Arquitectura Cluster vs Arquitectura grid PDF

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Investigación de que son cluster y grid, ventajas, desventajas y comparación de ambas arquitecturas ...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL DE COLÓN FACULTAD DE SISTEMA LICENCIATURA EN REDES OAC-II PROFESOR: ARIEL MARTÍNEZ ASIGNACION: NOMBRE DE LA ASIGNACION: CLUSTER VS GRID INTEGRANTES: EINAR AYALA 4-775-1389 OSVALDO RODRIGUEZ 3-734-586 CARLOS CHENG 3-719-870 FECHA DE ENTREGA: 22 / 6 / 2020

PLAN DE CONTENIDO

1. Clúster 1.1. Concepto 1.2. Características 1.3. Beneficios de la tecnología clúster 2. Grid 2.1. 2.2. 2.3.

Concepto Características Beneficios de Grid

3. Clúster vs Grid 3.1. Diferencias entre uno y otro 3.2. ¿Cual es el mejor ?

4. Conclusión

5. Bibliografía 1.

Introducción: Clúster y Grid pueden fácilmente confundirse, son similares y ambos comparten una misma visión, la de proveer servicios a usuarios a través de recursos compartidos. Ambos están basados en redes de tecnología y son capaces de realizar múltiples tareas lo que significa que los usuarios pueden tener acceso a una o varias instancias de aplicaciones de uso y poder realizar distintas tareas. En este trabajo estaremos revisando estos dos aspectos de arquitectura a fondo y ver ventajas y desventajas de cada uno y al final veremos cuál es el mejor.

1. Clúster El término clúster (del inglés clúster, que significa 'grupo' o 'racimo') se aplica a los sistemas distribuidos de granjas de computadoras unidos entre sí normalmente por una red de alta velocidad y que se comportan como si fuesen un único servidor.

1.1.

Concepto

Para obtener un alto desempeño tecnológico, no siempre es necesario invertir en servidores robustos, sofisticados y caros. Es posible alcanzar resultados eficientes con una solución conocida como Clúster.[ CITATION Hos \l 6154 ] El termino clúster se aplica a los sistemas distribuidos de granjas de computadoras unidos entre sí normalmente por una red de alta velocidad y que se comportan como si fuesen un único servidor. A diferencia de la computación en malla, los clústeres de computadoras tienen a cada nodo realizando la misma tarea, controlada y planificada por software. La tecnología de clústeres ha evolucionado en apoyo de actividades que van desde aplicaciones de super cómputo y software para aplicaciones críticas, servidores web y comercio electrónico, hasta bases de datos de alto rendimiento, y otros usos. El cómputo con clústeres surge como resultado de la convergencia de varias tendencias actuales que incluyen la disponibilidad de microprocesadores económicos de alto rendimiento y redes de alta velocidad, el desarrollo de herramientas de software para cómputo distribuido de alto rendimiento, así como la creciente necesidad de potencia computacional para aplicaciones que la requieran. Simplemente, un clúster es un grupo de ordenadores unidos mediante una red de alta velocidad, de tal forma que el conjunto es visto como un único ordenador.[ CITATION Wik \l 6154 ]

Imagen: Sistema clúster en la NASA

1.2.

Características:

El término clúster tiene diferentes connotaciones para diferentes grupos de personas. Los tipos de clústeres, establecidos de acuerdo con el uso que se dé y los servicios que ofrecen, determinan el significado del término para el grupo que lo utiliza. Los clústeres pueden clasificarse según sus características:   

HPCC (High Performance Computing Clusters: clústeres de alto rendimiento). HA o HACC (High Availability Computing Clusters: clústeres de alta disponibilidad). HT o HTCC (High Throughput Computing Clusters: clústeres de alta eficiencia).

Alto rendimiento: Son clústeres en los cuales se ejecutan tareas que requieren de gran capacidad computacional, grandes cantidades de memoria, o ambos a la vez. El llevar a cabo estas tareas puede comprometer los recursos del clúster por largos periodos de tiempo. Alta disponibilidad: Son clústeres cuyo objetivo de diseño es el de proveer disponibilidad y confiabilidad. Estos clústeres tratan de brindar la máxima disponibilidad de los servicios que ofrecen. La confiabilidad se provee mediante software que detecta fallos y permite recuperarse frente a los mismos, mientras que en hardware se evita tener un único punto de fallos. Alta eficiencia: Son clústeres cuyo objetivo de diseño es el ejecutar la mayor cantidad de tareas en el menor tiempo posible. Existe independencia de datos entre las tareas individuales. El retardo entre los nodos del clúster no es considerado un gran problema. Los clústeres pueden también clasificar en:  

clústeres de IT comerciales (de alta disponibilidad y alta eficiencia) y clústeres científicos (de alto rendimiento).

