Clústeres Virtuales: Funcionamiento, Retos y Equilibrio de Carga

¿Qué es un Clúster Virtual y Cuáles son sus Ventajas?

En un clúster virtual, cada usuario instancia tantos nodos como necesite y del tipo que requiera. Se parte de templates (plantillas) de máquinas virtuales que facilitan la clonación, la reutilización y la personalización. Dependiendo del entorno, tanto la infraestructura real como el clúster virtual pueden ser homogéneos o heterogéneos. Este tipo de virtualización facilita un despliegue rápido de los sistemas, conocido como clúster on-demand.

Además, facilita la implantación de políticas de Green Computing, ya que se puede hacer una utilización más eficiente de los recursos hardware disponibles en los centros de datos. Se consolidan diferentes máquinas virtuales, ajustadas a las necesidades de los usuarios, en un número menor de máquinas físicas. Esto reduce el número de servidores y el gasto de energía. También reduce costes, no solo en hardware y en suministros, sino en mantenimiento, cableado y refrigeración. La consolidación facilita las políticas de backup y de recuperación ante fallos, lo que aumenta la disponibilidad. Esta disponibilidad también se ve favorecida por una mayor tolerancia a fallos. Un fallo crítico en un sistema operativo guest no tiene que implicar un fallo crítico en el sistema operativo host. Y si fuera así, se pueden migrar nodos virtuales entre máquinas físicas.

Retos de los Clústeres Virtuales

Los principales retos que se plantean son:

• Gestión eficiente de los recursos (aprovisionamiento y consolidación).
• Migración en vivo de los nodos virtuales (memoria, ficheros y comunicaciones).
• Protección y seguridad.

Etapas de un Algoritmo de Equilibrio de Carga en un Clúster

Los algoritmos de equilibrio de carga tienen como objetivo repartir las tareas que se ejecutan en el sistema, de manera que cada nodo ejecute una carga proporcional a su capacidad de cómputo y optimice los recursos.

Etapas Clave

• Regla de medida del estado: Normalmente, la información necesaria para tomar las decisiones sobre equilibrio de carga se resume en un índice, que es un número positivo que indica el valor de la carga de cada nodo. Este índice debe ser capaz de resumir la disponibilidad del nodo para aceptar nuevas cargas según el grado de utilización de sus recursos.
• Regla de información: Especifica cómo recoger y mantener la información sobre la carga de los nodos.
• Regla de iniciación: Especifica quién, cómo y cuándo puede iniciar una operación de equilibrio.
• Operación de equilibrio: Se divide a su vez en tres fases:
  • Regla de localización: Determina qué nodos pueden participar en la operación de equilibrio.
  • Regla de distribución: Determina cómo redistribuir la carga entre los nodos. Puede permitir o no la migración.
  • Regla de selección: Determina qué carga es la mejor para ser distribuida.

Niveles de Decisión para el Aprovechamiento Eficiente de Recursos en la Nube

Para realizar un aprovechamiento eficiente de los recursos físicos y virtuales en un entorno cloud, se deben resolver cuatro niveles de decisión:

• Virtual provisioning: Decidir las instancias virtuales que cada usuario necesita contratar.
• Application provisioning y equilibrio de carga: Repartir el trabajo entre las instancias aprovisionadas.
• Resource provisioning: Decidir en qué máquinas físicas se ejecutan las instancias virtuales.
• Scheduling: Repartir los recursos entre las máquinas virtuales que se ejecutan en cada uno de ellos.

Ley de Amdahl vs. Ley de Gustafson: Predicción de la Mejora del Rendimiento

Al intentar predecir la mejora de rendimiento que se va a conseguir al paralelizar una aplicación secuencial, se pueden utilizar dos leyes:

• Ley de Amdahl: Establece un límite máximo para la ganancia que se puede obtener paralelizando una aplicación sobre N procesadores. Este límite lo fija la fracción serie o secuencial de la aplicación, 1 - F.
• Ley de Gustafson: Establece que cualquier problema suficientemente grande puede ser eficientemente paralelizado. La diferencia principal con la Ley de Amdahl es que la Ley de Gustafson considera que la disponibilidad del poder de cómputo aumenta a medida que el número de máquinas aumenta y que el tamaño del problema no es fijo.