Computação em Cluster
Ana Beatriz Gois
Cíntia Souza¹
Júlia Santos¹
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo – IFES –
Campus Serra
Resumo
O trabalho se baseia na apresentação do tema sobre Computação em Cluster. Para isto
desenvolvemos esta pesquisa com base em estudos bibliográficos, com o intuito de
elaborarmos uma pesquisa voltada ao campo da análise crítica e reflexiva. Sendo assim,
este estudo tem com base, explicitar: o contexto histórico do campo computacional,
voltado aos clusters; utilização de referências bibliográficas para aprimorarmos o
conhecimento sobre o estudo proposto; o desenvolvimento e a explicitação do conceito,
características e os tipos de computação paralela. Com base, nestes dados, a pesquisa tem
respaldo teórico e crítico.
Abstract
The work is based on the presentation of the theme on Cluster Computing. For this we
developed this research based on bibliographical studies, in order to elaborate research
focused to the field of critical and reflective analysis. Thus, this study is based, explicit:
the historical context of the computational field, aimed at clusters; use of references for
us to improve the knowledge of the proposed study; the development and clarification of
the concept, characteristics and types of parallel computing. Based in these data, the
research has theoretical and critical support.
1. INTRODUÇÃO
Antes de abordarmos este trabalho, temos que compreender o significado de Cluster ou
como é chamado agregado de computadores, ou seja, este mecanismo é considerado
como um conjunto de computadores. Outro aspecto da computação em Cluster é o seu
sistema operacional, em outras palavras este é constituído por um sistema distribuído. De
acordo com Barros (2010), a tecnologia de clustering pode ser denominada também
como Computação Paralela ou distribuída.
“A principal vantagem desta técnica reside na possibilidade de reutilização de
equipamentos legados de baixa capacidade de processamento computacional para
implementação de pequenos supercomputadores...” (BARROS, 2010).
Sendo assim, no decorrer da produção deste estudo vamos abordar de forma sistemática o
conceito, os estudos recentes sobre este tema e o campo teórico, para compreendermos o
funcionamento desta tecnologia de forma sistemática.
Para o desenvolvimento deste estudo, iremos explicitar de forma crítica e reflexiva alguns
aspectos fundamentais referentes à Computação em Cluster. E com isto destacaremos
alguns referenciais teóricos para a concretização desta pesquisa.
Outro elemento fundamental que compõem este artigo está na explicitação sobre o
conceito e quais são os estudos recentes relacionados a este campo da computação. Em
outras palavras, este tema aborda a computação paralela como um mecanismo que facilita
e organiza de maneira eficiente o sistema de processamento, contribuindo assim para a
realização de determinadas aplicações.
O trabalho é desenvolvido com o intuito de aprimorarmos o conhecimento e as novas
tecnologias referentes ao campo da computação em cluster.
No que tange, para o desenvolvimento deste estudo, este trabalho se baseia na construção
de alguns elementos preponderantes e que permitem uma visão de análise sobre esta
pesquisa bibliográfica. Sendo assim, temos como intuito:
•
Explicitar o conceito sobre o tema Computação em Cluster;
•
Argumentar este estudo em consonância com os referenciais teóricos;
•
Apresentar de forma crítica e reflexiva sobre o tema proposto;
•
Destacar os principais aspectos que compõem a Computação em Cluster.
2. O PROCESSO HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO EM CLUSTER
De acordo com as pesquisas e estudos históricos realizados frente à Computação em
Cluster, este mecanismo foi desenvolvido por volta da década de 1960, e fundado pela
empresa IBM (International Business Machines), que é uma empresa norte americana,
que desenvolve trabalhos na área da informática.
De acordo com a IBM, este processo que interliga vários computadores ou como é
chamado de Computação em Cluster, é desenvolvido por mecanismos que interligam
grandes mainframes (considerado como um computador de grande porte, que visa o
armazenamento e o processamento de grandes informações).
Ainda na década de 60, a IBM desenvolveu um sistema chamado HASP ( Houston
Automated Spooling Program) e em conjunto com o seu sucessor JES (Job Entry System)
criaram um programa que visava a distribuição de trabalhos por meio de mainframes
interligados.