A pesar de las discrepancias a nivel de requisitos de las aplicaciones, muchas de las características de las arquitecturas de hardware y software, que están por debajo de las aplicaciones en todos estos clústeres, son las mismas. Más aún, un clúster de determinado tipo puede también presentar características de los otros.[ CITATION rev \l 6154 ]

Imagen: Alta disponiblidad

1.3.

Beneficios de la tecnología clúster

Las aplicaciones paralelas escalables requieren: buen rendimiento, baja latencia, comunicaciones que dispongan de gran ancho de banda, redes escalables y acceso rápido a archivos. Un clúster puede satisfacer estos requisitos usando los recursos que tiene asociados a él. La tecnología clúster permite a las organizaciones incrementar su capacidad de procesamiento usando tecnología estándar, tanto en componentes de hardware como de software que pueden adquirirse a un costo relativamente bajo del clúster.

2. Grid Grid computing es un sistema informático que coordina diferentes ordenadores con una infraestructura de hardware y software con el fin de resolver problemas de gran magnitud. Generalmente, un grid se encarga de realizar varias tareas dentro de una red de trabajo, sin embargo, también puede trabajar en aplicaciones especializadas. El grid computing está diseñado para resolver problemas que son demasiado grandes para un superordenador y, a la vez, mantener la capacidad de procesar numerosos problemas pequeños.

2.1. Concepto GRID o también conocido como malla, Llamamos malla al sistema de computación distribuido que permite compartir recursos no centrados geográficamente para resolver problemas de gran escala. Los recursos compartidos pueden ser ordenadores (PC, estaciones de trabajo, supercomputadoras, PDA, portátiles, móviles, etc.), software, datos e información, instrumentos especiales (radio, telescopios, etc.) o personas/colaboradores. La computación en malla ofrece muchas ventajas frente a otras tecnologías alternativas. La potencia que ofrecen multitud de computadores conectados en red usando una malla es prácticamente ilimitada, además de que ofrece una perfecta integración de sistemas y dispositivos heterogéneos, por lo que las conexiones entre diferentes máquinas no generarán ningún problema. Se trata de una solución altamente escalable, potente y flexible, ya que evitarán problemas de falta de recursos (cuellos de botella) y nunca queda obsoleta, debido a la posibilidad de modificar el número y características de sus componentes.

Imagen: esquema de grid computing

2.2. Características Capacidad de balanceo de sistemas: no habría necesidad de calcular la capacidad de los sistemas en función de los picos de trabajo, ya que la capacidad se puede reasignar desde la granja de recursos a donde se necesite; Alta disponibilidad. con la nueva funcionalidad, si un servidor falla, se reasignan los servicios en los servidores restantes; Reducción de costes: con esta arquitectura los servicios son gestionados por "granjas de recursos". Ya no es necesario disponer de "grandes servidores" y podremos hacer uso de componentes de bajo coste. Cada sistema puede ser configurado siguiendo el mismo patrón; Se relaciona el concepto de malla con la nueva generación del protocolo de internet. El nuevo protocolo de Internet IPv6 permitirá trabajar con una Internet más rápida y accesible. Una de las ideas clave en la superación de las limitaciones actuales de Internet IPv4 es la aparición de nuevos niveles de servicio que harán uso de la nueva capacidad de la red para intercomunicar los ordenadores.

Imagen: el pase IPV4 a IPV6 permitirá trabajar más rápido a grid Este avance en la comunicación permitirá el avance de las ideas de computación en malla al utilizar como soporte la altísima conectividad de Internet. Es por ello que uno de los campos de mayor innovación en el uso de la computación en malla, fuera de los conceptos de supercomputación, es el desarrollo de un estándar para definir los servicios en malla frente a los servicios web. Desventajas No obstante, la computación en malla presenta algunos inconvenientes que deben solucionarse. Estos problemas son: Recursos heterogéneos: la red debe ser capaz de poder manejar cualquier tipo de recurso que maneje el sistema, si no resultará totalmente inútil.

