Virtualização e Administração de Servidores com Xen: Um estudo no Instituto Federal do Ceará

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Monografia apresentada no Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Redes de Computadores, apresentando a Virtualização e os benefícios da sua implantação em um Servidor do IFCE Campus de Tianguá

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Virtualização e Administração de Servidores com Xen: Um estudo no Instituto Federal do Ceará

  1. 1. 1 ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU EM REDES DE COMPUTADORES ANTONIO ARLEY RODRIGUES DA SILVA VIRTUALIZAÇÃO E ADMINISTRAÇÃO DE SERVIDORES COM O XEN: UM ESTUDO NO INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ VILA VELHA (ES) 2014
  2. 2. 2 ANTONIO ARLEY RODRIGUES DA SILVA VIRTUALIZAÇÃO E ADMINISTRAÇÃO DE SERVIDORES COM O XEN: UM ESTUDO NO INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ Monografia apresentada a Escola Superior do Brasil para obtenção do título de Especialista em Redes de Computadores, sob orientação da Profª. Me. Janaína Costa Binda. VILA VELHA (ES) 2014
  3. 3. 3 ANTONIO ARLEY RODRIGUES DA SILVA VIRTUALIZAÇÃO E ADMINISTRAÇÃO DE SERVIDORES COM O XEN: UM ESTUDO NO INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ Monografia aprovada em ___ de ______de 2014 Banca Examinadora __________________________________ __________________________________ __________________________________ VILA VELHA (ES) 2014
  4. 4. 4 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho aos meus pais, irmãos, esposa e filho, por sempre acreditarem na minha capacidade e empenho para conquistar meus objetivos e lutaram para que eu me tornasse uma pessoa cada vez melhor através dos estudos.
  5. 5. 5 AGRADECIMENTOS A Deus por me dar força e sabedoria. Aos meus pais e irmãos que sempre acreditaram em mim e no meu esforço para vencer cada batalha que enfrentei. À minha esposa Janara Chaves, por ter paciência, sabedoria e amor para me apoiar nos momentos em que eu mais preciso. Ao meu Filho Lorenzo Rodrigues, por realimentar minhas forças com sua alegria e amor. Aos meus amigos pelo companheirismo, atenção e fé.
  6. 6. 6 Há mais pessoas que desistem do que pessoas que fracassam. (Henry Ford)
  7. 7. 7 RESUMO É um grande desafio para as empresas gerenciar a expansão e otimizar os recursos de TI, enquanto proporcionam melhores serviços e economia. A virtualização surgiu como uma alternativa na década de 1960, para solucionar a escassez de computadores nas empresas. Hoje o conceito de virtualização é mais abrangente e é essencial para manter os CPDs em pleno uso e com menos custos, proporcionando serviços cada vez melhores aos usuários. A proposta do setor público em reduzir gastos coincide diretamente com o objetivo da virtualização. Esta pesquisa visa demonstrar como a virtualização pode otimizar os recursos disponíveis, manter um serviço de qualidade e gerar economia. Foi realizado um estudo da ferramenta de virtualização XenServer, utilizada para gerenciar todos os recursos da rede do IFCE Campus Tianguá. Os dados coletados por meio de observação, gráficos, entrevistas e questionários foram analisados utilizando os métodos quantitativos e qualitativos. Os resultados obtidos mostraram que a virtualização proporciona economia de espaço e energia, melhor utilização dos recursos de hardware do servidor, serviços mais confiáveis e benefícios no gerenciamento dos sistemas. Palavras-chave: Virtualização. Máquina virtual. Hypervisor. Xen. Xen Server.
  8. 8. 8 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AMD-V – AMD Virtualization CPD – Centro de Processamento de Dados CPU – Central Processing Unit ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computer EUA – Estados Unidos da América Gbps – Gigabits por segundo GB – Gigabyte GPL – General Public License HD – Hard Disk IBM – International Business Machines IFCE – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará IP – Internet Protocol IVT – Intel Virtualization Techonology MAC – Media Access Control Mbps – Megabits por segundo MB – Megabyte PAE – Physical Address Extension RAM – Random Access Memory RISC – Reduced Instruction Set Computer RPM – Rotações por Minuto SATA – Serial Advanced Technology Attachment SCSI – Small Computer System Interface SSD – Solid State Drive TB – Terabyte TI – Tecnologia de Informação VMM – Virtual Machine Monitor WIMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access
  9. 9. 9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Quantidade de pessoas no Campus e participantes da pesquisa..............47 Tabela 2: Configuração de Hardware de cada Máquina Virtual criada no Servidor ..54 Tabela 3: Comparativo entre as configurações de hardware da máquina real (servidor) com as configurações reservadas às máquinas virtuais .............................54 Tabela 4: Frequencia de utilização da internet do Campus..........................................58 Tabela 5: Que mudança poderia melhorar a internet no Campus? .............................61
  10. 10. 10 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Monitor de Máquina Virtual Tipo 1 ..................................................................19 Figura 2: Monitor de Máquina Virtual Tipo 2 ..................................................................20 Figura 3: Monitor de Máquina Virtual Híbrido.................................................................20 Figura 4: Virtualização de Servidores .............................................................................22 Figura 5: Cluster Beowulf .................................................................................................24 Figura 6: Honeypot............................................................................................................25 Figura 7: Virtualização Total ............................................................................................26 Figura 8: Paravirtualização...............................................................................................28 Figura 9: Virtualização do Sistema Operacional............................................................29 Figura 10: Virtualização de Linguagem de Programação.............................................30 Figura 11: Arquitetura da Virtualização Java .................................................................31 Figura 12: Virtualização de Hardware.............................................................................32 Figura 13: Virtualização de Estação de Trabalho ..........................................................33 Figura 14: Camadas de Computação sem virtualização e com virtualização ............34 Figura 15: Esquema de Virtualização de Armazenamento...........................................35 Figura 16: Acesso aos Recursos de Hardware através do Hypervisor Xen ...............39 Figura 17: Esquema da Arquitetura do Xen ...................................................................40 Figura 18: Hypervisor Xen................................................................................................41 Figura 19: Perfil dos Participantes que responderam o Questionário .........................48 Figura 20: Frente do IFCE Campus Tianguá .................................................................50 Figura 21: XenCenter acessando o Servidor .................................................................52 Figura 22: pfSense em execução....................................................................................53 Figura 23: XenCenter mostrando o uso dos processadores ........................................56 Figura 24: Percepção no desempenho da internet........................................................59 Figura 25: Percepção da Velocidade da internet...........................................................60 Figura 26: Grau de conhecimento em virtualização ......................................................62
