Desde hace años es común en organizaciones educativas y de investigación el desarrollo de actividades que requieren grandes capacidades de cálculo. La solución más común a estas necesidades es la compra o construcción de un cluster HPC (High Performance Computing), pero construir un cluster acarrea problemas y costos inesperados problemas al momento de utilizarlo y mantenerlo en operaciones. Nuestro proyecto busca desarrollar y documentar técnicas para construir un cluster HPC que sea fácilmente ampliable y que minimice los problemas que normalmente acarrea la operación del mismo. Los resultados preliminares son alentadores, en este punto podemos asegurar un ahorro de energía de hasta un 27%, un ahorro de espacio de hasta el 30%, y un ahorro en los costos de hasta el 11% respecto de un cluster HPC “tradicional”.Eje: Arquitectura, Redes y Sistemas OperativosRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Arellano, Gabriel E.

Hoet, Leonardo J.

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

Cluster Modular AutocontenidoGabriel E. Arellano, Leonardo J. HoetDepartamento Ingeniería en Sistemas de InformaciónFacultad Regional Concepción del UruguayUniversidad Tecnológica Nacional[arellanog,hoetl]@frcu.utn.edu.arRESUMENDesde  hace  años  es  común  en  organizaciones  educativas  y  de  investigación  el  desarrollo  de actividades que requieren grandes capacidades de cálculo. La solución más común a estas necesidades es  la  compra  o  construcción  de  un  cluster  HPC (High Performance Computing),  pero construir un cluster  acarrea  problemas  y  costos  inesperados  problemas al momento de utilizarlo y mantenerlo en operaciones.  Nuestro proyecto busca desarrollar y  documentar técnicas para construir un cluster HPC que  sea  fácilmente  ampliable  y  que  minimice  los  problemas  que  normalmente  acarrea  la  operación  del  mismo.  Los  resultados  preliminares  son  alentadores,  en  este  punto  podemos  asegurar  un ahorro de energía de hasta un 27%, un ahorro de espacio de hasta el 30%, y un ahorro en los costos  de  hasta  el  11%  respecto  de  un  cluster  HPC “tradicional”. Palabras  Clave: cluster,  hpc,  modular, autocontenido,  técnicas  de  construcción,  cómputo paralelo. 1. INTRODUCCIÓNEn  la  actualidad  es  casi  inconcebible  pensar  en computo intensivo sin asociarlo directamente con un cluster  de computadoras  personales.  Un cluster  de computadoras  es  un  conjunto  de  computadores independientes (llamadas nodos) funcionando como si fueran un solo equipo (con la suma de los recursos de sus elementos).Es por esto que cualquier organización que necesite capacidades  de  cálculo  en  algún  momento  se  ve enfrentada a la posibilidad de adquirir o construir su propio  cluster  de  computadoras.  Al  menos  al principio, la organización optará por la construcción de un cluster  de  computadores  personales,  esto  se debe  principalmente  a  cuestiones  de  oportunidad, costos y escala [sterling02].La tarea de construir un cluster (independientemente de su tamaño), involucra mucha planificación y gran cantidad de decisiones: composición de cada nodo, cantidad  de  nodos,  comunicación  de  los  nodos, infraestructura [steiner01] (espacio físico,  soportes, alimentación  eléctrica,  refrigeración,  protección  y seguridad),  sistema  operativo  a  emplear, aplicaciones a instalar, etc. Uno de  los  aspectos  antes  mencionados  es  el  que suele causar mayores dificultades ya que se lo suele subestimar  en  la  planificación,  nos  referimos  a  la infraestructura necesaria para dar soporte al cluster [feng04].En  organizaciones  pequeñas  suele  ser  complejo conseguir  un  espacio  físico  que  cuente  con  los requerimientos de un cluster (alimentación eléctrica estabilizada y/o ininterrumpida para cada uno de los nodos,  control  de  temperatura,  control  de  acceso), además  es  necesario  alojar  los  nodos  y  los dispositivos de comunicaciones de manera ordenada, lo que hace necesario estanterías y mecanismos para ordenar los cables de cada nodo [kok01] . 2. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLONuestro  objetivo  es  desarrollar,  documentar  y verificar  un  conjunto  de   técnicas  para  la construcción, instalación y operación de un cluster para  cálculo  intensivo   tratando  de  minimizar  los inconvenientes comúnmente asociados a este tipo de actividades.En  particular  nos  interesa  atacar  los  aspectos  que suelen obstaculizar más gravemente un proyecto de implementación  de  un  cluster  de  computadoras,  y que  en  muchos  casos,  termina  disuadiendo  a  la organización de la idea de tener su propio cluster.Al final de nuestro proyecto habremos generado un conjunto  de  técnicas  fácilmente  transferibles  y  de simple  implementación  que  permitirán  a  cualquier organización de pequeño tamaño construir un cluster de  pequeñas  dimensiones  físicas,  económico  y escalable a sus necesidades futuras.Los problemas que nos interesa explorar son:• Estrategias  de  construcción  que  minimicen  el espacio  requerido  y  los  requisitos  técnicos  del citado espacio.• Conjuntos  de  componentes  que  reduzcan  los costos  de  construcción  y  operación,  y  que  sean fácilmente asequibles en nuestro país.• Estrategias  que  faciliten  la  instalación, operación y mantenimiento del cluster. Como  se  mencionó  anteriormente,  uno  de  los escollos  más  grandes  en  la  construcción  de  un cluster  es  la  infraestructura  necesaria:  estanterías, conectores de alimentación, refrigeración, control de acceso (estos dos últimos que suelen hacer necesario reservar  un  espacio  físico  exclusivamente  para  el cluster). Para solucionar este problema proponemos como solución la utilización de racks1 normalizados para alojar en su interior los elementos del cluster. De  esta  manera  el  cluster  se  encontrará “autocontenido”,  es  decir  todos  sus  elementos estarán  dentro  del  rack,  para  ponerlo  en funcionamiento  sólo  será  necesario  conectar  un único  tomacorriente  de  alimentación  y  un  sólo patchcord  a  la  red  de  computadoras  de  la organización. Aclaremos  que  la  utilización  de  racks  en  la construcción de clusters de computadoras no es para nada  nuevo,  todos  los  clusters  en  la  lista  de  las computadoras  más  poderosas  del  mundo  emplean racks para alojar sus nodos[top500], pero para ello utilizan hardware especializado (y bastante costoso), como  ser  gabinetes  rackeables2 junto  a microprocesadores,  disipadores  y  periféricos diseñados  específicamente  para  caber  dentro  de estos gabinetes. Nuestro  enfoque  respecto  al  rack  difiere principalmente  en  que  nuestro  objetivo  primordial en  todos  los  casos  es  emplear  hardware  que  se encuentre comúnmente en el mercado local, de esta manera  nuestros  resultados  podrán  ser  fácilmente recreados por cualquier organización que lo desee. Es  por  ello,  que  en  lugar  de  emplear  gabinetes rackeables montaremos los componentes de cada par de  nodos  (motherboard,  dispositivos  de almacenamiento  y  fuente  de  alimentación)  sobre bandejas normalizada3 de 19”.1 Un rack es un gabinete con medidas normalizadas para que sea compatible con equipamiento de diversos fabricante.2 Gabinetes especiales diseñados para ser colocados dentro de los racks normalizados.3 Bandejas metálicas que están diseñadas para ser colocadas dentro del racks normalizados.Otro  inconveniente  importante  es  el  consumo  de energía eléctrica (con su costo y el correspondiente calor  disipado),  en  este  sentido  seguiremos  dos estrategias,  la  primera  será  la  utilización  de memorias  CompactFlash  (en  conjunto  con adaptadores  CompactFlash  -  IDE)   en  lugar  de emplear  discos  rígidos,  lectoras  de  CD-ROM  o unidades de disquetes, y la segunda, es el uso de una sola fuente de alimentación cada dos nodos.Desde  el  punto de vista  de la  organización de  las actividades,  para  cumplir  con  los  objetivos  antes mencionados,  nuestro  proyecto  se  encuentra dividido en tres etapas, encontrándonos actualmente al final de la primera de ellas. La  primera  etapa  consiste  en  actividades  de relevamiento  de  las  aplicaciones  habituales  de  un cluster,  los distintos tipos de clusters, las distintas técnicas  de  comunicación  que  emplean,  las herramientas  de  uso  y  programación  que  suelen incluir y las distintas distribuciones y herramientas de  instalación  disponibles  para  instalar/configurar clusters.  