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Centros de datos de Google

Antiguo centro de datos de Google en Eemshaven , Países Bajos

Los centros de datos de Google son las grandes instalaciones de centros de datos que Google utiliza para proporcionar sus servicios , que combinan grandes unidades, nodos informáticos organizados en pasillos de racks, redes internas y externas, controles ambientales (principalmente control de refrigeración y humidificación) y software de operaciones (especialmente en lo que respecta al equilibrio de carga y la tolerancia a fallos ).

No existen datos oficiales sobre cuántos servidores hay en los centros de datos de Google, pero Gartner estimó en un informe de julio de 2016 que Google en ese momento tenía 2,5 millones de servidores. Esta cifra está cambiando a medida que la empresa amplía su capacidad y renueva su hardware. [1]

Ubicaciones

Las ubicaciones de los distintos centros de datos de Google por continente son las siguientes: [2] [3]

Hardware

Hardware original

El primer rack de servidores de producción de Google, alrededor de 1998

El hardware original (circa 1998) que utilizó Google cuando estaba ubicada en la Universidad de Stanford incluía: [77]

Hardware de producción

A partir de 2014, Google ha utilizado una versión muy personalizada de Debian Linux . En 2013, migraron gradualmente desde un sistema basado en Red Hat. [78]

El objetivo de personalización es comprar generaciones de CPU que ofrezcan el mejor rendimiento por dólar, no el rendimiento absoluto. No está claro cómo se mide esto, pero es probable que incorpore los costos de funcionamiento de todo el servidor, y el consumo de energía de la CPU podría ser un factor significativo. [79] Los servidores a partir de 2009-2010 consistían en sistemas abiertos hechos a medida que contenían dos procesadores (cada uno con varios núcleos [80] ), una cantidad considerable de RAM distribuida en 8 ranuras DIMM que albergaban DIMM de doble altura y al menos dos unidades de disco duro SATA conectadas a través de una unidad de fuente de alimentación de tamaño ATX no estándar. [81] Los servidores eran abiertos en la parte superior para que pudieran caber más servidores en un rack. Según CNET y un libro de John Hennessy , cada servidor tenía una novedosa batería de 12 voltios para reducir los costos y mejorar la eficiencia energética. [80] [82]

Según Google, la potencia eléctrica de funcionamiento de sus centros de datos globales oscila entre 500 y 681 megavatios . [83] [84] La potencia de procesamiento combinada de estos servidores podría haber alcanzado de 20 a 100 petaflops en 2008. [85]

Topología de red

Los detalles de las redes privadas mundiales de Google no están disponibles públicamente, pero las publicaciones de Google [86] [87] hacen referencia al informe "Atlas Top 10" que clasifica a Google como el tercer ISP más grande detrás de Level 3 .

Para operar una red tan grande, con conexiones directas a tantos ISP como sea posible al menor costo posible, Google tiene una política de peering muy abierta. [88]

Desde este sitio, podemos ver que se puede acceder a la red de Google desde 67 puntos de intercambio públicos y 69 ubicaciones diferentes en todo el mundo. En mayo de 2012, Google tenía 882 Gbit/s de conectividad pública (sin contar los acuerdos de peering privados que Google tiene con los ISP más importantes). Esta red pública se utiliza para distribuir contenido a los usuarios de Google, así como para rastrear Internet para construir sus índices de búsqueda. El lado privado de la red es un secreto, pero una divulgación reciente de Google [89] indica que utilizan enrutadores-conmutadores de alta capacidad hechos a medida (con una capacidad de 128 × 10 puertos Gigabit Ethernet ) para la red de área amplia . Al ejecutar no menos de dos enrutadores por centro de datos (para redundancia), podemos concluir que la red de Google escala en el rango de terabits por segundo (con dos enrutadores completamente cargados, el ancho de banda biseccional asciende a 1280 Gbit/s).

Estos enrutadores-conmutadores personalizados se conectan a dispositivos DWDM para interconectar centros de datos y puntos de presencia (PoP) a través de fibra oscura .

