1.4 Sistemas distribuidos de alto rendimiento a bajo costo (clustering) en sistemas operativos de libre distribución.

Un cluster es un conjunto de ordenadores que están conectados entre sí por medio de una red, para compartir recursos con el objetivo de realizar tareas y funciones como si fuesen un único ordenador (memoria distribuida).

Sirve para cuando queramos realizar tareas que necesiten grandes requerimientos de memoria y CPU y para ahorrarnos horas de trabajo en tareas y operaciones.

Tipos de Cluster
Hay 3 tipos de cluster:

High Performance o Alto rendimiento.
High Availability o Alta Disponibilidad.
High Reliability o Alta Confiabilidad.

Alto Rendimiento

El objetivo es mejorar el rendimiento, de tiempo o precisión, para la solución de un problema.
Este tipo suele estar ligado a solucionar los siguientes problemas:

Cálculos matemáticos
Mejora de gráficos
Compilación de programas
Descifrado de códigos
Rendimiento del sistema operativo

Alta disponibilidad

Los clusters de alta disponibilidad están destinados a mejorar los servicios que ofrecen las empresas de cara a los clientes de una red, ya sea local o de Internet. Fundamentalmente tienen dos características :
Fiabilidad
Disponibilidad

Alta confiabilidad

Con alta confiabilidad se trata de aportar la máxima confianza es un entorno en el cual se necesita saber que el sistema siempre se va a comportar de una forma determinada, como por ejemplo sistemas de respuesta a tiempo real.
Suele ser usado para entornos de tipo empresarial, necesitando un hardware especializado.

Elementos necesarios

Dos o más nodos (ordenadores) compuestos al menos por un microprocesador, una memoia y una interfaz para que se puedan comunicar con la red del cluster.
Hardware apropiado al tipo de cluster que vamos a utilizar.
Tarjeta de red.
Un medio de transmisión entre ellos como por ejemplo RJ-45.
Software de sistema y un software de aplicación.

Software de sistemaPodemos usar distintos sistemas operatios para conseguir el funcionamiento del cluster, como son:

Ubuntu server
Windows Server
OpenMosix
ParallelKnoppix
Pelican

Software de Aplicación

Dependiendo del sistema operativo que vayamos a utilizar necesitaremos unos paquetes o programas:

En el caso de Linux:

HeartBeat: ejecuta los servicios en los nodos.
HeartBeat-Stonith: es una técnica HeartBeat que se encarga de controlar que cuando un servidor esté caído no interfiera en el funcionamiento del cluster.

En el caso del Windows:

A partir de windows 2003 server los servidores ya viene preparado con el software necesario. Para mejorar el rendimiento en windows server 2008 podemos usar Failover Cluster.

1.3 Ventajas y desventajas contra sistemas operativos centralizados, sistemas operativos para redes, modelo cliente - servidor, modelo de N capas, caracteristicas del hardware y caracteristicas del software (homogéneos y hetogéneos), direccionamiento lógico y físico

Es el aumento de la disponibilidad y la mejora del desempeño para la realización de un balance en la carga del trabajo y en la compartición de recursos compartiendo diferente información y tiene confiabilidad y disponibilidad a la tolerancia de fallas en la modularidad en el desarrollo la flexibilidad, crecimiento incremental, reducción de costos y la mayor capacidad de modelar estructuras organizacionales para determinar la información basada no debemos de olvidar las desventajas que conlleva un sistema centralizado como lo son:

Ventajas:

• Procesadores más poderosos y a menos costos
• Desarrollo de Estaciones con más capacidades 
• Las estaciones satisfacen las necesidades de los usuarios. 
• Uso de nuevas interfaces.
• Avances en la Tecnología de Comunicaciones.
• Disponibilidad de elementos de Comunicación.
• Desarrollo de nuevas técnicas.
• Compartición de Recursos.
• Dispositivos (Hardware).
• Programas (Software).
• Eficiencia y Flexibilidad.
• Respuesta Rápida.
• Ejecución Concurrente de procesos (En varias computadoras).
• Empleo de técnicas de procesamiento distribuido.
• Disponibilidad y Confiabilidad.
• Sistema poco propenso a fallas (Si un componente no afecta a la disponibilidad del sistema).
• Mayores servicios que elevan la funcionalidad (Monitoreo, Telecontrol, Correo Eléctrico, Etc.).
• Crecimiento Modular.
• Es inherente al crecimiento.
• Inclusión rápida de nuevos recursos.
• Los recursos actuales no afectan.