En  simultáneo  con  estas  actividades  se realiza un relevamiento del hardware disponible en el mercado y las distintas alternativas de montaje y construcción  de  clusters.  La  finalización  de  esta primera etapa tendrá como resultado la construcción de un cluster con un número parcial de nodos (3 en primera  instancia y  8  al  final  de la  etapa),  el  que permitirá  realizar  verificaciones  empíricas  de nuestros supuestos.La segunda etapa dará inicio con un cluster modular autocontenido  con  8  nodos  y  utilizando  éste, podremos probar y perfeccionar las distintas técnicas y  estrategias  de  instalación  y  uso  del  cluster relevadas  en  la  etapa  anterior.  En paralelo  a  estas actividades,  se  llevará  a  cabo  un  análisis  de  los distintos  mecanismos  disponibles  para  evaluar  la performance de clusters de computadoras, los cuales servirán  en  la  etapa  final  para  evaluar  de  manera objetiva  las  técnicas  perfeccionadas  en  la  segunda etapa. Además, en el transcurso de la segunda etapa, se agregarán 8 nodos adicionales con lo cual al final de ésta contaremos con un cluster de 16 nodos.En la tercera y última etapa procederemos a evaluar la  efectividad  y  conveniencia  de  las  técnicas perfeccionadas  en  la  segunda  etapa  y  generar  un documento donde se encuentre plasmado el  know-how adquirido a lo largo del proyecto. Al finalizar esta  etapa  se  encontrará  operando  nuestro  cluster modular autocontenido con un mínimo de 16  nodos. Igualmente  se  espera  para  ese  momento,  haber agregado otros 8 nodos, llegando al máximo de las capacidades  del  rack  (1  coordinador  y  24  nodos esclavos).3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES PRELIMINARESEn este punto los resultados son muy prometedores. Podemos  garantizar  una  reducción  del  espacio requerido de entre 23 y 30% respecto de un cluster que emplee gabinetes tradicionales en sus nodos4, e inclusive una reducción de entre el 25 y el 75% del espacio  de  rack  requerido  respecto  de  un  cluster armado utilizando gabinetes rackeables (que además son entre  un 50 y un 150% más costosos que los tradicionales),  ya  que  cada  gabinete  normalizado tiene  un  alto  de  entre  2U.  (88,9mm.)  y  4U. (177,8mm.)5, cabe recodar que nuestro cluster utiliza 3U. (133,4 mm.) para alojar cada par de nodos.Respecto al consumo de energía, nuestros cálculos y observaciones  permiten  estimar  una  reducción  de entre  el  15  y  el  25%  respecto  de  un  cluster tradicional  (cada  nodo con  su  gabinete,  fuente  de alimentación y una disquetera, disco rígido o lectora de  CD-ROM).  Esta  reducción  se  debe principalmente  al  empleo  de  una  fuente  de alimentación cada  dos nodos y a  la  utilización de memorias  CompactFlash  en  lugar  de  disqueteras, discos rígidos o lectoras de CD-ROM.Recordemos además que una fuente de alimentación no entrega toda la potencia que consume, parte de ella  (en  fuentes  de  buena  calidad  no  suele  ser inferior al 30%) se pierde[aebischer02], por lo que al usar  12  fuentes  de  alimentación  en  lugar  de  24 logramos  una  reducción  de  las  citadas  pérdidas. Mediciones  de  consumo  energético  realizadas  en nuestro cluster experimental dieron como resultado que cada uno de nuestros nodos, tiene un consumo máximo de 71 Watts, por lo que si utilizáramos una sola  fuente por  cada  nodo,  ésta  se encontraría  tan subutilizadaUna  memoria  CompactFlash  (con  un  adaptador CompactFlash - IDE) consume un 90% menos que una disquetera, un 95% menos que un disco rígido y 97% menos que una lectora de CD-ROM. Por lo que al utilizar éstas últimas en nuestros nodos logramos un ahorro en consumo de energía en dispositivos de almacenamiento  del  91%  respecto  de  un  cluster donde todos los nodos tengan su propio disco rígido, del 94% respecto de un cluster donde los 24 nodos esclavos  tengan  lectoras  de  CD-ROM, y  del  84% respecto a un cluster donde los 24 nodos esclavos usen disqueteras.4 El cálculo se realizó teniendo en cuenta gabinetes mid-tower y sin tener en cuenta el espacio entre gabinetes, ni las estanterías necesarias.  