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Nodo sin disco

Una estación de trabajo sin disco Sun-2/50 de la serie Sun-2. Un nodo sin disco (o estación de trabajo sin disco ) es una estación de trabajo o computadora personal sin unidades...

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Una estación de trabajo sin disco Sun-2/50 de la serie Sun-2.

Un nodo sin disco (o estación de trabajo sin disco ) es una estación de trabajo o computadora personal sin unidades de disco , que utiliza el arranque por red para cargar su sistema operativo desde un servidor . (También se puede decir que una computadora actúa como un nodo sin disco si sus discos no se utilizan y se usa el arranque por red).

Los nodos sin disco (o computadoras que funcionan como tales) a veces se conocen como computadoras de red o clientes híbridos . El término cliente híbrido puede referirse simplemente a un nodo sin disco, o bien, en un sentido más específico, a un nodo sin disco que ejecuta algunas aplicaciones de forma remota , pero no todas, como en la arquitectura de computación de cliente ligero .

Entre las ventajas de los nodos sin disco se incluyen un menor coste de producción, menores costes operativos, un funcionamiento más silencioso y ventajas en cuanto a la gestión (por ejemplo, la instalación de software gestionada de forma centralizada).

En muchas universidades y en algunas grandes organizaciones, los PC se utilizan con una configuración similar, donde algunas o todas las aplicaciones se almacenan de forma remota pero se ejecutan localmente, nuevamente, por razones de gestión. Sin embargo, no se trata de nodos sin disco si aún arrancan desde un disco duro local .

Distinción entre nodos sin disco y computación centralizada

Los nodos sin disco procesan datos , utilizando su propia CPU y RAM para ejecutar software , pero no almacenan datos de forma persistente; esa tarea se delega a un servidor. Esto difiere de los clientes ligeros , en los que todo el procesamiento importante se realiza de forma remota, en el servidor. El único software que se ejecuta en un cliente ligero es el software del cliente "ligero" (es decir, relativamente pequeño y sencillo), que gestiona tareas simples de entrada/salida para comunicarse con el usuario, como dibujar un cuadro de diálogo en la pantalla o esperar la entrada del usuario.

El término "computación centralizada" engloba tanto la computación de cliente ligero como su predecesora tecnológica, las terminales de texto (que solo admiten texto) . Tanto los clientes ligeros como las terminales de texto pueden requerir potentes recursos de procesamiento centralizados en los servidores para realizar todas las tareas de procesamiento importantes para todos los clientes.

Los nodos sin disco pueden considerarse un punto intermedio entre los clientes enriquecidos (como los ordenadores personales comunes) y la computación centralizada, ya que utilizan el almacenamiento central para mayor eficiencia, pero no requieren procesamiento centralizado, y hacen un uso eficiente de la potente capacidad de procesamiento incluso de las CPU contemporáneas más lentas, que tenderían a permanecer inactivas durante gran parte del tiempo bajo el modelo de computación centralizada.

Principios de funcionamiento

El sistema operativo (SO) de un nodo sin disco se carga desde un servidor mediante arranque por red . En algunos casos, se puede utilizar un dispositivo de almacenamiento extraíble para iniciar el proceso de arranque, como una unidad flash USB u otro medio de arranque como un disquete , CD o DVD. Sin embargo, el firmware de muchos ordenadores modernos se puede configurar para localizar un servidor e iniciar el proceso de arranque automáticamente, sin necesidad de insertar ningún medio de arranque.

La estación LAN Carry-I , del tamaño de un libro, fue uno de los primeros sistemas sin disco duro, basado en un procesador Intel 80286 y fabricado por la empresa taiwanesa Flytech Technology alrededor de 1991.

Para el arranque automático en red, se suelen utilizar los protocolos de red PXE ( Preboot Execution Environment ) o BOOTP ( Bootstrap Protocol ) para encontrar un servidor con los archivos necesarios para arrancar el dispositivo. Los ordenadores de sobremesa estándar pueden arrancar en red de esta forma mediante una tarjeta de red adicional que incluya una ROM de arranque UDN (Universal NDU) . El arranque en red sin disco duro suele ser una función integrada en los ordenadores de sobremesa y portátiles destinados a uso empresarial, ya que permite ejecutar diagnósticos de forma remota, instalar software o aplicar una imagen de disco al disco duro local en un ordenador de sobremesa estándar que normalmente arranca desde disco.

