computação em grid: estratégia para inclusão digital marcos josé santana departamento de...

Computação em GRID: Computação em GRID: Estratégia para Inclusão DigitalEstratégia para Inclusão Digital

Marcos José SantanaMarcos José SantanaDepartamento de Sistemas de ComputaçãoDepartamento de Sistemas de Computação

ICMC-USP ICMC-USP São Carlos-SPSão Carlos-SP

RoteiroRoteiro

IntroduçãoIntrodução

GridsGrids

Construção de um GRIDConstrução de um GRID

Grid AnywhereGrid Anywhere

ConclusõesConclusões

Informações e ContatoInformações e Contato

Grupo SDPC Grupo SDPC


Inclusão DigitalInclusão Digital

• democracia no acesso às TIsdemocracia no acesso às TIs• inserção na sociedade da informaçãoinserção na sociedade da informação• melhorias na vida pessoalmelhorias na vida pessoal• não basta usar, precisar se integrarnão basta usar, precisar se integrar• precisa saber o que fazer...precisa saber o que fazer...



• basebase: computador, rede e domínio: computador, rede e domínio

• não basta acessar a Internet...não basta acessar a Internet...

• precisa saber o que fazer com precisa saber o que fazer com

ferramentasferramentas

• açõesações para para todostodos terem acesso terem acesso

• açõesações para ampliar a acessibilidade para ampliar a acessibilidade


Inclusão Digital X Inclusão SocialInclusão Digital X Inclusão Social

• a sociedade acessa e dissemina a sociedade acessa e dissemina conhecimentoconhecimento

• Inclusão digital Inclusão digital inserida na inclusão na inclusão socialsocial


(Fragmento) História da Computação(Fragmento) História da Computação

Era dos Dinossauros....Era dos Dinossauros....




Quem eram os incluídos?Quem eram os incluídos?




Qual o sentido da inclusão digital?Qual o sentido da inclusão digital?




O que se pensava sobre inclusão O que se pensava sobre inclusão digital?digital?




Quem eram os incluídos?Quem eram os incluídos?

Qual o sentido da inclusão digital?Qual o sentido da inclusão digital?

O que se pensava sobre inclusão digital?O que se pensava sobre inclusão digital?

Introdução Introdução (Era dos Dinossauros... ENIAC)(Era dos Dinossauros... ENIAC)

Introdução Introdução (Era dos Dinossauros...)(Era dos Dinossauros...)

• VálvulasVálvulas

• TransístoresTransístores

• Circuitos IntegradosCircuitos Integrados


• VálvulasVálvulas

• TransístoresTransístores

• Circuitos IntegradosCircuitos Integrados

Desenvolvimento da microeletrônica alavanca o desenvolvimento do hardware


• MainframesMainframes


• EstadoEstado• BancosBancos• Grandes CorporaçõesGrandes Corporações• UniversidadesUniversidades



• Sociedade?Sociedade?



• Sociedade?... Cérebro Eletrônico!!!!Sociedade?... Cérebro Eletrônico!!!!

Introdução Introdução (Era dos Dinossauros... IBM-1130)(Era dos Dinossauros... IBM-1130)


• MainframesMainframes

• MinicomputadoresMinicomputadores

Introdução Introdução (Era dos Dinossauros... PDP 11)(Era dos Dinossauros... PDP 11)



Microprocessadores: Microprocessadores:

““a grande mudança rumo à inclusão a grande mudança rumo à inclusão digital...”digital...”



Era dos Era dos Microcomputadores....Microcomputadores....

Introdução Introdução (Era dos Micromputadores... 8080)(Era dos Micromputadores... 8080)

Intel 8080

Zilog Z80

Introdução Introdução ((Era dos Micromputadores... 8080/Z80Era dos Micromputadores... 8080/Z80))

Intel 8080 Zilog Z80

Introdução Introdução ((Era dos MicromputadoresEra dos Micromputadores... ... MC6800MC6800))

Motorola MC6800

Introdução Introdução ((Era dos MicromputadoresEra dos Micromputadores... ... CP200CP200))

Introdução Introdução ((Era dos MicromputadoresEra dos Micromputadores... Apple II)... Apple II)

Introdução Introdução ((Era dos Micromputadores... Exato CCEEra dos Micromputadores... Exato CCE))

Introdução Introdução ((Era dos Micromputadores... MacintoshEra dos Micromputadores... Macintosh))

Introdução Introdução ((Era dos Micromputadores... ATARI 1040STEra dos Micromputadores... ATARI 1040ST))



...e a evolução (histórica) continua......e a evolução (histórica) continua...

