- O documento discute escalonamento de processos em sistemas virtualizados, abordando tópicos como modelos de nuvem, classes de serviço, gerenciamento de nuvem de código aberto e algoritmos de escalonamento de processos.

1. Escalonamento de processos em sistemas
virtualizados
Claudio Jorge Eckert Junior
Gian Paulo Vieira
Lisiane Reips
Prof. Jefferson James Cunha de Souza

2. SUMÁRIO
• Introdução
• Modelos de nuvem
• Classes de serviço
• Gerenciamento de nuvem de código aberto
• Arquitetura usada no sistema operacional nativo
• Tratamento de processos e seus escalonamentos
• Conclusão
• Bibliografia
• Dúvidas

3. Introdução
O termo de virtualização se refere de maneira geral
sobre a abstração de recursos computacionais.
Um único computador pode compartilhar seus
recursos de hardware com vários sistemas
operacionais hospedeiros.

4. Introdução
Esta abstração é geralmente realizada através de
um software (Máquina Virtual ou hypervision) que atua
como mediador entre os sistemas e os recursos da
máquina host.

5. Introdução
Também é função deste software escalonar qual
máquina virtual vai executar a cada momento,
semelhante ao escalonador de processos do Sistema
Operacional.

6. Introdução
O software é executado no modo de supervisor e as
máquinas virtuais são executadas em modo de usuário.
Quando estas tentam executar uma instrução
privilegiada, é gerada uma interrupção e o software se
encarrega de emular a execução desta instrução.

7. Introdução

8. Modelos de nuvem
Os modelos de nuvem são definidos de acordo com
o grupo que irá utilizar os serviços da arquitetura, estes
podem ser de quatro tipos.

9. Modelos de nuvem
- Nuvem Pública: a infraestrutura é fornecida para
muitos clientes e é gerenciada por terceiros. Várias
empresas podem trabalhar simultaneamente na mesma
infraestrutura. O usuário paga por aquilo que utilizar.

10. Modelos de nuvem
- Nuvem Privada: infraestrutura disponibilizada
apenas para um cliente específico e gerenciada pela
própria organização ou por terceiros. Este utiliza o
conceito de virtualização de máquinas, usando rede
proprietária.

11. Modelos de nuvem
- Nuvem Comunidade: infraestrutura compartilhada
por várias organizações por uma causa comum,
podendo ser gerenciada por elas mesmas ou por um
prestador de serviços.

12. Modelos de nuvem
- Nuvem Híbrida: compõe um ou mais modelos de
implantação de nuvem, em que a comunicação entre
elas é realizada de modo transparente (como uma
bridge).

13. Modelos de nuvem
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14. Classes de serviço
Podemos separar as classes de serviço em três
categorias:
- Software como Serviço: o software pode ser
acessado via web, o cliente não possui controle
sobre o funcionamento da aplicação, do sistema e
do servidor rodando a mesma.

15. Classes de serviço
- Infraestrutura como Serviço: nesta classe um
usuário pode acessar uma parte de sistema que
possui recursos agrupados para criar e usar sua
própria infraestrutura de computação.
- Plataforma como Serviço: oferta um sistema de
gerenciamento unificado dos recursos para a
construção de aplicações. Este serviço não
necessita que o usuário se preocupe com a
infraestrutura.

16. Gerenciamento de nuvem de código aberto
Os principais gestores de infraestrutura virtual,
open-source, descritos atualmente em artigos, são:
- APACHE VCL: fornece acesso remoto para um
ambiente de computação dedicado para o usuário
final através de uma interface Web,
proporcionando ambientes personalizados para
usuários.

17. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- CITRIX ESSENTIALS: fornece aos clientes
virtualização de servidores com um conjunto de
serviços avançados de gerenciamento de
virtualização, permitindo estender essas
capacidades de gerenciamento para o ambiente
Windows Server 2008.

18. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- EUCALYPTUS: desenvolvido com a intenção de
fornecer uma implementação open-source quase
idêntica em funcionalidade com a API do Amazon
Web Services. Portanto, os usuários podem
interagir com uma nuvem Eucalyptus usando as
mesmas ferramentas que eles usam para acessar
o Amazon EC2.

19. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- NIMBUS3: fornece a maioria das características
dos outros gestores como uma API para acesso
ao Amazon EC2 com suporte ao Xen. No entanto,
distingue-se dos outros, fornecendo uma interface
de acesso para o framework Globus Web Services
Resource (WSRF).

20. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- OPENPEX: construído em torno da noção de
usar reservas antecipadas como o principal
método para alocar instâncias de VM. Distinguese
de outros gestores, pois incorpora um protocolo de
negociação bilateral que permite usuários e
provedores chegar a um acordo sobre troca de
ofertas e contra ofertas quando seus pedidos
originais não podem ser satisfeitos.

21. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- OVIRT: fornece a maior parte das características
básicas dos gestores, incluindo suporte para o
gerenciamento de pools de servidores físicos,
pools de armazenamento, contas de usuário e
VMs.

22. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- VMWARE VSPHERE: ferramenta destinada a
transformar a infraestrutura em uma nuvem
privada. Distingue-se de outros gestores como um
dos mais ricos em recursos. Na arquitetura
vSphere, servidores executam na plataforma
ESXi. Um servidor a parte executa vCenter Server,
que centraliza o controle da infraestrutura. Através
do software cliente vSphere, os administradores
conectam-se ao vCenter Server para executar
várias tarefas.

23. Gerenciamento de nuvem de código aberto
- OPENSTACK ESSEX: oferece software para
criar nuvens públicas e privadas. Contém uma
coleção de projetos open-source, incluindo
OpenStack Compute (codinome Nova),
armazenamento de objetos OpenStack (codinome
Swift), serviço de imagem OpenStack (codinome
Glance), serviço de armazenamento para uso das
instâncias (codinome Cinder) e serviço de rede
(codinome Quantum).

24. Gerenciamento de nuvem de código aberto
O OpenStack Essex fornece uma plataforma
operacional e um conjunto de ferramentas para
gerenciamento das nuvens.

25. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
Pode-se dizer que existem “duas” formas de
virtualização, sendo elas: Virtualização completa e
virtualização de interface de sistema, que por sua vez
são dois tipos de Hypervisor, sendo o nativo e o tratado
como se fosse um processo normal de sistema
operacional.

26. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
Na virtualização completa temos a total utilização da
arquitetura e hardware acima, sendo implementado
direto sobre o hardware de máquina real,
disponibilizando uma réplica do hardware e acessos a
entradas, saídas e instruções do processador.

27. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
Esta forma de virtualização não prevê a
necessidade de alteração no sistema operacional
visitante, e tem um desempenho melhor por não
possuir camadas de abstração,. Na virtualização de
sistema, o hypervisor é executado como se fosse um
processo normal sobre um sistema operacional nativo.

28. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
Podemos entender melhor com a figura a seguir,
que nos mostra os anéis de privilégio da arquitetura
nativa x86, onde o anel 0 está junto ao kernel e possui
acesso direto, e a camada 1 possui menor privilégio,
sendo o anel 3 a camada do usuário, desta forma
podemos entender em qual anel está o hipervisor e as
máquinas virtuais.

29. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
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30. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
Porém na virtualização completa utiliza-se a técnica
de tradução binária, onde o hypervisor analisa,
reorganiza e traduz as sequências de instruções,
emitidas pelo sistema operacional convidado em novas
sequências de instruções, desta forma é possível
adaptar as instruções geradas pelo sistema convidado
ao sistema real.

31. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
Como vantagens temos o fato de que o sistema
virtualizado não precisa de alteração, e como
desvantagens temos a perda de desempenho de cerca
de 30% pela interpretação dos dados.

32. Arquitetura usada no sistema operacional nativo
A arquitetura x86 não foi projetada para
virtualização e portanto não poderia ser virtualizada em
modo privilegiado “anel 0” e sim no “anel 1 e 2”, assim
foi criado o modo de virtualização assistida por
hardware, com processadores desenvolvidos pela Intel
e pela AMD, ambos chegando ao mesmo resultado,
mas ambos incompatíveis , agora os dois suportam o
hipervisor e os anéis de privilégios, proporcionando
utilizar os sistemas virtualizados convidados sem
alterá-los.

33. Tratamento de processos e seus escalonamentos
O gerenciamento de recursos e o tratamento de
tarefas são a chave de tecnologia em computação em
nuvem, desempenhando um papel vital neste contexto.

34. Tratamento de processos e seus escalonamentos
Atualmente temos estabelecidos em nuvem vários
algoritmos para estabelecer escalonamentos de
tarefas, mas não existe padrão uniforme a ser seguido,
entre eles os mais utilizados são os algoritmos de lista
que diferem principalmente na forma como a prioridade
é definida, mas em geral apresentam bom
desempenho. Os mais utilizados são:

35. Tratamento de processos e seus escalonamentos
- Myopic: consiste em organizar as atividades
prontas por ordem de chegada e associar cada
atividade a ser escalonada ao recurso disponível que
pode executá-la mais rapidamente.
- HEFT (Heterogeneus Earliest-Finish-Time =
Tempo de término mais antigo heterogêneo): escalona
atividades criando uma lista com pesos associados a
cada atividade, o peso é definido pela distância máxima
da atividade até a atividade de saída.