Desventajas:

• Requerimientos de mayores controles de procesamiento.
• Velocidad de propagación de información (Muy lenta a veces).
• Servicios de replicación de datos y servicios con posibilidades de fallas.
• Mayores controles de acceso y proceso (Commit).
• Administración más compleja.
• Costos.

1.2 Conceptos y características de los sistemas operativos distribuidos

Los sistemas distribuidos están basados en las ideas básicas de transparencia, eficiencia, flexibilidad, escalabilidad y fiabilidad. Sin embargo estos aspectos son en parte contrarios, y por lo tanto los sistemas distribuidos han de cumplir en su diseño el compromiso de que todos los puntos anteriores sean solucionados de manera aceptable.

Transparencia
El concepto de transparencia de un sistema distribuido va ligado a la idea de que todo el sistema funcione de forma similar en todos los puntos de la red, independientemente de la posición del usuario. Queda como labor del sistema operativo el establecer los mecanismos que oculten la naturaleza distribuida del sistema y que permitan trabajar a los usuarios como si de un único equipo se tratara.

Eficiencia
La idea base de los sistemas distribuidos es la de obtener sistemas mucho más rápidos que los ordenadores actuales. Es en este punto cuando nos encontramos de nuevo con el paralelismo.
Para lograr un sistema eficiente hay que descartar la idea de ejecutar un programa en un único procesador de todo el sistema, y pensar en distribuir las tareas a los procesadores libres más rápidos en cada momento.

La idea de que un procesador vaya a realizar una tarea de forma rápida es bastante compleja, y depende de muchos aspectos concretos, como la propia velocidad del procesador, pero también la localidad del procesador, los datos, los dispositivos, etc. Se han de evitar situaciones como enviar un trabajo de impresión a un ordenador que no tenga conectada una impresora de forma local.

Flexibilidad
Un proyecto en desarrollo como el diseño de un sistema operativo distribuido debe estar abierto a cambios y actualizaciones que mejoren el funcionamiento del sistema. Esta necesidad ha provocado una diferenciación entre las dos diferentes arquitecturas del núcleo del sistema operativo: el núcleo monolítico y el micronúcleo. Las diferencias entre ambos son los servicios que ofrece el núcleo del sistema operativo. Mientras el núcleo monolítico ofrece todas las funciones básicas del sistema integradas en el núcleo, el micronúcleo incorpora solamente las fundamentales, que incluyen únicamente el control de los procesos y la comunicación entre ellos y la memoria. El resto de servicios se cargan dinámicamente a partir de servidores en el nivel de usuario.

Núcleo monolítico
Como ejemplo de sistema operativo de núcleo monolítico está UNIX. Estos sistemas tienen un núcleo grande y complejo, que engloba todos los servicios del sistema. Está programado de forma no modular, y tiene un rendimiento mayor que un micronúcleo. Sin embargo, cualquier cambio a realizar en cualquier servicio requiere la parada de todo el sistema y la recompilación del núcleo.

Micronúcleo
La arquitectura de micronúcleo ofrece la alternativa al núcleo monolítico. Se basa en una programación altamente modular, y tiene un tamaño mucho menor que el núcleo monolítico. Como consecuencia, el refinamiento y el control de errores son más rápidos y sencillos. Además, la actualización de los servicios es más sencilla y ágil, ya que sólo es necesaria la recompilación del servicio y no de todo el núcleo. Como contraprestación, el rendimiento se ve afectado negativamente.

En la actualidad la mayoría de sistemas operativos distribuidos en desarrollo tienden a un diseño de micronúcleo. Los núcleos tienden a contener menos errores y a ser más fáciles de implementar y de corregir. El sistema pierde ligeramente en rendimiento, pero a cambio consigue un gran aumento de la flexibilidad.

Escalabilidad
Un sistema operativo distribuido debería funcionar tanto para una docena de ordenadores como varios millares. Igualmente, debería no ser determinante el tipo de red utilizada (LAN o WAN) ni las distancias entre los equipos, etc.

