در وب استفاده می‌کنند.
۲۹ درصد از مردم از اپلیکیشن‌های آنلاین مثل Google Docs و Photoshop Express استفاده می‌کنند.
۷ درصد از مردم از سرویس‌های ذخیره‌سازی ویدئو در وب استفاده می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای ذخیره‌سازی فایل های رایانه‌ای خود در وب پول پرداخت می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات هارد دیسک خود بر روی وب‌سایت‌های اینترنتی هزینه می‌کنند.
یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure از شرکت مایکروسافت
هزینه های مربوط به پردازش:
معادل یک کامپیوتر شخصی ۱۲۰۰ ریال / ساعت
معادل یک سرویس دهنده ۳۰۰۰ ریال / ساعت
معادل یک ابر رایانه ۱۰۰۰۰ ریال / ساعت
هزینه های مربوط به فضای ذخیره سازی:
هر گیگابایت اجاره نگهداری ماهانه ۱۵۰۰ ریال
هر ده هزار تراکنش ذخیره سازی ۱۰ ریال
هزینه دریافت هر گیگابایت داده از ابر:
بسته به کشوری که در آن قرار دارید، از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ریال
این سیستم عامل به نام Windows Azure درحال حاضر توسط شرکت مایکروسافت با قیمت هایی شبیه آنچه در بالا آمد، ارائه می گـردد. بـرای اجرای این سیستم عامل به رایانه ای با چند گیگابایت حافظه RAM و چندصد گیگابایت دیسک سخت نیاز نبوده و یک دستگاه نسبتاً قـدیـمی هم می تواند برای آن به کار رود.
بعد از اینکه با محاسبات ابری آشنا شدیم و آن را از نگاه آماری بررسی کردیم و به این نتیجه رسیدیم که محاسبات ابری می توانند نقش عمده ای در جهان امروزی داشته باشند به معرفی سیستم عامل های ابری که از پلتفرم های مربوط به محاسبات ابری هستند، می پردازیم. در ابتدا تعریفی از سیستم عامل.
تعریف سیستم عامل
سیستم عامل، نرم افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته، اجرای برنامه های کاربردی را کنترل نموده و به صورت رابط کاربر و سخت افزار عمل می نماید. سیستم عامل خدماتی به برنامه های کاربردی و کاربر ارائه می دهد. برنامه های کاربردی یا از طریق واسط های برنامه نویسی کاربردی و یا از طریق فراخوانی های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه های کاربردی می توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر یا سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می شود پیاده سازی می شود (استالینگ، 1381).
انواع سیستم عامل
سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها، سیستم عامل های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند. از قبیل XP98، Me و Vista که بیشتر محصول شرکت مایکروسافت می باشند.
سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزارهای سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود[13].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بی درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشد. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری به گونه ای که عملیات خاصی در زمانی که بایستی اجرا شوند، اجرا گردند و مهم تر از همه اینکه مدیریت منابع به گونه ای است که این عملیات خاص در هر بار وقوع، مقدار زمان یکسانی بگیرد[1].
سیستم های توزیعی
در منابع مختلف تعاریف مختلفی برای سیستم های توزیعی ارائه شده است. اما هیچ یک نه کامل است و نه با دیگری همخوانی دارد. در این تحقیق تعریفی از این نوع سیستم ها که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم به آن اشاره شده را بیان می کنیم:
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
از این تعریف می توان به این نتیجه رسید که اولاً یک سیستم توزیعی از کامپیوترهای خود مختار تشکیل شده است و ثانیاً کاربران تصور می کنند که با یک سیستم منفرد کار می کنند. پس با تعریفی که ذکر شد می توان یک سیستم توزیعی را اینگونه نیز تعریف کرد:
هر سیستمی که بر روی مجموعه ای از ماشین ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر می باشند ، یک سیستم توزیع شده است. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که در سیستم های توزیعی تفاوت بین کامپیوترهای مختلف و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر باید تا حدود زیادی از دید کاربران پنهان بماند. سیستم های توزیعی برای اینکه بتوانند از کامپیوترها و شبکه های ناهمگن پشتیبانی کنند و همگی سیستم ها را در غالب یک سیستم منفرد نمایش دهند، به عنوان یک لایه میانی به نام میان افزار بین یک لایه سطح بالایی شامل کاربران و برنامه های کاربردی و یک لایه پائینی شامل سیستم های عامل در نظر گرفته می شوند[12]. در شکل 2-6 لایه سیستم توزیعی یا به عبارتی میان افزاری را مشاهده می کنید که بین سیستم های عامل 1 تا 4 و چهار کامپیوتر شبکه که شامل سه برنامه کاربردی هستند قرار گرفته است. این لایه باعث می شود که تفاوت بین سخت افزار و سیستم های عامل از دید برنامه های کاربردی وکاربران مخفی بماند.

