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