GATA - Gestão de Agrupamento de computadores como Tecnologia Aplicada ao projeto Condomínio Virtual

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1 GATA - Gestão de Agrupamento de computadores como Tecnologia Aplicada ao projeto Condomínio Virtual Mauro Oliveira 1, Márcia Tonieto 2, Fernando Eryck Costa e Silva 2, Abner Mesquita 2 1 Centro Federal de Educação Tecnológica do Ceará CEFET Ceará Fortaleza Ceará Brasil 2 Laboratório de Redes e Sistemas Multimídia - LAR Fortaleza Ceará Brasil mauro@cefetce.br,marciatonieto@yahoo.com.br, feryck_cs@yahoo.com.br,abner@mat.ufc.br Abstract. GATA (Management Group of computers with Applied Technology) system is a distributed architecture applied to a socio-educational project called Condomínio Virtual. This architecture has been also used in the Pimenter, an environment which proposes to keep the personal computer connected 24 hours a day to the Internet. The Condomínio Virtual is a project of popularization of Internet access in poor communities. It uses innovative strategies in education such as BILA (library integrated to the LAN House) in which one hour of reading allows one hour of computer. The main objective of the project is to provide broadband for the Condomínio Virtual in order to help the Internet inclusion and also to make it self-sustainable, for example, Data Processing Outsourcing Services. Keys-words: Distributed architecture. Internet inclusion. Education and computer. Resumo. Este trabalho apresenta o GATA (Gestão de Agrupamento de computadores com Tecnologia Aplicada), um sistema distribuído aplicado a um projeto sócio-educacional denominado Condomínio Virtual. A arquitetura distribuída do GATA foi importada do Pimenter, um ambiente que propõe a otimização do uso de computadores pessoais, mantendo-os ligados permanentemente e conectados 24 horas/dia à Internet. O Condomínio Virtual é um projeto de popularização de acesso à Internet em comunidades carentes utilizando estratégias inovadoras em educação tais como a BILA (Biblioteca integrada à LAN House), onde uma hora de leitura dá direito à uma hora de uso do computador. Portanto, o principal objetivo do GATA é o provimento de Internet Banda Larga ao Condomínio Virtual seja auto-sustentável com a comercialização de processamento de dados outsourcing a partir dos computadores do projeto. Palavras-chave: Arquitetura distribuída. Inclusão digital. Educação e computador.

2 1. Introdução A exclusão digital aflige a sociedade brasileira, em especial as zonas rurais e as regiões periféricas das grandes cidades do País. Urgem, portanto, mecanismos criativos e eficientes que promovam a integração, em especial, do jovem na sociedade digital, facilitando sua realização pessoal e inserção no mercado de trabalho. Baseada em uma iniciativa bem sucedida denominada Pirambu Digital [PIRAMBU DIGITAL], argumentamos que é viável a inclusão social de jovens [Gil, 2008] de áreas de risco a partir do uso de tecnologia digital. O Condomínio Virtual é uma das atividades do Pirambu Digital que visa integrar comunidades de regiões menos aquinhoadas aos recursos tecnológicos do mundo digital, notadamente o acesso à Internet [Rocha, 2007]. Para dar sustentabilidade técnica e econômica ao Condomínio Virtual é adaptada uma arquitetura distribuída, desenvolvida inicialmente para o projeto PIMENTER [Julião, 2007]. O projeto PIMENTER propõe três cenários [Silva, 2008]: PIMENTER Residencial, PIMENTER Distribuído e PIMENTER Integrado. O cenário Residencial trata de automação e conceitos de domótica [REFERENCIA]. O cenário Distribuído parte do princípio de que é factível imaginarmos dezenas (senão centenas, milhares, etc.) de computadores conectados à Internet, gerenciados sob forma de clusters, grades computacionais [REFERÊNCIAS], ou cloud computing [REFERENCIAS]. O cenário Integrado propõe o uso dos cenários anteriores em áreas sociais e de domínio conexo. A partir da concepção do PIMENTER Distribuído é sugerida uma arquitetura de gestão que permite o uso desses computadores por aplicações alheias ao domínio de interesse dos proprietários. Outsourcing de processamento de dados é um exemplo típico desse cenário. Trata-se de uma espécie de terceirização de processamento. Muitas empresas ou instituições não têm interesse em manter um setor específico para processamento de seus dados e outorgam esta tarefa a empresas especializadas. A arquitetura do PIMENTER Distribuído integra-se ao Condomínio Virtual na gestão de seus computadores pessoais (PCs). A idéia principal está relacionada ao compartilhamento de recursos, usando os PCs em momentos ociosos para processar tarefas (Jobs) alheias ao Condomínio Virtual. Desta forma, é possível gerar renda para a auto-sustentabilidade do Condomínio Virtual, seguindo um modelo de outsourcing de processamento de dados. Este trabalho apresenta o sistema GATA (Gestão de Agrupamento de computadores com Tecnologia Aplicada) [Oliveira, 2008], uma arquitetura distribuída aplicado ao projeto Condomínio Virtual. É importante destacar que a arquitetura do GATA é importada do PIMENTER Distribuído, um protótipo associado à arquitetura de gestão do PIMENTER. 2. Condomínio Virtual O Condomínio Virtual pode ser considerado uma iniciativa sócio-educacional, pois além de proporcionar acesso auto-sustentável à Internet, também proporciona atividades inovadoras na área de informática educativa, como a BILA (Biblioteca Integrada à LAN House), descrita neste trabalho.