شکل 2-6 : سیستم توزیعی که به عنوان یک لایه میانی یا میان افزار بین برنامه های کاربردی و سیستم عامل ها قرار گرفته است[12].
و اما مواردی که باید در طراحی سیستم های توزیع شده در نظر گرفت و به نوعی اهداف سیستم های توزیع شده می باشند عبارتند از شفافیت، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، کارآیی خوب و قابلیت گسترش.
شفافیت
یکی از اهداف مهم سیستم های توزیع شده این است که فرآیندها و منابعی که بین ماشین های متعدد توزیع شده اند، باید از دید کاربران مخفی بماند[17]. به سیستم توزیعی که از دید کاربران و برنامه های کاربردی خود به صورت یک سیستم کامپیوتری منفرد جلوه می کند را اصطلاحاً شفاف می گویند.
شفافیت انواع مختلفی دارد و در مورد هر یک طبق تعریفی که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم آمده توضیح می دهیم، شفافیت دسترسی که در مورد مخفی سازی تفاوت های ارائه داده و نحوه دسترسی به منابع به وسیله کاربران می باشد. شفافیت مکان یعنی اینکه کاربران نتوانند محل استقرار فیزیکی منبع در سیستم را شناسایی کنند. شفافیت مهاجرت یعنی اینکه بتوان منابع آنها را بدون تاثیرگذاری بر نحوه دسترسی به آنها انتقال داد. شفافیت مکان یابی مجدد هنگامی است که بتوان منابع را در حین دسترسی به آنها و بدون کوچکترین اطلاعی به کاربر یا برنامه کاربردی مجددا مکان یابی کرد. شفافیت تکثیر به مخفی سازی وجود چندین نسخه تکثیری از یک منبع می پردازد. شفافیت هم روندی زمانی است که مثلا دو کاربر مستقل فایل های خود را روی یک خدمتگذار فایل واحد ذخیره کرده و یا به جداول واحدی در پایگاه داده مشترک دسترسی داشته باشند. در این موارد هیچ یک از کاربران نباید کوچکترین اطلاعی از واقعیت استفاده کاربر دیگر از آن منبع داشته باشد. شفافیت خرابی به این معناست که کاربر متوجه خرابی و عملکرد نادرست یک منبع نشده و سپس سیستم اقدام به ترمیم آن خرابی کند[2].
قابلیت اطمینان
در دسترس بودن یک فاکتور مهم مرتبط با این سیستم ها است. طراحی نباید به گونه ای باشد که نیاز به اجرای همزمان کامپوننت های اساسی باشد. افزونگی بیشتر داده ها باعث افزایش در دسترس بودن شده اما ناسازگاری را بیشتر می کند. قدرت تحمل خطا باعث پوشاندن خطاهای ایجاد شده توسط کاربر می شود.
کارآیی
بدون کارآیی مناسب کلیه موارد استفاده نرم افزار بی فایده می باشد. اندازه گیری کارایی در سیستم های توزیع شده کار آسانی نیست. برای رسیدن به کارایی باید توازنی خاص در تعداد پیغام ها و اندازه کامپوننت های توزیع شده بر قرار باشد.
