Tipos de Sistemas Distribuídos (Cluster e Grid)

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Tipos de Sistemas Distribuídos (Cluster e Grid) 
Mauro Lopes Carvalho Silva 
 
 
Professor EBTT 
DAI – Departamento de Informática 
Campus Monte Castelo 
 
Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão 
Sistemas Distribuídos – 8º Período 
Sistemas Distribuídos 
Sistemas Distribuídos – 8º Período 
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. 
Sistemas Distribuídos – 8º Período 
Plano de Aula 
• Tipos de Sistemas Distribuídos: Computação 
– Sistemas em Cluster 
– Sistemas em Grid 
– Sistemas Pervarsivos 
 
Sistemas Distribuídos – 8º Período 
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. 
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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. 
http://info.abril.com.br/noticias/it-solutions/fotos/os-10-supercomputadores-mais-poderosos-do-mundo.shtml
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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. 
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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; 
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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; 
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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. 
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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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• Um pouco da história da Computação em Grade 
Sistemas Distribuídos – 8º Período 
Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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 procuramcompartilhar arquivos 
distribuídos geograficamente. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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). 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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; 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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. 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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; 
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Sistema de Computação: Grade 
• 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; 
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Sistema de Computação: Grade 
• Modelo Operacional 
O escalonador de 
aplicação coleta 
os resultados e 
repassa para o 
usuário 
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Comparação entre Cluster e Grade 
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Dúvidas 
Página do Professor Mauro: 
http://www.dai.ifma.edu.br/~mlcsilva 
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