  11. 11. 11 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.....................................................................8 LISTA DE TABELAS ..................................................................................................9 LISTA DE FIGURAS.................................................................................................10 SUMÁRIO .................................................................................................................11 1. INTRODUÇÃO...................................................................................................13 2. DESENVOLVIMENTO .......................................................................................16 2.1 VIRTUALIZAÇÃO E MÁQUINAS VIRTUAIS ......................................................16 2.2 APLICAÇÕES DE MÁQUINAS VIRTUAIS .........................................................21 2.3 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO ...............................................................................25 2.4 CATEGORIAS DE VIRTUALIZAÇÃO..................................................................28 2.4.1 Virtualização de Sistema Operacional .............................................29 2.4.2 Virtualização de Linguagem de Programação.................................30 2.4.3 Virtualização de Hardware ................................................................31 2.4.4 Virtualização de Estação de Trabalho..............................................33 2.4.5 Virtualização de Armazenamento.....................................................34 2.5 AMBIENTE DE VIRTUALIZAÇÃO XEN ..............................................................36 2.5.1 HISTÓRICO DO XEN ..........................................................................37 2.5.2 HYPERVISOR E DOMÍNIOS DO XEN ................................................38 2.5.3 DAEMON XEND ..................................................................................42 2.5.4 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO DO XEN ...............................................43 2.5.5 REQUISITOS DE HARDWARE...........................................................44 3. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................46 4. ESTUDO DE CASO...........................................................................................49 4.1 INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ.....................................................................49 4.2 IDENTIFICAÇÃO DO SERVIDOR .......................................................................51 4.2.1 Máquinas Virtuais no Servidor .........................................................52 4.2.2 Configuração das Máquinas Virtuais ...............................................53 4.2.3 Implantação do Servidor e das VMs.................................................54 4.3 RESULTADOS E DISCUSSÕES.........................................................................55 4.3.1 Análise do servidor............................................................................55 4.3.2 Análise do questionário ....................................................................57
  12. 12. 12 5. CONCLUSÃO ....................................................................................................64 6. REFERENCIAS..................................................................................................66 APÊNDICE A ............................................................................................................71
  13. 13. 13 1. INTRODUÇÃO A capacidade dos computadores vem aumentando consideravelmente, tendo como principais fatores a evolução do hardware e do software. Todavia, esta capacidade nem sempre é totalmente aproveitada. Quando nos remetemos à utilização de computadores como servidores, é notável uma necessidade maior de melhor aproveitar os recursos disponíveis. A limitação de que cada computador só pode ter apenas um sistema operacional em execução, faz com que muitas máquinas fiquem com subuso dos seus recursos computacionais. Entretanto, a técnica de virtualização criada na década de 1960, é uma excelente solução para utilizar os recursos das máquinas de forma mais eficiente. A virtualização permite que um computador possa executar, sobre o mesmo hardware, vários sistemas operacionais ao mesmo tempo e isolados entre si. Para conseguir alcançar este objetivo, a técnica utiliza o conceito de máquina virtual para criar múltiplos ambientes, com recursos computacionais próprios, na mesma máquina. De acordo com o Canal Tech (2013, p.1), uma pesquisa realizada pela IDC e Flexera Software, que contou com mais de 750 executivos de empresas de todo o mundo, alerta que “cerca de 40% das empresas devem virtualizar entre 51% e 75% de seus servidores ao longo dos próximos 12 a 24 meses”. Na consolidação de servidores, a virtualização é extremamente viável para reduzir o consumo de energia elétrica, espaço físico, manutenção dos equipamentos, lixo eletrônico e degradação ambiental, contribuindo de forma expressiva para a construção de CPDs “verdes” (POLLON, 2008). O presente trabalho visa estudar o seguinte problema:
  14. 14. 14 Como melhor aproveitar o hardware de um servidor para prover serviços independentes e confiáveis em uma rede? Tem como objetivo geral apresentar como aproveitar melhor o hardware de um servidor para prover serviços independentes e confiáveis, com os objetivos específicos a seguir:  Descrever conceitos e técnicas de virtualização de servidores;  Descrever a ferramenta de virtualização Xen Server e apresentar suas vantagens; e  Aplicar e interpretar testes e resultados sobre o desempenho. O XenServer foi adotado em um servidor de uma Instituição Pública Federal de Ensino e tem como principal objetivo prover serviços independentes e confiáveis na sua rede, proporcionando um gerenciamento otimizado e redução de gastos. A pesquisa tem a abordagem de caráter misto (quantitativo e qualitativo), proporcionando uma análise dos dados em vários pontos de vista, de forma dedutiva e indutiva, e uma investigação mais condizente com a realidade do ambiente em estudo. Para proporcionar uma análise melhor e maior conhecimento do XenServer, a metodologia da pesquisa foi do tipo exploratória-descritiva, possibilitando um levantamento de dados através de referenciais teóricos, estudo de caso, aplicação de questionário, entrevistas e observação. O objeto de estudo de caso foi o IFCE Campus Tianguá, onde a pesquisa foi centrada na rede do Campus, no quais foram estudados o servidor, estrutura da rede e os seus impactos. Tendo em vista a crescente adoção da virtualização em diversas empresas, inclusive estatais, o presente trabalho busca pesquisar o favorecimento e otimização
  15. 15. 15 dos recursos disponíveis com o uso da ferramenta de virtualização XenServer na rede do IFCE Campus Tianguá. Pode também servir como base para pessoas que tem interesse em estudar o tema, possibilitando a utilização deste em outros trabalhos científicos. O presente trabalho é composto por cinco capítulos, os quais foram estruturados da seguinte maneira: No capítulo um é abordado uma introdução ao assunto estudado, descrevendo os principais pontos, a problemática, os objetivos geral e específicos e a estrutura do trabalho. O capítulo dois é fundamentado os principais conceitos acerca da virtualização, máquinas virtuais, tipos de virtualização e formas para aplicá-la. Também é abordado a virtualização do XenServer, mostrando a história, principais características, tipos de virtualização suportados e os requisitos mínimos de hardware para que uma máquina possa rodá-lo. No capítulo três é pautado os materiais e métodos da pesquisa, demonstrando a natureza, abordagem, metodologia, procedimentos metodológicos e os sujeitos da pesquisa. O capítulo quatro expõe o objeto de estudo de caso, com a descrição da instituição e dos equipamentos, focos do estudo, resultados e discussões. Finalmente no capítulo cinco traz as conclusões acerca da pesquisa desenvolvida e propõe sugestões para trabalhos futuros.