• notebooksnotebooks• netbooksnetbooks

........

Introdução Introdução ((Era dos Micromputadores... notebooksEra dos Micromputadores... notebooks))

Introdução Introdução ((Era dos Micromputadores... netbooksEra dos Micromputadores... netbooks))

Introdução (Introdução (Dinos X AtualidadeDinos X Atualidade))

HD 5MB do ano de 1956

Pen Drive 16GB

HD 512GB do ano de 2009

Introdução Introdução

E a inclusão Digital?E a inclusão Digital?



Mudanças?Mudanças?



Mudanças?Mudanças?

Sociedade?Sociedade?


Mais um pouco de Evolução...Mais um pouco de Evolução...

• Computação Paralela

e• Sistemas Distribuídos


Computação ParalelaComputação Paralela

• desde década de 60 (Era dos Dinos...)desde década de 60 (Era dos Dinos...)• acelerar o processamento científicoacelerar o processamento científico• arquiteturas paralelas:arquiteturas paralelas:

SISD, SIMD, MIMD e MISDSISD, SIMD, MIMD e MISD

• Supercomputadores (80,90...)Supercomputadores (80,90...)


Computação ParalelaComputação Paralela

• Supercomputadores são:Supercomputadores são:• CarosCaros• Geralmente específicosGeralmente específicos


Sistemas DistribuídosSistemas Distribuídos

• Múltiplos recursosMúltiplos recursos• Compartilhamento de recursosCompartilhamento de recursos• Rede de interconexãoRede de interconexão• TransparênciaTransparência• RedundânciaRedundância• Paralelismo/DistribuiçãoParalelismo/Distribuição• Décadas de 60/70/80...Décadas de 60/70/80...


Convergência:Convergência:

• Sistemas Distribuídos – MIMDSistemas Distribuídos – MIMD

• Computação Paralela/DistribuídaComputação Paralela/Distribuída

• Ambientes Paralelos VirtuaisAmbientes Paralelos Virtuais


Ambientes Paralelos VirtuaisAmbientes Paralelos Virtuais

• Desenvolvimento de AplicaçõesDesenvolvimento de Aplicações

Software cria ambienteSoftware cria ambiente

PVMPVM

MPIMPI

Introdução (Ambientes Paralelos Introdução (Ambientes Paralelos Virtuais) Virtuais)

Ambientes Paralelos VirtuaisAmbientes Paralelos Virtuais

Visão Uniforme Visão Uniforme de uma de uma

máquina virtualmáquina virtualparalelaparalela


SD - Modelos ArquiteturaisSD - Modelos Arquiteturais

BásicosBásicos

• Minicomputadores (décadas de 70/80)Minicomputadores (décadas de 70/80)

• Banco de processadores (décadas 70/80/90...)Banco de processadores (décadas 70/80/90...)

• Estação de Trabalho/Servidor (décadas Estação de Trabalho/Servidor (décadas 70/80/90/2000...)70/80/90/2000...)



CompostosCompostos

• Integrados (décadas de 70/80)Integrados (décadas de 70/80)

• Híbridos (décadas de 70/80/90/2000...)Híbridos (décadas de 70/80/90/2000...)



Avançados (Modernos)Avançados (Modernos)

• Estação de Trabalho Servidor + estações Estação de Trabalho Servidor + estações ociosas ociosas

• Orientação ObjetosOrientação Objetos



Avançados (Modernos)Avançados (Modernos)

• Estação de Trabalho/Servidor + estações Estação de Trabalho/Servidor + estações ociosas ociosas (link com grids!!!)(link com grids!!!)

• Orientação ObjetosOrientação Objetos


Estação de Trabalho/ServidorEstação de Trabalho/Servidor

Cluster Cluster

• Agrupamento de máquinasAgrupamento de máquinas

• Sistema distribuído (conceitual/de fato?)Sistema distribuído (conceitual/de fato?)