مقیاس پذیری
امروزه اتصال جهانی از طریق اینترنت، مانند امکان ارسال یک کارت پستال برای هر کسی در هر گوشه ای از جهان تبدیل به امر عادی شده است. به همین دلیل، مقیاس پذیری یکی از مهمترین اهداف طراحی برای سازندگان سیستم های توزیعی محسوب می شود. مقیاس پذیری یک سیستم را می توان حداقل در سه بعد مختلف اندازه گیری کرد(نیومان، 1994). اولاً، یک سیستم می تواند با توجه به اندازه خود مقیاس پذیر باشد. به این معنا که بتوان به راحتی کاربران و منابع دیگری را به سیستم اضافه نمود. ثانیاً، یک سیستم مقیاس پذیر جغرافیایی سیستمی است که ممکن است کاربران و منابع آن در فاصله های دوری از هم قرار گرفته باشند. ثالثا، یک سیستم ممکن است از نظر مدیریت اجرایی مقیاس پذیر باشد، به این معنا که حتی اگر سازمان هایی با مدیریت اجرایی مستقل را به هم پیوند دهد. باز به راحتی قابل مدیریت باشد. متاسفانه، اغلب سیستم هایی که از یک یا چند مقیاس پذیر هستند، با افزایش مقیاس پذیری سیستم، تاحدودی با افت عملکرد مواجه می شوند.
سیستم عامل های توزیعی
محیط های کامپیوتری تحت شبکه( شبکه های کامپیوتری) امروزه بسیار رایج شده اند و این محیط ها شامل مجموعه ای از ایستگاه های کاری و سرویس دهنده ها می باشند. واضح است که مدیریت این منابع کار آسانی نخواهد بود. استفاده از مجموعه ای از کامپیوترها که از طریق شبکه به هم متصل شده اند مشکلات بسیاری را در بر دارد، از جمله مشکلات تقسیم منابع و یکپارچه سازی محیط( که این مشکلات در سیستم های متمرکز وجود ندارد). علاوه بر این برای افزایش میزان کارآیی، توزیع بایستی از دید کاربر پنهان بماند. راه حل مناسب این است که سیستم عاملی طراحی شود که توزیعی بودن سخت افزار را در تمامی سطوح در نظر داشته باشد. به این صورت که سیستم عامل مجموعه را به صورت یک سیستم متمرکز نشان دهد و در کنار آن از مزیت های سیستم توزیعی استفاده کند. در ساختار سیستم عامل های توزیعی از دو الگوی مبتنی بر پیام و مبتنی بر شیء استفاده می شود[11].
الگوی مبتنی بر پیام
در این الگو سیستم عامل یک هسته مبتنی بر پیام در هر گره قرار می دهد و برای برقراری ارتباطات داخل فرآیند از ارسال پیام استفاده می کند. هسته از هر دو نوع ارتباط محلی( ارتباط بین فرآیندهای داخل هر گره) و غیر محلی(ارتباط از راه دور) پشتیبانی می کند. در یک سیستم عامل سنتی همانند یونیکس دسترسی به سرویس های سیستمی از طریق فراخوانی متدها صورت می پذیرفت در حالی که در سیستم عامل های مبتنی بر پیام، درخواست ها از طریق ارسال پیام مطرح می شوند. با این قرار می توان نتیجه گرفت سیستم عامل های مبتنی بر پیام ساخت جذاب تر و بهتری دارند، زیرا سیاست های موجود در فرآیند های سرویس دهنده از مکانیزم پیاده سازی هسته جدا می باشد.
الگوی مبتنی بر شیء
در این الگو سیستم عامل سرویس ها و منابع را به موجودیت هایی به نام شیء کپسوله می کند. این اشیاء همانند نمونه هایی از داده های انتزاعی می باشند و از ماژول های منحصر به فردی تشکیل شده اند. همچنین این ماژول ها نیز متشکل از متدهای به خصوصی می باشند که اینترفیس(واسط) ماژول را توصیف می کنند. عملکرد در این الگو این چنین است که کاربران درخواست سرویس را از طریق احضار شیء مورد نظر مطرح می سازند. این مکانیزم بسیار شبیه به فراخوانی پروسه ها در سیستم های معمولی می باشد. قابل ذکر است که اشیاء عملیات را کپسوله می کنند.
