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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 como se refiere al equilibrio de carga y la tolerancia a fallas ).

No hay 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. Este número está cambiando a medida que la empresa amplía su capacidad y actualiza 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 (alrededor de 1998) que utilizó Google cuando estaba ubicado en la Universidad de Stanford incluía: [74]

Hardware de producción

A partir de 2014, Google ha utilizado una versión muy personalizada de Debian Linux . Migraron gradualmente desde un sistema basado en Red Hat en 2013. [75]

El objetivo de la personalización es comprar generaciones de CPU que ofrezcan el mejor rendimiento por dólar, no un 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 importante. [76] Los servidores entre 2009 y 2010 consistían en sistemas abiertos hechos a medida que contenían dos procesadores (cada uno con varios núcleos [77] ), 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. [78] Los servidores tenían la parte superior abierta para que pudieran caber más servidores en un bastidor. Según CNET y un libro de John Hennessy , cada servidor tenía una novedosa batería de 12 voltios para reducir costos y mejorar la eficiencia energética. [77] [79]

Según Google, la potencia eléctrica de funcionamiento de su centro de datos global oscila entre 500 y 681 megavatios . [80] [81] La potencia de procesamiento combinada de estos servidores podría haber alcanzado de 20 a 100 petaflops en 2008. [82]

Topología de la red

Los detalles de las redes privadas mundiales de Google no están disponibles públicamente, pero las publicaciones de Google [83] [84] hacen referencia al informe "Atlas Top 10" que clasifica a Google como el tercer ISP más grande detrás del Nivel 3 .

Para poder ejecutar 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. [85]

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 privados de peering que Google tiene con los ISP más grandes). Esta red pública se utiliza para distribuir contenido a los usuarios de Google, así como para rastrear Internet para crear sus índices de búsqueda. El lado privado de la red es un secreto, pero una revelación reciente de Google [86] indica que utilizan conmutadores-enrutadores de alta base personalizados (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 conmutadores-enrutadores personalizados se conectan a dispositivos DWDM para interconectar centros de datos y puntos de presencia (PoP) a través de fibra oscura .

Desde la perspectiva del centro de datos, la red comienza en el nivel del rack, donde los racks de 19 pulgadas están hechos a medida y contienen de 40 a 80 servidores (de 20 a 40 servidores de 1 U en cada lado, mientras que los servidores nuevos son sistemas de montaje en rack de 2U) . Cada bastidor 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 bastidor (TOR). Luego, los conmutadores TOR se conectan a un conmutador de clúster gigabit mediante enlaces ascendentes de varios gigabits o diez gigabits. [88] Los propios conmutadores del 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 de mariposa aplanada [89] ).

Desde el punto de vista operativo, cuando una computadora 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 contenidos más grandes y complejas . [90]

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 Estados Unidos. Los centros más grandes conocidos están ubicados en The Dalles, Oregon ; Atlanta, Georgia ; Restón, Virginia ; Lenoir, Carolina del Norte ; y Moncks Corner, Carolina del Sur . [91] En Europa, los centros más grandes conocidos se encuentran en Eemshaven y Groningen en los Países Bajos y Mons , Bélgica . [91] El Centro de datos de Oceanía de Google está ubicado en Sydney , Australia . [92]

Topología de red del centro de datos

Para admitir la tolerancia a fallos , aumentar la escala de los centros de datos y dar cabida a conmutadores de baja raíz, Google ha adoptado varias topologías Clos modificadas en el pasado. [93]

Proyecto 02

Centro de datos de Google en The Dalles, Oregón

Uno de los centros de datos más grandes de Google está ubicado en la ciudad de The Dalles, Oregón , en el río Columbia , aproximadamente a 129 km (80 millas) de Portland . Con el nombre en clave "Proyecto 02", el complejo fue construido en 2006 y tiene aproximadamente el tamaño de dos campos de fútbol americano , con torres de enfriamiento de cuatro pisos de altura. [94] [95] El sitio fue elegido para aprovechar la energía hidroeléctrica económica y aprovechar el gran excedente de cable de fibra óptica de la región , un remanente del boom de las puntocom . En 2008 apareció un plano del sitio. [96]