3 O Condomínio Virtual consiste em um empreendimento inovador de inclusão sócioeducativa com tecnologia digital, proporcionando aos grupos de comunidades carentes o acesso de baixo custo a computadores pessoais, à Internet e a treinamentos em informática. Assim, os recursos disponibilizados (computador e Internet) são utilizados de forma otimizada. O acesso desses grupos à Internet é viabilizado por um provedor local, baseado na idéia de um condomínio residencial. É identificado um morador da comunidade, de preferência uma liderança local (síndico), que se comprometa em gerenciar seus vizinhos (condôminos) interessados em participar do condomínio virtual. Sendo o responsável pela recepção do sinal (antena receptora) e pelo seu compartilhamento (distribuição do acesso à Internet), o síndico é também o coordenador /mediador das inúmeras situações de relacionamento com seus condôminos. Figura 1 Condomínio Virtual 2.1. Impacto Social Os impactos sociais esperados, no âmbito deste projeto, estão relacionados de forma imediata a uma transformação na realidade dos bairros Pirambu e Titanzinho, locais de realização da pesquisa, e de forma ampla a uma transformação cultural e sócioeconômica na sociedade. Dentre esses impactos, está a democratização do uso de computadores pessoais e o acesso à Internet, permitindo uma efetiva inclusão digital de bairros periféricos e carentes e proporcionando o surgimento de uma comunidade on-line. Por exemplo, endereços eletrônicos dos membros da comunidade, participação em sites de relacionamento, páginas com fins de divulgação de sua atividade econômica, endereços de personalizados, acesso dos moradores aos produtos e serviços de seu bairro, programas de ensino e educação sem sair de casa, etc.

4 A criação de Condomínios Virtuais insere-se neste contexto. É um desafio ousado que tem o anseio de promover uma mudança social e econômica na vida dos envolvidos, na medida em que agrega valores como a solidariedade, o relacionamento saudável entre vizinhos, a consciência da responsabilidade social e também contribui para o desenvolvimento econômico da comunidade. O Condomínio Virtual proporciona, portanto, o compartilhamento de tecnologia, o conhecimento e a solidariedade, contribuindo para a geração de renda e para o crescimento do indivíduo, além do desenvolvimento sócio-econômico local. Nesta perspectiva, pretende-se que o projeto possa ser replicado em outras localidades e se torne, efetivamente, modelo de Inclusão Sócio-Digital. Como conseqüência, possibilitará o acesso a programas de Educação a distância EAD e a disseminação à cultura nas camadas sociais menos favorecidas em todo o país BILA Biblioteca Integrada à LAN House O projeto Condomínio Virtual tem como objetivo o acesso à Internet para comunidades carentes, associadas às atividades educacionais a serem desenvolvidas em escolas, associações comunitárias, etc. Dentre essas atividades, destaca-se a BILA - Biblioteca Integrada a LAN House. Uma biblioteca, embora seja uma instituição milenar, nem sempre atrai a população e cumpre seu papel de incentivar a leitura e transmitir cultura, principalmente num bairro de baixo nível de desenvolvimento humano (IDH) e por conseqüência baixo nível cultural. As Tecnologias da Informação e Comunicação - TICs são atrativas pela repercussão que causam no cotidiano das pessoas, seja pela necessidade e facilidades que proporcionam ou pelo simples entretenimento. A BILA une a atratividade da tecnologia da informação ao mundo da leitura, onde o usuário paga pelo direito ao uso do computador e acesso à internet: Uma hora de leitura dá direito à uma hora de acesso à Internet. A iniciativa visa: - Oferecer oportunidade aos moradores do Condomínio Virtual, crianças, jovens e até mesmo adultos de terem acesso a uma biblioteca local e despertar nestes o gosto pela leitura, promovendo, assim uma nova cultura, tendo como atrativo uma LAN House; - Criar nos bairros periféricos, com alta densidade populacional e falta de espaço destinado à cultura, um ambiente informatizado que proporcione oportunidade aos jovens para atividades culturais, realização de tarefas escolares, comunicação com amigos ou mero entretenimento, capaz de desviar atrativos perigosos; - Dar aos moradores do bairro a oportunidade de usufruírem do mundo da tecnologia, estabelecendo linhas de comunicação, diversão e cultura; - Contribuir para a melhoria da qualidade de vida das pessoas e ser referência na educação alternativa para a comunidade.