• PVM/MPIPVM/MPI

• Uso de LANsUso de LANs

• Administração LocalAdministração Local

Introdução Introdução ClusterCluster


InternetInternet

• Grande sistema distribuídoGrande sistema distribuído• Interconexão massiva de máquinasInterconexão massiva de máquinas• Quebra de paradigmasQuebra de paradigmas• Troca de informaçõesTroca de informações• NegóciosNegócios• EntretenimentoEntretenimento

............


Estações de trabalho Estações de trabalho

Clusters de Estações Clusters de Estações

Mainframes Mainframes

Supercomputadores Supercomputadores

...... ......

Internet (rede global)Internet (rede global)


Estações de trabalho Estações de trabalho

Clusters de Estações Clusters de Estações

Mainframes Mainframes

Supercomputadores Supercomputadores

...... ......

Internet (rede global)Internet (rede global)

GRIDsGRIDs

GRIDs GRIDs

• Problemas complexos ou longosProblemas complexos ou longos

• Supercomputadores são carosSupercomputadores são caros

• Alguns problemas precisam de vários Alguns problemas precisam de vários • Reunir Esforços para solucionar um Reunir Esforços para solucionar um problemaproblema

• Verbas são finitas!Verbas são finitas!

GRIDs GRIDs

• Problemas complexos ou longosProblemas complexos ou longos

• Supercomputadores são carosSupercomputadores são caros

• Alguns problemas precisam de vários Alguns problemas precisam de vários • Reunir Esforços para solucionar um Reunir Esforços para solucionar um problemaproblema

• Verbas são finitas!Verbas são finitas!

Solução: REUNIR ESFORÇOSSolução: REUNIR ESFORÇOS

GRIDs GRIDs (Reunir Esforços...) (Reunir Esforços...)

GRIDs GRIDs

• Em grande parte dos casos, um problema Em grande parte dos casos, um problema complexo pode ser dividido em problemas complexo pode ser dividido em problemas menoresmenores

• Dividir para conquistar!!!!Dividir para conquistar!!!!

• Os problemas menores podem ser resolvidos de Os problemas menores podem ser resolvidos de forma paralela/distribuídaforma paralela/distribuída

GRIDsGRIDs

x = 125453 + 98756 x 65342 + 7654736

w = 125453 y = 98756 x 65342 z = 7654736

x = w + y + z

GRIDsGRIDs

•Exploração da existência de Exploração da existência de recursos computacionais recursos computacionais ociososociosos

•Mesmo em uso, os recursos Mesmo em uso, os recursos podem estar sendo sub-podem estar sendo sub-utilizadosutilizados

GRIDs GRIDs (uso de recursos ociosos)(uso de recursos ociosos)

GRIDs GRIDs (Alguns Projetos Mundiais)(Alguns Projetos Mundiais)

Projeto BoincProjeto Boinc

• Berkeley Open Infrastructure for Network ComputingBerkeley Open Infrastructure for Network Computing

• http://boinc.berkeley.edu/http://boinc.berkeley.edu/

• Plataforma que permite Computação Distribuída Plataforma que permite Computação Distribuída utilizando computadores de voluntáriosutilizando computadores de voluntários

• Abriga diferentes projetosAbriga diferentes projetos

• Cada projeto possui sua própria infra-estruturaCada projeto possui sua própria infra-estrutura


Projeto BoincProjeto Boinc

• Os voluntários definem os projetos que desejam Os voluntários definem os projetos que desejam fazer partefazer parte

• Informação da contribuição de cada paísInformação da contribuição de cada país

http://boinc.netsoft-online.com/e107_plugins/boinc/bp_home.php

28.622 GigaFlops

1.018.548 GigaFlops

15.195GigaFlops

3.452GigaFlops


Projeto Boinc: SETI@homeProjeto Boinc: SETI@home


LHC – Large Hadron ColliderLHC – Large Hadron Collider

•Produção de cerca de Produção de cerca de 15 Petabytes de dados 15 Petabytes de dados por anopor ano

•Estudo de 2004 Estudo de 2004 apontava a necessidade apontava a necessidade de 100.000 unidades de de 100.000 unidades de processamentoprocessamento


LHC Grid ComputingLHC Grid Computing

Composto por 140 centros de computação distribuídos Composto por 140 centros de computação distribuídos em 38 paísesem 38 países

LHC@homeLHC@home

Construção de um GridConstrução de um Grid

• Muitos requisitos a serem considerados:Muitos requisitos a serem considerados:

