Grid Computing

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PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAIS Sistemas de Informao

GRID COMPUTING:CONCEITOS E APLICAES

Jaqueline Henrique Pereira Costa

Betim 2006

JAQUELINE HENRIQUE PEREIRA COSTA

GRID COMPUTING:CONCEITOS E APLICAES

Trabalho apresentado disciplina Trabalho de Diplomao, do Curso de Sistemas de Informao da Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais. Campus: Betim Orientador: Caio Julio Martins Veloso

Betim 2006

Jaqueline Henrique Pereira Costa Grid Computing

Trabalho apresentado disciplina de Trabalho de Diplomao, do Curso de Sistemas de Informao da Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais, Betim, 2006.

Caio Julio Martins Veloso (Orientador) PUC Minas Betim

Sandro Laudares

Maria Ins Lage de Paula

A meus pais e minhas irms, Pelo apoio, dedicao e carinho em todos os momentos.

"Se plantarmos para um ano, devemos plantar cereais. Se plantarmos para uma dcada, devemos plantar rvores. Se plantarmos para toda a vida, devemos treinar e educar o homem."

(Khantsu, sculo III a.c.)

RESUMO

Nosso objetivo a apresentar os conceitos principais de Grid Computing, diferenciando esta nova tecnologia de solues anteriores, que de alguma forma contriburam para sua concepo e desenvolvimento, tendo em vista, as implicaes presentes e futuras de estruturas computacionais desenvolvidas sob esta concepo. E aplicao de um estudo de caso, como uma ferramenta auxiliar na compreenso e exposio do tema abordado.

Palavras-chave: Grid Computing, Sistemas Distribudos, Clusters, Middleware.

ABSTRACT

Our objective is to present the main concepts of the Grid Computing, being differentiated this new technology of previous solutions, that of some form had contributed for its conception and development, in view of, the future implications gifts and of developed computational structures under this conception. And application of a case study, as a tool auxiliary in the understanding and exposition of the boarded subject.

Word-key: Grid Computing, Distributed Systems, Clusters, Middleware.

LISTA DE ILUSTRAES

QUADRO 1 Diferena entre a abordagem adotada entre a Computao Filantrpica e os Ambientes Empresariais...........................................................................................................20 QUADRO 2 Sistemas fortemente acoplados x Sistemas fracamente acoplados.....................30 QUADRO 3 Diferenas entre as configuraes de cluster e grid.............................................47 QUADRO 4 Servios e funcionalidades do Globus.................................................................63 GRFICO 1 Consumo de Memria.........................................................................................70 GRFICO 2 SpeedUP..............................................................................................................71 GRFICO 3 Velocidade de Execuo.....................................................................................71

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 Taxonomia para sistemas distribudos e para os sistemas paralelos......................27 FIGURA 2 Configurao genrica de multiprocessadores.......................................................29 FIGURA 3 Configuraes genricas de multicomputadores....................................................29 FIGURA 4 Configurao clssica de uma arquitetura SMP.....................................................31 FIGURA 5 Configurao convencional de uma NUMA..........................................................34 FIGURA 6 Configurao convencional de uma ccNUMA......................................................35 FIGURA 7 Configurao genrica de uma MPP......................................................................37 FIGURA 8 Arquiteturas computacionais com mltiplos processadores..................................39 FIGURA 9 Cluster de mquinas multiprocessadas...................................................................44 FIGURA 10 Cluster dedicado...................................................................................................44 FIGURA 11 Cluster no-dedicado............................................................................................44 FIGURA 12 Modelo em Camada 1..........................................................................................56 FIGURA 13 Modelo em Camadas 2.........................................................................................56

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 Consumo de Memria e Tempo de Execuo.......................................................69 TABELA 2 Estimativa de Tempo de Execuo.......................................................................69

LISTA DE SIGLAS

UFCG - Universidade Federal de Campina Grande HP - HEWLETT-PACKARD LTDA SETI - Search for Extraterrestrial Intelligence TI Tecnologia da Informao PC Personal Computer MIT - Massachusetts Institute of Technology IBM - I nternational Business MachinesI