  16. 16. 16 2. DESENVOLVIMENTO 2.1 VIRTUALIZAÇÃO E MÁQUINAS VIRTUAIS De acordo com Tanenbaum (2010) a virtualização consiste em uma técnica de combinar ou dividir recursos de uma máquina para executar um ou mais sistemas, ocultando as características de hardware e como as aplicações utilizam estes recursos computacionais. Esta abstração consiste do provimento de um hardware virtual para cada um dos sistemas, também conhecido como máquina virtual (VM). Segundo a Microsoft (2012, p. 3): Virtualização é o ato de separar um recurso de computação de outros sem causar impacto na usabilidade desses recursos. Em vez de prender as várias camadas juntas - o sistema operacional (SO) ao hardware, a aplicação ao SO e a interface de usuário e dados à máquina local - tecnologias de virtualização aliviam a dependência direta que essas partes têm umas das outras. Desta forma a virtualização diminui a importância do sistema operacional em relação ao hardware, possibilitando a execução de sistemas operacionais e aplicativos, independente do hardware real que estão utilizando as VMs. A virtualização para muitos profissionais é algo novo e essencial em vários seguimentos da tecnologia da informação (TI), mas este termo não é tão recente quanto parece ser. Com a publicação do artigo Time Sharing Processing in Large fast Computers, por Christopher Strachey, na Conferência Internacional de Processamento de Informação no ano de 1959 em Nova York, pode-se dizer que surgiu a ideia da virtualização. Esta publicação tratou do uso da multiprogramação em tempo compartilhado estabelecendo assim um novo conceito na utilização dos computadores de grande porte (CORDEIRO, 2011, p. 8). De acordo com Favacho, Miranda e Oliveir. (2008), este conceito surgiu na década de 1960 através de pesquisas e descobertas da IBM (International Business
  17. 17. 17 Machines), com objetivo principal de melhor utilizar os supercomputadores (também conhecidos como mainframes), dividindo a capacidade e disponibilidade do hardware para vários usuários simultaneamente. Os altos custos dos equipamentos na época, a necessidade de realizar mais tarefas com os mesmos computadores e aproveitar a capacidade das máquinas, proporcionou o surgimento e advento da virtualização, que foi bem recebido pelas empresas e profissionais de TI, que sofriam com a pequena quantidade de computadores (FAVACHO; MIRANDA; OLIVEIRA, 2008). Morimoto (2007) relata que o primeiro computador digital eletrônico de grande escala, mais conhecido como ENIAC, surgiu na década de 1940 e foi desenvolvido pelo governo norte-americano. Visando a II Guerra Mundial para calcular a trajetória de mísseis, o ENIAC conseguia realizar milhares de cálculos de forma automática em apenas um segundo. Graças a evolução e surgimento de novas tecnologias, como o transistor e o circuito integrado, os computadores diminuíram bastante seu tamanho e custo, possibilitando com que as empresas conseguissem adquiri-los para realizar tarefas automatizadas (MORIMOTO, 2007). Mesmo com a diminuição dos preços dos computadores, ainda custava muito caro adquirir um computador, sendo privilégio de grandes empresas. No início da década de 1960 os EUA tinham cerca de 5000 computadores. No final da mesma década mais de 100.000 computadores já haviam sido adquiridos em todo o mundo (MORIMOTO, 2007). A virtualização que conhecemos hoje vem evoluindo desde a década de 1990, mas veio ganhar grande destaque no Século 21, tendo a VMware como pioneira no desenvolvimento de software de gerenciamento de hardware para arquitetura x86 (FAVACHO; MIRANDA; OLIVEIRA, 2008).
  18. 18. 18 Segundo Laureano (2006, p. 15) “[...] a utilização de máquinas virtuais está se tornando uma alternativa para vários sistemas de computação pelas vantagens em custos e portabilidade, inclusive em sistemas de segurança”. A Máquina Virtual (Virtual Machine – VM) se comporta como um hardware virtualizado com um sistema operacional (SO) também virtualizado. A VM é uma máquina totalmente abstrata, o seu uso possibilita que uma única máquina real possa se dividir em várias outras virtuais (CARMONA, 2008). Burger (2012) afirma que cada máquina virtual tem a capacidade de ter seu próprio sistema operacional (independente de qual SO esteja instalado na máquina real), executar aplicativos, gerenciar recursos, etc. A criação de máquinas virtuais reflete- se na diminuição na quantidade de computadores reais e aproveitamento máximo da máquina física. Com a capacidade de se comportar como máquinas reais frente aos programas e sistemas operacionais, é também uma alternativa para quem deseja fazer testes, sendo bastante utilizado por estudantes e profissionais que atuam na área de TI. O monitor de máquina virtual também pode ser chamado de hypervisor, VMM ou Virtual Machine Monitor. Localiza-se em uma camada de software entre o sistema visitante (virtual) e o hardware da máquina real, onde o sistema visitante é executado (TOSADORE, 2012). O hypervisor é responsável por criar um ambiente completo para que uma máquina virtual possa entrar em operação, compartilhando os recursos de hardware entre as VMs.Também é responsável por manter registros das atividades das máquinas virtuais. Para possibilitar a execução simultânea de várias VMs, O monitor de máquina virtual pode funcionar de três formas diferentes: Tipo 1, Tipo 2 e híbrido (POLLON, 2008). De acordo com Massalino (2010), o monitor de máquina virtual tipo 1 funciona de maneira semelhante a um sistema operacional, executando diretamente no
  19. 19. 19 hardware. Os sistemas operacionais virtualizados são executados em um nível acima do hypervisor. A figura 1 mostra um exemplo do hypervisor tipo 1. O monitor fica em uma camada acima do hardware e os SOs instalados nas duas VMs, estão sendo executados em uma camada acima do monitor, ou seja, não tem acesso ao hardware. Figura 1: Monitor de Máquina Virtual Tipo 1 Fonte: Laureano (2006) O tipo 2 funciona como um processo em um sistema operacional já existente, no terceiro nível acima do hardware, como mostrado na figura 2. O tipo 2 é semelhante ao tipo 1, sendo que o maior diferencial está no fato de que no tipo 2, o VMM não tem acesso direto ao hardware e sim através de um sistema operacional em uma camada abaixo (LAUREANO, 2006). Na figura 2 o sistema anfitrião tem acesso direto ao hardware, enquanto que o monitor funciona como um processo deste sistema operacional.