EscalonamentoEscalonamento

Gerenciamento de execuçãoGerenciamento de execução

SegurançaSegurança

Gerenciamento de dadosGerenciamento de dados

Serviços de InformaçõesServiços de Informações

• Implementar esses requisitos é uma Implementar esses requisitos é uma tarefa complexatarefa complexa

Construção de um GridConstrução de um Grid

MiddlewaresMiddlewares

• Middleware Middleware é uma camada de é uma camada de softwaresoftware que que abstrai os requisitos básicosabstrai os requisitos básicos

• Oferece API’s para o acesso às Oferece API’s para o acesso às funcionalidadesfuncionalidades

• Programador mantém o foco na aplicação Programador mantém o foco na aplicação desejadadesejada

Construção de um GridConstrução de um Grid (Midlewares)(Midlewares)

Globus ToolkitGlobus Toolkit

• Ferramenta de código aberto;Ferramenta de código aberto;

• Uma das ferramentas mais utilizadas no mundo;Uma das ferramentas mais utilizadas no mundo;

• Alto nível de complexidade;Alto nível de complexidade;

• Execução da aplicação é feita na forma de Execução da aplicação é feita na forma de fork;fork;

• Existência de um adaptador para compatibilidade com Existência de um adaptador para compatibilidade com outros escalonadores;outros escalonadores;

Grid Anywhere (?)Grid Anywhere (?)

Televisão Digital InterativaTelevisão Digital Interativa

•Sistema TerrestreSistema Terrestre•InteratividadeInteratividade•Carrossel de dadosCarrossel de dados•Set-top box é um Set-top box é um computadorcomputador•Canal de retornoCanal de retorno



•Sistema TerrestreSistema Terrestre•InteratividadeInteratividade•Carrossel de dadosCarrossel de dados•Set-top box é um Set-top box é um computadorcomputador•Canal de retornoCanal de retorno




•Brasil adotou solução híbrida:Brasil adotou solução híbrida:

Modulação e transmissão Modulação e transmissão JaponesesJaponeses

Middleware Middleware BrasileiroBrasileiro

•Transparência para a aplicaçãoTransparência para a aplicação


Televisão Digital Interativa: Televisão Digital Interativa: Cenário BrasileiroCenário Brasileiro

• Há aproximadamente Há aproximadamente 54 milhões de 54 milhões de aparelhos de TVaparelhos de TV

• Em 2016, estima-se Em 2016, estima-se 80 milhões80 milhões

• Set-topSet-top boxes formam um enorme parque boxes formam um enorme parque computacionalcomputacional

• Muitas pessoas terão equipamentos limitados Muitas pessoas terão equipamentos limitados e elas precisam (devem?) ter acesso aos e elas precisam (devem?) ter acesso aos

recursos do mundo digitalrecursos do mundo digital


Televisão Digital Interativa: Cenário BrasileiroTelevisão Digital Interativa: Cenário Brasileiro

• Há aproximadamente 54 milhões de Há aproximadamente 54 milhões de aparelhos de TVaparelhos de TV

• Em 2016, estima-se 80 milhõesEm 2016, estima-se 80 milhões

• Set-top boxes formam um enorme parque Set-top boxes formam um enorme parque computacionalcomputacional

• Muitas pessoas terão equipamentos limitados Muitas pessoas terão equipamentos limitados e elas precisam (devem?) ter acesso aos e elas precisam (devem?) ter acesso aos

recursos do mundo digitalrecursos do mundo digital


Qual a solução?Qual a solução?


Qual a solução?Qual a solução?

Inserir os set-top boxes

em um grid!!!

Grid AnywhereGrid Anywhere

• Novo Novo middlewaremiddleware para grids computacionais para grids computacionais

• Baseado em migração de objetos JavaBaseado em migração de objetos Java

• Abordagem de fácil instalaçãoAbordagem de fácil instalação

• AnywhereAnywhere: Objetivo de explorar uma grande : Objetivo de explorar uma grande variedade de equipamentosvariedade de equipamentos

• Set-top boxSet-top box é o primeiro equipamento é o primeiro equipamento envolvidoenvolvido

Grid Anywhere Grid Anywhere

ArquiteturaArquitetura


Set-Top Box: Consumidor de RecursosSet-Top Box: Consumidor de Recursos

• Objetos Java referentes as aplicações Objetos Java referentes as aplicações executadas no set-top box podem ser executadas no set-top box podem ser migrados para outros equipamentos e migrados para outros equipamentos e invocados remotamenteinvocados remotamente


Preciso de mais recursos para executar a aplicação!