36. Tratamento de processos e seus escalonamentos
O primeiro passo é o cálculo de peso, sendo o valor
do peso de uma atividade igual ao tempo de execução
previsto para a atividade somado aos valores
encontrados no caminho até a atividade de saída.
- Ant Colony Optimization (ACO = Otimização de
colônias de formigas): basicamente este algoritmo
calcula o menor trajeto, a carga é calculada em cada
host (hospedeiro), tendo em conta a utilização da CPU
feita por todas as VMs que estão sendo executadas em
cada host.

37. Tratamento de processos e seus escalonamentos
Esta métrica é útil para uma formiga escolher o host
menos carregado para alocar suas VM.
O algoritmo ACO é encontrado também em
problemas de roteamento de pacotes de redes de
computadores, entre outros.
Foi descoberto que a comunicação das formigas
que caminhavam pela trilha ocorria por meio de uma
substância química denominada feromônio,
depositadas por elas próprias.

38. Tratamento de processos e seus escalonamentos
Enquanto as formigas caminhavam inicialmente de
forma aleatória, elas depositam uma certa quantidade
de substância, esta que é reforçada quando outra
formiga passar pelo caminho, tendo em vista que a
substância tende a evaporar com o tempo, quanto
maior a concentração de substância, mais curto é o
caminho.

39. Tratamento de processos e seus escalonamentos
- Algoritmo Min-Min: começa com um conjunto de
tarefas que são todas não atribuídas, primeiro, calcula
o tempo mínimo de conclusão para todas as tarefas e
todos os recursos, então, entre esses tempos mínimos,
o valor mínimo é selecionado, que é o tempo mínimo
entre todas as tarefas em quaisquer recursos.

40. Tratamento de processos e seus escalonamentos
Assim essa tarefa é programada no recurso em que
leva o mínimo tempo e o tempo disponível desse
recurso é atualizado para todos as outras tarefas, ou
seja, suponha que uma tarefa é atribuída a uma
máquina e leva 20 segundos para ser realizada, então
os tempos de execução de todos as outras as tarefas
nesta máquina serão aumentadas em 20 segundos.
Depois disso, a tarefa atribuída não é considerada e o
mesmo processo é repetido até que todas as tarefas
sejam atribuídas.

41. Tratamento de processos e seus escalonamentos
- Algoritmo Max-Min: da mesma forma que o Min-
Min exceto depois de descobrir o tempo de colisão, os
tempos mínimos de execução são encontrados para
cada tarefa. Então, entre esses tempos mínimos, o
valor máximo é selecionado, que é o tempo máximo
entre todas as tarefas em qualquer Recurso.

42. Tratamento de processos e seus escalonamentos
Assim essa tarefa está programada no recurso em
que leva o tempo mínimo, e o tempo disponível daquele
recurso é atualizado para todas as outras tarefas. A
atualização é feita da mesma maneira que para o Min-
Min. Todas as tarefas são recursos atribuídos por este
procedimento.

43. Tratamento de processos e seus escalonamentos
Além dos mais utilizados já citados, também são
utilizados:
- Otimização de exames de partículas
- Round Robin
- Genético
- Agendamento de tarefas baseado em prioridades
- Agendamento dinâmico baseado no limite

44. Conclusão
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45. Bibliografia
https://repositorio.unesp.br/handle/11449/110377
http://www.sjrp.unesp.br/#!/noticia/1613/auditoria-e-
monitoramento-de-eventos-inconsistentes/
https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/1470
90/pauro_ll_me_sjrp.pdf?sequence=3
https://www.researchgate.net/publication/308307711_Es
calonamento_de_Instancias_de_Maquinas_Virtuais_em_Nu
vens_IaaS

46. Bibliografia
https://www.researchgate.net/publication/308307711_Es
calonamento_de_Instancias_de_Maquinas_Virtuais_em_Nu
vens_IaaS
https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/36087
http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2011/T2/Arti
gos/G09_012096_931544-t2.pdf
http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2012/T2/G0
4-115168-t2.pdf

47. Bibliografia
http://omnipax.com.br/livros/2013/MHPO/mhpo-
cap04.pdf
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-
28062016-155756/pt-br.php
https://pdfs.semanticscholar.org/fe70/2bc2833702e5312b
ed4ef2894d9cbc5d4d50.pdf
file:///C:/Users/Administrador/Downloads/Dissertao_Nayl
or_Garcia_Bachiega.pdf
http://newiranians.ir/SCHEDULING%20IN%20CLOUD%2
0COMPUTING.pdf

48. Dúvidas
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49. Muito obrigado!
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