  20. 20. 20 Figura 2: Monitor de Máquina Virtual Tipo 2 Fonte: Laureano (2006) O Híbrido é uma solução que reúne características do Tipo 1 e características do Tipo 2, com o objetivo de fornecer uma virtualização com desempenho otimizado. A presença de um sistema operacional na máquina é obrigatória. A figura 3 retrata um exemplo de VMM híbrido. A máquina real possui um SO instalado e na mesma camada o monitor, no qual ambos têm acesso direto ao hardware. Neste caso, a VMM gerencia duas máquinas virtuais: convidado 1 e convidado 2. Figura 3: Monitor de Máquina Virtual Híbrido Fonte: Coelho, Calzavara, Lúcia (2008)
  21. 21. 21 2.2 APLICAÇÕES DE MÁQUINAS VIRTUAIS Em vários segmentos da computação a utilização de máquinas virtuais é uma realidade que traz muitas vantagens, principalmente quanto à centralização e consolidação de servidores, as otimizações de hardware e a segurança da informação (SILVA, 2007). Santana (2011) relata que pelo fato das máquinas virtuais serem arquivos armazenados no HD (hard disk ou disco rígido), em poucos segundos aplicações e serviços voltam a funcionar, ou sistemas inteiros podem ser replicados, restaurados ou transferidos para outra máquina através de cópias de segurança. Outro ponto importante é a realização de tarefas arriscadas, onde o sistema na VM não afeta o sistema na máquina real, tornando a realização destas tarefas bastante seguras (SANTANA, 2011; SILVA, 2007). Em servidores é onde mais se encontra a aplicação de máquinas virtuais. Uma única máquina pode prover diversos recursos disponíveis em vários sistemas operacionais diferentes. Desta forma é possível centralizar e melhor aproveitar a disponibilidade da máquina (SANTANA, 2011; SANTOS, 2005). Na figura 4, as máquinas reais foram substituídas por máquinas virtuais. Cada VM é uma máquina completa, com hardware próprio, SO e aplicativos instalados e funcionando concomitante às demais VMs, de forma segura e isolada. Os recursos de hardware do servidor (máquina real) é particionado e alocado para cada VM, de acordo com os requisitos de hardware de cada VM. Estes recursos podem ser modificados pelo administrador do servidor.
  22. 22. 22 Figura 4: Virtualização de Servidores Fonte: GUINUX (2010) É comum a substituição de várias máquinas, fornecendo vários serviços diferentes, serem substituídas por apenas um único servidor, como é mostrado na figura 4. Cada máquina virtual criada neste processo é um ambiente operacional completo, seguro e totalmente isolado como se fosse um computador independente. Com virtualização, um único servidor pode armazenar diversos sistemas operacionais em uso. Isto permite que um data center opere com muito mais agilidade e com um custo mais baixo (GUINUX, 2010, np). Um único servidor consegue substituir várias máquinas, fornecendo vários serviços diferentes, através da aplicação de máquinas virtuais. Segundo Carmona (2008, p. 23) “[...] computadores virtuais economizam a aquisição de periféricos físicos e necessitam ao mesmo tempo de menos espaço, energia elétrica e resfriamento”. Desta maneira, a empresa tem a possibilidade de aumentar a capacidade dos equipamentos, economizando espaço, energia e equipamentos. A alta disponibilidade é essencial para os servidores, pois várias aplicações necessitam que os serviços funcionem 24 horas por dia, ou seja, não parem, como aplicativos de bancos, servidores de e-mail, servidores web, banco de dados, etc. Em uma máquina real pode ter várias máquinas virtuais funcionando e se esta máquina real falhar, todas as virtuais pararão. A utilização de um hypervisor permite que cópias das VMs sejam realizadas e disponibilizadas em outra máquina real. Quando houver uma falha o hypervisor automaticamente reiniciará todas as máquinas virtuais na máquina real com os sistemas clonados, sem a necessidade de intervenção humana (SANTANA, 2011).
  23. 23. 23 Falhas de hardware, falhas de software, queda de energia, ataques mal- intencionados, etc, são problemas que podem parar os sistemas. A virtualização é um importante aliado para recuperação de desastres, que é fundamental para a continuidade de negócios e garante uma recuperação fácil e rápida dos dados e sistemas através de cópias de segurança (imagens virtuais) em outras máquinas reais, mesmo que estas estejam em locais diferentes. É considerado um procedimento moderno e caro (SANTANA, 2011; MICROSOFT, 2013). Uma outra forma de aplicação de máquinas virtuais é o cluster. Na clusterização um conjunto de computadores ou servidores (nós) tem a capacidade de trabalhar juntos, transparecendo ao usuário como se fossem apenas um, onde os seus nós são conectados através de uma rede local (UNICAMP, 2008). Cada um dos computadores conectados é chamado de nó. Se um nó cair, o sistema continua funcionando, aumentando a disponibilidade do servidor. Entre outros benefícios com a clusterização estão o aumento de desempenho, aumento do espaço de armazenamento, balanceamento de carga e melhor gerenciamento do servidor (UNICAMP, 2008). Os nós são classificados em slave e master. O nó master gerencia os nós slaves e tem a capacidade de utilizar os recursos disponíveis em todos os computadores a ele conectados. Um exemplo de cluster é o Beowulf, esquematizado na figura 5, no qual o servidor Beowulf é composto por sete máquinas, também chamadas de nós. O nó 1 é chamado de nó master e tem a função de gerenciar e aproveitar o processamento dos nós slaves. O usuário terá disponível o poder de processamento, espaço em disco e memória das sete máquinas, acessando apenas a máquina master.