Descubrimiento, selección, reserva, asignación, gestión y monitorización de recursos son procesos que deben controlarse externamente y que influyen en el funcionamiento de la red. Necesidad de desarrollo de aplicaciones para manejar la red, así como desarrollo de modelos eficientes de uso. Comunicación lenta y no uniforme. Organizativos: dominios de administración, modelo de explotación y costes, política de seguridad... Económicos: precio de los recursos, oferta/demanda Ventajas y requisitos La computación en malla supone un avance respecto a la World Wide Web. Esta proporciona un acceso transparente a información que está almacenada en millones de ordenadores repartidos por todo el mundo. Frente a ello, la red en malla es una infraestructura nueva que proporciona acceso transparente a potencia de cálculo y capacidad de almacenamiento distribuida por una organización o por todo el mundo. Los requisitos que debe cumplir cualquier red en malla son: Los datos deben compartirse entre miles de usuarios con intereses distintos. Se deben enlazar los centros principales de supercomputación, no solo los PC. Se debe asegurar que los datos sean accesibles en cualquier lugar y en cualquier momento. Debe armonizar las distintas políticas de gestión de muchos centros diferentes. Debe proporcionar seguridad. 2.3.

Beneficios de Grid

Proporciona un mecanismo de colaboración transparente entre grupos dispersos, tanto científicos como comerciales. Posibilita el funcionamiento de aplicaciones a gran escala. Facilita el acceso a recursos distribuidos desde nuestros PC. Todos estos objetivos y beneficios se engloban en la idea de "e-Ciencia". Estos beneficios tendrán repercusión en muchos campos: Medicina (imágenes, diagnosis y tratamiento). Bioinformática (estudios en genómica y proteómica). Nanotecnología (diseño de nuevos materiales a escala molecular). Ingeniería (diseño, simulación, análisis de instrumentos de control).

fallos y acceso

remoto a

Recursos naturales y medio ambiente (previsión meteorológica, observación del planeta, modelos y predicción de sistemas complejos).

La tecnología derivada de la malla abre un enorme abanico de posibilidades para el desarrollo de aplicaciones en muchos sectores. Por ejemplo: desarrollo científico y tecnológico, educación, sanidad, y administración pública.

3. Clúster vs Grid Un cluster es un sistema distribuido compuesto por una colección de sistemas autónomos interconectados mediante redes privadas y fuertemente enlazados, que es empleado como un recurso computacional unificado. El cluster debe cumplir con una serie de requerimientos para conformarse como tal: Alta disponibilidad, escalable, administrable, que proporcione calidad de servicio, que pueda balancear cargas y que sea seguro. El diseño e implementación de un cluster de alta disponibilidad es una labor compleja, que requiere tanto de software específico como de una arquitectura hardware singular. La configuración del software del cluster no es fácil, ya que entran en juego muchos factores. El servidor principal es considerado como nodo maestro y los clientes o nodos esclavos deben tener los mismos sistemas operativos e idénticas aplicaciones instaladas. Además, tienen que poder acceder a los mismos ficheros de datos, que deben ser actualizados en tiempo real para que no se produzcan errores de concordancia, y asegurar la conmutación automática entre ambos nodos en caso de que se produzca un fallo en el hardware de alguno de ellos. Los sistemas basados en clusters se implementan con el objetivo de mejorar la disponibilidad de los servicios que se ofrecen. Existen muchas categorías de estos sistemas, pero vamos a clasificarlos bajo dos perspectivas: el modo de trabajo y las funciones para las que están diseñados. Modo de trabajo Acoplados es el modo en el que todos los conjuntos de máquinas trabajan colaborativamente creando un único computador virtual. Desacoplados cada uno de los ordenadores trabajan de forma independiente pero disponen de servidores auxiliares que entran en funcionamiento cuando se detecta una caída de los anteriores. Funciones Para el diseño y la construcción de un cluster, hay que tener en cuenta la finalidad y características del mismo: Cluster HPCC High Performance Computing Clusters Los clusters de alto rendimiento son sistemas que poseen gran capacidad de procesamiento y memoria. Cluster HACC High Availability Computing Clusters

Los clusters de alta disponibilidad son aquellos que brindan confiabilidad permanente. Cluster HPCC High Throughput Computing Clusters La eficiencia es la premisa, son aquellos que el rendimiento para un objetivo es primordial. Componentes generales de un cluster