5 Ao facilitar o acesso à tecnologia da informação em troca de leitura, espera-se estar estimulando nas crianças e jovens um hábito de leitura e acesso à informação nos adultos de amanhã. A popularização e disseminação da metodologia adotada pretendem fazer com que a BILA faça parte do cotidiano do Condomínio Virtual. 3. O projeto PIMENTER Os computadores pessoais, em sua maioria, ficam desligados na maior parte do tempo, seja nos escritórios, em universidades ou residências. Mesmo quando ligados, os usuários não fazem uso otimizado de todo poder de processamento disponível, desperdiçando assim recursos computacionais e, conseqüentemente, recursos financeiros, investidos na compra de tais equipamentos. O projeto PIMENTER propõe uma mudança de paradigma no uso de computadores pessoais, transformando estes equipamentos ociosos em dispositivos domésticos inteligentes de acesso remoto e prestando numerosos e novos serviços aos usuários, estejam eles próximos ou distantes. O objetivo do Pimenter é, então, manter o computador pessoal permanentemente ligado, a exemplo da geladeira, do celular, etc.. Assim, podemos considerar a existência de um aglomerado (dezenas, centenas, milhares, etc) de computadores pessoais ligados 24h por dia à Internet, seja no âmbito de uma empresa, um bairro, uma cidade, etc. No contexto desse trabalho, iremos considerar um agrupamento de computadores em um Condomínio Virtual. A GATA é uma arquitetura de gestão que objetiva usar o poder de processamento desse aglomerado em outras tarefas computacionais, externas ao universo de seus usuários. Se de um lado o PIMENTER atinge seu objetivo ao motivar usuários a manterem seus PCs ligados ao saírem de casa ou do escritório, devido aos inúmeros serviços pessoais que eles proporcionam, a idéia central da GATA é usufruir da nova estrutura computacional, um agrupamento de PCs que disponibilizam sua capacidade de processamento na consecução de propósitos distribuídos. 4. O PIMENTER distribuído O PIMENTER Share Center PSC é uma aplicação do PIMENTER Distribuído, associada a uma arquitetura de gestão. Um dos objetivos do PSC é realizar o processamento de tarefas para clientes que não possuem grande poder computacional, a partir dos recursos computacionais disponíveis. Tais tarefas podem envolver desde qualquer processamento simples até o cálculo intensivo de aplicações iterativas, que exigem grande poder de processamento e/ou gestão de grandes volumes de dados. Além do aumento do desempenho para o processamento de aplicações de clientes, como justificado acima, o PSC pode trazer benefícios financeiros às organizações ou empresas, disponibilizando para tanto seus recursos computacionais. Esses benefícios seriam baseados no modelo de negócio de processamento de dados outsourcing (Business Process Outsourcing). A Figura 2 ilustra uma utilização simples do PSC. Nela, percebe-se o Cliente Outsourcing, um usuário do sistema com uma determinada demanda de dados a serem processados. Para tanto, por meio de uma interface gráfica (portal do PSC) o Cliente