  24. 24. 24 Figura 5: Cluster Beowulf Fonte: Unicamp (2008) Servidores do tipo Beowulf são bastante utilizados por Universidades em pesquisas exigem processamento de grande volume de dados, em áreas como: Biologia, Geologia, Computação, Agronomia, entre outras. Uma outra aplicação de virtualização comum em ambientes de TI é a virtualização de honeypot. O honeypot é bastante utilizada para testes e estudos de redes ou aplicações, para detectar e coibir vulnerabilidades. Tem a função de monitorar cyber-criminosos, registrando todos os seus passos em logs, que são acessados pelos administradores do sistema (PETER; SHILLER, 2008). De acordo com Silva (2007, p. 32), honeypot “[...] é um sistema ou aplicação que é colocado em uma rede de forma proposital para que seja comprometido ou atacado”. Ele funciona como um fantasma, sendo que qualquer comunicação com o servidor honeypot é considerado uma tentativa de ataque, ver figura 6. Estas informações são extremamente úteis para que os problemas descobertos sejam corrigidos, evitando outros ataques (SILVA, 2007). Na figura 6 apresentam-se dois tipos de tráfego vindo da rede externa: tráfego anônimo e tráfego normal. Quando é detectado o tráfego anônimo, este é automaticamente redirecionado para um servidor honeypot.
  25. 25. 25 Figura 6: Honeypot Fonte: Peter e Shiller (2008) 2.3 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO Para Carissimi (2008, p. 183), “A implementação de máquinas virtuais de sistema ou monitores de máquinas virtuais (VMM) pode ser obtida através de duas técnicas: virtualização total ou completa e a paravirtualização”. A virtualização total também conhecida por virtualização nativa ou completa, consiste em uma camada de software que emula todo o hardware de um computador. Na virtualização total o monitor de máquina virtual tem os objetivos de controlar o hardware, criar uma réplica de dispositivos de hardware (driver de cd, placa de som, placa de vídeo, placa USB, etc) de um computador e deixar disponível um ambiente capaz de rodar máquinas virtuais (FONSECA, 2010). A virtualização total [...] consiste em prover uma réplica (virtual) do hardware subjacente de tal forma que o sistema operacional e as aplicações podem executar como se tivessem executando diretamente sobre o hardware original (CARISSIMI, 2008, p. 183). Cada máquina virtual irá funcionar como se fosse real, transparecendo que cada VM estivesse rodando em uma máquina diferente. Neste momento a VMM tem um papel
  26. 26. 26 vital de evitar que uma VM prejudique outra VM ou até mesmo a máquina física (FONSECA, 2010). Para Carissimi (2008, p. 183), “A grande vantagem dessa abordagem é que o sistema operacional hóspede não precisa ser modificado para executar sobre a VMM”, deste modo o sistema operacional é executado normalmente, sem saber que está sendo executado em cima de um hypervisor, assim todas as instruções são testadas pelo hypervisor antes de chegarem ao hardware da máquina física (CARISSIMI, 2008). A figura 7 retrata as camadas deste tipo de virtualização, onde duas máquinas virtuais estão acima da camada do hypervisor, e esta acima do hardware. O monitor está em uma camada imediatamente superior ao hardware. Figura 7: Virtualização Total Fonte: Carissimi (2008) Tem a função de gerenciar o acesso das duas máquinas virtuais que estão funcionando na terceira camada. Qualquer acesso partindo das VMs ao hardware tem que passar pelo monitor. Neste método de virtualização, o hypervisor suporta a virtualização de uma quantidade elevada de VMs, mas poderá haver uma disputa de recursos da máquina
  27. 27. 27 real se houverem várias VMs em execução, podendo comprometer consideravelmente o desempenho (CARISSIMI, 2008). A paravirtualização é uma técnica de virtualização que utiliza uma camada de software para prover uma interface entre o hardware e os sistemas convidados, com um monitor de máquina virtual bem menos complexo do que é implementado na virtualização total (CARISSIMI, 2009). Para que haja um desempenho otimizado, é necessário que o kernel do SO virtualizado sofra alterações, comprometendo a portabilidade. Por outro lado, o sistema operacional, consegue acessar os recursos do hardware da máquina diretamente, para melhorar o desempenho (LAUREANO, 2006). A VMM fica responsável por monitorar o acesso, limitando alguns recursos que não podem ser acessados, resguardando assim a segurança e a correta operacionalidade da máquina real e das máquinas virtuais (NEVES, 2013). Na paravirtualização, o SO só chama a VMM se for executar uma instrução que possa alterar o estado do sistema, esta instrução também é conhecida por instrução sensível. Desta forma as instruções que não alteram o estado do sistema podem ser executadas diretamente, aumentando consideravelmente o desempenho da VM. Um bom exemplo são os dispositivos mouse e teclado, que tem permissão de acesso direto, sem a intervenção do monitor (FAVACHO; MIRANDA; OLIVEIRA, 2008). A paravirtualização [...] é uma abordagem alternativa que surge como forma de contornar as desvantagens da virtualização total. Nessa abordagem, o sistema hóspede é modificado para chamar a VMM sempre que for executada uma instrução ou ação considerada sensível. Dessa forma, o teste por instrução não é mais necessário. Além disso, na paravirtualização os dispositivos de hardware são acessados por drivers da própria VMM (CARISSIMI, 2009, p. 183). Na figura 8, apresenta-se o esquema da paravirtualização, onde a VMM fica localizada em uma camada intermediária entre o hardware e os SOs convidados, que tiveram o kernel modificado. Com esta modificação, o SO consegue ter acesso direto a alguns recursos de hardware, enquanto que outras instruções mais sensíveis tem que ser intermediadas pela VMM. A utilização de drivers da própria
  28. 28. 28 VMM permite um controle maior das instruções que podem ou não ter acesso direto ao hardware. Figura 8: Paravirtualização Fonte: Carissimi (2008) É importante frisar que, nesse modelo de virtualização, o sistema operacional convidado tem conhecimento de que está rodando sobre o VMM da máquina real, podendo haver uma interação entre os dois para obtenção de um maior desempenho, resultando em um rendimento de aproximadamente 95% da máquina real (FONSECA, 2010). 2.4 CATEGORIAS DE VIRTUALIZAÇÃO Existem várias categorias de virtualização, possibilitando a virtualização de diversos recursos diferentes. As categorias mais comuns são: sistema operacional, linguagem de programação, hardware, aplicação, apresentação, estação de trabalho e armazenamento. Apresentam-se, a seguir, as virtualizações de sistema operacional, linguagem de programação, hardware e estação de trabalho.