La escalabilidad propone que cualquier ordenador individual ha de ser capaz de trabajar independientemente como un sistema distribuido, pero también debe poder hacerlo conectado a muchas otras máquinas.

Fiabilidad 

Una de las ventajas claras que nos ofrece la idea de sistema distribuido es que el funcionamiento de todo el sistema no debe estar ligado a ciertas máquinas de la red, sino que cualquier equipo pueda suplir a otro en caso de que uno se estropee o falle.

La forma más evidente de lograr la fiabilidad de todo el sistema está en la redundancia. La información no debe estar almacenada en un solo servidor de archivos, sino en por lo menos dos máquinas. Mediante la redundancia de los principales archivos o de todos evitamos el caso de que el fallo de un servidor bloquee todo el sistema, al tener una copia idéntica de los archivos en otro equipo.

Comunicación

La comunicación entre procesos en sistemas con un único procesador se lleva a cabo mediante el uso de memoria compartida entre los procesos. En los sistemas distribuidos, al no haber conexión física entre las distintas memorias de los equipos, la comunicación se realiza mediante la transferencia de mensajes.

1.1 Conceptos y características de los Sistemas operativos de redes y Sistemas operativos centralizados

Sistema operativo de red

El sistema operativo de red, también llamado NOS (del inglés, Network Operating System) permite la interconexión de ordenadores para poder acceder a los servicios y recursos. Al igual que un equipo no puede trabajar sin un sistema operativo, una red de equipos no puede funcionar sin un sistema operativo de red. Si no se dispone de ningún sistema operativo de red, el equipo, no puede compartir recursos y los usuarios no podrán utilizar estos recursos.

También es un componente de software de una computadora que tiene como objetivo coordinar y manejar las actividades de los recursos del ordenador en una red de equipos. Consiste en un software que posibilita la comunicación de un sistema informático con otros equipos en el ámbito de una red.

Dependiendo del fabricante del sistema operativo de red, tenemos que el software de red para un equipo personal se puede añadir al propio sistema operativo del equipo o integrarse con él.

NetWare de Novell es el ejemplo más familiar y famoso de sistema operativo de red donde el software de red del equipo cliente se incorpora en el sistema operativo del equipo. El equipo personal necesita ambos sistema operativos para gestionar conjuntamente las funciones de red y las funciones individuales.

El software del sistema operativo de red se integra en un número importante de sistemas operativos conocidos, incluyendo Windows 2000 Server/Professional, Windows NT Server/Workstation, Windows 95/98/ME y Apple Talk.

Cada configuración (sistemas operativos de red y del equipo separados, o sistema operativo combinando las funciones de ambos) tiene sus ventajas e inconvenientes. Por tanto, nuestro trabajo como especialistas en redes es determinar la configuración que mejor se adapte a las necesidades de nuestra red.

Sistemas operativos centralizados

Se trata de aquel que utiliza los recursos de una sola computadora es decir su memoria , cpu, disco y periféricos.

Respecto al hardware podemos decir que se suele tratar de un computador caro y de gran potencia , con terminales alfanuméricos directamente conectados , suele tratarse de una computadora de tipo desktop, en las cuales es común encontrar un monitor grande con un teclado y un mouse ; ademas de un case para albergar la unidad de procesamiento y los demás componentes.

Podemos encontrar este tipo de sistemas operativos en un entorno de empresa, en el cual puede haber un soporte multiusuario , las empresas en especial las antiguas utilizan una mainframe potente para dar capacidad de computo a muchas terminales o también se puede encontrar empresas con abundantes minicomputadores para los empleados que las necesiten en sus actividades . uno de los primeros modelos de ordenadores interconectados fue el centralizado donde todo el procesamiento de la organización se lleva acabo en una sola computadora normalmente un mainframe y los usuarios empleaban sencillos ordenadores personales.

Los problemas de este modelo son que cuando la carga de procesamiento aumentaba se tenia que cambiar el hardware del mainframe lo cual es mas costoso que añadir mas computadores personales clientes o servidores que aumenten las capacidades , el otro problema que surgió son las modernas interfaces gráficas de usuario las cuales podían conllevar a un gran aumento de trafico en los medios de comunicación y por consiguiente podían colapsar.