Inst tuto upe ior P litécnico aya Esc la Su erior e Ciê cia e ecnol gia
I form tica d Gest o Arquitectu a de Co putad res 008/200
Sistemas de Vir ualiza ão
J el Correia Rica do & C sar Fili e Cardoso Mar ues Pin o
Doc nte: Jo l Luz
20 De aneiro e 2009
Instituto Superior Politécnico Gaya Escola Superior de Ciência e Tecnologia
Informática de Gestão Arquitectura de Computadores 2008/2009
Sistemas de Virtualização
Joel Correia Ricardo & César Filipe Cardoso Marques Pinto
Docente: Joel Luz
20De 20 De Janeiro de 2009
Sistemas de Virtualização
.Índice .GLOSSÁRIO
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.LISTA DE SIGLAS
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.INTRODUÇÃO
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.VIRTUALIZAÇÃO
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..CURIOSIDADE ..CONCEITO ..APLICABILIDADE ..CONCEITOS BÁSICOS ..VANTAGENS
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.TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO VIRTUALIZAÇÃO
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..VIRTUALIZAÇÃO AO NÍVEL DO SISTEMA OPERATIVO ..MONITOR DE MÁQUINAS VIRTUAIS …VIRTUALIZAÇÃO TOTAL …PARAVIRTUALIZAÇÃO ..EMULAÇÃO DE HARDWARE
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.APLICAÇÕES DA VIRTUALIZAÇÃO
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..IMPLEMENTAÇÕES EMPRESARIAIS …CONSOLIDAÇÃO DE SERVIDORES …CONSOLIDAÇÃO DE APLICAÇÕES ..IMPLEMENTAÇÕES AO NÍVEL DO UTILIZADOR …MÚLTIPLOS S.O’S …TESTES E MEDIÇÕES
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.CONSIDERAÇÕES .CONSIDERAÇÕE S FINAIS
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.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFI CAS
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Sistemas de Virtualização
.Índice de imagens ILUSTRAÇÃO 1: CONSOLIDAÇÃO ................................................................ ................................................... 9 ILUSTRAÇÃO 2: VIRTUALIZAÇÃO AO NÍVEL DE SISTEMA OPERATIVO ......................................................... 10 ILUSTRAÇÃO 3: VIRTUALIZAÇÃO TOTAL............................................................... ...................................... 11 ILUSTRAÇÃO 4: EXECUÇÃO DE PROCESSOS NA VIRTUALIZAÇÃO TOTAL ..................................................... 12 ILUSTRAÇÃO 5: EXECUÇÃO DE PROCESSOS NA PARAVIRTUALIZAÇÃO ........................................................ 12 ILUSTRAÇÃO 6: VIRTUALIZAÇÃO POR EMULAÇÃO DE HARDWARE ........................................................ ...... 14
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.Glossário Cópias de segurança ‐ Muito designado por “Backup”, são aglomerados de dados guardados em suportes externos para que em possível perda possam ser restaurados. Emular ‐ Em informática emular significa transformar um determinado ambiente informático noutro. As instruções informáticas são adaptadas para se encaixarem em determinado ambiente informático. Hardware ‐ Material físico de um sistema informático. É nele que realmente todas as acções acontecem traduzidas por impulsos eléctricos, magnetismos ou fotões. Processador ‐ Também designado por unidade central de processamento é o componente mais importante de um sistema informático. Cabe a este pequeno componente realizar funções de cálculo. Pode‐se considerar o cérebro do sistema informático pois é ele que efectua todas as tomadas de decisão. Software ‐ Sequencia de instruções construídas para interpretar as acções do utilizador. Cabe ao software comunicar com a máquina e gerir as ordens impostas pelo utilizador. É também responsável pela gestão dos recursos da máquina. Sistema Operativo ‐ Software elaborado de tal forma complexa com a capacidade de gerir todos os componentes físicos e lógicos de um sistema informático. Servidor ‐ Máquina informática com capacidade de fornecer serviços a uma rede de computadores.