  29. 29. 29 2.4.1 Virtualização de Sistema Operacional Na virtualização de Sistema Operacional (SO), o SO é exportado completamente. Nesta categoria não é utilizado VMM, tudo é feito com uma imagem do sistema operacional. Na categoria nível de sistema operacional a camada de virtualização se insere entre o sistema operacional e as aplicações, essa camada é um mecanismo que permite a criação de partições lógicas em uma plataforma de maneira que cada partição seja vista como uma máquina isolada, mas que compartilha um mesmo sistema operacional (CORDEIRO, 2011, p. 11). Bastante recomendado em ambientes que se deseja executar o mesmo sistema operacional em várias máquinas (MATHEWS et al, 2008). A figura 9 mostra a arquitetura da virtualização de sistema operacional. Na figura 9, o SO virtualizado é executado em uma máquina virtual. A VM roda em uma camada acima do SO instalado na máquina real, podendo ser qualquer SO, independente de qual esteja instalado na VM. Figura 9: Virtualização do Sistema Operacional Fonte: Laureano (2006)
  30. 30. 30 2.4.2 Virtualização de Linguagem de Programação Alguns programas necessitam de uma máquina virtual específica para serem executados. O Java é um exemplo desta forma de virtualização, sendo necessário para executar qualquer aplicação desenvolvida com a linguagem de programação Java. Pode também fornecer para os programadores um ambiente para desenvolvimento, com a possibilidade de testes, verificação de compatibilidade, etc (CORDEIRO, 2011; LAUREANO, 2006). A figura 10 demonstra este tipo de virtualização, onde a aplicação desenvolvida em uma determinada linguagem é executada dentro da máquina virtual, independentemente de qual SO esteja rodando a VM. Figura 10: Virtualização de Linguagem de Programação Fonte: Laureano (2006) Para Tanenbaum (2003), a linguagem de programação Java foi inventada juntamente com a máquina virtual para rodá-la, também chamada de JVM (Java Virtual Machine). Deste modo os aplicativos feitos em Java podem ser executados em qualquer máquina que tenha a JVM instalada, independente de sistema operacional.
  31. 31. 31 Para Cordeiro (2011, p. 11), Na categoria nível de linguagem de programação, a camada de virtualização é um programa de aplicação do sistema operacional e tem como objetivo definir uma máquina abstrata onde é executada uma aplicação desenvolvida em uma linguagem de alto nível específica. A figura 11 explicita como a JVM funciona, ela é executada como uma aplicação, em um sistema operacional, e o aplicativo compilado (byte code) escrito em Java, que tem a extensão class, é executado na JVM, sem interferência do sistema operacional. Figura 11: Arquitetura da Virtualização Java Fonte: Java Sample Examples Assim os sistemas operacionais Windows, Linux e Mac, com a JVM instalada e rodando, conseguem executar o aplicativo java (byte code) perfeitamente, garantindo a portabilidade da linguagem e dos aplicativos escritos em java. 2.4.3 Virtualização de Hardware
  32. 32. 32 De acordo com Laureano (2009), é a capacidade de vários sistemas operacionais diferentes usarem o mesmo hardware (processador, memória, disco, etc) ao mesmo tempo, através de VMs. Foi fortemente adotado na década de 1960 e atualmente teve uma forte influência e estudo pela empresa VMWare. A categoria nível de hardware tem a camada de virtualização posta diretamente sobre a máquina física, esta camada apresenta às camadas superiores um hardware abstrato parecido com o original, este tipo corresponde a definição original de máquinas virtuais dos anos 60 (CORDEIRO, 2011, p. 11). A figura 12 retrata bem cada uma das camadas desta forma de virtualização em uma hierarquia de cinco camadas. Figura 12: Virtualização de Hardware Fonte: Laureano (2006) As duas primeiras camadas pertencem à máquina real. Na primeira camada estão os recursos de hardware da máquina real. Na segunda camada está o sistema operacional. Nas camadas seguintes referem-se à virtualização. A máquina virtual se encontra na terceira camada, contendo seus dispositivos de hardware na quarta camada. O sistema operacional da VM é instalado na quinta camada, com suas aplicações na última camada da hierarquia.
  33. 33. 33 2.4.4 Virtualização de Estação de Trabalho Disponibiliza um hardware semelhante ao da máquina real às máquinas virtuais, possibilitando utilizar o mesmo hardware em vários sistemas operacionais diferentes. Segundo Brumate (2010), a virtualização de estação de trabalho é voltado para criação de máquinas virtuais de testes, com a finalidade de estudos ou até mesmo para rodar aplicativos incompatíveis com o sistema operacional da máquina real. A máquina virtual trabalha de forma isolada em relação ao sistema da máquina real. No mercado as soluções mais conhecidas são: Microsoft Virtual PC e o Virtualbox (Oracle). A figura 13 exemplifica esta categoria de virtualização. Figura 13: Virtualização de Estação de Trabalho Fonte: Microsoft (2009) De acordo com a Microsoft (2012), a virtualização de estações de trabalho é o ato de separar as diferentes camadas de computação e armazenar algumas ou todas elas em um datacenter, ver figura 14.
  34. 34. 34 Figura 14: Camadas de Computação sem virtualização e com virtualização Fonte: Microsoft (2012) Portanto, a virtualização de estações de trabalho acarreta em uma redução de custos com a aquisição e manutenção de máquinas, facilitando o gerenciamento e recuperação dos computadores. Várias formas de virtualização de estação de trabalho podem ajudar as organizações a satisfazer as necessidades de mobilidade e flexibilidade de seus usuários, enquanto aliviam a pressão sobre os departamentos de TI para gerenciar custos, segurança e conformidade. Além disso, a virtualização de estações de trabalho pode permitir um gerenciamento centralizado mais dinâmico pela separação dos elementos da plataforma tradicional de computação de estações de trabalho (MICROSOFT, 2012, p. 1). 2.4.5 Virtualização de Armazenamento A ascensão da computação e o surgimento da internet fez com que a quantidade de informação aumentasse exorbitantemente, necessitando de espaços físicos e lógicos cada vez maiores e demandando custos altíssimos de criação e manutenção de novos datacenters (XAVIER, 2010). O aumento da capacidade de armazenamento utilizando o mesmo espaço físico é a solução ideal para diminuir os datacenters. A virtualização de disco, também conhecida por virtualização de
  35. 35. 35 storage, permite uma maior disponibilidade e melhor gerenciamento do armazenamento das informações mantidas pelos servidores. Esta forma de virtualização, também permite a utilização de vários dispositivos de armazenamentos reais, independente de fabricantes, para um armazenamento centralizado, abstraindo para o usuário o local onde as informações estão armazenadas. Os discos reais podem ser compartilhados em vários servidores e terem um gerenciamento centralizado do armazenamento lógico dos discos, facilitando o trabalho dos gerentes de TI (MICROSOFT, 2009). A figura 15 é um exemplo de uso de virtualização de storages, as máquinas tem acesso aos HDs como se fossem únicos e locais, mas na verdade estão acessado remotamente e os arquivos podem ser armazenados em vários HDs simultaneamente. Figura 15: Esquema de Virtualização de Armazenamento Fonte: Faustino (2010) A Next Generation Center (2013) afirma que no passado as empresas sofriam por falta de interoperabilidade entre as aplicações, que utilizavam softwares de fabricantes diferentes e, às vezes, proprietários, tendo a virtualização como solução para integrá-los.
