KLAUD RAČUNARSTVO
Transcript of KLAUD RAČUNARSTVO
KLAUD RAČUNARSTVOInformacioni sistemi – master ss
Prof dr Dušan Ljubičić
Bojan Mrđa
2. OSNOVNI POJMOVI
2
• Uvod
• Distribuirano računarstvo
• Farma servera
• Klaster računarstvo
• Tehnologije klastera
• Softver klastera
• Klaster
• Vrste klastera
• Grid računarstvo
• Saradnja resursa u grid računarstvu
• Pojam klaud računarstva 3
Računarstvo - bilo koja aktivnost orijentisana prema nekom
cilju pri čemu se koriste računari ili se oni stvaraju
Uključuje:
• Projektovanje i izgradnja hardvera i softvera sistema
• Obradu, strukturiranje i upravljanje različitim vrstama informacija
• Kreiranje naučnih studija pomoću računara
• Kreiranje računarskih sistema koji se inteligentno ponašaju
• Kreiranje i korišćenje medija za komunikaciju i zabavu
Uvod - Računarstvo (engl. computing)
4
... računarstvo jednoga dana može biti organizirano kao javno
preduzeće poput telefonskog sistema
...računar može postati osnova nove i važne industrije
John McCarthy ( profesor na MIT) 1961.
Uvod - Računarstvo (engl. computing)
5
UvodRačunarstvo postaje peta uslužna delatnost. Tradicionalne usluge su:
•Voda
• Electricitet
• Prirodni gas
• Telefonska mreža Slika 1
Računarstvo se pretvara u model koji se sastoji od
usluga koja postaju uslužna dobra (predmet
proizveden da bi zadovoljio želje i potrebe)
i koja se dostavljaju na način sličan dostavljanju
tradicionalnih komunalnih usluga6
Distribuirano računarstvo
- u distribuiranom računarstvu se problem deli na više
zadataka, svaki deo zadatka se rešava na posebnom računaru
- U distribuiranom sistemu računari međusobno deluju sa
namerom da postignu zajednički cilj, računarski program koji
radi u u distribuiranom sistemu
E-mail - najuspešnija aplikacija ARPANET-a, druge rane
računarske mreže uključuju Usenet, FidoNet
Studija distribuiranog računarstva - posebna grana računarskih
nauka u ranim 1980-tim 7
Distribuirano računarstvo
Logička mapa ARPANETA iz 1977. godine8
Distribuirano računarstvo
Aplikacije - glavni razlog za korišćenje distribuiranih sistema i
distribuiranog računarstva
Primeri distribuiranih sistema i aplikacija uključuju:
1.Telekomunikacione mreže
2.Mrežne aplikacije
3.Kontrola procesa u realnom vremenu
4.Paralelno računanje
9
Telekomunikacione mreže
Telekomunikacione mreže uključuju:
• telefonske mreže i mrežu mobilne telefonije
• računarske mreže, kao što je Internet
• bežične senzorske mreže
• algoritme rutera
10
Mrežne aplikacije
• WWW i mreža ravnopravnih računara (engl. peer-to-peer
networks)
• masivne online igre velikog broja igrača, kao zajednice
virtualne realnosti (MMO)
• distribuirane baze podataka i distribuirani sisteme upravljanja
bazama podataka
• mrežni datotečni sistemi
• distribuirane informacione procesne sisteme, kao što su
bankarski sistemi i sistemi
• rezervacije avionskih karata11
Kontrola procesa u realnom vremenu
• kontrolni sistemi avio-saobraćaja
• industrijski kontrolni sistemi
12
Paralelno računanje
• računanje u naučne svrhe, uključujući klastersko računanje i
grid računarstvo
• dobrovoljno računanje, odnosno njihovi projekti
• distribuirano realistično prikazivanje (engl. render) u
računarskoj grafici
13
Razlike između distribuiranih (a i b) i paralelnih sistema (c)
14
Najbrže distribuirane mreže
• Folding@Home
• BOINC
• Milkyway@Home
• Collatz Conjecture
• SETI@Home
• Einstein@Home
• GIMPS
15
Farma servera (server klastera)
Skup računarskih servera za ostvarenje potreba koje su izvan
sposobnosti jednog računara
Sastoje se od hiljada računara koji zahtevaju veliku količinu
energije za rad i potrebno hlađenje, što iziskuje ogromne
finansijske ekološke troškove
16
Farma servera (server klastera)
Često postoji backup servera, koji preuzimaju funkciju osnovnih
servera usled kvara primarnog servera
Server farme obično su kolocirane s mrežnim prekidačima i / ili
ruterima koji omogućuju komunikaciju između različitih delova
klastera i korisnika klastera
Računari, routeri, izvori napajanja i odgovarajuća elektronika
obično se montiraju na 19-inčnim ormarima (engl. racks) u
server sobi ili data centru
17
Farma servera
Farma servera se obično koristi za klaster računarstvo
Farma servera kao mainframe serveri, ili kao njegov dodatak
Zbog velikog broja računara na velikim farmama, kvar jednog
računara je čest slučaj, pri upravljanju farmom servera treba
voditi računa o:
• redundatnosti
• automatskom preklapanju između dva servera “na vruće”
(engl. automatic failover)
• brzoj rekonfiguraciji klastera servera
18
Farma servera
Performanse najvećih farmi servera (hiljade i više procesora)
obično su ograničene performansama data centara u oblasti
sistema hlađenja i to najviše ukupnom cenom utroška električne
energije troškova, manje performansama procesora
Računari u farmama servera rade 24/7 i troše velike količine
električne energije
Iz tog razloga, parametar kritičkog dizajna za velike i
kontinuirane sisteme je performanse po vatu, a ne trošak vršnih
performansi ili (vrhunske performanse / (jedinica * početna
cena))
19
Farma servera
Za visoku dostupnost sistema koji moraju raditi 24/7 (za razliku
od superračunara koji mogu da rade na zahtev, a takođe imaju
tendenciju za mnogo većom iskorištenošću), pažnja se više
usmerava na štednju energije i sposobnost da se isključe delovi
računara ili sam računar bez smanjenja kvaliteta usluge
Prema nekim proračunima, za svakih 100 vati utrošenim na rad
servera, gotovo 50 vati je potrebno za njihovo hlađenje.
