Palestra sobre Virtualização em Sistemas Computacionais apresentada por Marcus Vinícius Azevedo no Ciclo de Palestras do Instituto Infnet. Descubra as soluções para virtualização total e para-virtualização através de exemplos de aplicação e saiba como reduzir custos para sua organização, além de tornar o parque de TI mais “verde”.

1. Virtualização em Sistemas
Computacionais
Marcus Vinícius do P. Azevedo
marcus.azevedo@prof.infnet.edu.br
Novembro - 2009

2. Roteiro
1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão
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3. Roteiro
Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão
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4. Definição
Exemplos de virtualização
- Realidade virtual
- Loja virtual
- Biblioteca virtual
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5. Definição
Virtualização em sistemas computacionais
Técnica que permite dividir um sistema
computacional real (hospedeiro) em diversas
máquinas virtuais (hóspedes) isoladas.
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6. Definição
Conceito publicado pela 1ª. vez por Christopher
Strachey, em 1959, e implementado pela IBM, na
década de 60, no modelo IBM 7044 e logo após no
IBM System/360
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7. Definição
Outros exemplos
- Java Virtual Machine (JVM)
- Memória virtual
- Virtualização de storages
- Virtualização de desktops
- Virtualização em celulares
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8. Roteiro
1) Definição
Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão
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9. Virtualização
Mainframes:
- Alto custo
- Alto poder computacional
- Difícil acesso
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10. Virtualização
Mainframes:
- Alto custo
- Alto poder computacional
- Difícil acesso
Como viabilizar o uso ?
Como aproveitar o potencial ?
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11. Virtualização
Solução:
Dividir os recursos físicos criando diversas
partições lógicas isoladas entre si permitindo que
cada uma possua seu próprio sistema com
distintas plataformas.
Desta forma, os mainframes poderiam executar
múltiplos sistemas operacionais simultaneamente
sem necessidade de alterar os sistemas legados
existentes.
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12. Virtualização
Computadores pessoais:
- Médio custo
- Baixo poder computacional
- Fácil acesso
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13. Virtualização
Computadores pessoais:
- Médio custo
- Baixo poder computacional
- Fácil acesso
Não há necessidade e nem como virtualizar.
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14. Virtualização
Servidores com n-núcleos:
- Baixo custo
- Alto poder computacional
- Fácil acesso
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15. Virtualização
Servidores com n-núcleos:
- Baixo custo
- Alto poder computacional
- Fácil acesso
Não há necessidade, então porque virtualizar ?
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16. Virtualização
Proposta:
- Maximizar o uso dos recursos
- Promover compartilhamento de recursos
- Isolamento (segurança)
- Desempenho
- Transparência
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17. Virtualização
“A volta do mainframe”
IBM SYSTEM/360
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18. Virtualização
VMM ou hypervisor
Camada de software responsável por:
- Fornecer para cada máquina virtual (VM) uma
cópia virtual (abstração) dos recursos físicos do
sistema hospedeiro
- Garantir que várias VMs possam ser executadas
simultaneamente sobre um mesmo hardware.
