Los centros de datos de Google son las instalaciones de grandes centros de datos que utiliza Google para proporcionar sus servicios , que combinan unidades de disco grandes, nodos informáticos organizados en pasillos de racks, redes internas y externas, controles ambientales (principalmente enfriamiento y deshumidificación) y software de operaciones (especialmente en lo que respecta equilibrio de carga y tolerancia a fallos ).
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]
América del norte:
- Condado de Berkeley, Carolina del Sur ( 33 ° 03′50.8 ″ N 80 ° 02′36.1 ″ W / 33.064111 ° N 80.043361 ° W) - desde 2007, ampliado en 2013, 150 empleados
- Council Bluffs, Iowa ( 41 ° 13′17.7 ″ N 95 ° 51′49.92 ″ W / 41.221583 ° N 95.8638667 ° W) - anunciado en 2007, la primera fase finalizada en 2009, ampliada en 2013 y 2014, 130 empleados
- Condado de Douglas, Georgia ( 33 ° 44′59.04 ″ N 84 ° 35′5.33 ″ W / 33.7497333 ° N 84.5848139 ° W) - desde 2003, 350 empleados
- Bridgeport, condado de Jackson, Alabama ( 34 ° 54′48.4 ″ N 85 ° 44′53.1 ″ W / 34,913444 ° N 85,748083 ° W) [3] [4]
- Lenoir, Carolina del Norte ( 35 ° 53′54.78 ″ N 81 ° 32′50.58 ″ W / 35.8985500 ° N 81.5473833 ° W) - anunciado en 2007, completado en 2009, más de 110 empleados
- Condado de Montgomery, Tennessee ( 36 ° 37′37.7 ″ N 87 ° 15′27.7 ″ O / 36.627139 ° N 87.257694 ° W) - anunciado 2015
- Condado de Mayes, Oklahoma en MidAmerica Industrial Park ( 36 ° 14′28.1 ″ N 95 ° 19′48.22 ″ W / 36,241139 ° N 95,3300611 ° W) - anunciado en 2007, ampliado en 2012, más de 400 empleados [5]
- The Dalles, Oregón ( 45 ° 37′57.04 ″ N 121 ° 12′8.16 ″ W / 45.6325111 ° N 121.2022667 ° W) - desde 2006, 80 empleados a tiempo completo
- Reno, Nevada - anunciado en 2018: 1,210 acres de tierra comprados en 2017 en el Tahoe Reno Industrial Center ; [6] proyecto aprobado por el estado de Nevada en noviembre de 2018 [7] [8]
- Henderson, Nevada : anunciado en 2019; 64 acres; $ 1.200 millones de costos de construcción [9] [10] [11]
- Condado de Loudoun, Virginia - anunciado en 2019 [12] [13]
- Northland, Kansas City - anunciado en 2019, en construcción [14]
- Midlothian, Texas : anunciado en 2019, 375 acres; 600 millones de dólares de costes de construcción [15] [16]
- New Albany, Ohio : anunciado en 2019; 400 acres; 600 millones de dólares de costes de construcción [17] [18]
- Papillion, Nebraska - anunciado en 2019; 275 acres; 600 millones de dólares de costes de construcción [19] [20]
Sudamerica:
- Quilicura, Chile ( 33 ° 21′30.5 ″ S 70 ° 41′50.4 ″ O / 33.358472 ° S 70.697333 ° W / -33,358472; -70.697333) - anunciado en 2012, en línea desde 2015, se esperan hasta 20 empleados. En 2018 se anunció un plan de inversión de un millón para aumentar la capacidad en Quilicura. [21]
- Cerrillos, Chile - anunciado para 2020 [22]
- Colonia Nicolich , Uruguay - anunció 2019 [23] [24] [25]
Europa:
- Saint-Ghislain , Bélgica ( 50 ° 28′09.6 ″ N 3 ° 51′55.7 ″ E / 50.469333 ° N 3.865472 ° E / 50.469333; 3.865472) - anunciado en 2007, finalizado en 2010, 12 empleados
- Hamina , Finlandia ( 60 ° 32′11.68 ″ N 27 ° 7′1.21 ″ E / 60.5365778 ° N 27.1170028 ° E / 60.5365778; 27.1170028) - anunciado en 2009, la primera fase finalizada en 2011, ampliada en 2012, 90 empleados
- Dublín, Irlanda ( 53 ° 19′12.39 ″ N 6 ° 26′31.43 ″ W / 53,3201083 ° N 6,4420639 ° W / 53,3201083; -6.4420639) - anunciado en 2011, finalizado en 2012, 150 empleados [26]
- Eemshaven , Países Bajos ( 53 ° 25′32 ″ N 6 ° 51′34 ″ E / 53.425659 ° N 6.8593522 ° E / 53,425659; 6.8593522) - anunciado en 2014, finalizado en 2016, 200 empleados, expansión de 500 millones de euros anunciada en 2018 [27]
- Hollands Kroon ( Agriport ), Países Bajos - anunciado en 2019 [28]