Island, koji ima hladnu klimu čitave godine uz jeftinu energiju
na osnovu geotermalnih resursa, gradi svoj prvi sajt. Položeni
su optički kablovi između Islanda i Severne Amerike da
omoguće kompanijama da lociraju svoje servere na Islandu
20
Klaster računarstvo
Računarskii klaster (engl. cluster) je skup usko povezanih
računara koja rade zajedno tako da ih korisnik vidi kao kao
jedan računar
Delovi klastera su obično, ali ne uvek, spojeni zajedno brzom
lokalnom mrežom (LAN)
Klasteri se koriste kako bi povećali performanse i dostupnost u
odnosu na jedan računar, dok su u principu jeftiniji u poređenju
sa jednim računarom istih karakteristika 21
Klaster računarstvoPrvi komercijalni Klusterski proizvod bio je ARCnet, koji je
razvio Datapoint 1977 godine. Arcnet nije komercijalno uspeo, a
tako ni klastersko računarstvo sve dok DEC nije izbacio VAX
kluster proizvod, 1984.
Nijedna istorija uslužnog klastera (engl. commodity clustera) ne
bi bila potpuna bez spominjanja velike uloge koju je odigrao
razvoj PVM-a (engl. Parallel Virtual Machine), 1989.
22
Klaster računarstvo
Heterogeni klusteri slobodnog oblika izgrađeni na osnovu ovog
modela su brzo dostizali ukupnu brzinu u FLOPS-ima koja je
bila puno veća i od one dostupne sa skupim "big iron„
superračunarima
PVM (parallel virtual machine) i razvoj jeftinih umreženih PC-ja
doveli su 1993. godine do NASA projekta izgradnje
superračunara
23
Tehnologije klastera
MPI (Message Passing Interface) je širokodostupna biblioteka
za komunikaciju koja omogućuje paralelno programiranje u C,
Fortran, Python i mnogim drugim programskim jezicima
GNU/Linux podržava razni klasterski software, kao što je:
Beowulf
Distcc
MPICH
i ostali - uglavnom specijalizovane klasterske aplikacije24
Tipična Beowulf konfiguracija
25
Tehnologije klasteraLinux Virtual Server, Linux-HA - klasteri koji omogućavaju raspoređivanje
dolaznih zahteva za uslugama preko više klasterskih čvorova
MOSIX, openMosix, Kerrighed, OpenSSI - klasteri integrisani u kernel koji
omogućuje migraciju procesa između homogenih čvorova
Microsoft Windows Compute Cluster Server 2003 baziran na Windows
Server platformi daje alate visokih performansi kao što su Job Scheduler,
MSMPI library i druge upravljačke alate
Jedan od instaliranih klaster servera je i Lincoln klaster od 450 Dell
PowerEdge™
1855 blade servera koji izvršavaju Windows Compute Cluster Server
2003. Klaster je predstavljen sredinom 2006. godine
DragonFly BSD, nedavni fork FreeBSD-a 4.8 se redizajnira u srži da bi
omogućio prirodnookruženje za klasterski rad. Takođe, pokušava postići
single-system image mogućnosti
26
Softver klastera• BOINC - Berkeley Open Infrastructure for Network Computing
• Gluster - The GNU Clustering Platform
• Kerrighed
• Linux-Cluster Project Global File System and HA
• Linux Virtual Server
• Linux-HA
• Maui Cluster Scheduler
• OpenSSI High-availability, load-balancing, and high-performance clustering with or
without a SAN
• OpenMosix
• OpenSCE
• Open Source Cluster Application Resources (OSCAR)
• Rocks Cluster Distribution
• Scali Manage
• Sun Grid Engine
• TORQUE Resource Manager
• WareWulf
• Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition – Cluster Server
27
Softver klasteraSoftver naveden u tabeli je dostupan u svim Windows, Mac i
Linux javnim klasterima
28
Klaster
• Jedan ili više računara (čvorova) koji su zajedno povezani
• U jednoj prostoriji ili fizički odvojeni i povezani preko LAN-a
• Pojavljuju se korisniku i aplikaciji kao jedan sistem
29
Klaster
Primer Linux klastera koji se nalazi u Lawrence Livermore
National Laboratory (federalni istraživački centar, osnovan od
strane Kaliforniskog univerziteta 1952.)
