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 hardware original (circa 1998) que utilizó Google cuando estaba ubicada en la Universidad de Stanford incluía: [77]
Sun Microsystems Ultra II con dos procesadores de 200 MHz y 256 MB de RAM . Esta era la máquina principal del sistema Backrub original .
2 servidores Pentium II duales de 300 MHz donados por Intel , que incluían 512 MB de RAM y 10 discos duros de 9 GB entre los dos. Fue en estos donde se realizó la búsqueda principal.
F50 IBM RS/6000 donado por IBM , incluía 4 procesadores, 512 MB de memoria y 8 unidades de disco duro de 9 GB.
Dos cajas adicionales incluían 3 discos duros de 9 GB y 6 de 4 GB respectivamente (el almacenamiento original de Backrub). Estos se conectaron al Sun Ultra II.
Caja de expansión de disco SSD con otras 8 unidades de disco duro de 9 GB donadas por IBM.
Caja de discos casera que contenía 10 unidades de disco duro SCSI de 9 GB .
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).
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] ).
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]
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]
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 Web Server (GWS) : servidor web personalizado basado en Linux que Google utiliza para sus servicios en línea.
TeraGoogle: el gran índice de búsqueda de Google (lanzado a principios de 2006) [121]
Cafeína (Percolator): sistema de indexación continua (lanzado en 2010). [122]
Hummingbird: importante actualización del índice de búsqueda, que incluye búsqueda compleja y búsqueda por voz. [123]
Software de programación de procesos declarativos Borg
Google ha desarrollado varias abstracciones que utiliza para almacenar la mayoría de sus datos: [124]
Protocol Buffers – “La lengua franca de Google para los datos”, [125] un formato de serialización binaria ampliamente utilizado dentro de la empresa.
SSTable (Sorted Strings Table): un mapa persistente, ordenado e inmutable de claves a valores, donde tanto las claves como los valores son cadenas de bytes arbitrarias. También se utiliza como uno de los componentes básicos de Bigtable. [126]
RecordIO: una secuencia de registros de tamaño variable. [124] [127] [128]
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
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]
Los servidores web coordinan la ejecución de las consultas enviadas por los usuarios y luego dan formato al resultado en una página HTML . La ejecución consiste en enviar consultas a servidores de índice, fusionar los resultados, calcular su clasificación, recuperar un resumen de cada resultado (utilizando el servidor de documentos), solicitar sugerencias a los servidores de ortografía y, finalmente, obtener una lista de anuncios del servidor de anuncios.
Los servidores de recopilación de datos se dedican permanentemente a rastrear la Web. El rastreador web de Google se conoce como GoogleBot. Actualizan las bases de datos de índices y documentos y aplican los algoritmos de Google para asignar rangos a las páginas.
Cada servidor de índice contiene un conjunto de fragmentos de índice. Estos devuelven una lista de identificadores de documentos ("docid"), de modo que los documentos correspondientes a un determinado docid contienen la palabra de consulta. Estos servidores necesitan menos espacio en disco, pero sufren la mayor carga de trabajo de la CPU.
Los servidores de documentos almacenan documentos. Cada documento se almacena en docenas de servidores de documentos. Al realizar una búsqueda, un servidor de documentos devuelve un resumen del documento en función de las palabras de consulta. También pueden obtener el documento completo cuando se lo solicitan. Estos servidores necesitan más espacio en disco.
Los servidores de anuncios gestionan los anuncios ofrecidos por servicios como AdWords y AdSense .
Los servidores ortográficos hacen sugerencias sobre la ortografía de las consultas.
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
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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Lectura adicional
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Shankland, Stephen, CNET news "Google revela un servidor que alguna vez fue secreto Archivado el 16 de julio de 2014 en Wayback Machine ." 1 de abril de 2009.
Enlaces externos
Publicaciones de investigación de Google
Búsqueda web de un planeta: la arquitectura de clúster de Google (Luiz André Barroso, Jeffrey Dean, Urs Hölzle)