- Fredericia , Dinamarca ( 55 ° 33′29.5 ″ N 9 ° 39′20.8 ″ E / 55.558194 ° N 9.655778 ° E / 55.558194; 9.655778) - anunció 2018, costes de construcción de 600 millones de euros, finalizado en noviembre de 2020 [29] [30]
- Zúrich , Suiza : anunciado en 2018, completado en 2019 [31]
- Varsovia , Polonia : anunciada en 2019, finalizada en 2021 [32]
Asia:
- Jurong West , Singapur ( 1 ° 21′04.8 ″ N 103 ° 42′35.2 ″ E / 1.351333 ° N 103.709778 ° E / 1.351333; 103.709778) - anunciado en 2011, completado en 2013
- Condado de Changhua , Taiwán ( 24 ° 08′18.6 ″ N 120 ° 25′32.6 ″ E / 24.138500 ° N 120.425722 ° E / 24.138500; 120.425722) - anunciado en 2011, completado en 2013, 60 empleados
- Mumbai, India - anunciado en 2017, completado en 2019 [33]
- Ciudad de Tainan , Taiwán: anunciada en septiembre de 2019 [34] [35] [36]
- Condado de Yunlin , Taiwán - anunciado en septiembre de 2020 [37]
Hardware
Hardware original
El hardware original (alrededor de 1998) que utilizó Google cuando estaba ubicado en la Universidad de Stanford incluía: [38]
- Sun Microsystems Ultra II con procesadores duales de 200 MHz y 256 MB de RAM . Esta fue la máquina principal del sistema Backrub original .
- Dos servidores Pentium II duales de 300 MHz donados por Intel , incluían 512 MB de RAM y discos duros de 10 × 9 GB entre los dos. Fue en estos que se llevó a cabo la búsqueda principal.
- F50 IBM RS / 6000 donado por IBM , incluido 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 discos duros de 4 GB respectivamente (el almacenamiento original de Backrub). Estos se adjuntaron al Sun Ultra II.
- Caja de expansión de disco SDD con otras unidades de disco duro de 8 × 9 GB donadas por IBM.
- Caja de discos casera que contenía unidades de disco duro SCSI de 10 × 9 GB .
Hardware de producción
A partir de 2014, Google ha utilizado una versión muy personalizada de Debian (GNU / Linux). Migraron de un sistema basado en Red Hat de forma incremental en 2013. [39]
El objetivo de 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. [40] Los servidores de 2009-2010 consistían en sistemas abiertos hechos a medida que contenían dos procesadores (cada uno con varios núcleos [41] ), una cantidad considerable de RAM distribuida en 8 ranuras DIMM que alojaban 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. [42] 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. [41] [43]
Según Google, la potencia eléctrica de operación de su centro de datos global oscila entre 500 y 681 megavatios . [44] [45] La potencia de procesamiento combinada de estos servidores podría haber alcanzado de 20 a 100 petaflops en 2008. [46]
Topología de la red
Los detalles de las redes privadas de Google en todo el mundo no están disponibles públicamente, pero las publicaciones de Google [47] [48] hacen referencia al informe "Atlas Top 10" que clasifica a Google como el tercer ISP más grande detrás del Nivel 3 .
Para ejecutar una red tan grande, con conexiones directas a tantos ISP como sea posible al menor costo posible, Google tiene una política de emparejamiento muy abierta . [49]
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 grandes). 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 [50] indica que utilizan conmutadores-enrutadores de alta radix personalizados (con una capacidad de puerto Ethernet de 128 × 10 Gigabit ) para la red de área amplia . Al ejecutar no menos de dos enrutadores por centro de datos (por redundancia), podemos concluir que la red de Google escala en el rango de terabit por segundo (con dos enrutadores completamente cargados, el ancho de banda de dos secciones asciende a 1.280 Gbit / s).
Estos conmutadores-enrutadores personalizados están conectados a dispositivos DWDM para interconectar centros de datos y puntos de presencia (PoP) a través de fibra oscura .