  36. 36. 36 A integração permite que a empresa possa utilizar discos de fabricantes diferentes, gerando uma economia na implementação deste recurso. A virtualização de storage, por exemplo, garante que todos os discos, até então incomunicáveis, possam fazer parte de um único sistema de armazenamento. Dessa forma, a corporação consegue gerenciar de maneira simples os dados armazenados. Além dessas facilidades, a modernização dos recursos para armazenamento possibilitou uma economia considerável para os usuários que agora têm como utilizar os discos para todas as aplicações, com livre escolha de fabricantes (NEXT GENERATION CENTER, 2013, p. 2). 2.5 AMBIENTE DE VIRTUALIZAÇÃO XEN O Xen é um monitor de máquina virtual open-source, baseado na Licença Pública Geral (General Public License – GPL) para arquiteturas de 32 ou 64 bits (suporta processadores x86, x86-64, IA-32, IA-64 e PowerPC) (MASSALINO, 2012; SILVA, 2007). Segundo Coelho; Calzavara; Lúcia (2008, n.p.) “Originalmente o Xen foi desenvolvido com o objetivo de implementar a técnica de paravirtualização”, ou seja, era voltado aos sistemas operacionais de código fonte aberto, limitando a sua abrangência, sem suporte aos sistemas operacionais de código fonte fechado. Para ampliar o seu público-alvo, o Xen a partir da versão 3, contava com suporte à virtualização completa, podendo executar sistemas operacionais fechados como o Windows (COELHO; CALZAVARA; LÚCIA, 2008). Para Santos; Charão (2008, p.1): A ferramenta Xen é uma das soluções mais populares e oferece duas abordagens distintas de virtualização, que exigem modificações no núcleo do sistema hospedado (paravirtualização) ou recriam em software toda a estrutura de hardware (virtualização total, do inglês full virtualization).
  37. 37. 37 Santos (2011, p. 19) afirma que “O Xen pode ser aplicado nos mais diversos ambientes, tendo como principais cenários de uso a consolidação de servidores, o suporte a aplicações legadas e a computação em cluster”. O Xen pode ser utilizado em diversos segmentos, sendo uma excelente solução quando há necessidade de virtualização de SO. 2.5.1 HISTÓRICO DO XEN O Xen foi originado a partir de um projeto de pesquisa do Grupo de Pesquisa de Sistemas (Systems Research Group) no Laboratório de Computação da Universidade de Cambridge, tendo como base o XenoServer, que foi desenvolvido pelo Conselho de Pesquisas dos Engenheiros e Cientistas de Física do Reino Unido (MASSALINO, 2012; SANTOS, 2011). O propósito era criar o Xen para ser o núcleo do XenoServer, onde seria possível hospedar vários sistemas operacionais num único servidor (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010). A comunidade acadêmica bastante interessada pelo Xen. Ao passar do tempo aumentou significativamente a quantidade de colaboradores, trazendo diversas melhorias e atualizações, tornando-o cada vez mais confiável, com mais funções e melhor desempenho. Para aumentar a demanda em pesquisas e aperfeiçoamento do Xen, é criada a empresa XenSource no ano de 2004. No final do mesmo ano, a versão 2.0 é lançada, com destaque na grande eficiência nas configurações de dispositivos virtuais de entrada/saída, dos SOs das máquinas virtuais (BRUMATE, 2010). O objetivo do projeto foi prover uma infraestrutura publica a nível global e acessível para propósitos de computação distribuída, com uma dedicação especial para pesquisas de sistemas, e liderados pelo pesquisador sênior Ian Pratt, o projeto produziu o hypervisor Xen como uma tecnologia de núcleo. O Xen foi liberado para o público utilizando uma abordagem de dois passos: Primeiramente, Ian Pratt, juntamente com outros colaboradores liberaram um ensaio intitulado “Xen and the Art of Virtualization” [...]Ao
  38. 38. 38 mesmo tempo, a versão 1.0 tornou-se disponível para download. Desde então, Xen cresceu e tornou-se maduro, sendo peça-chave em muitas implementações (MASSALINO, 2012, p. 53). Segundo Buytaert et al (2007), a empresa XenSource está à frente do desenvolvimento do Xen na comunidade open-source, dedicando-se para que a comunidade continue crescendo e os desenvolvedores (da comunidade e da empresa) continuem contribuindo com o melhoramento do Xen. No ano de 2007, a XenSource foi comprada pela empresa Citrix Systems Inc. pelo valor de 500 milhões de dólares, que mantém o desenvolvimento do projeto de código-aberto do Xen e comercializa uma versão paga (COELHO; CALZAVARA; LÚCIA, 2008). No mesmo ano foi lançada a versão 3.1 do software, com diversas funcionalidades como a XenAPI, que é uma interface de programação para comandos Xen (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010). Em 7 de abril de 2010 foi lançado a versão 4.0 do Xen, com suporte a comandos básicos e ferramentas de gerenciamento. Nesta versão pode ser utilizado qualquer distribuição Linux e serem adicionadas ferramentas de terceiros (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010). 2.5.2 HYPERVISOR E DOMÍNIOS DO XEN Na virtualização através do Xen, dois conceitos são considerados essenciais para entender como ele funciona: domínio e hypervisor. Os domínios são as máquinas virtuais e podem ser de dois tipos: privilegiadas (domínio 0 ou Dom0) e não- privilegiadas (domínio U ou DomU). O hypervisor tem a responsabilidade de controlar os recursos de comunicação, de memória e de processamento dos domínios, ou seja, as máquinas virtuais (CARISSIMI, 2008; MATTOS, 2008). Com a localização entre os domínios hóspedes e o hardware físico, o hypervisor fornece aos hóspedes uma interface de hardware virtual, conforme a figura 16.