A partir do ano de 2001, a IBM criou um tipo de cluster de mainframes por meio de uma
tecnologia chamada de Parallel System, ligada pelo hardware, sistema operacional,
middleware e principalmente pelo software de gerenciamento de sistema, e que permitia
um desenvolvimento significativo, no que tange na performance e custo para os usuários,
ou seja, utilizando assim grandes mainframes para desenvolver as aplicações dos
sistemas. Em seguida a IBM desenvolveu a chamada série/370, e a Burroughs projetaram
máquinas, consideradas como terceira geração, que eram: B-3500 e B-6500, e os
sucessores 700: B-3700 e B-6700. No ano de 1970 a IBM e a Burroughs desenvolveram
sistemas considerados como a quarta geração, onde o software destas máquinas era
escrito em MIL (Micro Implemented Language) e SDL (Software Development
Language). A partir da quarta geração de computadores observou-se o desenvolvimento
de máquinas micro programáveis, possibilitando uma melhor flexibilidade. Com o
avanço da tecnologia na computação em cluster estas máquinas iniciaram o processo de
circuitos integrados.
A IBM atualmente dispõem de quatro versões de mainframes, que são denominados de
System Z series, constituído por variados sistema operacionais, que são: z/OS, z/VM,
z/VSE, VSE/ESA, TPF, z/TPF e Linuxon System Z. Com relação ao Brasil, esta
tecnologia se desenvolveu em 1966, pela empresa Bayer usando o S/360.
Com isto, foram projetados mecanismos chamados de circuito integrado, conhecido
também como chip semicondutor. E por meio destes circuitos integrados, a partir da
década de 1980, surgiram os chamados microprocessadores (circuito integrado que tem a
função de realizar cálculos e tomada de decisão de um computador).
3. QUADRO TEÓRICO
Esta pesquisa se baseia numa fundamentação teórica, com base numa perspectiva,
voltada para os estudos referentes à Computação em Cluster. E para isto, o trabalho é
composto por referências bibliográficas, que nos possibilitarão uma visão crítica e
reflexiva sobre o assunto proposto.
É importante ressaltar que, as pesquisas relacionadas à Computação paralela possuem um
segmento diversificado e com isto os avanços tecnológicos são crescentes. De acordo
com Silva (2006, p.11) “Também se procurou deixar claro que as pesquisas neste
segmento da computação são um universo ainda pouco explorado e vêm sofrendo
mudanças e adaptações constantes.”
Outro autor que reforça os estudos sobre cluster é Zem (2010), pois segundo a pesquisa
proposta pelo autor, o cluster de computadores permite desenvolver um problema
computacional em comum, em outras palavras, o cluster é um mecanismo em que o
“...problema pode ser representado pela necessidade de um maior poder de computação
ou então pela exigência de disponibilidade para o processamento de um serviço qualquer”
(ZEM, 2005, p.1).
O referencial teórico, terá como característica uma fundamentação baseada num campo
em que a essência desta pesquisa bibliográfica se encontra também na fala de Barros
(2010). Segundo o autor, o cluster de computadores “...é um fato indubitável que a
Tecnologia da Informação (TI) tornou-se a grande revolução dos tempos atuais, e que sua
evolução tem acontecido de maneira rápida e incrível” (BARROS, 2010, p.1).
Segundo Júnior (2014), no que tange a importância da computação em cluster “Essas
aplicações possuem como característica determinante um processamento massivo de
dados, com um grande potencial de paralelismo em suas operações aritméticas”
(JÚNIOR, 2014, p.13).
E com base na fundamentação teórica, este estudo abrangerá aspectos relevantes
relacionados à computação em cluster e a sua importância nas novas tecnologias voltadas
a área computacional. É o que explicita Júnior (2014, p.13) “Isto possibilita tratar uma
enorme quantidade deste processamento através de instruções similares, de forma
paralela, em várias unidades de processamento, por independência de dados.”
4. ANÁLISE SOBRE A PESQUISA “COMPUTAÇÃO EM CLUSTER”
Para a realização deste estudo dentro de uma perspectiva mais analítica sobre o cluster de
computadores, iremos explicitar alguns aspectos importantes como, por exemplo, o
conceito fundamental sobre o tema; características específicas deste tipo de tecnologia
computacional; os principais tipos de clusters e suas especificidades; e com este estudo
abordaremos as referências em consonância com a pesquisa, com o intuito de
compreendermos de forma crítica e reflexiva.
