Clusters

 Aula 5 – Clusters  O que são clusters?  Cluster pode ser definido como um sistema onde dois ou mais computadores trabalham de maneira conjunta para realizar processamento pesado  Os computadores dividem as tarefas de processamento e trabalham como se fossem um único computador  Histórico  A idéia inicial que conduz ao cluster foi desenvolvida na década de 1960 pela IBM como uma forma de interligar grandes mainframes  Entretanto, o cluster ganhou força até que três tendências convergiram nos anos 80: microprocessadores de alto desempenho, redes de alta velocidade, e ferramentas padronizadas para computação distribuída de alto desempenho  Uma quarta tendência possível é a crescente necessidade de poder de processamento para aplicações científicas e comerciais unida ao alto custo e a baixa acessibilidade dos tradicionais dos supercomputadores  No final de 1993, Donald Becker e Thomas Sterling iniciaram um esboço de um sistema de processamento distribuído construído a partir de hardware convencional como uma medida de combate aos custos dos supercomputadores  No início de 1994, trabalhando no CESDIS, com o patrocínio do projeto HTPCC/ESS, criaram o primeiro cluster desse tipo, o projeto Beowulf  Cluster de 16 processadores DX4 interligados  Tipos de Cluster  Alta Disponibilidade (High Availability (HA) and Failover)  Estes modelos de clusters são construídos para prover uma disponibilidade de serviços e recursos de forma ininterruptas através do uso da redundância implícitas ao sistema  A idéia geral é que se um nó do cluster vier a falhar (failover), aplicações ou serviços possam estar disponíveis em outro nó  Utilizados para base de dados de missões críticas, correio, servidores de arquivos e aplicações  Balanceamento de carga (Load Balancing)  Este modelo distribui o tráfego entrante ou requisições de recursos provenientes dos nodos que executam os mesmos programas entre as máquinas que compõem o cluster  Todos os nodos estão responsáveis em controlar os pedidos. Se um nó falhar, as requisições são redistribuídas entre os nós disponíveis no momento.  Este tipo de solução é normalmente utilizado em fazendas de servidores de web (web farms)  Exemplo: MOSIX (Multicomputer Operating System for UnIX)  Combinação HA & Load Balancing  Combina as características dos dois tipos de cluster, aumentando assim a disponibilidade e escalabilidade de serviços e recursos  Este tipo de configuração de cluster é bastante utilizado em servidores de web, mail, news ou ftp

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Alto Desempenho e Aplicações  Este modelo de cluster aumenta a disponibilidade e performance para as aplicações, particularmente as grandes tarefas computacionais  Uma grande tarefa computacional pode ser dividida em pequenas tarefas que são distribuídas ao redor das estações (nodos), como se fosse um supercomputador massivamente paralelo  Estes clusters são usados para computação cientifica ou análises financeiras, tarefas típicas para exigência de alto poder de processamento

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Por que utilizar cluster?  Quanto mais computadores na rede mais rápido fica sua estrutura  Maior agilidade no processamento  Componentes de fácil disponibilidade  Fácil manutenção - A manutenção geralmente fica por conta do grupo de usuários, que ganha com experiência e economia de recursos  Independência de fornecedores de hardware  Custos muito baixos  Se um computador do sistema parar não precisa esperar seu conserto para recomeçar seu trabalho  Disponibilidade de sistema operacional e ferramentas de apoio gratuitas  Uma configuração inicial pode ser facilmente atualizada, sem desperdício do investimento

 Cluster OpenMosix  openMosix é uma extensão do kernel do Linux, utilizado para a criação de sistemas simples que utilizam clusters  Faz com que um cluster de computadores se comporte como um grande e único supercomputador através da utilização de Migração Preemptiva de Processos e Balanceamento Dinâmico de Carga  A implementação da Migração Preemptiva de Processos é capaz de migrar qualquer processo do usuário, em qualquer instante e para qualquer nó disponível de maneira transparente  Desta forma, se um nó com vários processos (a utilizar um destes dois recursos concorrentemente) detecta que outro nó tem disponibilidade superior, ie., tem menos carga de processador/RAM, então o OpenMosix encarrega-se de transladar/migrar um desses processos para esse nó  Vantagens:  Escalabilidade: completamente transparente, basta lançar um novo nó na rede sem software ou requisitos adicionais, e será automaticamente adaptado pelo cluster como nó  Adaptatividade: a arquitetura de cada nó é completamente indiferente, desde que a versão do OpenMosix seja igual entre nós  Não necessita recompilação das aplicações: qualquer aplicação poderá beneficiar deste sistema sem alterações ao código  Problemas:  Algumas aplicações não podem ser migradas  Limitações relacionadas a hardware local  Cluster Beowulf  Software para gerenciamento (escalonamento, status)  Ferramentas para comunicação (PVM, MPI)

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Conclusão 

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As tecnologias de Clustering possibilitam a solução de diversos problemas que envolvem grande volume de processamento. As aplicações que um cluster pode ter são diversas, indo desde a simples melhora no desempenho de um determinado sistema ou a hospedagem de um site, até o processo de pesquisas científicas complexas O que realmente chama a atenção, é que todo o processamento pode ser feito de maneira que pareça ser um único computador dotado de alta capacidade. Assim, é possível que determinadas aplicações sejam implementadas em cluster, mas sem interferir no funcionamento de outras aplicações que estejam relacionadas Empresas especializadas, centros de pesquisas e universidades costumam estudar este assunto a fundo. Como conseqüência, existem clusters com até milhares de nós Alguns benefícios do Clustering: Processamento eficiente, custo baixo, ampla gama de aplicações...e muito ainda a pesquisar