رویکرد سیستم عامل های ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند. سیستم عامل ابری شامل سرویس دهنده های محاسباتی، سرویس دهنده های داده ای و ایستگاه های کاربر می باشد.
سرویس دهنده های محاسباتی: ماشینی است برای استفاده به عنوان موتور محاسباتی.
سرویس دهنده های داده ای: ماشینی است برای استفاده به عنوان مخرن داده های بلند مدت.
ایستگاه های کاربری: ماشینی است که محیطی برای توسعه دادن برنامه های کاربردی فراهم می کند و واسطی بین کاربر و سرویس دهنده های محاسباتی یا داده ای می باشد[3].
ساختار سیستم عامل های ابری بر پایه مدل شیء- نخ می باشد. این مدل از مدل برنامه نویسی معروف شیء گرا اقتباس شده است که نرم افزار سیستم را بر پایه مجموعه ای از اشیاء می سازد. هر شیء شامل تعدادی داده و عملیات بر روی آن داده ها می باشد. عملیات بر روی داده ها را متد می نامند و نوع شیء نیز با کلاس مشخص می گردد. هر کلاس می تواند صفر یا یک و یا چند نمونه داشته باشد ولی یک نمونه تنها از یک کلاس ناشی می شود. اشیاء به پیام ها پاسخ می دهند و ارسال پیام به یک شیء می تواند به داده های درون شیء دسترسی داشته باشد و آن ها را بروز رسانی کند و یا به اشیاء دیگر درون سیستم پیام ارسال کند. اشیاء ابر کپسولی از کد و داده می باشند که در یک فضای آدرس مجازی قرار دارند. هر شیء نمونه ای از یک کلاس است و هر کلاس ماژولی از برنامه. اشیاء ابرها به احضارها پاسخ می دهند و احضارها ( با استفاده از نخ ها) برای اجرای متد درون شیء ابر استفاده می گردند. ابرها از اشیاء برای تضمین انتزاع مخازن و از نخ ها برای اجرای متد درون شیء استفاده می نمایند. این موجب می شود که محاسبات و مخازن داده ای از یکدیگر تفکیک شوند. از دیگر ویژگی های مدل شیء- نخ می توان به این موارد اشاره کرد:
عملیات ورودی و خروجی
به اشتراک گذاری داده ها
ارتباط درون فرآیندها
ذخیره سازی بلند مدت داده ها در حافظه
الگوی سیستم عامل ابری
الگوی مورد استفاده در سیستم عامل های ابری همان الگوی شیء- نخ می باشد که در این بخش به توضیح اجزا و نحوه عملکرد این الگو می پردازیم.
شیء ابری
شیء ابری یک فضای آدرس مجازی پایدار می باشد. برخلاف فضاهای آدرس در سیستم های معمولی، محتویات اشیاء برای مدت طولانی باقی می مانند. به همین دلیل در هنگام خرابی سیستم از بین نمی روند، مگر اینکه عمدا از سیستم حذف شوند. همانطور که از تعریف برمی آید اشیاء ابری سنگین وزن هستند، به همین علت است که این اشیاء بهترین انتخاب برای مخازن داده ای و اجرای برنامه های بزرگ به حساب می آیند. داده های درون شیء فقط توسط خود شیء قابل دسترسی و بروزرسانی می باشند، زیرا محتویات یک فضای آدرس مجازی از بیرون از فضای مجازی قابل دست یابی نمی باشند.
یک شیء ابری شامل موارد زیر است:
کد مخصوص به خود ( متدهای اختصاصی )
داده های پایدار
حافظه ای زودگذر و سبک ( برای تخصیص حافظه موقت )
حافظه ای پایدار و دائمی ( برای تخصیص دادن حافظه ای که بخشی از ساختمان داده پایدار شیء می باشد )
داده با احضار متدها وارد شیء می شود و با پایان احضار از شیء خارج می گردد (شکل شماره 2-7 ). اشیاء ابری دارای یک نام در سطح سیستم می باشند که آن ها را از یکدیگر منحصر به فرد می سازد. این اشیاء درون سرویس دهنده های محاسباتی قابل استفاده می باشند که این کارآیی موجب می شود توزیعی بودن داده ها از دید کاربر مخفی باقی بماند.