5 Existen gabinetes con una altura inferior a 2U. pero sólo pueden alojar hardware especializado, por lo cual no fueron tenidos en cuenta. Respecto  a  costos  de  adquisición,  nuestro  Cluster Modular Autocontenido sería un 11% menos costoso que un cluster de 24 gabinetes independientes cada una con su disco rígido, un 2,9% más caro que un cluster con 23 gabinetes independientes con lectoras de CD-ROM además de un coordinador con disco rígido,  y  un  4,4%  más  costoso  que  un  cluster compuesto  de  23  gabinetes  independientes  con disqueteras  de  3½”   y  un  coordinador  con  disco rígido.Cabe  resaltar  las  ventajas  de  emplear  memorias CompactFlash  en  los  nodos  esclavos  en  lugar  de discos  rígidos  (alto  costo  y  mayor  consumo  de energía),  lectoras de CD-ROM (sólo lectura y alto consumo eléctrico)  y  disqueteras  (poca  capacidad, baja velocidad y pobre confiabilidad).Claro está, la mayor ventaja de nuestro enfoque es el hecho  de  que  nuestro  cluster  es  modular  (se  le podrían  anexar  otros  racks  (cada  uno  con  24/26 nodos adicionales) y además está autocontenido, es decir  todos  componentes,  cables,  dispositivos  de conectividad, etc. están dentro del rack, por lo cual para hacerlo funcionar sólo es necesario conectar el tomacorriente  a  la  red  eléctrica  y  el  nodo coordinador a la red de la organización.Otra ventaja de emplear un rack es la facilidad con la cual se podría cambiar de ubicación el cluster, e incluso, en nuestro caso, ser llevado al aula (el rack del prototipo cuenta con ruedas).4. REFERENCIAS[aebischer02]  B. Aebischer and A. Huser. “Energy efficiency of computer power supply units - Final report” - Swiss Federal Office of Energy, Technical Report 2002. http://www.bfe.admin.ch/dokumentation/energieforschung/index.html?lang=en&publication=9436  [feng04] W. Feng, Green Destiny: “A 240 Node Energy-Efficient Supercomputer in Five Square Feet”, http://sss.lanl.gov/presentations/041015-IEEE-DVP.pdf [kok01] Kok, J., Elzinga, E., and Wolffe, G. “Notes  on constructing a parallel computing platform”. J. Comput. Small Coll. 17, 1 (Oct. 2001), 71-80. [steiner01] Steiner, S. 2001. “Building and installing a Beowulf cluster”. J. Comput. Small Coll. 17, 2 (2001), 78-87. [sterling02] Sterling, T. (ed), “Beowulf Cluster  Computing with Linux”, MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 2002.[top500] TOP500: http://www.top500.org/ 

Cluster modular autocontenido

SEDICI - Repositorio de la UNLP

Cluster Modular Autocontenido
Gabriel E. Arellano, Leonardo J. Hoet
Departamento Ingeniería en Sistemas de Información
Facultad Regional Concepción del Uruguay
Universidad Tecnológica Nacional
[arellanog,hoetl]@frcu.utn.edu.ar
RESUMEN
Desde  hace  años  es  común  en  organizaciones  
educativas  y  de  investigación  el  desarrollo  de 
actividades que requieren grandes capacidades de 
cálculo. La solución más común a estas necesidades 
es  la  compra  o  construcción  de  un  cluster  HPC 
(High Performance Computing),  pero construir un 
cluster  acarrea  problemas  y  costos  inesperados  
problemas al momento de utilizarlo y mantenerlo en 
operaciones.  Nuestro proyecto busca desarrollar y  
documentar técnicas para construir un cluster HPC 
que  sea  fácilmente  ampliable  y  que  minimice  los  
problemas  que  normalmente  acarrea  la  operación  
del  mismo.  Los  resultados  preliminares  son  
alentadores,  en  este  punto  podemos  asegurar  un 
ahorro de energía de hasta un 27%, un ahorro de 
espacio de hasta el 30%, y un ahorro en los costos  
de  hasta  el  11%  respecto  de  un  cluster  HPC 
“tradicional”. 