Una vez iniciado el proceso de arranque, tal como se describió anteriormente, este se llevará a cabo según uno de los tres enfoques principales.

  • En el primer enfoque (utilizado, por ejemplo, por el Proyecto Linux Terminal Server ), el núcleo se carga en la memoria y, a continuación, se accede al resto del sistema operativo mediante una conexión de red al servidor. (Se puede crear un pequeño disco RAM para almacenar archivos temporales localmente). Este enfoque se conoce a veces como la técnica de " raíz NFS " cuando se utiliza con sistemas operativos cliente Linux o Unix.
  • En el segundo enfoque, se carga el núcleo del sistema operativo y parte de la memoria del sistema se configura como un disco RAM grande; luego, el resto de la imagen del sistema operativo se obtiene y se carga en el disco RAM. Esta es la implementación que Microsoft ha elegido para su función de arranque remoto de Windows XP Embedded . [ 2 ]
  • En el tercer enfoque, las operaciones de disco se virtualizan y se traducen a un protocolo de red. Los datos que normalmente se almacenan en una unidad de disco se guardan en archivos de discos virtuales alojados en un servidor. Las operaciones de disco, como las solicitudes de lectura/escritura de sectores, se traducen en solicitudes de red correspondientes y son procesadas por un servicio o demonio que se ejecuta en el servidor. Esta es la implementación que utilizan Neoware Image Manager, Ardence, VHD Central Management System [ 3 ] y varios productos de arranque sobre iSCSI. Este tercer enfoque se diferencia del primero en que lo remoto no es un sistema de archivos , sino un dispositivo de disco (o dispositivo sin formato ), y el sistema operativo cliente desconoce que no se está ejecutando desde un disco duro. Por ello, a veces se le denomina " Disco duro virtual " o "Disco virtual de red".

Este tercer enfoque facilita el uso del sistema operativo del cliente en comparación con tener una imagen de disco completa en la RAM o usar un sistema de archivos de solo lectura. En este enfoque, el sistema utiliza una "caché de escritura" que almacena todos los datos que un nodo sin disco ha escrito. Esta caché de escritura suele ser un archivo, almacenado en un servidor (o en el almacenamiento del cliente, si lo hay). También puede ser una parte de la RAM del cliente. Esta caché de escritura puede ser persistente o volátil. Cuando es volátil, todos los datos que un cliente específico ha escrito en el disco virtual se eliminan cuando dicho cliente se reinicia; sin embargo, los datos del usuario pueden permanecer persistentes si se registran en perfiles de usuario (itinerantes) o carpetas de inicio (que se almacenan en servidores remotos). Los dos principales productos comerciales (el de Hewlett-Packard y el de Citrix Systems ) que permiten la implementación de nodos sin disco que pueden arrancar sistemas operativos cliente Microsoft Windows o Linux utilizan dichas cachés de escritura. El producto de Citrix no puede usar una caché de escritura persistente, pero los productos VHD y HP sí.

Nodos Windows sin disco

Windows 3.x y Windows 95 OSR1 [ 4 ] admitían operaciones de arranque remoto desde servidores NetWare , [ 5 ] servidores Windows NT [ 6 ] e incluso servidores DEC Pathworks . [ 7 ]

Proveedores de software de terceros como Qualystem (adquirida por Neoware ), LanWorks (adquirida por 3Com ), Ardence (adquirida por Citrix Systems ), APCT [ 8 ] y Xtreamining Technology [ 3 ] han desarrollado y comercializado productos de software destinados al arranque remoto de versiones más recientes de la línea de productos Windows : Windows 95 OSR2 y Windows 98 fueron compatibles con Qualystem y Lanworks, Windows NT fue compatible con APCT y Ardence (llamada VenturCom en ese momento), y Windows 2000/XP/2003/Vista/Windows 7 son compatibles con Hewlett-Packard (que adquirió Neoware , que previamente había adquirido Qualystem) y Citrix Systems (que adquirió Ardence ).

Comparación con clientes adinerados

Instalación y mantenimiento del software

Con una única imagen de sistema operativo para un conjunto de máquinas (quizás con algunas personalizaciones para las diferencias en las configuraciones de hardware entre los nodos), la instalación y el mantenimiento del software instalado pueden ser más eficientes. Además, cualquier cambio en el sistema realizado durante el funcionamiento (debido a acciones del usuario, gusanos, virus, etc.) puede eliminarse al desconectar la alimentación (si la imagen se copia a un disco RAM local), como en el arranque remoto de Windows XP Embedded [ 9 ] [ 10 ] , o bien prohibirse por completo (si la imagen es un sistema de archivos de red). Esto permite su uso en áreas de acceso público (como bibliotecas ) o en escuelas, etc., donde los usuarios podrían querer experimentar o intentar "hackear" el sistema.