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19. Virtualização
Recursos
- Processador: as instruções despachadas dentro da
VM serão executadas diretamente pela CPU real,
exceto se forem instruções privilegiadas ou instruções
sensíveis
- Memória: a tabela de páginas da VM mapeia páginas
físicas do sistema real sendo que o VMM faz uma
cópia (shadow) desta tabela para controle
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20. Virtualização
Recursos
- Disco: para acesso ao disco pode ser oferecida uma
abstração (um arquivo no sistema real) ou também
pode ser oferecida uma partição do disco do sistema
real para a VM
- Rede: a interface de rede real trabalha em modo
promíscuo de forma a escutar o tráfego destinado a
qualquer interface virtual e entregando os pacotes
adequadamente através de uma ponte
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21. Virtualização
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22. Roteiro
1) Definição
2) Virtualização
Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão
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23. Técnicas de implementação
- Virtualização total ou completa
- Para-virtualização
- Virtualização assistida por hardware
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24. Virtualização
(modelo de sistema sem virtualização)
APLICAÇÃO 1 APLICAÇÃO 2 APLICAÇÃO 3
“ABSTRAÇÃO”
SISTEMA OPERACIONAL
HARDWARE
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25. Técnicas de implementação
Virtualização total ou completa
- O hardware é totalmente virtualizado sendo
disponibilizada uma abstração do mesmo para as
VMs gerando independência (portabilidade)
- Não requer modificações no núcleo do sistema
operacional das VMs
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26. Técnicas de implementação
Virtualização total ou completa (desvantagens)
- O VMM pode suprimir algumas características do
hardware real ao prover uma abstração genérica
- O VMM deve inspecionar as instruções executadas
pelas VMs buscando chamadas de instruções
sensíveis (gerando queda de desempenho)
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27. Virtualização
(modelo de sistema com virtualização total)
APLICAÇÃO 1 APLICAÇÃO A APLICAÇÃO B
SISTEMA OPERACIONAL SISTEMA OPERACIONAL
MÁQUINA VIRTUAL 1 MÁQUINA VIRTUAL 2
MONITOR DE MÁQUINA VIRTUAL (VMM)
HARDWARE
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28. Técnicas de implementação
Para-virtualização
- Não requer inspeção das instruções chamadas pelas
VMs pois as chamadas de instruções sensíveis são
desviadas para o VMM (hypercalls)
- As VMs utilizam os drivers do próprio VMM para
acesso aos dispositivos
- Apresenta melhor desempenho em relação à técnica
anterior
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29. Técnicas de implementação
Para-virtualização (desvantagens)
- Requer modificação no núcleo do sistema das VMs
para inserção das hypercalls (nem sempre possível)
- Os sistemas que são executados dentro das VMs
passam a ter conhecimento do VMM
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30. Virtualização
(modelo de sistema com para-virtualização)
GERENCIAMENTO APLICAÇÃO A APLICAÇÃO B
SISTEMA SISTEMA SISTEMA
OPERACIONAL OPERACIONAL OPERACIONAL
Domínio 0 Domínio 1 Domínio 2
VMM
HARDWARE
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31. Técnicas de implementação
Virtualização assistida por hardware
- O desempenho dos sistemas de virtualização no IBM
System/360 ficou abaixo do esperado, então a IBM
resolveu desenvolver um mainframe com arquitetura
específica para suportar a virtualização no hardware (IBM
System/370)
- Intel e AMD passaram a prover suporte no hardware para
virtualização de forma a contornar alguns dos problemas
anteriores
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32. Técnicas de implementação
Virtualização assistida por hardware
- A Intel disponibilizou extensões (Intel VT ou Vanderpool)
para a arquitetura x86 complementando o esquema de
proteção com a inserção dos modos de operação root e
não-root
- A AMD disponibilizou funções (AMD-V ou Pacifica) no
processador para auxiliar no controle dos acessos das
VMs auxiliando desta forma o VMM
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33. Virtualização
(modelo de sistema com virtualização hospedada)
APLICAÇÃO 1
SISTEMA OPERACIONAL
MÁQUINA VIRTUAL 1
VMM APLICAÇÃO A APLICAÇÃO B
SISTEMA OPERACIONAL
HARDWARE
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34. Roteiro
1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão
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35. Aplicações
- Execução de aplicações legadas
- Desenvolvimento de sistemas multiplataforma ou distribuídos
- Treinamento (Linux, por exemplo)
- Gerência centralizada de servidores
- Teste e análise de aplicações (vírus, por exemplo)
- Contigência ou manutenção do hardware sem parada
- Consolidação de servidores (diminuição de espaço e gastos com
energia e refrigeração)
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36. Aplicações
Exemplo
Consolidação de servidores
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37. Aplicações
Servidor HP Proliant DL320 G6
Especificações:
01 processador Dual Core 1.86 GHz
02 GB de memória
02 x 146 GB de disco
503 W de potência consumida
1715 BTU (calor gerado)
Custo: $ 2200,00
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38. Aplicações
Servidor HP Proliant DL360 G6
Especificações:
02 processadores Quad Core 2.0 GHz
10 GB de memória
04 x 300 GB de disco
820 W de potência consumida
2797 BTU (calor gerado)
Custo: $ 5700,00
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39. Aplicações
Solução com 4 servidores reais HP DL 320
X
Solução com 1 servidor HP DL 360 hospedando
quatro VMs com capacidade equivalente
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40. Aplicações
Comparação
04 x DL 320 01 x DL 360
CPU 8 núcleos 8 núcleos
Memória 8 GB 10 GB
Disco 1168 GB 1200 GB
Potência 2012 W 820 W
Calor 6860 BTU 2797 BTU
Custo $ 8800,00 $ 5700,00
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41. Aplicações
Resultados obtidos com a segunda solução
Consumo de energia 60 % menor
Quantidade de calor gerada 60 % menor
Espaço físico (altura) 75 % menor
Custo 35 % menor
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42. Aplicações
Usar a virtualização para prover economia de
recursos levando-se em consideração a qualidade
dos serviços oferecidos usando:
- Distribuição otimizada de VMs
- Realocação dinâmica
- Técnicas de previsão de carga
- Ativação ou desativação de hospedeiros
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43. Aplicações
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44. Aplicações
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45. Aplicações
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46. Roteiro
1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
Soluções disponíveis
6) Conclusão
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47. Soluções disponíveis
VMware
- Empresa fundada em 1998 e adquirida pela EMC em 2004
- Produtos: VMware ESXi, vSphere, VMware Server, VMware
player e VMware Workstation, entre outros
- Utiliza os modelos de virtualização total e para-virtualização
(com ou sem suporte pelo hardware)
- Suporta os sistemas operacionais Windows e Linux
(hospedeiros ou hóspedes) e processadores com arquitetura x86
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48. Soluções disponíveis
VMware
- Disponibiliza ferramentas para permitir migração e backup
de VMs, além de soluções de alta-disponibilidade (HA) e
balanceamento de carga
- A instalação é relativamente simples já que não requer
alteração do núcleo do sistema operacional
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49. Soluções disponíveis
Xen
- Solução open source desenvolvida como parte do projeto
XenoServers na Universidade de Cambridge (2003)
- Resultou na criação da XenSource empresa comprada pela
Citrix Systems em 2007
- Além da versão open source também existem versões
comerciais (XenServer)
- Utiliza o modelo de para-virtualização usando um kernel Linux
modificado como hospedeiro e o conceito de “domains”
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50. Soluções disponíveis
Xen
- Suporta os sistemas operacionais Windows, Linux, Solaris
entre outros (hóspedes) e suporta processadores com
arquitetura x86 e PowerPC
- Para suporte de sistemas Windows em hospedeiros Linux é
necessário o suporte de hardware (Intel VT ou AMD Pacifica)
- A instalação pode não ser tão simples como o VMware já que
implica na instalação de um novo kernel. Existem pacotes
prontos disponibilizados para diversas distros (Red Hat, Debian,
Open SUSE, etc)
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51. Soluções disponíveis
Microsoft
- Virtual PC: uma das primeiras soluções da Microsoft que
permite a criação de instalações virtuais de Windows dentro de
estações de trabalho (Macintosh, inclusive)
- Virtual Server: solução para o uso em servidores. Era
executado sobre um sistema operacional Windows 2000 ou
2003
- Hyper-V: solução mais nova que consiste basicamente em um
VMM e pelo menos uma partição raiz executando o Windows
Server 2008
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52. Soluções disponíveis
Outras soluções
- Sun VirtualBox
- KVM
- OpenVZ
- IBM LPAR
- Linux Vserver
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53. Roteiro
1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
Conclusão
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54. Conclusão
A virtualização é uma tecnologia que traz uma série
de benefícios no contexto de aproveitamento de
recursos assim como no de economia de energia,
lembrando do enfoque que este tema tem tomado
ultimamente (“TI Verde”)
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55. Conclusão
Dada a dificuldade das empresas expandirem as
suas infra-estruturas e como a demanda por serviços
cada vez é maior, a virtualização deixa de ser uma
questão puramente tecnológica e passa a ser uma
questão de sobrevivência
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56. http://www.infnet.edu.br
cursos@infnet.edu.br
(21) 2122-8800
Esta palestra está disponível em:
http://www.infnet.edu.br/palestras
Ministrada por
Marcus Vinícius do P. Azevedo
E-mail:
marcus.azevedo@prof.infnet.edu.br
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