Tipos de Sistemas Distribuídos (Cluster e Grid)

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1 Tipos de Sistemas Distribuídos (Cluster e Grid) Sistemas Distribuídos Mauro Lopes Carvalho Silva Professor EBTT DAI Departamento de Informática Campus Monte Castelo Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão

2 Objetivos Nesta aula iremos apresentar os tipos de Sistemas Distribuídos. Serão abordados os tipos de sistemas em Cluster, Grid e Pervasivos. Ao final desta apresentação o aluno poderá entender e discutir sobre os variados tipos de sistemas distribuídos encontrados no dia a dia.

3 Plano de Aula Tipos de Sistemas Distribuídos: Computação Sistemas em Cluster Sistemas em Grid Sistemas Pervarsivos

4 Sistema de Computação: Cluster Um cluster é um conjunto de computadores independentes conectados por rede que formam um sistema único através do uso de software. Um cluster, ou aglomerado de computadores, é formado por um conjunto de computadores, que utiliza um tipo especial de sistema operacional classificado como sistema distribuído; Muitas vezes é construído a partir de computadores convencionais (personal computers), os quais são ligados em rede e comunicam-se através do sistema, trabalhando como se fossem uma única máquina de grande porte; Há diversos tipos de cluster. Um tipo famoso é o cluster da classe Beowulf, constituído por diversos nós escravos gerenciados por um só computador.

5 Sistema de Computação: Cluster Por que um Cluster é interessante? Supercomputadores, qual o valor de um? (Link) Renderização: é o processo pelo qual pode-se obter o produto final de um processamento digital qualquer (modelagem 2D e 3D), vídeo e áudio; O processo de tratamento digital de imagens e sons consome muitos recursos dos processadores, e pode tornar-se pesado de forma que sua realização em tempo real fica inviável.

6 Sistema de Computação: Cluster Um pouco da História dos Cluster 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. O protótipo inicial era um cluster de 16 processadores DX4 ligados por dois canais Ethernet acoplados. A máquina foi um sucesso instantâneo e esta ideia rapidamente se espalhou pelos meios acadêmicos, pela NASA e por outras comunidades de pesquisa.

7 Sistema de Computação: Cluster Tipos de Cluster Cluster de Alto Desempenho: Também conhecido como cluster de alta performance, ele funciona permitindo que ocorra uma grande carga de processamento com um volume alto de gigaflops em computadores comuns e utilizando sistema operacional; Cluster de Alta Disponibilidade: São clusters os quais seus sistemas conseguem permanecer ativos por um longo período de tempo e em plena condição de uso. Estes conseguem detectar erros se protegendo de possíveis falhas; Cluster para Balanceamento de Carga: Esse tipo de cluster tem como função controlar a distribuição equilibrada do processamento. Requer um monitoramento constante na sua comunicação e em seus mecanismos de redundância;

8 Sistema de Computação: Cluster O Cluster Beowulf Cluster Beowulf são clusters de desempenho escaláveis, baseados numa infraestrutura de hardware comum, rede privada e software 'open source' (Linux); O 'hardware comum' pode ser qualquer tipo de computador, significando que não é necessário usar equipamentos próprios para cluster, bastando utilizar equipamentos comuns a redes tradicionais e PCs; Para Clusters Beowulf, existe um servidor responsável por controlar todo o cluster, principalmente quanto à distribuição de tarefas e processamento; Como utiliza computadores comuns, o desempenho pode melhorar de acordo com as máquinas (nós) que o desenvolvedor acrescentar;

9 Sistema de Computação: Cluster O Cluster Beowulf O processamento é feito paralelamente; Ou seja, a tarefa a ser processada é separada em partes independentes, distribuídas nos vários nós que estão na estrutura do cluster, nos quais as informações são processadas pela máquina que é designada como servidor do sistema. Resumindo: O cluster Beowolf é um cluster baseado em Linux, em que cada cluster consiste em um conjunto de nós de computação controlados e acessados por meio de um único nó mestre. As tarefas típicas do mestre são manipular a alocação de nós a um determinado programa paralelo, manter uma fila de jobs apresentados e proporcionar uma interface para os usuários do sistema.

10 Sistema de Computação: Cluster O Cluster Beowulf Um cluster Beowulf é um cluster voltado para desempenho,normalmente utilizado para processamento científico, ou seja,processamento em larga escala.

11 Um pouco da história da Computação em Grade Inspirados pelo sistema de energia elétrica, no meio da década de 90, os cientistas da computação começaram a explorar o projeto e o desenvolvimento de uma nova infraestrutura computacional pelo acoplamento de recursos distribuídos geograficamente como bases de dados, servidores de armazenamento, redes de alta velocidade, supercomputadores e aglomerados para solucionar problemas de grande escala, levando ao termo popularmente conhecido como Computação em Grade. No uso da energia elétrica, você usuário não quer saber das complexidades inerentes (origem da energia, malhas de linhas de transmissão e distribuição), simplesmente ligamos o aparelho em uma tomada.

