Objetivos

• Proponer una nueva solución a la problemática de ejecución de programas de cómputo científico que requieren de alta capacidad de procesamiento en los Institutos de Ingeniería.
• Evaluar el uso de clusters como alternativa viable a la problemática de ejecución de programas de cómputo científico que requieren de sistemas de alta capacidad para procesamiento de datos dentro de un Instituto de Ingeniería.
• Abrir nuevas alternativas a la adquisición de sistemas de cómputo de alto rendimiento como son los clusters, que puedan proporcionar resultados similares a menor costo y escalables, comparables con las supercomputadoras.
• Encaminar a los investigadores de los Institutos de Ingeniería al uso de nuevas tecnologías para el procesamiento de grandes volúmenes de datos como también se hace en otros centros de investigación.

Prefacio

En temas relacionados con la ingeniería, hoy en día es común procesar grandes cantidades de información, y es necesario emplear principalmente sistemas de cómputos rápidos y con buenos recursos tales como procesador y memoria. En el mercado existen sistemas que pueden ofrecer estos requerimientos; tal es el caso de las computadoras multiprocesador o las llamadas supercomputadoras, pero este tipo de tecnología es muy costosa, tanto en el precio como en el mantenimiento de los equipos.

Ante esta situación, se buscan soluciones que puedan proporcionar resultados similares, a menor costo y escalables. Una de estas soluciones son los clusters.

¿Por qué darse a la tarea de diseñar y construir clusters, cuando hay supercomputadoras comerciales, perfectamente buenas y disponibles en el mercado? La respuesta rápida es el dinero.

Cuando se construye un cluster con hardware disponible en los centros de cómputo, los costos son menores comparados con el de una supercomputadora comercial, obteniendo resultados satisfactorios tomando en cuenta el costo/beneficio.

Los primeros sistemas cluster fueron explorados por Don Becker y sus colegas en la NASA. Debido a que las restricciones presupuestarias les imposibilitaban el acceso a una supercomputadora comercial, ellos necesitaban analizar un conjunto complejo y muy grande de datos, que las misiones de la NASA tienden a generar. Encontraron la forma de conseguir el rendimiento de cómputo que necesitaban. Nombraron a su creación “Beowulf`” en honor al héroe mítico inglés Beowulf.

Los clusters asombrosamente han llegado a tener un gran alcance. Actualmente existe un listado actualizado semestralmente por la universidad de Manhiem en Alemania que describe las mejores 500 supercomputadoras en el mundo, entre éstas figuran algunos clusters. Hasta 1997, casi todos los sistemas enumerados eran los sistemas comerciales de supercomputadoras de fabricantes bien conocidos tales como Cray, Silicon Graphics e IBM. A partir de 1998, algo extraordinario comenzó a aparecer en la lista, los clusters basados en Linux.

El supercómputo también ha venido a desempeñar un papel importante en diferentes áreas como la ingeniería, química, física, biología, cine, campo militar, entre otras y la tecnología de clusters ha llegado a ser cada vez más importante. Es por ello que dentro de las áreas de investigación como la ingeniería no se pueden olvidar estas tecnologías que traen grandes beneficios para quienes saben aprovecharlas correctamente.

Introducción

El desarrollo de este proyecto consiste en la implementación de un clúster en la División de Ingeniería en Sistemas Computacionales del Tecnológico de Estudios Superiores de Jocotitlan.

Se trabajó en un grupo de investigación enfocado a resolver la necesidad de contar con hardware y software potente para realizar simulaciones necesarias para futuras investigaciones y trabajos en el área de Sistemas Computacionales, Matemáticas Aplicadas, Simulación y áreas afines. En cada uno de ellos se trabaja con grandes cantidades de información que requieren del tratamiento matemático mediante métodos numéricos que a su vez tienen que llevarse a cabo con auxilio de sistemas de cómputo. Conforme se avanza en las investigaciones de estos campos, es necesario de mejores y más potentes recursos de cómputo.

Este grupo trabaja en proyectos donde se hace empleo de métodos numéricos avanzados aplicados a la Ingeniería que requieren de sistemas de cómputo de alto desempeño. El grupo ha trabajado con sistemas de cómputo tradicionales, que en la mayoría de los casos les ha sido suficiente para resolver los problemas computacionales con que se han enfrentado, y es por ello que con este trabajo se pretende iniciar al grupo en el uso de las tecnologías de clusters.

Organización

El proyecto está compuesto de siete capítulos que a continuación se describen brevemente:

Capítulo 1. Antecedentes.

En este capítulo se hace una breve descripción de la División de Ingeniería en Sistemas Computacionales y su misión, pues es donde se realizó la implementación del cluster. También se muestran los antecedentes del proyecto OpenMosix y los cambios que ha tenido en sus diferentes etapas.

Capítulo 2. Conceptos básicos de cómputo científico y clusters.

En este capítulo se describen conceptos fundamentales detrás del cómputo con clusters y se da una respuesta a la pregunta: ¿Por qué emplear Clústers? También se cubren algunos conceptos básicos implicados en cómputo paralelo, optimización de programas, tecnologías de red elementales y de OpenMosix como un cluster de alto desempeño y balanceo de carga, mostrando sus características y capacidades. Esto permite trabajar con un vocabulario común en el resto del trabajo de investigación.

Capítulo 3. Análisis para el diseño del cluster OpenMosix.

En este capítulo se hace un estudio de los recursos en cuanto a requerimientos ideales básicos para la construcción de un cluster, como el que se plantea en este proyecto: características de los nodos, de la red de computadoras, requerimientos de hardware, requerimientos de software, características de la distribución Linux, de los compiladores y de las herramientas de administración.

Capítulo 4. Diseño del cluster OpenMosix.

En el capítulo tres se hace la descripción ideal para el cluster, ahora se plantea el diseño y organización del cluster de acuerdo al equipo de cómputo disponible para la construcción del mismo.

Capítulo 5. Implementación del cluster OpenMosix.

Se describe la instalación de los nodos y su configuración, la instalación de compiladores y la seguridad lógica del cluster.

Capitulo 6. Administración del cluster.

Se analizan y describen algunas de las herramientas para la administración del cluster y para el monitoreo de procesos distribuidos en los nodos de cluster.

Capitulo 7. Desempeño y pruebas de rendimiento.

Se muestran resultados de pruebas generales de rendimiento del cluster con ejecución de programas de propósito general, y en particular con programas de investigadores de la División de Ingeniería en Sistemas Computacionales.

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