VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS CLUSTERS BEOWULF        

FACULDADE BRASIL NORTE

CLUSTER BEOWULF

MACAPÁ-AP

2015

ANGELO OLIVEIRA

DOUGLAS ANDRÉ DOS SANTOS

KACIOCLEY AFONSO

RAILSOM DO ROSÁRIO RODRIGUES

CLUSTER BEOWULF

MACAPÁ-AP

2015

Sumário

1.        TIPOS DE CLUSTERS        

2.        HISTÓRIA DO CUSTER BEOWULF        

3.        O CLUSTERS BEOWULF        

4.        ARQUITETURA DE UM CLUSTER BEOWULF        

5.        VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS CLUSTERS BEOWULF        

6.        ÁREAS DE APLICAÇÕES DO CLUSTERS BEOWULF        

7.        JUSTIFICATIVAS DA UTILIZAÇÃO DO CLUSTER BEOWULF        

8.        REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        

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1. TIPOS DE CLUSTERS

Basicamente existem três tipos de clusters:

Para a computação de alto desempenho (HPC-High Performance Computing): têm como principal objetivo atingir um alto desempenho para um determinado tipo de aplicação especialmente desenvolvida para processamento paralelo.

Para alta disponibilidade (HA - High Availability): têm como função manter um determinado sistema rodando permanentemente.

Para balanceamento de carga (HS – Horizontal Scaling): não há processamento paralelo, mas sim distribuição de processos individuais entre os componentes do sistema. Logo se trata de um sistema onde a disponibilidade de um determinado serviço é grande.

1. HISTÓRIA DO CUSTER BEOWULF

O primeiro Cluster Beowulf [BEO 03] foi desenvolvido no início da década de 90, pelos pesquisadores Donald Becker e Thomas Sterling do NASA Goddard Space Flight Center [DUN 03]. Eles precisavam aumentar sua capacidade de processamento, mas os recursos para financiar os seus projetos estavam diminuindo. Desenvolveram então o seu próprio supercomputador e o denominaram de Cluster Beowulf, que consiste de um sistema de computação paralelo composto de vários computadores autônomos (nodos), cada um executando seu próprio sistema operacional e que se comunica com os demais através de uma rede de interconexão. Dentre os nodos, um deles é considerado mestre, sua função é gerenciar os outros nodos (escravos) e distribuir o processamento entre eles, no projeto em questão o nodo mestre funciona também como gateway para a rede da Universidade.

A distribuição de processamento consiste da divisão de uma tarefa em várias partes e o despacho destas para os nodos escravos do cluster executarem. Tornando assim, em condições ideais, o tempo de resposta muito menor do que o de uma máquina apenas. Este aglomerado de máquinas comporta-se, do ponto de vista do usuário, como se fosse uma única máquina.

A filosofia de um Cluster do tipo Beowulf é de ser um projeto com baixa relação custo/desempenho, pois são utilizados softwares de código aberto, que permitem uma melhor adaptação dos sistemas a serem utilizados e não há uma dependência de hardware, pois é possível implementar um Cluster Beouwlf com praticamente qualquer equipamento existente hoje no mercado, logo, nenhum componente precisa ser desenvolvido especificamente para o projeto.

1. O CLUSTERS BEOWULF

Os clusters Beowulf resultaram de um projeto iniciado pela NASA no Verão de 1994 no centro de pesquisas CESDIS, localizado no Goddard Space Flight Center, no âmbito do projeto Earth and Space Sciences, cujo objetivo primário consistia em determinar a aplicabilidade de arquiteturas de processamento paralelo a problemas do domínio das ciências espaciais, nomeadamente para o tratamento de dados recolhidos por satélite, a preços acessíveis. O primeiro destes clusters foi construído por Thomas Sterling e Don Becker e consistia em 16 nós com processadores Intel 486 Dx4 a 100Mhz interligados por uma tecnologia de rede Ethernet a 10 Mbits-1 do tipo channel bonded com dois barramentos. Desde então diversas instituições têm construído os seus próprios clusters Beowulf. Atualmente existem clusters deste tipo com mais de um milhar de nós.

A designação Beowulf não se trata de um acrónimo com significado técnico. Beowulf é o nome de um herói lendário da literatura épica medieval inglesa, que foi escolhido pelos criadores desta arquitetura.

Os clusters Beowulf surgem num contexto de necessidade crescente de elevada capacidade de processamento em diversas áreas científicas com o objetivo de constituírem sistemas computacionais poderosos e economicamente viáveis. Para isto contribuiu a evolução do desempenho dos processadores, a aproximação entre PCs e Workstations, a diminuição do custo das tecnologias de rede e dos próprios processadores e o software gratuito e open Soucer , como o Linux por exemplo, ao abrigo da GNU Public License (GPL).

1. ARQUITETURA DE UM CLUSTER BEOWULF

Como qualquer cluster, enquadra-se na classe de sistemas computacionais de elevado desempenho, HPC, de processamento paralelo. Como subtipo de cluster trata-se de uma pilha de PCs (PoPC), interligados por tecnologias de rede comuns. Portanto, trata-se de uma topologia Multiple Instruction Multiple Data (MIMD), do tipo multicomputador ou loosely coupled, baseada no kernel monolítico do Linux, à qual é intrínseca a comunicação através de mensagens (os mecanismos de memória partilhada, se existentes, são suportados por serviços de mensagens subjacentes).

A base física destes sistemas são commodity hardware componentes, ou seja, componentes largamente comercializados (massificados). O software utilizado é de elevado desempenho e fiabilidade e é gratuito como por exemplo os sistemas operativos Linux e FreeBSD sobre os quais são instaladas ferramentas de processamento paralelo também gratuitas e amplamente utilizadas como é o caso do PVM e MPI. São sistemas dedicados ao processamento paralelo, com uma rede de comunicações privada, de uso exclusivo do cluster. Todos os nós têm a mesma arquitetura e correm o mesmo sistema operativo. O seu desempenho é da ordem do GigaFlop ou dezenas de GigaFlop e encontra-se em contínuo crescimento devido à evolução dos processadores e ao aparecimento de clusters cada vez maiores.