Palabras  Clave: cluster,  hpc,  modular, 
autocontenido,  técnicas  de  construcción,  cómputo 
paralelo. 
1. INTRODUCCIÓN
En  la  actualidad  es  casi  inconcebible  pensar  en 
computo intensivo sin asociarlo directamente con un 
cluster  de computadoras  personales.  Un cluster  de 
computadoras  es  un  conjunto  de  computadores 
independientes (llamadas nodos) funcionando como 
si fueran un solo equipo (con la suma de los recursos 
de sus elementos).
Es por esto que cualquier organización que necesite 
capacidades  de  cálculo  en  algún  momento  se  ve 
enfrentada a la posibilidad de adquirir o construir su 
propio  cluster  de  computadoras.  Al  menos  al 
principio, la organización optará por la construcción 
de un cluster  de  computadores  personales,  esto  se 
debe  principalmente  a  cuestiones  de  oportunidad, 
costos y escala [sterling02].
La tarea de construir un cluster (independientemente 
de su tamaño), involucra mucha planificación y gran 
cantidad de decisiones: composición de cada nodo, 
cantidad  de  nodos,  comunicación  de  los  nodos, 
infraestructura [steiner01] (espacio físico,  soportes, 
alimentación  eléctrica,  refrigeración,  protección  y 
seguridad),  sistema  operativo  a  emplear, 
aplicaciones a instalar, etc. 
Uno de  los  aspectos  antes  mencionados  es  el  que 
suele causar mayores dificultades ya que se lo suele 
subestimar  en  la  planificación,  nos  referimos  a  la 
infraestructura necesaria para dar soporte al cluster 
[feng04].
En  organizaciones  pequeñas  suele  ser  complejo 
conseguir  un  espacio  físico  que  cuente  con  los 
requerimientos de un cluster (alimentación eléctrica 
estabilizada y/o ininterrumpida para cada uno de los 
nodos,  control  de  temperatura,  control  de  acceso), 
además  es  necesario  alojar  los  nodos  y  los 
dispositivos de comunicaciones de manera ordenada, 
lo que hace necesario estanterías y mecanismos para 
ordenar los cables de cada nodo [kok01] . 
2. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Y 
DESARROLLO
Nuestro  objetivo  es  desarrollar,  documentar  y 
verificar  un  conjunto  de   técnicas  para  la 
construcción, instalación y operación de un cluster 
para  cálculo  intensivo   tratando  de  minimizar  los 
inconvenientes comúnmente asociados a este tipo de 
actividades.
En  particular  nos  interesa  atacar  los  aspectos  que 
suelen obstaculizar más gravemente un proyecto de 
implementación  de  un  cluster  de  computadoras,  y 
que  en  muchos  casos,  termina  disuadiendo  a  la 
organización de la idea de tener su propio cluster.
Al final de nuestro proyecto habremos generado un 
conjunto  de  técnicas  fácilmente  transferibles  y  de 
simple  implementación  que  permitirán  a  cualquier 
organización de pequeño tamaño construir un cluster 
de  pequeñas  dimensiones  físicas,  económico  y 
escalable a sus necesidades futuras.