Sin embargo, no es necesario implementar el arranque en red para lograr ninguna de las ventajas anteriores: los PC comunes (con la ayuda del software apropiado) se pueden configurar para descargar y reinstalar sus sistemas operativos, por ejemplo, todas las noches, con un trabajo adicional en comparación con el uso de una imagen de disco compartida desde la que arrancan los nodos sin disco.

Los nodos modernos sin disco pueden compartir la misma imagen de disco mediante una relación 1:N (una imagen de disco utilizada simultáneamente por N nodos sin disco). Esto facilita enormemente la instalación y el mantenimiento de aplicaciones de software: el administrador solo necesita instalar o mantener la aplicación una vez, y los clientes pueden obtener la nueva aplicación en cuanto arrancan desde la imagen actualizada. El uso compartido de imágenes de disco es posible gracias a la caché de escritura: ningún cliente compite por los recursos de escritura en una imagen de disco compartida, ya que cada cliente escribe en su propia caché.

Todos los sistemas modernos sin disco duro también pueden usar una relación 1:1 entre cliente e imagen de disco, donde un cliente "posee" una imagen de disco y escribe directamente en ella. En ese caso, no se utiliza caché de escritura.

Generalmente, modificar una imagen de disco compartida se hace de esta manera:

  1. El administrador crea una copia de la imagen de disco compartida que el usuario desea actualizar (esto se puede hacer fácilmente porque el archivo de imagen de disco solo se abre para lectura).
  2. El administrador inicia un nodo sin disco en modo 1:1 (modo no compartido) a partir de la copia de la imagen de disco que el usuario acaba de crear.
  3. El administrador realiza cualquier modificación en la imagen del disco (por ejemplo, instalar una nueva aplicación de software, aplicar parches o correcciones urgentes).
  4. El administrador apaga el nodo sin disco que estaba utilizando la imagen de disco en modo 1:1.
  5. El administrador comparte la imagen de disco modificada
  6. Los nodos sin disco utilizan la imagen de disco compartida (1:N) tan pronto como se reinician.

Almacenamiento centralizado

El uso de almacenamiento centralizado en disco también permite un uso más eficiente del almacenamiento. Esto puede reducir los costos de almacenamiento, liberando capital para invertir en tecnologías de almacenamiento más modernas y confiables, como matrices RAID que admiten operación redundante y redes de área de almacenamiento que permiten la adición en caliente de almacenamiento sin interrupciones. Además, significa que las pérdidas de unidades de disco por fallas mecánicas o eléctricas —eventos estadísticamente muy probables en un período de años, con una gran cantidad de discos involucrados— suelen ser menos probables (porque generalmente hay menos unidades de disco que pueden fallar) y menos probables de causar interrupciones (porque probablemente formarían parte de matrices RAID). Esto también significa que los nodos en sí mismos tienen menos probabilidades de sufrir fallas de hardware que los clientes enriquecidos .

Los nodos sin disco comparten estas ventajas con los clientes ligeros .

Rendimiento del almacenamiento centralizado

Sin embargo, esta eficiencia de almacenamiento puede tener un precio. Como suele ocurrir en la informática, una mayor eficiencia de almacenamiento a veces conlleva una disminución del rendimiento.

Un gran número de nodos que solicitan acceso al mismo servidor simultáneamente puede ralentizar la experiencia de todos. Sin embargo, esto se puede mitigar instalando una gran cantidad de RAM en el servidor (lo que acelera las operaciones de lectura al mejorar el rendimiento de la caché ), añadiendo más servidores (lo que distribuye la carga de trabajo de E/S) o añadiendo más discos a una matriz RAID (lo que distribuye la carga de trabajo de E/S física ). En cualquier caso, este es un problema que puede afectar en cierta medida a cualquier red cliente-servidor, ya que, por supuesto, los clientes enriquecidos también utilizan servidores para almacenar datos de usuario.

De hecho, en algunos entornos, los datos de los usuarios pueden ser mucho más voluminosos y acceder a ellos con mucha más frecuencia que a los sistemas operativos y los programas, por lo que el cambio a un modelo sin disco no necesariamente provocará una degradación notable del rendimiento.