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.Lista de siglas S.O. ‐ Sistema Operativo MIT ‐ Massachusetts Institute of Technology MMV ‐ Monitor de Máquinas Virtual C.P.U – Central Processing Unit
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.Introdução Este trabalho baseia‐se num tema muito falado e desenvolvido ultimamente, a Virtualização. Ao logo desta monografia serão explicados todos os tipos de virtualizações possíveis, as suas vantagens, as suas desvantagens e as suas aplicações, quer empresariais quer para o utilizador comum. Como será demonstrado mais á frente, cada tipo de virtualização tem vários modelos. Cada modelo tem o seu foco de utilização. A virtualização é um tema que bem aplicado pode dar estabilidade, versatilidade, economia, entre outras, quer a empresas ou a particularidades.
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Sistemas de Virtualização
.Virtualização ..Curiosidade A Virtualização, diferindo muito do que alguns pensam, é uma funcionalidade informática já bastante utilizada. De acordo com “WANCLEBER VIANA VIEIRA”, as primeiras utilizações desta técnica datam aproximadamente 4 décadas e abrangem um IBM7044 com um sistema de tempo compartilhado desenvolvido pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), utilizando um Monitor de Máquinas Virtuais (Virtual Machine Monitor ‐ Monitor ‐ VMM1).
..Conceito Virtualização é, uma técnica de partilha de recursos físicos de um sistema informático com a finalidade de assentar um ou mais sistemas operativos numa determinada máquina. Com isto cada máquina virtual criada pode possuir o seu sistema operativo e assim criar um ambiente computacional funcional.
..Aplicabilidade Existem diversas aplicações de virtualização. Em certos casos a virtualização pode ser aplicada em situações que necessitem de ter diversas plataformas de sistemas operativos, várias compatibilidades de software, etc. A técnica da virtualização é utilizada quer por empresas quer por particulares num sentido de conforto e rentabilidade. Os particulares conseguem uma maior segurança no seu sistema operativo base, e as empresas conseguem rentabilizar o desempenho e os desperdícios das maquinas, colocando vários postos de trabalho num só sistema informático. A virtualização é muitas vezes utilizada para efectuar testes potencialmente perigosos para o sistema operativo base, assegurando assim uma maior segurança do sistema informático. Este tipo de funcionalidade informática pode ser usada de inúmeras maneiras, mas actualmente o seu grande foco é a virtualização de servidores. O motivo desta manifestação é a obtenção de uma maior rentabilidade e multi‐ funcionalidade do hardware tentando assim atingir a chamada Consolidação do Hardware2.
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Ferramenta de Virtualização. Bem distribuir os recursos para uma atingir um nível maior de trabalho.
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istemas d Virtualização
Ilustr ção 1: Conso idação
..Conc itos Básicos entro do tema da virtualizaç o, temos de ter pr esentes alguns conceitos ásicos de omo esta é montada. Uma virt alização é montada m cima de uma camada de software enominada Sistema perativo S.O). O S. vai supo tar a tar a plicação d virtualização e assi dar uma dar uma rimeira g stão de re ursos. Ao S.O é também atribuída u a função de comunicação co o utilizador para ue a anutençã da Virtualização se torne fácil segura. ara o S.O a aplicação de virt alização r ecursos computacionais disponí eis.
um proc sso que ará gestã dos
..Vantagens • • • • •
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Gestão centralizada Inst lações simplificadas Agl meração de cópias d seguranç Sup rte e man tenção centralizado Ace so contr lado a dados sen íveis e à propriedade intel ctual mantendo‐ tendo‐os seguros de tro do ser idor de idor de ficheiros da mpresa Disponibilização de novos Sistema Informáticos reduzida para alguns min tos Mig ação de h rdware de forma tra sparente Mai r disponib r disponibilidade Compatibilidade total co aplicações nstituto Superior Politécnico de
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.Ti os de V rtualização entro do ema “Virt alização” pode‐ pode‐mos ter várias ter várias ormas de implementação. xistem di ersas for as de ob er o mes o objectivo atingin o um nível de complexidade diferen e. impleme tação de uma virtualização po e ser concretizada e duas fo mas, través de uma Virt alização ao Nível d Sistema Operativo3 ou atrav s de onitor de onitor de Máquina irtual4.