LAN - Local rea Networks MIPS - Milhes de Instrues por Segundo GERPAV - Sistema de Gerenciamento da Pavimentao SISD - Single Instruction Single Data SIMD - Single Instruction Multiple Data MISD - Multiple Instruction Single Data MIMD - Multiple Instruction Multiple Data ILLIAC - Illinois Automatic Computer CM-2 Connection Machine 2 INM - Intellipool Network Monitor NUMA - Non-Uniform Memory Access CC-NUMA - Cache Coherence Non-Uniform Memory Access CRM - Customer Relationship Management ERP Enterprise Resource Planning

LISTA DE SIGLAS

AC - Assistente de Comunicao T3D - Toro 3D bidireccional SP - Scalable POWERparallel AP - Scalar Parallel VPP - Vector Parallel SR2000 SohoRAID 2000 NOWs - Networks of Workstations COWs - Cluster of Workstations CLUMPs - Cluster of sMPs WAN - rede geograficamente distribuda HTTP - Hypertext Transfer Protocol OGSA - Open Grid Standards Architecture VO - Organizao Virtual IME-USP Instituto de Matemtica e Estatstica da Universidade de So Paulo PUC-Rio Pontificia Universidade Catolica do Rio de Janeiro UFMS Universidade Federal de Mato Grosso do Sul API - Apllication Programing Interface RMS - Resource Management and Systems Sistemas Gerenciadores de Tarefas e Recursos PVM - Parallel Virtual Machine MPI - Message Passing Interface

LISTA DE SIGLAS

HPC - High Performance Computing MPI - Message Passing Interface PV - Parallel Virtual BSP Bulk Synchronous Parallel CGM - Coarse Grained Multicomputer GRACE - Grid Architecture for Computational Economy BOINC - Berkeley Open Infrastructure for Network Computing HPC Research Grid - High Performance Computing Research Grid CENAPAD - Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho CBF - Centro de Pesquisa e Documentao da Fundao Getlio Vargas LNCC Laboratrio Nacional de Computao Cientfica RAM Random Access Memory MB Mega Byte HD Hard Disk GB Giga Byte S.O. Sistema Operacional NAMD - Not Another Molecular Dynamics

SUMRIO

1 INTRODUO....................................................................................................................14 1.1JUSTIFICATIVA................................................................................................................16 1.2OBJETIVOS........................................................................................................................17 2 FUNDAMENTAO TERICA......................................................................................18 1.1EVOLUO DOS SISTEMAS DISTRIBUDOS.............................................................23 2.2 ARQUITETURA DE SISTEMAS COMPUTACIONAIS ................................................25 2.3 COMPUTAO DISTRIBUDA E GRID COMPUTING...............................................39 3 ANLISE COMPARATIVA..............................................................................................43 1.2CLUSTER X GRID COMPUTING....................................................................................43 1.3AMBIENTE WEB X GRID COMPUTING........................................................................48 4 CONFIGURAES DE UMA ARQUITETURA UTILIZANDO OS CONCEITOS DE GRID COMPUTING.......................................................................................................51 1.4COJUNTOS DE SOFTWARES E FERRAMENTAS UTILIZADAS PELA GRID..........581.4.1PVM (Parallel Virtual Machine) e MPI ( Message Passing Interface)...........................................................59 1.4.2Ferrramenta RMS (Resource Management and Systems Sistemas Gerenciadores de Tarefas e Recursos)62 1.4.3Middleware.....................................................................................................................................................62

5 EXEMPLO DE PROJETOS ..............................................................................................66 6 ESTUDO DE CASO............................................................................................................68 7 CONCLUSO......................................................................................................................74 8 REFERNCIAS...................................................................................................................76

14

1 INTRODUO

O conceito de Grid Computing apresenta um novo paradigma computacional, que tem por objetivo a integrao de recursos computacionais atravs de uma infra-estrutura, capaz de oferecer confiabilidade, consistncia, economia e persistncia na execuo de aplicaes que necessitem de um grande poder computacional. O Grid Computing surgiu como uma soluo para os problemas de disponibilidade e flexibilidade de demanda a partir da implementao de redes de alto desempenho, e teve como base o modelo de sistemas distribudos, amplamente usado no meio acadmico, conhecido como Cluster. As caractersticas