En un modelo sin discos, se utilizará un mayor ancho de banda (es decir, mayor capacidad) de red , en comparación con un modelo de cliente enriquecido. Esto no implica necesariamente que se deba instalar una infraestructura de red de mayor capacidad; simplemente podría significar que se utilizará una mayor proporción de la capacidad de red existente.

Finalmente, la combinación de las latencias de transferencia de datos de red (transferencia física de los datos a través de la red) y las latencias de contención (espera a que el servidor procese las solicitudes de otros nodos antes que la suya) puede provocar una degradación inaceptable del rendimiento en comparación con el uso de unidades locales, dependiendo de la naturaleza de la aplicación y la capacidad de la infraestructura de red y del servidor.

Otras ventajas

Otro ejemplo de una situación en la que un nodo sin disco sería útil es en un entorno potencialmente peligroso donde es probable que los ordenadores se dañen o destruyan, lo que hace que la necesidad de nodos económicos y hardware mínimo sea una ventaja. En este caso, también se pueden utilizar clientes ligeros.

Además, las máquinas sin disco pueden consumir poca energía y generar poco ruido, lo que implica posibles beneficios medioambientales y las hace ideales para algunas aplicaciones de clústeres informáticos .

Comparación con clientes ligeros

Tanto las arquitecturas de cliente ligero como las de nodo sin disco emplean clientes sin disco que presentan ventajas sobre los clientes enriquecidos (véase más arriba), pero difieren en cuanto a la ubicación del procesamiento.

Ventajas de los nodos sin disco sobre los clientes ligeros

  • Carga distribuida: La carga de procesamiento de los nodos sin disco se distribuye. Cada usuario dispone de su propio entorno de procesamiento aislado, que apenas afecta a otros usuarios de la red, siempre que su carga de trabajo no sea intensiva en el uso del sistema de archivos. Los clientes ligeros dependen del servidor central para el procesamiento y, por lo tanto, requieren un servidor rápido. Cuando el servidor central está ocupado y lento, ambos tipos de clientes se verán afectados, pero los clientes ligeros se ralentizarán por completo, mientras que los nodos sin disco solo se ralentizarán al acceder a los datos del servidor.
  • Mejor rendimiento multimedia . Los nodos sin disco ofrecen ventajas sobre los clientes ligeros en aplicaciones multimedia que consumirían mucho ancho de banda si se gestionaran completamente. Por ejemplo, los nodos sin disco son ideales para videojuegos, ya que la renderización es local, lo que reduce la latencia.
  • Soporte para periféricos: Los nodos sin disco suelen ser ordenadores personales o estaciones de trabajo comunes sin discos duros, lo que permite añadir una gran variedad de periféricos . Por el contrario, los clientes ligeros suelen ser cajas muy pequeñas y selladas, sin posibilidad de expansión interna y con posibilidades limitadas o inexistentes de expansión externa. Incluso si, por ejemplo, se puede conectar físicamente un dispositivo USB a un cliente ligero, es posible que el software del cliente ligero no sea compatible con periféricos más allá de los dispositivos básicos de entrada y salida; por ejemplo, puede que no sea compatible con tabletas gráficas , cámaras digitales o escáneres .