4375151651000
شکل شماره 2-7 : ساختمان یک شیء ابری[5]
نخ
یک نخ عبارت است از مسیری اجرایی که وارد اشیاء شده و متدهای درون آن ها را اجرا می کند و محدود به یک فضای آدرس نمی شود. نخ ها توسط کاربران و یا برنامه های کاربردی ساخته می شوند. نخ ها با اجرای متدی از یک شیء می توانند به داده های درون شیء دسترسی یابند، آن ها را بروزرسانی کنند و یا اینکه متدهایی از شیء دیگر را احضار کنند. در این حالت، نخ به طور موقت شیء فعلی را رها می کند، از آن خارج شده و وارد شیء فراخوانی شده می گردد و متد مورد نظر آن را اجرا می کند، پس از پایان اجرای متد به شیء قبلی باز می گردد و نتیجه را برمی گرداند. نخ ها پس از پایان عملیات مورد نظر از بین می روند. علاوه بر این چند نخ می توانند به طور هم زمان وارد یک شیء شوند و به طور موازی به اجرا درآیند که در این صورت نخ ها محتویات فضای آدرس شیء را بین یکدیگر به اشتراک می گذارند. شکل شماره 2-8 نحوه اجرای نخ ها در اشیاء را نشان می دهد.

دانلود پایان نامه ارشد- مقاله تحقیق

 برای دانلود فایل کامل به سایت منبع مراجعه کنید  : homatez.com

یا برای دیدن قسمت های دیگر این موضوع در سایت ما کلمه کلیدی را وارد کنید :

 

شکل شماره 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری[5]
تعامل میان شیء و نخ ( مدل شیء- نخ )
ساختار یک سیستم عامل ابری متشکل از اشیاء و نخ ها می باشد. مکانیزم ذخیره سازی داده ها در سیستم عامل های ابری با سایر سیستم عامل های معمول تفاوت دارد. در سیستم عامل های معمولی از فایل ها برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ولی در سیستم عامل های ابری اشیاء نقش مخازن داده را ایفا می کنند. برخی از سیستم ها برای برقراری ارتباط با داده های مشترک و هماهنگ سازی محاسبات از الگوی ارسال پیام استفاده می کنند. ابرها با قراردادن داده ها درون اشیاء آن ها را به اشتراک می گذارند. متدها در صورت نیاز به دسترسی داده ها شیء مورد نظر را که داده درون آن قرار دارد احضار می کنند. در یک سیستم مبتنی بر پیام، کاربر می بایست درجه هم زمانی را در هنگام نوشتن برنامه تعیین کند و برنامه را به تعدادی پروسه سیستمی بشکند. مدل شیء-نخ این احتیاجات را حذف می کند، به این صورت که در زمان اجرا درجه هم زمانی با ایجاد نخ های موازی مشخص می شود.
به طور خلاصه می توان گفت:
سیستم عامل ابری از فضاهای آدرس نام گذاری شده به نام شیء تشکیل شده است و این اشیاء قادرند:
مخازن داده پایدار فراهم کنند.
متدهایی برای دست یابی و دست کاری داده ها ایجاد نمایند.
داده ها را به اشتراک بگذارند.
هم زمانی را کنترل نمایند.
جریان کنترلی توسط نخ هایی که اشیاء را احضار می کنند انجام می شود.
جریان داده ای با ارسال پارامتر انجام می شود.
برنامه نویسی در مدل شیء- نخ در ابرها
مفاهیم مورد استفاده برنامه نویس در مدل شیء – نخ عبارتند از:
کلاس: ماژول های سیستم
نمونه: شیء ای از کلاس می باشد که می تواند توسط نخ ها احضار شود.
بنابراین برای نوشتن برنامه کاربردی در ابرها، برنامه نویس یک یا چند کلاس را تعریف می کند و داده ها و کدهای برنامه را درون این کلاس ها قرار می دهد. برنامه برای اجرا شدن نخی ایجاد می کند که متد اصلی شیء اجرا کننده برنامه را احضار می کند. اشیاء دارای نام هایی می باشند که برنامه نویس هنگام تعریف شیء برای آن ها مشخص کرده است و این نام ها بعدا به نام سیستمی شیء تبدیل می شوند.