..Virtu lização ao Nível d Sistem Operati o efinindo irtualização ao Nível do Siste a Operativo pode‐ pode‐ os dizer ue é ma aplica ão do S.O Executad em mod de utilizador este dor este tipo de apli ação corre num sistema n o privilegiado do S. . Um exemplo desta aplicaçã é o inux‐ inux‐VSer er 5.
Ilustra ão 2: Virtualização ao Nível de Sistema Operativo 3
Pod ndo também se chamar por Máquina Virtual de Proc sso Também conheci o por “hyper visor ” 5 Plataforma grátis de Virtualiza ão ao Nível o Sistema O erativo 4
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..Moni or de M quinas V rtuais entro des e método de virtualização enc ntra‐ ntra‐mos ois tipos e virtualização, omeadamente, Virtu lização Total e Paravirtualizaçã . …Virtu lização Total
ste tipo t nta criar ma cópia do hardw re (virtual) de maneira a que S.O irtual trabalhe como se estive se a ser executado obre o h rdware or iginal (físico). Virtualização Total tiliza um MV6 par comunicar com o h rdware fí ico e ssim emiti requisito e obter p obter p rmissões. ma vanta em deste método é ue o S.O ase não n cessita d ser modif ser modificado ara suste tar inúmeras virtualizações, o seja, o S.O base s stenta qu ntas irtualizações o hard are permitir e ir e aguentar. ma das d svantage s deste m todo é q e com o cresciment do núme o de irtualizações os recursos fica mais escassos p ovocando problemas de esempenho no sist ma base, logo afe tando as virtualizações. Esta é de uitas, um das mais important s porque e o sistema base for afectado todos s outros sistemas vir ualizados icam prejudicados.
Ilustração 3: Virtualiz ção Total
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Mo itor de Máquinas Virtual
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este mét do o MMV não faz a estão racional do ha dware, ou seja os pe idos ão execu ados de forma se uencial fazendo co que se perca al uma erformance. Este m delo dá origem a mais atrasos de resposta mas aumenta a stabilidad . Como p de‐ de‐mos confirmar na nfirmar na imagem a seguir, os tempos mortos oderiam s r ocupad r ocupad s por outr por outr os pedido , mas na irtualização Total iss não possível.
Ilustração 4: Execuçã de processos na Virtualiza ão Total
…Paravirtualização
ste modelo de virtualização t m como rincipal c racterística a coope ação ntre o S. virtual a MMV. Esta coo eração o riga a m dificaçõe nos istemas virtuais par a comuni ação com o MMV. Como o hardware está arcialmen e virtualizado, este modelo conse ue obte um melhor esempenho. Este é obtido porque o M V conse ue gerir s respost s do ardware com mais inteligênci . Enquanto na Virtualização T tal os pe idos ram sequ nciais, na Paravirtualização os pedidos são geridos de maneira iferente. odos os p didos são intercalad s para qu o tempo e respost seja menos possível, or outra palavras dizendo, os temp s mortos são i teligente ente ocu ados e ge idos pela MV. paravirtualização a esar de ter algumas vantage s em relação aos outros odelos, e contra‐ contra‐se limitado a istemas “ pen‐ pen‐Sour e7”, tais c mo Linux.
Ilustra ão 5: Execuç o de processo na Paravirtualização
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Software sem cus tos. O código encontra-se berto a qualquer pessoa.