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. [97] [98] 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. [99] [100] Google eligió esta ubicación debido a la disponibilidad y proximidad de fuentes de energía renovables. [101]

Centros de datos flotantes

En 2013, la prensa reveló la existencia de centros de datos flotantes de Google a lo largo de las costas de los estados de California ( Treasure Island 's Building 3) y Maine. El proyecto de desarrollo se mantuvo en estricto secreto. Los centros de datos tienen 250 pies de largo, 72 pies de ancho y 16 pies de profundidad. Google compró la patente de una tecnología de refrigeración de centros de datos en el océano en 2009 [102] [103] (junto con una patente de centro de datos basado en barcos impulsado por olas en 2008 [104] [105] ). Poco después, Google declaró que las dos enormes infraestructuras construidas en secreto eran simplemente "centros de aprendizaje interactivo, [...] un espacio donde la gente puede aprender sobre nuevas tecnologías". [106]

Google detuvo el trabajo en las barcazas a finales de 2013 y comenzó a venderlas en 2014. [107] [108]

Software

La mayor parte del software que Google utiliza en sus servidores se desarrolló internamente. [109] Según un conocido empleado de Google, C++ , Java , Python y (más recientemente) Go son los preferidos sobre otros lenguajes de programación. [110] Por ejemplo, el back-end de Gmail está escrito en Java y el back-end de la Búsqueda de Google está escrito en C++. [111] Google ha reconocido que Python ha desempeñado un papel importante desde el principio y que continúa haciéndolo a medida que el sistema crece y evoluciona. [112]

El software que ejecuta la infraestructura de Google incluye: [113]

Google ha desarrollado varias abstracciones que utiliza para almacenar la mayoría de sus datos: [121]

Prácticas de desarrollo de software.

La mayoría de las operaciones son de sólo 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, donde esas subconsultas pueden enviarse a diferentes conductos en paralelo , reduciendo así el tiempo de latencia. [87]

Para disminuir los efectos de fallas inevitables del hardware , el software está diseñado para ser tolerante a fallas . Por lo tanto, cuando un sistema deja de funcionar, los datos todavía están disponibles en otros servidores, lo que aumenta la confiabilidad.

Infraestructura de búsqueda

Centro de datos de Google en The Dalles, Oregón

Índice

Como la mayoría de los motores de búsqueda, Google indexa documentos mediante la construcción de una estructura de datos conocida como índice invertido . Dicho índice obtiene una lista de documentos mediante una palabra de consulta. El índice es muy grande debido a la cantidad de documentos almacenados en los servidores. [90]

El índice está dividido por ID de documento en muchas partes 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 tanto, aumentando 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 ninguna replicación) 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. [126]

En junio de 2010, Google lanzó un sistema de indexación y servicio de próxima generación llamado "Caffeine" que puede rastrear y actualizar continuamente el índice de búsqueda. Anteriormente, Google actualizaba su índice de búsqueda por lotes utilizando una serie de trabajos de MapReduce . El índice estaba separado en varias capas, algunas de las cuales se actualizaban más rápido que otras, y la capa principal no se actualizaba hasta dentro de dos semanas. 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" [127] que se dice que es la base del sistema de indexación de cafeína. [119] [128]

Tipos de servidor

La infraestructura de servidores de Google se divide en varios tipos, cada uno asignado a un propósito diferente: [87] [90] [129] [130] [131]

Seguridad

En octubre de 2013, The Washington Post informó que la Agencia de Seguridad Nacional de EE. UU. interceptó comunicaciones entre los centros de datos de Google, como parte de un programa denominado MUSCULAR . [132] [133] Esta intervención telefónica fue posible porque, en ese momento, Google no cifraba los datos pasados ​​dentro de su propia red. [134] Esto se rectificó cuando Google comenzó a cifrar los datos enviados entre centros de datos en 2013. [135]

Impacto medioambiental

Centro de datos de Google en el condado de Mayes, Oklahoma, en el parque industrial MidAmerica

El centro de datos más eficiente de Google funciona a 35 °C (95 °F) utilizando únicamente refrigeración por aire fresco y no requiere aire acondicionado eléctrico. [136]

En diciembre de 2016, Google anunció que, a partir de 2017, compraría suficiente energía renovable para cubrir el 100% del uso de energía 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". [137] [138] [139]

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