Desde el punto de vista 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 nuevos servidores son sistemas de montaje en rack de 2U). [51] Cada bastidor tiene un conmutador Ethernet ). Los servidores están conectados a través de un enlace Ethernet de 1 Gbit / s a la parte superior del conmutador de rack (TOR). Luego, los conmutadores TOR se conectan a un conmutador de clúster de gigabits utilizando enlaces ascendentes de varios gigabits o diez gigabits. [52] Los propios conmutadores de clúster están interconectados y forman la estructura de interconexión del centro de datos (muy probablemente utilizando un diseño de libélula en lugar de un diseño clásico de mariposa o mariposa aplanada [53] ).
Desde el punto de vista de la operación, cuando una computadora cliente intenta conectarse a Google, varios servidores DNS resuelven www.google.com en múltiples direcciones IP a través de 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 con menos carga. Esto convierte a Google en una de las redes de distribución de contenido más grandes y complejas . [54]
Google tiene numerosos centros de datos repartidos por todo el mundo. Al menos 12 importantes instalaciones de centros de datos de Google están ubicadas en los Estados Unidos. Los centros más grandes conocidos se encuentran en The Dalles, Oregon ; Atlanta, Georgia ; Reston, Virginia ; Lenoir, Carolina del Norte ; y Moncks Corner, Carolina del Sur . [55] En Europa, los centros más grandes conocidos se encuentran en Eemshaven y Groningen en los Países Bajos y Mons , Bélgica . [55] Se afirma que el centro de datos de Oceanía de Google está ubicado en Sydney , Australia . [56]
Topología de la red del centro de datos
Para admitir la tolerancia a fallas , aumentar la escala de los centros de datos y adaptarse a los conmutadores de bajo radix, Google ha adoptado varias topologías de Clos modificadas en el pasado. [57]
Proyecto 02
Uno de los centros de datos de Google más grandes se encuentra en la ciudad de The Dalles, Oregon , en el río Columbia , aproximadamente a 80 millas (129 km) de Portland . Con el nombre en código "Proyecto 02", el complejo de un millón [58] [ se necesitan más explicaciones ] se construyó en 2006 y tiene aproximadamente el tamaño de dos campos de fútbol americano , con torres de enfriamiento de cuatro pisos de altura. [59] El sitio fue elegido para aprovechar la energía hidroeléctrica de bajo costo 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. [60]
Molino 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. [61] [62] 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. [63] [64] Google eligió esta ubicación debido a la disponibilidad y proximidad de fuentes de energía renovables. [sesenta y cinco]
Centros de datos de contenedores modulares
En 2005, [66] Google estaba investigando un centro de datos modular en contenedores . Google presentó una solicitud de patente para esta tecnología en 2003. [67]
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 para una tecnología de enfriamiento de centro de datos en el océano en 2009 [68] [69] (junto con una patente de centro de datos basado en barcos impulsado por olas en 2008 [70] [71] ). 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". [72]
Google detuvo el trabajo en las barcazas a finales de 2013 y comenzó a vender las barcazas en 2014. [73] [74]
Software
La mayor parte de la pila de software que utiliza Google en sus servidores se desarrolló internamente. [75] Según un conocido empleado de Google, C ++ , Java , Python y (más recientemente) Go se prefieren a otros lenguajes de programación. [76] Por ejemplo, el back-end de Gmail está escrito en Java y el back-end de Google Search está escrito en C ++. [77] 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. [78]
El software que ejecuta la infraestructura de Google incluye: [79]
- Servidor web de Google (GWS) : servidor web personalizado basado en Linux que Google utiliza para sus servicios en línea.
- Sistemas de almacenamiento:
- Google File System y su sucesor, Colossus [80] [81]
- Bigtable : almacenamiento estructurado basado en GFS / Colossus [80]
- Spanner : base de datos a escala planetaria que admite transacciones distribuidas con coherencia externa [80] [82]
- Google F1 : un DBMS distribuido cuasi SQL basado en Spanner, que sustituye a una versión personalizada de MySQL. [83]
- Servicio de candado gordito
- Lenguaje de programación MapReduce y Sawzall
- Sistemas de indexación / búsqueda:
- TeraGoogle: el gran índice de búsqueda de Google (lanzado a principios de 2006), diseñado por Anna Patterson de Cuil . [84]
- Cafeína (Percolador): sistema de indexación continuo (lanzado en 2010). [85]
- Hummingbird: actualización importante del índice de búsqueda, incluida la búsqueda compleja y la búsqueda por voz. [86]
- Software de programación de procesos declarativos Borg
Google ha desarrollado varias abstracciones que utiliza para almacenar la mayoría de sus datos: [87]
- Protocol Buffers : "la lengua franca de Google para los datos", [88] un formato de serialización binario que se utiliza ampliamente en la empresa.