Ventajas de los clientes ligeros sobre los nodos sin disco

  • El hardware es más económico en los clientes ligeros, ya que los requisitos de procesamiento son mínimos y no suelen ofrecer aceleración 3D ni soporte de audio avanzado. Por supuesto, también se puede adquirir un nodo sin disco con una CPU económica y soporte multimedia básico, si resulta adecuado. Por lo tanto, el ahorro de costes puede ser menor de lo que parece a primera vista para algunas organizaciones. Sin embargo, muchas grandes organizaciones suelen comprar hardware con especificaciones superiores a las necesarias para satisfacer las necesidades de aplicaciones y usos específicos, o para garantizar su compatibilidad futura (véase el siguiente punto) . También existen razones menos "racionales" para sobredimensionar el hardware, que a menudo entran en juego: departamentos que malgastan presupuestos para mantener sus niveles presupuestarios actuales para el año siguiente; e incertidumbre sobre el futuro, falta de conocimientos técnicos o falta de atención al elegir las especificaciones de los PC. Teniendo en cuenta todos estos factores, los clientes ligeros pueden generar los ahorros más sustanciales, ya que solo los servidores suelen estar sobredimensionados y/o preparados para el futuro en este modelo.
  • La preparación para el futuro no representa un gran problema para los clientes ligeros, que probablemente seguirán siendo útiles durante todo su ciclo de reemplazo (de uno a cuatro años, o incluso más), ya que la carga recae en los servidores. Sin embargo, existen problemas con los nodos sin disco, dado que la carga de procesamiento es potencialmente mucho mayor, lo que implica una mayor consideración al momento de la compra. Las redes de clientes ligeros podrían requerir servidores significativamente más potentes en el futuro, mientras que una red de nodos sin disco podría necesitar una actualización de servidor, una actualización de cliente o ambas.
  • Las redes de clientes ligeros tienen un menor consumo potencial de ancho de banda , ya que gran parte de los datos se leen y procesan en el servidor, y solo se transfieren al cliente en pequeñas cantidades, según sea necesario para su visualización. Además, la transferencia de datos gráficos a la pantalla suele ser más adecuada para tecnologías eficientes de compresión y optimización de datos (véase, por ejemplo, la tecnología NX ) que la transferencia de programas arbitrarios o datos de usuario. En muchos escenarios de aplicación típicos, se espera que tanto el consumo total de ancho de banda como el consumo en picos sean menores en un cliente ligero eficiente que en un nodo sin disco.

Véase también

Notas

  1. ^ Mike Eisler; Ricardo Labiaga; Hal Stern (1 de julio de 2001). Gestión de NFS y NIS . O'Reilly Media, Inc. pág.  166.
  2. ↑ "Descripción general de la función de arranque remoto" . Centro para desarrolladores de Windows Embedded . Archivado del original el 23 de abril de 2008.
  3. 1 2 "Sistema de gestión central VHD" . Xtreaming Technology Inc. Archivado del original el 23 de marzo de 2014. Recuperado el 22 de marzo de 2014 .
  4. ↑ "Windows 95: Instalación basada en servidor para Windows 95" . Microsoft TechNet . Archivado del original el 24/11/2006.
  5. ↑ "Redes HP: conmutadores, enrutadores, cableado, inalámbrico, HP TippingPoint Security – HP®" . h17007.www1.hp.com. Archivado del original el 22 de marzo de 2014. Consultado el 22 de marzo de 2014 .
  6. ↑ "Explicación de cómo funciona el arranque remoto de Windows NT Server 4.0" . support.microsoft.com. Archivado del original el 23 de marzo de 2014. Consultado el 22 de marzo de 2014 .
  7. ↑ "Estaciones de trabajo de arranque remoto DEC Pathworks en Windows 3.1" . support.microsoft.com. Archivado del original el 23 de marzo de 2014. Consultado el 22 de marzo de 2014 .
  8. ↑ "AbsolutBoot" . APCT - Advanced PC Technologies . Archivado del original el 22 de febrero de 2001.
  9. ↑ Chamberlain, Mark (febrero de 2004). "Implementación de Windows XP Embedded Remote Boot" . Microsoft Learn .
  10. ↑ Syed, Saad (noviembre de 2002). "Arranque de RAM mediante SDI en Windows XP Embedded con Service Pack 1" . Microsoft Learn .

Referencias

  • Maroney, Tim (1987). "Servidores de archivos versus servidores de disco" . MacTech . 3 (4). Archivado del original el 28 de abril de 2006. Recuperado el 23 de julio de 2007 .
  • Kari, Hannu H. (1989). Estaciones de trabajo sin disco en una red de área local (Licenciatura en Ciencias de la Tecnología). Universidad Tecnológica de Helsinki , departamento de Ingeniería Eléctrica.
  • Foster, Louis A.; Hughes, Norman L. (marzo de 1991). «Haciendo que los archivos sean reales con un disco virtual» (PDF) . Actas del vigésimo segundo simposio técnico SIGCSE sobre educación en ciencias de la computación - SIGCSE '91 . Vigésimo segundo simposio técnico SIGCSE sobre educación en ciencias de la computación. págs. 199–204 . doi : 10.1145/107004.107039 . ISBN  0897913779.
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  • "Administración de estaciones Windows 2000 y XP sin disco desde un servidor Linux" (Comunicado de prensa). 2004. Archivado del original el 10 de febrero de 2010.
  • Página principal de Network Block Device https://nbd.sourceforge.net/
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