Los problemas que nos interesa explorar son:
• Estrategias  de  construcción  que  minimicen  el 
espacio  requerido  y  los  requisitos  técnicos  del 
citado espacio.
• Conjuntos  de  componentes  que  reduzcan  los 
costos  de  construcción  y  operación,  y  que  sean 
fácilmente asequibles en nuestro país.
• Estrategias  que  faciliten  la  instalación, 
operación y mantenimiento del cluster. 
Como  se  mencionó  anteriormente,  uno  de  los 
escollos  más  grandes  en  la  construcción  de  un 
cluster  es  la  infraestructura  necesaria:  estanterías, 
conectores de alimentación, refrigeración, control de 
acceso (estos dos últimos que suelen hacer necesario 
reservar  un  espacio  físico  exclusivamente  para  el 
cluster). Para solucionar este problema proponemos 
como solución la utilización de racks1 normalizados 
para alojar en su interior los elementos del cluster. 
De  esta  manera  el  cluster  se  encontrará 
“autocontenido”,  es  decir  todos  sus  elementos 
estarán  dentro  del  rack,  para  ponerlo  en 
funcionamiento  sólo  será  necesario  conectar  un 
único  tomacorriente  de  alimentación  y  un  sólo 
patchcord  a  la  red  de  computadoras  de  la 
organización. 
Aclaremos  que  la  utilización  de  racks  en  la 
construcción de clusters de computadoras no es para 
nada  nuevo,  todos  los  clusters  en  la  lista  de  las 
computadoras  más  poderosas  del  mundo  emplean 
racks para alojar sus nodos[top500], pero para ello 
utilizan hardware especializado (y bastante costoso), 
como  ser  gabinetes  rackeables2 junto  a 
microprocesadores,  disipadores  y  periféricos 
diseñados  específicamente  para  caber  dentro  de 
estos gabinetes. 
Nuestro  enfoque  respecto  al  rack  difiere 
principalmente  en  que  nuestro  objetivo  primordial 
en  todos  los  casos  es  emplear  hardware  que  se 
encuentre comúnmente en el mercado local, de esta 
manera  nuestros  resultados  podrán  ser  fácilmente 
recreados por cualquier organización que lo desee. 
Es  por  ello,  que  en  lugar  de  emplear  gabinetes 
rackeables montaremos los componentes de cada par 
de  nodos  (motherboard,  dispositivos  de 
almacenamiento  y  fuente  de  alimentación)  sobre 
bandejas normalizada3 de 19”.
1 Un rack es un gabinete con medidas 
normalizadas para que sea compatible con 
equipamiento de diversos fabricante.
2 Gabinetes especiales diseñados para ser 
colocados dentro de los racks normalizados.
3 Bandejas metálicas que están diseñadas para ser 
colocadas dentro del racks normalizados.
Otro  inconveniente  importante  es  el  consumo  de 
energía eléctrica (con su costo y el correspondiente 
calor  disipado),  en  este  sentido  seguiremos  dos 
estrategias,  la  primera  será  la  utilización  de 
memorias  CompactFlash  (en  conjunto  con 
adaptadores  CompactFlash  -  IDE)   en  lugar  de 
emplear  discos  rígidos,  lectoras  de  CD-ROM  o 
unidades de disquetes, y la segunda, es el uso de una 
sola fuente de alimentación cada dos nodos.
Desde  el  punto de vista  de la  organización de  las 
actividades,  para  cumplir  con  los  objetivos  antes 
mencionados,  nuestro  proyecto  se  encuentra 
dividido en tres etapas, encontrándonos actualmente 
al final de la primera de ellas. 