Desde el punto de vista de un centro de datos, la red comienza en el nivel de rack, donde los racks de 19 pulgadas se fabrican a medida y contienen de 40 a 80 servidores (de 20 a 40 servidores de 1 U en cada lado, mientras que los nuevos servidores son sistemas de montaje en rack de 2U. [90] Cada rack tiene un conmutador Ethernet ). Los servidores se conectan a través de un enlace Ethernet de 1 Gbit/s al conmutador de la parte superior del rack (TOR). Los conmutadores TOR se conectan luego a un conmutador de clúster gigabit mediante enlaces ascendentes de varios gigabits o de diez gigabits. [91] Los propios conmutadores de clúster están interconectados y forman la estructura de interconexión del centro de datos (probablemente utilizando un diseño de libélula en lugar de un diseño clásico de mariposa o mariposa aplanada [92] ).

Desde el punto de vista operativo, cuando un equipo cliente intenta conectarse a Google, varios servidores DNS se resuelven www.google.comen múltiples direcciones IP mediante la política Round Robin . Además, esto actúa como el primer nivel de equilibrio de carga y dirige al cliente a diferentes clústeres de Google. Un clúster de Google tiene miles de servidores y, una vez que el cliente se ha conectado al servidor, se realiza un equilibrio de carga adicional para enviar las consultas al servidor web menos cargado. Esto convierte a Google en una de las redes de distribución de contenido más grandes y complejas . [93]

Google tiene numerosos centros de datos repartidos por todo el mundo. Al menos 12 importantes instalaciones de centros de datos de Google se encuentran en los Estados Unidos. Los centros más grandes conocidos se encuentran en The Dalles, Oregón ; Atlanta, Georgia ; Reston, Virginia ; Lenoir, Carolina del Norte ; y Moncks Corner, Carolina del Sur . [94] En Europa, los centros más grandes conocidos se encuentran en Eemshaven y Groningen en los Países Bajos y Mons , Bélgica . [94] El centro de datos de Oceanía de Google se encuentra en Sídney , Australia . [95]

Topología de red del centro de datos

Para respaldar la tolerancia a fallas , aumentar la escala de los centros de datos y dar cabida a conmutadores de radio bajo, Google ha adoptado varias topologías Clos modificadas en el pasado. [96]

Proyecto 02

Centro de datos de Google en The Dalles, Oregón

Uno de los mayores centros de datos de Google se encuentra en la ciudad de The Dalles, Oregón , en el río Columbia , aproximadamente a 129 km de Portland . Con el nombre en código "Proyecto 02", el complejo se construyó en 2006 y tiene aproximadamente el tamaño de dos campos de fútbol americano , con torres de refrigeración de cuatro pisos de altura. [97] [98] El sitio fue elegido para aprovechar la energía hidroeléctrica barata y aprovechar el gran excedente de cable de fibra óptica de la región , un remanente del auge de las puntocom . Un plano del sitio apareció en 2008. [99]

Fábrica de papel Summa

En febrero de 2009, Stora Enso anunció que había vendido la fábrica de papel Summa en Hamina , Finlandia , a Google por 40 millones de euros. [100] [101] Google invirtió 200 millones de euros en el sitio para construir un centro de datos y anunció una inversión adicional de 150 millones de euros en 2012. [102] [103] Google eligió esta ubicación debido a la disponibilidad y proximidad de fuentes de energía renovables. [104]

Centros de datos flotantes

En 2013, la prensa reveló la existencia de los centros de datos flotantes de Google a lo largo de las costas de los estados de California ( el edificio 3 de Treasure Island ) y Maine. El proyecto de desarrollo se mantuvo bajo estricto secreto. Los centros de datos tienen 250 pies de largo, 72 pies de ancho y 16 pies de profundidad. La patente para una tecnología de enfriamiento de centros de datos en el océano fue comprada por Google en 2009 [105] [106] (junto con una patente de centro de datos basado en barcos propulsado por olas en 2008 [107] [108] ). Poco después, Google declaró que las dos infraestructuras masivas y construidas en secreto eran simplemente "centros de aprendizaje interactivos, [...] un espacio donde la gente puede aprender sobre nuevas tecnologías". [109]

Google detuvo el trabajo en las barcazas a finales de 2013 y comenzó a venderlas en 2014. [110] [111]