6 Outsourcing pode enviar tasks (tarefas) para serem processadas nos computadores pessoais da Floresta de PIMENTERS (Condomínio Virtual, por exemplo) que tenham seus recursos subutilizados ou ociosos. Portal PSC PIMENTER Gerente Cliente Outsourcing Floresta PIMENTER Figura 2 Cenário do PIMENTER Share Center (PSC) Uma vez que o cliente outsourcing tenha solicitado a execução da tarefa pelo portal PSC, o PIMENTER Gerente administra essas requisições, distribuindo-as para os computadores com recursos disponíveis na Floresta de PIMENTERS. Após o processamento das tarefas os resultados são devolvidos ao cliente através do Portal PSC. Esse cenário é uma aplicação de outsourcing de processamento, onde as aplicações típicas podem ser: a geração de vídeo 3D de alta resolução em tempo real, a conversão de formatos de vídeo de longa duração e alta qualidade, o processamento e análise de imagens médicas, a prospecção de petróleo, entres outras. 5. Arquitetura de gestão A arquitetura do sistema de gestão do PIMENTER Share Center é composta por dois blocos: Filtro e Escalonador (Figura 3). As camadas contidas no retângulo correspondem ao bloco Escalonador. O bloco superior (Filtro) corresponde ao portal PIMENTER. Este também é responsável por fazer a seleção dos Jobs (trabalhos) que podem ser processados na Floresta PIMENTER (Flop). Situado acima do bloco Filtro está o cliente outsourcing e abaixo do bloco Escalonador aparece a Flop Filtro O bloco denominado filtro é responsável por receber, selecionar, armazenar e atribuir uma marcação para o trabalho submetido pelo cliente. O Filtro está subdividido em quatro camadas, como mostrado na Figura 5.7:

7 Interface de entrada: Consiste em um portal Web onde o cliente efetua seu login e senha. Em seguida, submete o job para o sistema; Análise: Esta camada é subdividida em duas partes (Seleção e Configurações Estáticas CE). Sua função é fazer a classificação do job segundo as regras estabelecidas nas CE; Marcação: Realiza a identificação dos Jobs ao serem aceitos pelo sistema; Buffer: Armazena temporariamente as tarefas enviadas pelos clientes Escalonador Figura 3 Arquitetura de gestão detalhada. Escalonador é o bloco responsável por verificar constantemente o estado da Floresta PIMENTER e selecionar os PIMENTERs adequados para realizar o processamento requerido pelo Cliente Outsourcing. Dentre as funções do bloco escalonador estão às funções das camadas constituídas por este (Figura 5.7): Gerente: Esta camada é responsável por transportar o pacote job entre a camada filtro e o fragmentador. Além disso, é responsável por adicionar ao pacote as informações de quantas tarefas (tasks) o job deve ser dividido e quais os PIMENTERs adequados para realizarem as tasks. Fragmentador: Este bloco consiste em uma camada intermediária, entre o gerente e o Relacionador, responsável pelo particionamento dos jobs. Através da informação fornecida anteriormente pelo gerente, o fragmentador particiona os jobs na quantidade de PIMENTERs informado.

8 Relacionador: O Relacionador corresponde à camada inferior do bloco Escalonador. Este é responsável por garantir que todas as tasks enviadas para a Floresta PIMENTER sejam processadas corretamente. A camada relacionadora também é responsável pela unificação das tasks processadas, resultando em um único job devolvido ao portal Web. 6. Aspectos de implementação O protótipo do PIMENTER Share Center foi desenvolvido como prova de conceito do cenário PIMENTER Distribuído Interface do Sistema A interface consiste de um sistema gerenciador PSC cuja função é disponibilizar algumas informações coletadas pelo PIMENTER Gerente. A partir destas informações é possível identificar o status do PIMENTER (ocioso ou não ocioso), memória disponível, freqüência do processador, nome do PIMENTER (PC do usuário). Estas informações são coletadas periodicamente e enviadas ao PIMENTER Gerente a partir de um agente denominado PIMENTER Manager Control Center. Na Figura 4 pode ser visualizada a interface do agente. Este agente funciona como uma espécie de porta de processamento dos jobs (trabalhos) enviados do PIMENTER Gerente para o cliente. Sua instalação é feita de forma paralela à instalação do PIMENTER Intelligent Home, sistema para monitoramento e controle da casa inteligente no PIMENTER do usuário. Além de servir como porta de processamento, é função também do agente verificar a cada intervalo de tempo o estado atual de cada PIMENTER que compõe a Floresta de PIMENTER. Desta forma, para cada PIMENTER que ingressa na Flop é criado um ID (Identificador) único na rede para sua identificação e comunicação com o PSC Gerente e os demais PIMENTERs na floresta. Figura 4 Tela de login do Agente PIMENTER Manager Control Center. De acordo com o registro de cada PIMENTER junto a Flop é feita a modelagem da comunidade, constituindo os grupos a partir das configurações (processador, memória, etc.) de cada PIMENTER. Os grupos são formados para o posterior envio das tarefas que serão processadas. Por exemplo, um job submetido pelo

