Rede de computadores

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Cluster de computador NASA

Uma rede de computadores ou cluster de computadores , geralmente chamado simplesmente de cluster (do inglês para “enxame de computadores”, “grupo” ou “heap”), descreve uma série de computadores em rede . O termo é usado para resumir duas tarefas diferentes: aumentar a capacidade de computação (cluster HPC, computação de alto desempenho) e aumentar a disponibilidade (cluster HA, alta disponibilidade). Os computadores contidos em um cluster (também nós , dos nós ou servidores em inglês ) costumam ser chamados de farm de servidores .

Categorias de cluster

O termo cluster descreve principalmente a arquitetura dos componentes individuais e sua interação. Os clusters de hardware ou software são fundamentalmente diferentes. A forma simples de um cluster de hardware é conhecida como ativo / passivo . Outras variações são conhecidas como cascateamento . Uma interrupção no serviço também deve ser levada em consideração. Os clusters HP OpenVMS são capazes de implementar uma funcionalidade ativa / ativa de hardware .

Os clusters de software ou clusters de aplicativos, por outro lado, são mais capazes de realizar uma operação contínua (exemplo: servidor DNS). No entanto, depende do cliente na arquitetura cliente / servidor se ele pode lidar com a transição do serviço.

Uma distinção é feita entre os chamados clusters homogêneos e heterogêneos . Os computadores em clusters homogêneos são executados no mesmo sistema operacional e no mesmo hardware , enquanto os clusters heterogêneos podem usar diferentes sistemas operacionais ou hardware. Os softwares de cluster Linux mais conhecidos são z. B. HP Serviceguard , Beowulf e openMosix .

Usos

Cluster de alta disponibilidade

Clusters de alta disponibilidade (clusters HA) são usados ​​para aumentar a disponibilidade ou para melhor confiabilidade. Se ocorrer um erro em um nó do cluster, os serviços em execução neste nó serão migrados para outro nó. A maioria dos clusters HA tem 2 nós. Existem clusters nos quais os serviços estão constantemente em execução em todos os nós. Esses clusters são chamados de ativo-ativo ou simétrico. Se nem todos os nós estão ativos, fala-se em ativo-passivo ou assimétrico. Tanto o hardware quanto o software de um cluster HA devem estar livres de ponto único de falhas (componentes que fariam com que todo o sistema falhasse devido a um erro). Esses clusters de HA são usados ​​em ambientes críticos nos quais tempos de inatividade de apenas alguns minutos por ano são permitidos. Os sistemas de computador críticos devem ser protegidos no contexto de cenários de desastre. Para este propósito, os nós do cluster são freqüentemente colocados a vários quilômetros de distância em diferentes centros de dados. No caso de um desastre, o nó no data center não afetado pode assumir o controle de toda a carga. Este tipo de cluster também é denominado “cluster estendido”.

Cluster de balanceamento de carga

Os clusters de balanceamento de carga são configurados para distribuir a carga por várias máquinas. A carga geralmente é distribuída por meio de uma instância central redundante. As possíveis áreas de aplicação são ambientes com altas demandas de desempenho do computador. O requisito de desempenho não é coberto aqui com a atualização de computadores individuais, mas com a adição de computadores adicionais. A razão para o uso é, não menos importante, o uso de computadores padrão baratos ( componentes COTS ) em vez de computadores especiais caros.

Cluster de computação de alto desempenho

Clusters de computação de alto desempenho (clusters HPC) são usados ​​para processar tarefas de computação. Essas tarefas aritméticas são divididas entre vários nós. As tarefas são divididas em pacotes diferentes e executadas em paralelo em vários nós ou as tarefas de computação ( chamadas de trabalhos ) são distribuídas para os nós individuais. A divisão das tarefas geralmente é feita por um sistema de gerenciamento de tarefas . Os clusters de HPC são freqüentemente encontrados no campo científico. Como regra, os elementos individuais de um cluster são conectados uns aos outros por meio de uma rede rápida . As chamadas fazendas de renderização também se enquadram nesta categoria.

história

O primeiro produto de cluster disponível comercialmente foi o ARCNET , desenvolvido pela Datapoint em 1977 . A empresa DEC teve seu primeiro sucesso real em 1983 com a apresentação do produto VAXCluster para seu sistema de computador VAX . O produto não só oferece suporte à computação paralela nos nós do cluster, mas também ao uso compartilhado de sistemas de arquivos e dispositivos de todos os nós envolvidos. Essas propriedades ainda estão ausentes em muitos produtos gratuitos e comerciais de hoje. VAXCluster ainda está disponível hoje como “VMSCluster” da HP para o sistema operacional OpenVMS e os processadores Alpha e Itanium .

tecnologia

Cluster HA

A função de failover geralmente é fornecida pelo sistema operacional ( failover de serviço , controle de IP). A aquisição de serviços pode, por. B. pode ser alcançado por meio da migração automática de endereços IP ou do uso de um endereço multicast .

Uma distinção geral é feita entre as arquiteturas não compartilham nada e compartilham tudo .

Um representante típico do cluster “ativo-ativo” com arquitetura sem compartilhamento é o DB2 com EEE (pronuncia-se “triplo e”). Aqui, cada nó do cluster hospeda sua própria partição de dados. Um ganho de desempenho é obtido por meio do particionamento dos dados e do processamento distribuído associado. A segurança contra falhas não é garantida.

Isso é diferente com o cluster "compartilhado todos". Essa arquitetura garante por meio do acesso competitivo ao armazenamento compartilhado que todos os nós do cluster podem acessar o banco de dados inteiro. Além de escalar e aumentar o desempenho, essa arquitetura também oferece confiabilidade adicional. Se um nó falhar, os outros nós assumem sua (s) tarefa (s). Um representante típico da arquitetura compartilhada é o Oracle Real Application Cluster (RAC).

Os clusters de computadores HA também podem inicializar diretamente de uma rede de área de armazenamento (SAN) como uma “imagem única do sistema” sem suportes de dados locais . Esses clusters raiz compartilhados sem disco facilitam a troca de nós de cluster, que em tal configuração apenas disponibilizam seu poder de computação e largura de banda de E / S.

Os serviços devem ser especialmente programados para uso em um cluster. Um serviço é referido como “ciente do cluster” se ele reage a eventos especiais (como a falha de um nó do cluster) e os processa de maneira adequada.

O software de cluster pode ser implementado na forma de scripts ou integrado nos kernels do sistema operacional .

Cluster HPC

Com os clusters HPC, a tarefa a ser realizada, o “trabalho”, muitas vezes é dividida em partes menores por meio de um programa de decomposição e depois distribuída para os nós.

A comunicação entre as partes do trabalho que são executadas em nós diferentes geralmente ocorre usando uma interface de passagem de mensagem (MPI), uma vez que é necessária uma comunicação rápida entre os processos individuais. Para fazer isso, os nós são acoplados a uma rede rápida, como B. InfiniBand .

Um método comum para distribuir trabalhos para um cluster HPC é um programa de agendamento de trabalho, que pode distribuí-los de acordo com várias categorias, como: B. Recurso de Compartilhamento de Carga (LSF) ou Sistema de Fila de Rede (NQS).

O TOP500 do supercomputador tem mais de 90% de clusters Linux , não menos porque barato para tarefas de computação exigentes COTS pode usar hardware.

Software de cluster

Veja também

literatura

Links da web

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