Zin TLCC2 Cluster
30
Klaster
Primer klastera31
Klaster
Klaster sa raspoređivanjem opterećenja (eng. load balancing
cluster) sa dva servera i četiri korisničke radne stanice
32
Vrste klastera
• Klasteri visoke dostupnosti HA (engl. high-availability cluster)
• Klasteri sa raspoređivanjem opterećenja (engl. load-balancing)
33
Vrste klastera
Funkcionisanje klustera za raspoređivanje
Komercijalni klasteri za raspoređivanje opterećenja
• Klasteri visokih performansi HP (eng. High performance cluster)
Beowulf klaster
34
Vrste klastera
Klaster sa raspoređivanjem opterećenja 35
Grid računarstvo
Fizika elementarnih čestica je jedna od važnih naučnih disciplina koja
koristi velike količine računarskih resursa
• Velike međunarodne kolaboracije
• Velike količine podataka iz eksperimenata
• Large Hadron Collider (LHC) u CERN-u sa 40 miliona sudara u
sekundi
Grid računarstvo je geografski distribuiran računarski sistem
Grid računarstvo ili grid klaster tehnologija
Grid računarstvo je namenjeno za rad sa opterećenjima koja se
sastoje od više nezavisnih poslova (eng. jobs)36
Grid računarstvo
Gridovi služe za upravljanje poslovima na određenim računarima
Grid počiva na naprednom softveru, koji se zove midlver (engl.
middleware) i koji povezuje resurse i aplikacije.
Najrasprostranjeniji je gLite midlver
37
Grid računarstvo
Mapa grid resursa u Evropi
38
Saradnja resursa u grid računarstvu
Virtualna Organizacija je skup pojedinaca i / ili ustanova za koje
su definisana pravila šta se deli i uslovi pod kojima se nešto deli
Organizacija može učestvovati u više VO deljenjem nekih ili svih
resursa
39
Saradnja resursa u grid računarstvu
Šema virtualne organizacije40
Pojam Klaud računarstva
Klaud računarstvo (engl. cloud computing) predstavlja isporuku
računarskih resursa i skladišnih kapaciteta kao uslugu za
heterogenu grupu krajnjih korisnika
Koncept klaud računarstva se oslanja na deljenje resursa preko
mreže, najčešće Interneta
Krajni korisnici pristupaju aplikacijama iz oblaka preko veb
pretraživača, ali i desktop aplikacije na mobilnom telefonu, dok
se softver i korisnički podaci nalaze na server farmama na
udaljenoj lokaciji41
Tipovi klaud računarstva
Postoje tri osnovna tipa klaud računarstva
• Softver kao usluga, SaaS (engl. Software as a Service)
• Platforma kao usluga, PaaS (engl. Cloud Platform as a
Service)
• Infrastruktura kao usluga, IaaS (engl. Cloud Infrastructure as a
Service)
42
Pojam Klaud računarstva
Osnovu računarstva u oblaku čine konvergentna infrastruktura,
koju čine različite IT tehnologije povezane u jednu logičku i
funkcionalnu celinu, kao što su fizički resursi, virtuelizacija, i
deljenje resursa
Zagovornici klaud računarstva tvrde da ovaj model dozvoljava
preduzećima da podignu i koriste aplikacije mnogo brže, sa
boljom kontrolom i manje održavanja, što omogućava IT sektoru
preduzeća da brže i efikasnije ispuni promenjive i nepredvidive
zahteve poslovanja43
Pojam Klaud računarstva
U modelu računarskog oblaka razlikujemo dva odvojena dela
sistema
• Prednji deo(engl. Front end), koji je korisnički deo i obuhvata
sve delove infrastrukture koji su pod kontrolom korisnika kao i
sam način pristupa korisnika usluzi
• Zadnji deo (engl. back end), koji obuhvata infrastrukturu klaud
provajdera
44
KLAUD RAČUNARSTVOInformacioni sistemi – master ss
Prof dr Dušan Ljubičić
Bojan Mrđa