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 en 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 utiliza el arranque en red).
Los nodos sin disco (o computadoras que actúan como tales) a veces se conocen como computadoras de red o clientes híbridos . El término cliente híbrido puede significar simplemente un nodo sin disco o puede usarse en un sentido más particular para referirse a un nodo sin disco que ejecuta algunas aplicaciones , pero no todas, de forma remota, como en la arquitectura informática de cliente ligero .
Las ventajas de los nodos sin disco pueden incluir menores costos de producción, menores costos de funcionamiento, operación más silenciosa y ventajas de administración (por ejemplo, instalación de software administrada de forma centralizada).
En muchas universidades y algunas organizaciones grandes, las PC se utilizan en una configuración similar, con algunas o todas las aplicaciones almacenadas de forma remota pero ejecutadas localmente (de nuevo, por razones de capacidad de administración). Sin embargo, estos nodos no carecen de disco si aún arrancan desde un disco duro local .
Los nodos sin disco procesan datos , por lo que utilizan su propia CPU y RAM para ejecutar software , pero no almacenan datos de forma persistente; esa tarea se delega en un servidor. Esto es distinto de los clientes ligeros , en los que todo el procesamiento significativo se realiza de forma remota, en el servidor; el único software que se ejecuta en un cliente ligero es el software de cliente "ligero" (es decir, relativamente pequeño y simple), que maneja tareas de entrada/salida simples para comunicarse con el usuario, como dibujar un cuadro de diálogo en la pantalla o esperar la entrada del usuario.
Un término colectivo que engloba tanto la informática de cliente ligero como su predecesora tecnológica, las terminales de texto (que solo admiten texto), es la informática centralizada . Tanto los clientes ligeros como las terminales de texto pueden requerir potentes instalaciones de procesamiento central en los servidores para realizar todas las tareas de procesamiento importantes para todos los clientes.
Los nodos sin disco pueden verse como un compromiso entre los clientes pesados (como las computadoras personales comunes) y la computación centralizada, utilizando almacenamiento central para lograr eficiencia, pero sin requerir procesamiento centralizado y haciendo un uso eficiente del poderoso poder 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.
El sistema operativo (OS) de un nodo sin disco se carga desde un servidor, mediante el arranque en 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 , un CD o un DVD. Sin embargo, el firmware de muchas computadoras modernas se puede configurar para localizar un servidor y comenzar el proceso de arranque automáticamente, sin necesidad de insertar un medio de arranque.
Para el arranque automático en red, se utilizan comúnmente los protocolos de red PXE ( Preboot Execution Environment ) o BOOTP ( Bootstrap Protocol ) para encontrar un servidor con archivos para arrancar el dispositivo. Las PC de escritorio estándar de tamaño completo pueden arrancarse en red de esta manera con una tarjeta de red adicional que incluye una ROM de arranque de interfaz de dispositivo de red universal . El arranque en red sin disco es una característica incorporada comúnmente en las PC de escritorio y portátiles destinadas al uso comercial, ya que se puede utilizar en una computadora de escritorio estándar que arrancaría con disco para ejecutar diagnósticos de forma remota, instalar software o aplicar una imagen de disco al disco duro local.
Una vez iniciado el proceso de arranque, como se describió anteriormente, el arranque se llevará a cabo de acuerdo con uno de tres enfoques principales.
Este tercer enfoque facilita el uso del sistema operativo 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 ha escrito un nodo sin disco. 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 ha escrito un cliente específico en el disco virtual se descartan cuando dicho cliente se reinicia y, sin embargo, los datos del usuario pueden seguir siendo persistentes si se registran en perfiles de usuario (móviles) o carpetas de inicio (que se almacenan en servidores remotos). Los dos principales productos comerciales (el de Hewlett-Packard y el otro de Citrix Systems ) que permiten la implementación de nodos sin disco que pueden iniciar el sistema operativo cliente Microsoft Windows o Linux utilizan dichas cachés de escritura. El producto de Citrix no puede utilizar la caché de escritura persistente, pero los productos VHD y HP sí pueden.
Windows 3.x y Windows 95 OSR1 [4] admitían operaciones de arranque remoto desde servidores NetWare , [5] [ verificación fallida ] servidores Windows NT [6] e incluso servidores DEC Pathworks . [7]
Los 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 nuevas de la línea de productos Windows : Windows 95 OSR2 y Windows 98 fueron soportados por Qualystem y Lanworks, Windows NT fue soportado por APCT y Ardence (llamado VenturCom en ese momento), y Windows 2000/XP/2003/Vista/Windows 7 son soportados por Hewlett-Packard (que adquirió Neoware que previamente había adquirido Qualystem) y Citrix Systems (que adquirió Ardence ).