- SSTable (Tabla de cadenas ordenadas): 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. [89]
- RecordIO: una secuencia de registros de tamaño variable. [87] [90] [91]
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, donde esas subconsultas pueden enviarse a diferentes conductos en paralelo , reduciendo así el tiempo de latencia. [51]
Para disminuir los efectos de las inevitables fallas de hardware , el software está diseñado para ser tolerante a fallas . Por lo tanto, cuando un sistema falla, los datos aún están disponibles en otros servidores, lo que aumenta la confiabilidad.
Infraestructura de búsqueda
Índice
Como la mayoría de los motores de búsqueda, Google indexa documentos construyendo una estructura de datos conocida como índice invertido . Dicho índice obtiene una lista de documentos por una palabra de consulta. El índice es muy grande debido a la cantidad de documentos almacenados en los servidores. [54]
El índice está dividido por ID de documento en muchas partes llamadas fragmentos . Cada fragmento se replica en varios servidores. Inicialmente, el índice se proporcionaba desde unidades de disco duro , como se hace en los sistemas tradicionales de recuperación de información (IR). Google se ocupó del creciente volumen de consultas aumentando el número de réplicas de cada fragmento y, por lo 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 baja replicación o ninguna replicación), y a principios de 2001 Google cambió a un sistema de índices 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. [92]
En junio de 2010, Google lanzó un sistema de indexación y servicio de próxima generación llamado "Cafeína" que puede rastrear y actualizar continuamente el índice de búsqueda. Anteriormente, Google actualizaba su índice de búsqueda en lotes utilizando una serie de trabajos de MapReduce . El índice se separó en varias capas, algunas de las cuales se actualizaron más rápido que otras, y la capa principal no se actualizaría hasta dentro de dos semanas. Con cafeína, todo el índice se actualiza de forma incremental de forma continua. Más tarde, Google reveló un sistema de procesamiento de datos distribuido llamado "Percolator" [93] que se dice que es la base del sistema de indexación de cafeína. [85] [94]
Tipos de servidor
La infraestructura de servidor de Google se divide en varios tipos, cada uno asignado a un propósito diferente: [51] [54] [95] [96] [97]
- 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 los servidores de índices, fusionar los resultados, calcular su clasificación, recuperar un resumen de cada visita (utilizando el servidor de documentos), pedir sugerencias a los servidores de ortografía y, finalmente, obtener una lista de anuncios del servidor de anuncios. .
- Los servidores de recopilación de datos están dedicados permanentemente a spidering 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 índices contiene un conjunto de fragmentos de índice. Devuelven una lista de ID 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 basado en las palabras de la consulta. También pueden buscar el documento completo cuando se les solicite. Estos servidores necesitan más espacio en disco.
- Los servidores de anuncios administran los anuncios que ofrecen servicios como AdWords y AdSense .
- Los servidores de ortografía hacen sugerencias sobre la ortografía de las consultas.
Seguridad
En octubre de 2013, The Washington Post informó que la Agencia de Seguridad Nacional de EE. UU . Interceptó las comunicaciones entre los centros de datos de Google, como parte de un programa llamado MUSCULAR . [98] [99] Estas escuchas telefónicas fueron posibles porque, en ese momento, Google no encriptaba los datos pasados dentro de su propia red. [100] Esto se rectificó cuando Google comenzó a cifrar los datos enviados entre centros de datos en 2013. [101]
Impacto medioambiental
El centro de datos más eficiente de Google funciona a 35 ° C (95 ° F) usando solo enfriamiento de aire fresco, y no requiere aire acondicionado eléctrico. [102]
En diciembre de 2016, Google anunció que, a partir de 2017, compraría suficiente energía renovable para igualar 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 alcanzarán los 2,6 gigavatios (2600 megavatios) de energía eólica y solar". [103] [104] [105]
Referencias
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enlaces externos
- Publicaciones de investigación de Google
- Búsqueda web de un planeta: la arquitectura de clústeres de Google (Luiz André Barroso, Jeffrey Dean, Urs Hölzle)
- Underneath the Covers en Google: Current Systems and Future Directions (Charla impartida por Jeff Dean en la conferencia de Google I / O en mayo de 2008)