La  primera  etapa  consiste  en  actividades  de 
relevamiento  de  las  aplicaciones  habituales  de  un 
cluster,  los distintos tipos de clusters, las distintas 
técnicas  de  comunicación  que  emplean,  las 
herramientas  de  uso  y  programación  que  suelen 
incluir y las distintas distribuciones y herramientas 
de  instalación  disponibles  para  instalar/configurar 
clusters.  En  simultáneo  con  estas  actividades  se 
realiza un relevamiento del hardware disponible en 
el mercado y las distintas alternativas de montaje y 
construcción  de  clusters.  La  finalización  de  esta 
primera etapa tendrá como resultado la construcción 
de un cluster con un número parcial de nodos (3 en 
primera  instancia y  8  al  final  de la  etapa),  el  que 
permitirá  realizar  verificaciones  empíricas  de 
nuestros supuestos.
La segunda etapa dará inicio con un cluster modular 
autocontenido  con  8  nodos  y  utilizando  éste, 
podremos probar y perfeccionar las distintas técnicas 
y  estrategias  de  instalación  y  uso  del  cluster 
relevadas  en  la  etapa  anterior.  En paralelo  a  estas 
actividades,  se  llevará  a  cabo  un  análisis  de  los 
distintos  mecanismos  disponibles  para  evaluar  la 
performance de clusters de computadoras, los cuales 
servirán  en  la  etapa  final  para  evaluar  de  manera 
objetiva  las  técnicas  perfeccionadas  en  la  segunda 
etapa. Además, en el transcurso de la segunda etapa, 
se agregarán 8 nodos adicionales con lo cual al final 
de ésta contaremos con un cluster de 16 nodos.
En la tercera y última etapa procederemos a evaluar 
la  efectividad  y  conveniencia  de  las  técnicas 
perfeccionadas  en  la  segunda  etapa  y  generar  un 
documento donde se encuentre plasmado el  know-
how adquirido a lo largo del proyecto. Al finalizar 
esta  etapa  se  encontrará  operando  nuestro  cluster 
modular autocontenido con un mínimo de 16  nodos. 
Igualmente  se  espera  para  ese  momento,  haber 
agregado otros 8 nodos, llegando al máximo de las 
capacidades  del  rack  (1  coordinador  y  24  nodos 
esclavos).
3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 
PRELIMINARES
En este punto los resultados son muy prometedores. 
Podemos  garantizar  una  reducción  del  espacio 
requerido de entre 23 y 30% respecto de un cluster 
que emplee gabinetes tradicionales en sus nodos4, e 
inclusive una reducción de entre el 25 y el 75% del 
espacio  de  rack  requerido  respecto  de  un  cluster 
armado utilizando gabinetes rackeables (que además 
son entre  un 50 y un 150% más costosos que los 
tradicionales),  ya  que  cada  gabinete  normalizado 
tiene  un  alto  de  entre  2U.  (88,9mm.)  y  4U. 
(177,8mm.)5, cabe recodar que nuestro cluster utiliza 
3U. (133,4 mm.) para alojar cada par de nodos.
Respecto al consumo de energía, nuestros cálculos y 
observaciones  permiten  estimar  una  reducción  de 
entre  el  15  y  el  25%  respecto  de  un  cluster 
tradicional  (cada  nodo con  su  gabinete,  fuente  de 
alimentación y una disquetera, disco rígido o lectora 
de  CD-ROM).  Esta  reducción  se  debe 
principalmente  al  empleo  de  una  fuente  de 
alimentación cada  dos nodos y a  la  utilización de 
memorias  CompactFlash  en  lugar  de  disqueteras, 
discos rígidos o lectoras de CD-ROM.
Recordemos además que una fuente de alimentación 
no entrega toda la potencia que consume, parte de 
ella  (en  fuentes  de  buena  calidad  no  suele  ser 
inferior al 30%) se pierde[aebischer02], por lo que al 
usar  12  fuentes  de  alimentación  en  lugar  de  24 
logramos  una  reducción  de  las  citadas  pérdidas. 