Inicialmente, a idéia de cluster de computadores é considerada como um sistema que
compreende dois ou mais computadores ou sistemas. E estes clusters são um sistema que
trabalham em conjunto, com o intuito de executar aplicações e outros tipos de tarefas. E a
empresas utilizam este sistema como forma de potencializar o processamento das
informações, é o que aponta Júnior (2010, p.13), “Organizações que lidam com sistemas
computacionais que processam quantidades massivas de dados, sejam governamentais ou
privadas, buscam cada vez mais por um melhor desempenho de suas aplicações.”
De acordo com Barros (2010, p.2), “A tecnologia de clustering surgiu há pouco tempo
como uma resposta ao aumento súbito da necessidade de poder computacional em áreas
como: ciências, engenharia, astronomia, medicina e outras,..”
A computação paralela ou clustering é um mecanismo que desenvolve uma execução
interligada por vários computadores com o intuito de realizar tarefas e outras aplicações,
e com isto o usuário tem a impressão de que há somente um único sistema. Sendo assim,
este processo de execução em cluster pode ser denominado de transparência do sistema.
A computação em cluster se desenvolve “... onde a realização de testes, experiências e
estudos muitas vezes requerem poder de processamento muito além do que poderia ser
obtido com um único equipamento...” (JÚNIOR, 2012, p.13).
Os clusters são uma tecnologia que tem como característica fundamental atender a uma
demanda de conteúdos críticos de forma eficiente e mais rápida possível. Por exemplo,
serviços como Internet Service Providers (provedores de Internet), são um modelo de
serviço que requer alta disponibilidade e balanceamento de carga de forma escalável
(PITANGA, 2003). Sendo assim, as principais características da Computação em Cluster,
são:
• Setores-pequenas secções formadas pela divisão dos trilhos que são encontradas
no disco rígido;
• O conceito de cluster é facilitar o gerenciamento;
• Os setores são físicos, e o tamanho também (cada setor possui 512 bytes);
• O cluster é desenvolvido a partir do momento que o sistema operacional é
instalado;
Barros (2010) argumenta que, o cluster pode ser aplicado em diversas tarefas, e que
desenvolvem um alto poder de processamento, que são:
•
•
•
•
•
Servidores WEB;
Engenharia Genética;
Cálculos científicos;
Banco de Dados;
Processamento de imagens;
•
Distribuição de cargas
Além disto, esta tecnologia de computação em clusters também atende ao mercado
cinematográfico, ou seja, os clusters promovem um trabalho com utilização de
renderização de gráficos (é um processo que visa obter um produto final por meio de um
processamento digital), que permite desenvolver altíssima qualidade e animações.
Há também outro tipo de clusters, denominados de clusters Beowulf. Estes clusters são
usados na ciência, finanças e engenharia e que atua em projetos de desdobramento de
proteínas, dinâmica de fluídos, redes neurais, análise genética, estatística, economia,
astrofísica e entre outros. Esta tecnologia em computação paralela possibilita aos
pesquisadores incrementar sua escalabilidade, gerenciamento de recursos, disponibilidade
ou processamento a nível supercomputacional e mais acessível. É o que destaca Barros
(2008, p.2) “A Computação Paralela ou simplesmente Paralelismo, em uma definição
bastante genérica, é: o uso de várias unidades de processamento para executar uma tarefa
de forma mais rápida.”
A computação paralela pode ser classificada de acordo com a sua estrutura e
funcionalidade. Sendo assim, quanto aos tipos de clusters de computação, podemos citar
alguns:
•
Alta Disponibilidade (High Avalability (HA) and Failover): são modelos de
clusters específicos e construídos para estabelecer uma disponibilidade de
serviços e recursos e que atendam de forma ininterrupta por meio do uso de
redundância implícitas ao sistema. Em outras palavras, esta tecnologia cluster
permite que quando um cluster vier a falhar (failover), aplicações ou serviços
possam estar disponíveis em outro nó (PITANGA, 2003).
