Sistemas en cluster

¿Qué es un Cluster?

Un cluster de computadoras es un conjunto de equipos interconectados que trabajan de manera coordinada como si fueran un único sistema. Su objetivo principal es incrementar el rendimiento, disponibilidad y escalabilidad de los servicios o cálculos que se ejecutan.

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Ejemplos de Sistemas Clusters Implementados

Beowulf (1994)

• Creado por Donald Becker y Thomas Sterling.
• Compuesto por 16 PCs con procesadores Intel DX4 a 200 MHz.
• Conectados por un switch Ethernet.
• Rendimiento teórico: 3.2 GFlops.

Berkeley NOW (1997)

• 105 estaciones Sun Ultra 170 conectadas por red Myrinet.
• Cada estación con:
  • CPU Ultra1 de 167 MHz
  • 512 KB de caché L2
  • 128 MB RAM
  • 2 discos de 2.3 GB
  • NIC Ethernet y Myrinet
• Rendimiento: 10 GFlops.

Google

• Más de 15.000 PCs.
• Cada búsqueda consume cientos de MB y billones de ciclos de CPU.

Cluster PS2

• 70 consolas PlayStation 2 con Linux Kit y MPI.
• Utilizado en cómputo científico y visualización avanzada.

Cluster X (Terascale)

• Construido en el Tecnológico de Virginia (2003).
• 2200 procesadores Apple G5 de 2.3 GHz.
• Red Infiniband 4x (procesos) y Gigabit Ethernet (administración).
• 4 TB RAM y 176 TB de disco.
• Rendimiento: 12.25 TFlops.

Thunder

• 4096 procesadores Intel Itanium2 Tiger4 a 1.4 GHz.
• Red basada en tecnología Quadrics.
• Rendimiento: 19.94 TFlops.
• Segunda posición en el ranking TOP 500.

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Gestión de Recursos Distribuidos: Sistemas de Colas

Los gestores de colas administran la ejecución de trabajos y recursos disponibles, optimizando el rendimiento y reduciendo costos.

Comandos Clave

• qsub: envía trabajos (con requisitos de memoria, tiempo, espacio).
• qstat: consulta el estado de los trabajos.
• qdel: elimina trabajos.
• qconf: configuración del gestor.

Planificación

• El sistema pone en ejecución los trabajos disponibles con mayor prioridad.
• Se puede integrar con planificadores como Maui o Moab.

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Balanceo de Carga: Linux Virtual Server (LVS)

LVS/IPVS es un servicio de red escalable y de alta disponibilidad que balancea carga para servicios como HTTP y FTP.

Modos de Balanceo

• NAT: Una IP pública. El nodo maestro reescribe los paquetes.
• Tunneling IP: El nodo maestro no reescribe los paquetes.
• Enrutamiento Directo (DR): Todos los nodos comparten el mismo segmento de red.

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Aplicaciones de Clusters

En Ciencia

• Requieren alta capacidad de cómputo, memoria y almacenamiento.
• Necesitan sistemas dedicados.
• Ejemplos:
  • Simulaciones (Earth Simulator)
  • Genómica computacional
  • Predicción meteorológica (MM5)
  • Simulación de corrientes marinas
  • Química computacional

En Empresas

• Prioridad: alta disponibilidad y respuesta inmediata.
• Servicios en ejecución continua, sin colas.
• Ejemplo de distribución:
  • Un nodo para BD
  • Otro para EJB
  • Otro para el servidor web
• Ejemplos de uso: Flickr, Wikipedia, Google.