JavaObject

JavaObject

JavaObject

JavaObject

Chamada remota

Chamada remota


Set-Top Box: Provedor de RecursosSet-Top Box: Provedor de Recursos

• Aplicações que podem utilizar o Aplicações que podem utilizar o mesmo aplicativo de forma paralela mesmo aplicativo de forma paralela podem ser enviadas via broadcasting podem ser enviadas via broadcasting pela emissora de TV a todos os set-top pela emissora de TV a todos os set-top boxes sintonizados a elaboxes sintonizados a ela

Grid Anywhere Grid Anywhere Preciso de alta potência computacional!

JavaObject

JavaObject

JavaObject

JavaObject

JavaObject

JavaObject

JavaObject

Execução via “Trigger”!!



• Set-top boxeSet-top boxes podem ter um caminho s podem ter um caminho parecido com os celularesparecido com os celulares

• Um equipamento computacional ligado Um equipamento computacional ligado à Internet é uma porta de acesso ao à Internet é uma porta de acesso ao mundo digitalmundo digital



• Além das aplicações da TV Interativa, o Além das aplicações da TV Interativa, o receptor pode ser utilizado para outras receptor pode ser utilizado para outras aplicações:aplicações:

Acesso à webAcesso à web

Aplicações de escritórioAplicações de escritório

Comunicação (VOIP, por exemplo)Comunicação (VOIP, por exemplo)

e-learninge-learning

e-government, e-government, etc.etc.



• Equipamentos diferentes encontrados no mercadoEquipamentos diferentes encontrados no mercado

• Baixo custo e alto custoBaixo custo e alto custo

• Pessoas com renda inferior tendem a comprar Pessoas com renda inferior tendem a comprar equipamentos de baixo custo com recursos equipamentos de baixo custo com recursos

limitadoslimitados

• Justamente essas pessoas precisam participar do Justamente essas pessoas precisam participar do processo de inclusãoprocesso de inclusão



• Aplicações desenvolvidas para o Grid AnywhereAplicações desenvolvidas para o Grid Anywhere

• Front-end Front-end da aplicação fica no da aplicação fica no set-top box set-top box e e objetos podem ser migrados para outros objetos podem ser migrados para outros receptores ou computadores convencionaisreceptores ou computadores convencionais

• Receptores simples executando aplicações mais Receptores simples executando aplicações mais complexascomplexas



• Mesma abordagem pode ser levada aos aparelhos Mesma abordagem pode ser levada aos aparelhos celularescelulares

• Operadoras podem oferecer serviço de Operadoras podem oferecer serviço de hospedagem de objetoshospedagem de objetos

• Tecnologia 3G auxilia o processoTecnologia 3G auxilia o processo

• Celulares mais simples com capacidade de Celulares mais simples com capacidade de execução de aplicações mais complexasexecução de aplicações mais complexas

Conclusões Conclusões


ConclusõesConclusões


Inclusão Digital X Uso de GridsInclusão Digital X Uso de Grids

Conclusões Conclusões



Inclusão Digital X TV Digital InterativaInclusão Digital X TV Digital Interativa

Conclusão Conclusão



Inclusão Digital X TV Digital InterativaInclusão Digital X TV Digital Interativa

Inclusão Digital X Grid@AnywhereInclusão Digital X Grid@Anywhere

Informações e ContatosInformações e Contatos

[email protected]@icmc.usp.br

www.lasdpc.icmc.usp.brwww.lasdpc.icmc.usp.br

[email protected]@gmail.com

Grupo SDPC – ICMC - USPGrupo SDPC – ICMC - USP

Marcos José SantanaMarcos José Santana

Regina Helena Carlucci SantanaRegina Helena Carlucci Santana

Sarita Mazzini BruschiSarita Mazzini Bruschi

Paulo Sérgio Lopes de SouzaPaulo Sérgio Lopes de Souza

Francisco José MonacoFrancisco José Monaco

Kalinka Regina L.J.Castelo BrancoKalinka Regina L.J.Castelo Branco

Jó UeyamaJó Ueyama

Edson Santos MoreiraEdson Santos Moreira

Obrigado!Obrigado!

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