Con una única imagen de sistema operativo para una serie de máquinas (quizás con algunas personalizaciones para las diferencias en las configuraciones de hardware entre los nodos), la instalación de software y el mantenimiento del software instalado pueden ser más eficientes. Además, cualquier cambio del sistema realizado durante la operación (debido a la acción del usuario, gusanos, virus, etc.) puede ser eliminado cuando se corta la energía (si la imagen se copia a un disco RAM local) como el arranque remoto de Windows XP Embedded [9] [10] o prohibido por completo (si la imagen es un sistema de archivos de red). Esto permite el uso en áreas de acceso público (como bibliotecas ) o en escuelas, etc., donde los usuarios podrían desear experimentar o intentar "hackear" el sistema.
Sin embargo, no es necesario implementar el arranque en red para lograr cualquiera de las ventajas mencionadas anteriormente: las PC comunes (con la ayuda del software apropiado) se pueden configurar para descargar y reinstalar sus sistemas operativos (por ejemplo) todas las noches, con 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, utilizando una relación 1:N (1 imagen de disco utilizada simultáneamente por N nodos sin disco). Esto hace que sea muy fácil instalar y mantener aplicaciones de software: el administrador necesita instalar o mantener la aplicación solo una vez, y los clientes pueden obtener la nueva aplicación tan pronto como inicien la imagen actualizada. El uso compartido de imágenes de disco es posible porque utilizan la caché de escritura: ningún cliente compite por ninguna escritura en una imagen de disco compartida, porque cada cliente escribe en su propia caché.
Todos los sistemas modernos de nodos sin disco también pueden utilizar una relación de cliente a imagen de disco 1:1, en la que un cliente "posee" una imagen de disco y escribe directamente en dicha imagen de disco. En ese caso, no se utiliza caché de escritura.
La modificación de una imagen de disco compartido se suele hacer de esta manera:
El uso de almacenamiento en disco central también permite un uso más eficiente del almacenamiento en disco. Esto puede reducir los costos de almacenamiento, liberando capital para invertir en tecnologías de almacenamiento más confiables y modernas, como matrices RAID que admiten operaciones redundantes y redes de área de almacenamiento que permiten agregar almacenamiento en caliente sin interrupciones. Además, significa que las pérdidas de unidades de disco por fallas mecánicas o eléctricas, que son eventos estadísticamente muy probables en un período de años, con una gran cantidad de discos involucrados, a menudo tienen menos probabilidades de ocurrir (porque normalmente hay menos unidades de disco que pueden fallar) y menos probabilidades de causar interrupciones (porque probablemente serían parte de matrices RAID). Esto también significa que los propios nodos tienen menos probabilidades de tener fallas de hardware que los clientes pesados .
Los nodos sin disco comparten estas ventajas con los clientes ligeros .
Sin embargo, esta eficiencia de almacenamiento puede tener un precio. Como sucede a menudo en informática, una mayor eficiencia de almacenamiento a veces tiene como precio una disminución del rendimiento.
Una gran cantidad de nodos que realizan demandas en el mismo servidor simultáneamente puede ralentizar la experiencia de todos. Sin embargo, esto se puede mitigar instalando grandes cantidades de RAM en el servidor (lo que acelera las operaciones de lectura al mejorar el rendimiento del almacenamiento en caché ), agregando más servidores (lo que distribuye la carga de trabajo de E/S) o agregando más discos a una matriz RAID (lo que distribuye la carga de trabajo de E/S física ). En cualquier caso, este también es un problema que puede afectar a cualquier red cliente-servidor en cierta medida, ya que, por supuesto, los clientes pesados también usan servidores para almacenar datos de usuario.
De hecho, los datos del usuario pueden ser mucho más significativos en tamaño y se puede acceder a ellos con mucha más frecuencia que los sistemas operativos y programas en algunos entornos, por lo que pasar a un modelo sin disco no necesariamente causará una degradación notable en el rendimiento.
En un modelo sin disco, también se utilizará un mayor ancho de banda de red (es decir, capacidad) que en un modelo de cliente pesado. Esto no significa necesariamente que sea necesario 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 latencias de transferencia de datos de red (transferencia física de datos a través de la red) y latencias de contención (esperar a que el servidor procese las solicitudes de otros nodos antes que las suyas) puede generar 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 el servidor.
Otro ejemplo de una situación en la que un nodo sin disco sería útil es en un entorno posiblemente peligroso en el que es probable que los ordenadores se dañen o destruyan, lo que hace que la necesidad de nodos económicos y un hardware mínimo sea una ventaja. Nuevamente, aquí también se pueden utilizar clientes ligeros.
Las máquinas sin disco también pueden consumir poca energía y hacer poco ruido, lo que implica posibles beneficios ambientales y las hace ideales para algunas aplicaciones de clústeres de computadoras .
Tanto las arquitecturas de cliente ligero como las de nodo sin disco emplean clientes sin disco que tienen ventajas sobre los clientes pesados (ver arriba), pero difieren con respecto a la ubicación del procesamiento.