Software

La mayor parte del software que Google utiliza en sus servidores fue desarrollado internamente. [112] Según un conocido ex empleado de Google en 2006, C++ , Java , Python y (más recientemente) Go son los lenguajes de programación preferidos sobre otros. [113] Por ejemplo, el back-end de Gmail está escrito en Java y el back-end de Google Search está escrito en C++. [114] Google ha reconocido que Python ha jugado un papel importante desde el principio, y que continúa haciéndolo a medida que el sistema crece y evoluciona. [115]

El software que ejecuta la infraestructura de Google incluye: [116]

Google ha desarrollado varias abstracciones que utiliza para almacenar la mayoría de sus datos: [124]

Prácticas de desarrollo de software

La mayoría de las operaciones son de solo lectura. Cuando se requiere una actualización, las consultas se redirigen a otros servidores para simplificar los problemas de coherencia. Las consultas se dividen en subconsultas, que pueden enviarse a diferentes conductos en paralelo , lo que reduce el tiempo de latencia. [90]

Para reducir los efectos de una falla inevitable del hardware , el software está diseñado para ser tolerante a fallas . De esta manera, cuando un sistema falla, los datos siguen estando disponibles en otros servidores, lo que aumenta la confiabilidad.

Infraestructura de búsqueda

Centro de datos de Google en The Dalles, Oregón

Índice

Al igual que la mayoría de los motores de búsqueda, Google indexa los documentos mediante la construcción de una estructura de datos conocida como índice invertido . Este tipo de índice obtiene una lista de documentos a partir de una palabra de consulta. El índice es muy grande debido a la cantidad de documentos almacenados en los servidores. [93]

El índice está dividido por identificadores de documentos en muchas piezas llamadas fragmentos . Cada fragmento se replica en varios servidores. Inicialmente, el índice se servía desde unidades de disco duro , como se hace en los sistemas tradicionales de recuperación de información (IR). Google abordó el creciente volumen de consultas aumentando el número de réplicas de cada fragmento y, por lo tanto, el número de servidores. Pronto descubrieron que tenían suficientes servidores para mantener una copia de todo el índice en la memoria principal (aunque con poca replicación o sin replicación en absoluto), y a principios de 2001 Google cambió a un sistema de índice en memoria . Este cambio "cambió radicalmente muchos parámetros de diseño" de su sistema de búsqueda y permitió un aumento significativo en el rendimiento y una gran disminución en la latencia de las consultas. [129]

En junio de 2010, Google lanzó un sistema de indexación y servicio de última generación llamado "Caffeine", que puede rastrear y actualizar continuamente el índice de búsqueda. Anteriormente, Google actualizaba su índice de búsqueda en lotes mediante una serie de trabajos de MapReduce . El índice se dividía en varias capas, algunas de las cuales se actualizaban más rápido que las otras, y la capa principal no se actualizaba hasta dos semanas después. Con Caffeine, todo el índice se actualiza de forma incremental y continua. Más tarde, Google reveló un sistema de procesamiento de datos distribuido llamado "Percolator" [130], que se dice que es la base del sistema de indexación de Caffeine. [122] [131]

Tipos de servidores

La infraestructura de servidores de Google se divide en varios tipos, cada uno asignado a un propósito diferente: [90] [93] [132] [133] [134]

Seguridad

En octubre de 2013, The Washington Post informó que la Agencia de Seguridad Nacional de Estados Unidos interceptó las comunicaciones entre los centros de datos de Google, como parte de un programa llamado MUSCULAR . [135] [136] Estas escuchas telefónicas fueron posibles porque, en ese momento, Google no encriptaba los datos que pasaban dentro de su propia red. [137] Esto se rectificó cuando Google comenzó a encriptar los datos enviados entre centros de datos en 2013. [138]

Impacto ambiental

Centro de datos de Google en el condado de Mayes, Oklahoma, en MidAmerica Industrial Park

El centro de datos más eficiente de Google funciona a 35 °C (95 °F) utilizando únicamente aire fresco como refrigeración, sin necesidad de aire acondicionado alimentado eléctricamente. [139]

En diciembre de 2016, Google anunció que, a partir de 2017, compraría suficiente energía renovable para cubrir el 100% del consumo energético de sus centros de datos y oficinas. El compromiso convertirá a Google en "el mayor comprador corporativo de energía renovable del mundo, con compromisos que alcanzan los 2,6 gigavatios (2.600 megavatios) de energía eólica y solar". [140] [141] [142]

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