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..Emulação de Hardware Emulação de Hardware, como o próprio nome indica consiste na virtualização de hardware. Dentro de todos os tipos de virtualização, este talvez seja o mais complexo. Com a implementação deste modelo é possível construir compatibilidade entre o software e o hardware. Por outras palavras podemos dizer que é usado hardware virtual para simular o hardware realmente necessário. Uma das grandes vantagens deste modelo de virtualização é que podem ser criados diferentes ambientes informáticos utilizando a mesma máquina física, ou seja, podem ser simulados vários processadores (CPU8) utilizando o mesmo processador físico. Apesar de ser um modelo complexo, este não dispensa de desvantagens. Um dos principais problemas de qualquer emulação é a possível perda de desempenho. Com a emulação do hardware, as instruções são modificadas para que possam ser aplicadas no hardware real. Como se pode ver na ilustração 6 os pedidos feitos pelo software virtual têm de ser emulados para “encaixar” nos requisitos do hardware físico. Por outro lado tem também de existir uma emulação das respostas do hardware físico para que o software virtual “compreenda” o hardware físico ajudando também para a diminuição do desempenho do sistema.
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Unidade Central de Processamento de um sistema informático
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Ilustração 6: Virtualização por e ulação de ha dware
e acordo om M. Ti Jones, u a emulaç o pode atrasar um rasar um sistema cer a de 100 vezes. ara a obt nção de u a emulação rigoros , o sistem pode chegar a gar a er 1000 er 1000 ve es mais lento. (M. Tim Jon Tim Jones, Dezembro 2006)
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.Aplicações da Virtualização A Virtualização como já foi dito anteriormente, pode ser implementada em contexto pessoal ou profissional. Profissionalmente temos na generalidade dos casos a aplicação deste tema direccionada para os servidores. Com este método é obtido um melhor aproveitamento dos recursos informáticos existentes, uma manutenção centralizada e um controle mais eficaz. Financeiramente também é notória uma diferença significativa por causa da redução das necessidades informáticas. Segundo entrevista da Exame Informática feita a João Almeida:
Os especialistas estimam que, em média, apenas 30% da capacidade dos servidores empresariais são utilizados diariamente. (Exame Informática, Dezembro 2008)
A Virtualização ao nível do utilizador tem significados e focos diferentes. Para o utilizador comum esta funcionalidade informática é utilizada para a utilização de diversos S.O ao mesmo tempo ou para efeitos de protecção.
..Implementações Empresariais …Consolidação de servidores Esta aplicação tem como objectivo a redução de custos com o sistema informático e eléctrico, a centralização geral da manutenção e a obtenção de uma maior segurança. Tenta‐se também nesta aplicação diminuir os custos de armazenamento de dados. …Consolidação de aplicações A consolidação de aplicações é baseada na centralização das aplicações propriamente ditas aumentado espaço e diminuindo a dispersão de ficheiros. Este método tem uma grande desvantagem que é o aumento significativo de acessos á rede.
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..Implementações ao nível do utilizador …Múltiplos S.O’s Uma das mais utilizadas pelo utilizador comum. Múltiplos S.O’s são instalados virtualmente e utilizados em simultâneo. Alguns utilizadores mais experientes chegam a criar redes virtuais entre estes sistemas operativos. …Testes e Medições Alguns utilizadores utilizam máquinas virtuais para execução de testes tais como aplicações potencialmente perigosas, software beta9, sistemas operativos em desenvolvimento.
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Software que ainda não está completamente testado mas que já se encontra aberto ao publico
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.Considerações Finais Em suma, a virtualização é uma funcionalidade informática realmente útil, quer em contexto empresarial quer em contexto particular. Com ela conseguimos tirar o máximo partido do hardware e segundo a revista Exame Informática aumentar para 9 anos a vida de um sistema informático. Ficou também retida a importância do aproveitamento informático e dos desperdícios que se têm efectuado ao longo de todos estes anos. Cada modelo de virtualização tem o seu objectivo e aplicação prática. Consoante a situação corrente deve ser aplicado o método que mais se adequa.
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.Referências Bibliográficas http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l‐linuxvirt/ Exame Informática, volume 163, Janeiro 2009 http://www.microsoft.com/brasil/servidores/virtualizacao/default.mspx http://en.wikipedia.org/wiki/Virtualization http://pt.wikipedia.org/wiki/Software
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