•
Balanceamento de carga (Load Balancing): este tipo de cluster tem como
funcionalidade distribuir o tráfego entrante ou requisições de recursos
provenientes de nodos. Outra característica deste modelo são os nodos, ou seja,
estes são responsáveis em controlar os pedidos. Em conseqüência deste processo,
quando há falha em algum nó, as requisições são redistribuídas entre os nós
disponíveis no momento (PITANGA, 2003)
•
Combinação HÁ & Load Balancing: este modelo de cluster tem como
característica combinar dois tipos de clusters, com o intuito de aumentar a
disponibilidade e escalabilidade de serviços e recursos. É comum este tipo de
cluster em servidores de web, mail, news ou ftp (PITANGA, 2003)
•
Processamento Distribuído ou Processamento Paralelo: este sistema tem como
característica fundamental aumentar a disponibilidade e performance para as
aplicações, em outras palavras, este tipo de cluster desenvolve grandes tarefas
computacionais. Esta tecnologia computacional é associada ao projeto Beowulf da
NASA, ou seja, são configurações usadas para a computação científica e análises
financeiras, e que exigem um alto poder de processamento (PITANGA, 2003).
Segundo Barros (2010), “...programar um multicomputador é muito mais difícil do que
programar um multiprocessador.” No entanto, segundo o autor este sistema
(multicomputador) é muito mais vantajoso, pois o custo é bem menor, e em conseqüência
pode aumentar o poder de processamento adicionando outros computadores. Porém, esta
tecnologia de clusters também apresenta desvantagens, pois em nível de construção estes
são mais complexos, contudo são mais fáceis para a realização de programação
(BARROS, 2010).
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para construção e elaboração desta pesquisa bibliográfica utilizamos recursos para
potencializar a descrição e análise deste estudo sobre a Computação em Cluster. Em
outras palavras, as referências bibliográficas nos possibilitaram uma visão crítica e
reflexiva sobre o conceito, as características e os tipos de clusters existentes.
Com o desenvolvimento da tecnologia no âmbito computacional, verificamos também
que outros setores das ciências também necessitam destes novos recursos tecnológicos,
tanto para estudos no campo da genética, como para medicina e até mesmo para a
economia.
Ao longo deste estudo elaborado, constatamos o desenvolvimento de tecnologias cada
vez mais avançadas possibilitando assim, melhorar a eficácia de um processador, a
convergência em eficiência entre microcomputadores, os supercomputadores tradicionais
e com isto o baixo custo, permitindo assim o desenvolvimento de computadores paralelos
(SILVA, 2006).
Com base na análise e nos estudos que obtivemos ao longo destes trabalhos concluímos
que a computação em cluster significa um conjunto de processadores que tem a
capacidade de cooperar na solução de um determinado problema.
O nosso intuito enquanto futuro profissional da área computacional é compreender
alguns mecanismos relacionados à computação em cluster e estabelecer este
conhecimento em consonância com o avanço das tecnologias no campo computacional.
6. REFERÊNCIAS
BARROS, Andersown Becher Paes de. Computação em Cluster. _ . MT, 2010.
Disponível
em:
http//
http://www.ice.edu.br/TNX/encontrocomputacao/artigosinternos/prof_andersown_computacao_em_cluster.pdf. Acesso em: Out 2015.
JÚNIOR, Severino José de Barros. Um Cluster Híbrido com Módulos de CoProcessamento em Hardware (FPGAS) para Processamento de Alto Desempenho._.
PE, 2014. Disponível em: http// repositorio.ufpe.br/.../DISSERTAÇÃO%20Severino
%20José%20de%20... Acesso em: Out 2015.
MARTINS, Augusto e ZEM, José Luís. Um Cluster de Computadores de Uso Geral.
__.
SP,
2014.
Disponível
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http//
www.unimep.br/~jlzem/.../poster_Augusto_Mostra_Academica_2014.pp... Acesso em:
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PITANGA, Marcos. Computação em Cluster. __. 2003. Disponível em: http//
http://www.clubedohardware.com.br/artigos/computacao-em-cluster/153. Acesso em: Out
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SILVA, José Vanderlei da. Cluster – Possibilidades de eficiência e segurança. _. PR,
2006.
Disponível
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http//
revista.grupointegrado.br/revista/index.php/campodigital/article/.../142. Acesso em: Out
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ZEM, José Luíz. Uso de Cluster de Computadores no Ambiente Corporativo.__. SP,
2005.
Disponível
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http//
www.unimep.br/~jlzem/lecc/trabalhos/artigo_conbratec_2005.doc. Acesso em: Out
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