Grid La arquitectura grid es conceptualmente similar a la cluster, en determinados tipos de infraestructura y su utilización. Está basado en la utilización de conjuntos de ordenadores y estaciones conectadas a la red, aprovechando los tiempos muertos de procesamiento y los elementos ociosos, que se pueden reaprovechar, uniendo el poder de proceso de muchos participantes. Se pueden procesar grandes operaciones de cálculo aprovechando la parte libre de cada elemento implicado en el grid, que, mediante un software distribuido en cada nodo, participa en el proceso general. Por lo tanto, se puede definir como un sistema de procesamiento distribuido que permite compartir recursos no unidos geográficamente para resolver problemas de gran escala. Los recursos compartidos pueden ser todos aquellos que puedan aportar los elementos necesarios (procesador, memoria, almacenamiento) para el fin general. Una infraestructura de este tipo implica muchos beneficios, como recursos balancearles, alta disponibilidad casi asegurada y reducción de costes sobre grandes proyectos. El grid puede ser de diferentes tamaños, desde un pequeño grupo de equipos a varias grandes redes interconectadas o miles de nodos trabajando en paralelo. Esta tecnología se aplica a muchas aplicaciones diferentes, como grandes cálculos matemáticos y científicos: análisis estructural, grandes servicios Web infraestructuras back-office o investigación de marketing. Existen varias compañías que diseñan, planifican, lanzan e implementan entornos y proyectos grid a nivel mundial, respaldados por la mayor red que existe (internet) y basados en el protocolo IP. Estas pueden ser desde grandes corporaciones y universidades hasta grandes grupos de trabajo.

3.1. Diferencias entre uno y otro Computación en clúster: Un Computer Cluster es una red local de dos o más computadoras homogéneas. Un proceso de cómputo en dicha red informática, es decir, el cluster se llama Cluster Computing.

Computación de red: La computación en cuadrícula se puede definir como una red de computadoras homogéneas o heterogéneas que trabajan juntas durante una larga distancia para realizar una tarea que sería bastante difícil para una sola máquina.

3.2. ¿Cuál es mejor? Grid computing está diseñado para parcelar a lo grande cargas de trabajo para muchos miembros de la cuadrícula participantes - a través del software en cada miembro que espera escuchar esa solicitud de cálculo o de datos, y para responder con una pequeña parte del rompecabezas general. Las aplicaciones deben escribirse específicamente para este enfoque del problema Puede ser heterogéneo porque no es el sistema operativo lo que importa, sino el software que espera escuchar las solicitudes de resolución de problemas. La expectativa de un clúster es que puede ejecutársela misma imagen ejecutable en cualquier nodo miembro (cualquier nodo puede ejecutar ese código) que es lo que impulsa su requisito de homogeneidad. Puede escribir código compatible con el clúster que distribuye la carga de trabajo en todo el clúster, pero nuevamente debe escribir su código para ser compatible con el clúster a fin de aprovechar más las funciones de redundancia de un clúster. Como la mayoría de los proveedores de aplicaciones no escriben código compatible con clústeres, la característica de redundancia simple es todo lo que se usa comúnmente en las implementaciones de clústeres, pero eso no limita la arquitectura. Los clústeres pueden y comparten sus recursos, y pueden colaborar en las tareas simultáneamente.

Conclusión: Como conclusión podría decir que existen muchos beneficios y aplicaciones de los sistemas distribuidos que se pueden mencionar y que seguro se darán más en el futuro, ahora podemos ver que es una tendencia en desarrollo pero que va por buen camino, el objetivo siempre será llegar a un sistema realmente distribuido que sería un logro de gran impacto en este mundo, espero que les haya gustado este pequeño tema y gracias por tomarse el tiempo de leerlo.

Bibliografía (2019)., F. M. (s.f.). Conogasi.org. Obtenido de Cloud Computing y Grid Computing. 2020: http://conogasi.org/articulos/cloud-computing-y-grid-computing/ Hostgator. (s.f.). Hostgator. Obtenido de Hostgator: https://www.hostgator.mx/blog/clustercomputacion-escalable/ revista.unam. (s.f.). revista.unam. Obtenido de http://www.revista.unam.mx/vol.4/num2/art3/cluster.htm#E.%20Cuadros%202001 Wikipedia. (s.f.). Cluster de computadoras. Obtenido de Cluster de computadoras: https://es.wikipedia.org/wiki/Cl%C3%BAster_de_computadoras#Caracter %C3%ADsticas...