معماری سیستم عامل ابری
دراین بخش معماری سیستم عامل های ابری را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل شماره 2-9 مدلی منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری را نمایش می دهد. یک پروسه ابری به مجموعه ای از اشیاء ابری اطلاق می شود که با هم یک برنامه کاربردی را تشکیل می دهند.

شکل شماره 2-9 : مدل منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری[6]
فضای هسته ابر به تعدادی از پروسه های ابری که عملیات کنترل دسترسی ها، تخصیص حافظه و محاسبات مقدار منابع لازم را انجام می دهند گفته می شود. مابقی پروسه ها که مربوط به فضای هسته ابر نیستند، فضای کاربر را تشکیل می دهند. پروسه های ابری فضای کاربر که مستقیما توسط خود کاربر اجرا می شوند برنامه های کاربران نامیده می شوند و کتابخانه های ابری، پروسه های ابری می باشند که توسط برنامه های کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. این برنامه ها از طریق مجموعه ای از واسط های استاندارد به نام فراخوانی های سیستمی ابر با کتابخانه ها و پروسه های هسته ارتباط برقرار می کنند. تمامی اشیاء موجود در فضای کاربر برای گرفتن دستورات از سیستم عامل از یک دستگیره فراخوانی استفاده می کنند، بدین معنی که برای مدیریت شدن از طریق یک واسط تحت شبکه قابل دسترسی می باشند که ارتباط میان اشیاء و آدرس آن ها در شبکه توسط پروسه های ابری «مدیریت پروژه» و «مدیریت ماشین مجازی» موجود در فضای هسته انجام می گیرند. اطلاعات نهایی نیز توسط پروسه ابری «کتابخانه نامگذاری» در دسترس قرار می گیرد. قابلیت دسترسی تمامی عملیات مدیریتی را پروسه ابری «اعتباردهی» مورد بررسی قرار می دهد و عملیات محاسبه میزان منابع مورد نیاز در هر لحظه نیز بر عهده پروسه ابری «اندازه گیری» می باشد. البته قابل ذکر است که مفروضات لحاظ شده در شکل شماره 2-4 تعداد اندکی از محدودیت های موجود در ابرها را در نظر گرفته است و کامل نمی باشد[6].
برخی سیستم عامل های ابری موجود(سیستم عامل های مبتنی بر وب)
سیستم عامل های وب روش بسیار مناسبی برای دستیابی به همه داده های شما در همه جای دنیا هستند (مشروط بر اینکه کامپیوتری با یک اتصال به اینترنت و یک مرورگر وب وجود داشته باشد). چنانچه تعدادی کامپیوتر داشته باشید، اما بخواهید همه اطلاعات را در یک جا نگهدارید و از برنامه های کاربردی مورد علاقه خود نیز استفاده کنید، این سیستم عامل ها بسیار سودمند هستند. اکنون در این مرحله ممکن است این سوال مطرح شود که چرا سیستم عامل وب؟. اساساً، یک سیستم عامل وب چیزی شبیه یک سیستم عامل روی اینترنت است. سیستم عامل وب، دسکتاپ مجازی شماست که به هیچ مکان فیزیکی متصل نیست و این امکان را به شما می دهد که در هر جایی از دنیا با کمک یک مرورگر به آن دستیابی داشته باشید. اجازه دهید تا از بین سیستم عامل های وبی که وجود دارد به بیان ویژگی های چند مورد از آنها بپردازیم.
سیستم عامل iCloud
سیستم عامل iCloud، مزایای بسیار زیادی دارد، علاوه بر اینکه هر برنامه ای که نیاز داریم در آن موجود است، 50 گیگابایت فضای ذخیره سازی آنلاین، به اشتراک گذاری آسان و ویژگی های افزایش برنامه های کاربردی را دارد. این سیستم عامل دارای ویژگی هایی مانند زیر است:
سیستم فایل آنلاین برای ذخیره سازی انواع فایل ها.