12 Um pouco da história da Computação em Grade Uma grade computacional, portanto, seria uma rede na qual o individuo se conecta para obter poder computacional: Ciclos de processador; Armazenamento; Software; Periféricos, etc.

13 Um pouco da história da Computação em Grade

14 A Formação da Computação em Grade Processamento Paralelo: A pesquisa em processamento paralelo sempre procurou extrair o máximo de desempenho computacional por meio da criação de máquinas dedicadas com múltiplos processadores, redes especiais de alta velocidade, memórias compartilhadas e processamento vetorial. A exemplo temos: NEC Earth Simulator e o IBM Blue Gene; Sistemas Distribuídos: preocupou-se mais com aspectos ligados à comunicação, heterogeneidade e compartilhamento de recursos computacionais, principalmente informações por meio de arquivos. Com a Internet e a Web, os sistemas distribuídos atingiram uma escala global propiciando a criação do comércio eletrônico, redes de troca de arquivos, etc.

15 A Formação da Computação em Grade Como resultado da união destas duas importantes áreas da computação (Processamento Paralelo e os Sistemas Distribuídos), surgiu o conceito de grade computacional; Portanto, as grades computacionais estão preocupadas em agregar supercomputadores distribuídos geograficamente para o processamento de grandes massas de dados, enquanto redes P2P procuram compartilhar arquivos distribuídos geograficamente.

16 Características Alto grau de heterogeneidade: nenhuma premissa é adotada em relação a hardware, sistemas operacionais, redes, domínios administrativos, políticas de segurança e assim por diante; Outra característica fundamental em um sistema de computação em grade é que recursos de diferentes organizações são reunidos para permitir a colaboração de um grupo de pessoas ou instituições (organização virtual).

17 Arquitetura Grid Applications: as aplicações em grade são tipicamente desenvolvidas usando ambientes de programação de grade, serviços de descoberta, interfaces e escalonamento de serviços providos por um middleware de nível de usuário.

18 Arquitetura User-Level Grid: esta camada é composta de middlewares que utilizam interfaces que fornecem abstrações e serviços de alto nível. Isto inclui ambientes de desenvolvimento de aplicações, ferramentas de programação e resource brokers para gerenciamento de recursos e escalonamento de aplicações.

19 Arquitetura Core Grid: esta camada é composta de middlewares que oferecem serviços tal como gerenciamento remoto de processos, co-alocação de recursos, acesso de armazenamento, registro e descoberta de informações, segurança e aspectos de QoS. Esta camada abstraem a complexidade e heterogeneidade da Grid Fabric;

20 Arquitetura Grid Fabric: esta camada consiste de recursos distribuídos tal como computadores, redes de interconexão, dispositivos de armazenamento e instrumentos científicos. Os recursos computacionais representam múltiplas arquiteturas tal como aglomerados, supercomputadores, servidores e PCs que executam diferentes sistemas operacionais.

21 Arquitetura Grid Fabric: Os instrumentos científicos, tal como telescópios e redes de sensores, provém dados em tempo real que podem ser transmitidos diretamente a sites de computação ou armazenadas em uma base de dados.

22 Modelo Operacional Em um ambiente de computação em grade, na visão do usuário da grade computacional, existe uma modelo operacional com etapas comuns para a execução de uma aplicação: 1. O usuário programa a sua aplicação distribuída utilizando ferramentas de desenvolvimento de aplicações; 2. O usuário especifica os seus requisitos de QoS e submete sua aplicação ao escalonador de aplicação da grade; 3. O escalonador de aplicação de recursos da grade realiza uma descoberta de recursos e suas características usando o serviço de informação da grade; 4. O escalonador de aplicação de recursos identifica os preços e/ou a disponibilidade dos recursos por meio de uma busca em um diretório de mercado da grade;

23 Modelo Operacional Continuação: 5. O escalonador de aplicação de recursos identifica uma lista de fornecedores de dados ou réplicas e recurso computacionais que fornecem os serviços ou características necessários pela aplicação, por meio dos escalonadores de recursos. Então ele seleciona os melhores fornecedores; 6. O escalonador de aplicação escalona e envia as tarefas para os escalonadores de recursos que são responsáveis pelos recursos escolhidos para a execução das aplicações; 7. O agente local do usuário no recurso executa e monitora a tarefa e retorna os resultados para o escalonador. Enquanto o escalonador de aplicação monitora a grade pra lidar com eventuais falhas nos recursos e mudanças de configurações da grade;

24 Modelo Operacional O escalonador de aplicação coleta os resultados e repassa para o usuário

25 Comparação entre Cluster e Grade

26 Dúvidas Página do Professor Mauro:

27 Próxima Aula Tipos de Sistemas Distribuídos: Pervasivos

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