Mediciones  de  consumo  energético  realizadas  en 
nuestro cluster experimental dieron como resultado 
que cada uno de nuestros nodos, tiene un consumo 
máximo de 71 Watts, por lo que si utilizáramos una 
sola  fuente por  cada  nodo,  ésta  se encontraría  tan 
subutilizada
Una  memoria  CompactFlash  (con  un  adaptador 
CompactFlash - IDE) consume un 90% menos que 
una disquetera, un 95% menos que un disco rígido y 
97% menos que una lectora de CD-ROM. Por lo que 
al utilizar éstas últimas en nuestros nodos logramos 
un ahorro en consumo de energía en dispositivos de 
almacenamiento  del  91%  respecto  de  un  cluster 
donde todos los nodos tengan su propio disco rígido, 
del 94% respecto de un cluster donde los 24 nodos 
esclavos  tengan  lectoras  de  CD-ROM, y  del  84% 
respecto a un cluster donde los 24 nodos esclavos 
usen disqueteras.
4 El cálculo se realizó teniendo en cuenta gabinetes 
mid-tower y sin tener en cuenta el espacio entre 
gabinetes, ni las estanterías necesarias.  
5 Existen gabinetes con una altura inferior a 2U. 
pero sólo pueden alojar hardware especializado, 
por lo cual no fueron tenidos en cuenta. 
Respecto  a  costos  de  adquisición,  nuestro  Cluster 
Modular Autocontenido sería un 11% menos costoso 
que un cluster de 24 gabinetes independientes cada 
una con su disco rígido, un 2,9% más caro que un 
cluster con 23 gabinetes independientes con lectoras 
de CD-ROM además de un coordinador con disco 
rígido,  y  un  4,4%  más  costoso  que  un  cluster 
compuesto  de  23  gabinetes  independientes  con 
disqueteras  de  3½”   y  un  coordinador  con  disco 
rígido.
Cabe  resaltar  las  ventajas  de  emplear  memorias 
CompactFlash  en  los  nodos  esclavos  en  lugar  de 
discos  rígidos  (alto  costo  y  mayor  consumo  de 
energía),  lectoras de CD-ROM (sólo lectura y alto 
consumo eléctrico)  y  disqueteras  (poca  capacidad, 
baja velocidad y pobre confiabilidad).
Claro está, la mayor ventaja de nuestro enfoque es el 
hecho  de  que  nuestro  cluster  es  modular  (se  le 
podrían  anexar  otros  racks  (cada  uno  con  24/26 
nodos adicionales) y además está autocontenido, es 
decir  todos  componentes,  cables,  dispositivos  de 
conectividad, etc. están dentro del rack, por lo cual 
para hacerlo funcionar sólo es necesario conectar el 
tomacorriente  a  la  red  eléctrica  y  el  nodo 
coordinador a la red de la organización.
Otra ventaja de emplear un rack es la facilidad con 
la cual se podría cambiar de ubicación el cluster, e 
incluso, en nuestro caso, ser llevado al aula (el rack 
del prototipo cuenta con ruedas).
4. REFERENCIAS
[aebischer02]  B. Aebischer and A. Huser. “Energy 
efficiency of computer power supply units - Final 
report” - Swiss Federal Office of Energy, Technical 
Report 2002. 
http://www.bfe.admin.ch/dokumentation/energiefors
chung/index.html?lang=en&publication=9436  
[feng04] W. Feng, Green Destiny: “A 240 Node 
Energy-Efficient Supercomputer in Five Square 
Feet”, http://sss.lanl.gov/presentations/041015-
IEEE-DVP.pdf 
[kok01] Kok, J., Elzinga, E., and Wolffe, G. “Notes  
on constructing a parallel computing platform”. J. 
Comput. Small Coll. 17, 1 (Oct. 2001), 71-80. 
[steiner01] Steiner, S. 2001. “Building and 
installing a Beowulf cluster”. J. Comput. Small Coll. 
17, 2 (2001), 78-87. 
[sterling02] Sterling, T. (ed), “Beowulf Cluster  
Computing with Linux”, MIT Press, Cambridge, 
Massachusetts, 2002.
[top500] TOP500: http://www.top500.org/ 


Spanish

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/19659/Documento_completo.pdf?sequence=1

Cluster modular autocontenido

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

SEDICI - Repositorio de la UNLP