9 cliente é filtrado verificando se é possível ou não executar o processamento do job em questão. Sendo possível e se o job exigir alto desempenho da floresta, tempo máximo de processamento, robustez e paralelismo serão selecionados pelo PSC Gerente os PIMENTERs que poderão realmente atender a demanda do cliente em um tempo hábil. Como há uma lista com a relação dos PIMENTERs que compõem a Flop, o PSC Gerente selecionará o grupo formado por PIMENTERs com recursos computacionais ociosos e que poderão dar um melhor desempenho para o processamento do job. Uma vez selecionado o grupo que fará o processamento, o job é enviado e, conseqüentemente, processado. 7. Conclusões A aplicação do GATA no Condomínio Virtual tem a intenção de se tornar fonte de geração de renda para os participantes da comunidade, na medida em que este projeto supõe a possibilidade de negócio com a comercialização do processamento de dados outsourcing nos computadores do Condomínio Virtual. Como já dito, no Condomínio Virtual há de se destacar a idéia intrínseca advinda do conceito de condomínio residencial, onde é identificada uma liderança, o Síndico Virtual, capaz de gerenciar e de convencer seus vizinhos a se tornarem Condôminos Virtuais. Merecem destaque duas conseqüências principais da implantação de Condomínios Virtuais: - A criação de uma rede de informação colaborando para a divulgação das atividades realizadas pelos moradores, sejam comerciais, artesanais ou artísticas. Além disso, ser capaz de dinamizar as relações, a realização de eventos e o comércio local, contribuindo para a geração de renda; - O acesso da comunidade a computadores conectados a Internet banda larga, a inclusão digital, configuram-se como os elementos fundamentais na contribuição para a inserção dos participantes em projetos educacionais ou na propagação de estratégias inovadoras em educação, tal como a BILA (Biblioteca integrada à LAN House). Com a experiência do Pirambu Digital e sua replicação no bairro do Titanzinho em Fortaleza, comunidades com características sócio-econômicas idênticas, é intenção também a replicação do GATA, fazendo com que o projeto possa ser levado a outras localidades, servindo como ferramenta inovadora de desenvolvimento social. A proposta do sistema GATA é também inovadora ao agregar valores como a solidariedade, o relacionamento saudável entre vizinhos, a consciência da responsabilidade. Fazendo uso de estratégias utilizadas na economia solidária e na geração de renda, esta ação proporciona aos residentes do Condomínio Virtual o anseio de promoverem uma mudança social e econômica em suas vidas. 8. Referências GIL, Marta. O que é Inclusão Social. Disponível em: <

10 JULIÃO, F.E.A. O Uso de WebServices no Ambiente Distribuído do Projeto PIMENTER p. Dissertação (Mestrado Profissional em Ciência da Computação) - Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza - CE. LOPES, Roberta. Pesquisa mostra que cerca de 20% da população brasileira tem computador em casa. Portal Serpro, Agência Brasil, DF 14 novembro Disponível em:< >. OLIVEIRA, A. M, B. GATA: Gestão de Agrupamento de Computadores como Tecnologia Aplicada ao Projeto Condomínio Virtual. Fortaleza: FINEP, p. (Relatório Subvenção Econômica). OLIVEIRA, Mauro; Gonçalvez, Hairon; Franklin, Miguel; Andrade, Rossana. Pimenter: O computador 24 horas. Fortaleza: CEFET-CE, p. PINHEIRO, S. M. J. A Inevitável Convergência das Tecnologias Disponível em: < >. PIRAMBU DIGITAL Cooperativa Pirambu Digital Site. Disponível em:< ROCHA, Pedro. Openbusiness: Um condomínio Virtual. Brasília DF Disponível em: < SILVA, F.E.C. Concepção e implementação de cenários de aplicação do PIMENTER O computador 24 h p. Dissertação (Mestrado Profissional em Ciência da Computação) - Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza - CE.