  39. 39. 39 Ainda de acordo com a figura 16, é retratado como o Hypervisor Xen trabalha, propiciando aos sistemas hóspedes um ambiente com todos os requisitos de hardware, mas não transparecendo que a máquina seja virtual. Para garantir esta falsa impressão, o hypervisor monitora e gerencia as requisições de hardware dos sistemas hóspedes, fornecendo dispositivos virtuais (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS; 2010). Figura 16: Acesso aos Recursos de Hardware através do Hypervisor Xen Fonte: Cardozo, Ferreira e Santos (2010) Segundo Xavier (2008), para que o hypervisor acesse os dispositivos de hardware, é necessário ter drivers adequados, provenientes da primeira máquina virtual criada (VM0). A VM0 tem capacidade de acessar diretamente os dispositivos de hardware da máquina real. Qualquer DomU que quiser utilizar recursos de memória ou do processador do sistema físico deve se comunicar diretamente com o hypervisor, pois ele é o responsável por controlar estes recursos. Os outros dispositivos de hardware podem ser acessados pelos DomUs através dos drivers do Dom0, assim os DomUs não precisam de drivers específicos. Esta arquitetura faz com seja disponibilizado aos DomUs todos os dispositivos de hardware que são compatíveis com o Dom0, independente de qual sistema operacional estejam utilizando, ver figura 17.
  40. 40. 40 Figura 17: Esquema da Arquitetura do Xen Fonte: Linux for Cynics (2013) A centralização de drivers no Dom0 diminui a incompatibilidade que há entre os sistemas operacionais, facilitando a virtualização de máquinas virtuais com SOs diferentes (SANTOS, 2011). A figura 18 mostra um exemplo de aplicação do Xen com três máquinas virtuais. As máquinas virtuais tem acesso à memória e processador através do hypervisor, que fica na camada acima da camada de hardware físico. A máquina virtual 0 (Dom0) está com o sistema operacional Linux instalado e tem os drivers necessários para acessar os outros recursos da máquina real (outros dispositivos de hardware). Os DomUs acessam os outros recursos de hardware através da Dom0, independente de qual sistema operacional esteja instalado. Várias distribuições Linux já possuem suporte nativo ao Xen, facilitando assim o processo de instalação e implantação, necessitando instalar os pacotes necessários para o Xen serem executados (SANTOS, 2011; XAVIER, 2010).
  41. 41. 41 Figura 18: Hypervisor Xen Fonte: Laureano (2008) O Hypervisor Xen tem como características segundo Carissimi (2008) e Fonseca (2010):  Uma parte dos recursos de cada dispositivo de hardware é fornecido para cada um dos hóspedes, assim nenhuma máquina hóspede não tem acesso à potência total da máquina real.  Aos hóspedes, é mostrado dispositivos genéricos e não o hardware original da máquina física. Isto facilita na instalação e configuração dos dispositvos na máquina hóspede.  Para facilitar a virtualização da estrutura física, o Xen fornece uma versão mais simples para os sistemas operacionais hóspedes. Os sistemas operacionais contém privilégios e restrições, com o objetivo de proteger a execução dos aplicativos. Na arquitetura x86 tem quatro níveis de privilégio, onde o nível 0 é o de maior privilégio, enquanto que o 3 é o de menor. O hypervisor Xen é executado no nível zero, ou seja, um nível maior do que o sistema operacional do hóspede, que trabalha no nível 1. Este alto privilégio garante a virtualização dos componentes de hardware pelo Xen (CARISSIMI, 2008).
  42. 42. 42 2.5.3 DAEMON XEND O Daemon Xend é um processo especial, que tem a finalidade de executar algumas tarefas de gerenciamento através de comandos, como: iniciar, parar, pausar, criar, remover e gerenciar os dispositivos dos sistemas hóspedes (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010). O Xend está localizado em /etc/xen/xen-config.sxp e é considerado uma parte crítica do Xen. O xend é na verdade um aplicativo python e tem os seguintes comandos (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010):  Start – Iniciar o xend, se não estiver sendo executado. Ex.: root@dom0# xend start  Stop – Tem a função de parar o xend, se estiver em execução. Ex.: root@dom0# xend stop  Restart – Usado para reiniciar o xend. Quando são feitas modificações no arquivo de configuração é aconselhável utilizá-lo. Em casos que o xend está travado, o uso deste comando fará com que ele reinicie. Ex.: root@dom0# xend restart  Status – Informações sobre o estado do xend em um determinado momento de execução. Ex.: root@dom0# xend status O xend mantém dois arquivos de log para registrar quaisquer informações sobre a execução dele, facilitando a identificação de problemas do Xen. Os arquivos de log do xend são: /var/log/xend.log e /var/log/xen/xend.log. Estes arquivos podem armazenar uma grande quantidade de informação, mas quando crescem muito, o sistema gera outros arquivos, ex: xend.log.1, xend.log.2 (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS; 2010). .
  43. 43. 43 2.5.4 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO DO XEN O Xen tem suporte nos dois tipos de virtualização: virtualização completa e paravirtualização. Tem como principal objetivo de trabalhar em qualquer um dos tipos, mas sem precisar modificar o sistema operacional do hospedeiro (BRUMATE, 2010). A virtualização mais usada é do tipo completa (bare-metal), onde vários tipos de sistemas operacionais podem ser executados em um mesmo computador simultaneamente, proporcionando às máquinas virtuais um desempenho similar ao da máquina real (MASSALINO, 2012; SILVA, 2007). Inicialmente o Xen foi desenvolvido voltado à paravirtualização, com suporte a sistemas operacionais que pudessem ser modificados. Este entrave acabou limitando a abrangência do hypervisor à implementações com sistemas operacionais de código-fonte aberto (COELHO; CALZAVARA; LÚCIA, 2008). Nesta implementação o sistema operacional da máquina virtual tem disponível uma cópia do hardware da máquina hospedeira, com dispositivos genéricos. Para a virtualização completa do Xen é necessário que a máquina real possua um processador com a extensão que implementa a virtualização assistida por hardware (SANTOS, 2011). Para Coelho, Calzavara e Lúcia (2008, n.p.), este tipo de virtualização “[...] só foi possível após a Intel e a AMD lançarem suas arquiteturas com suporte para virtualização”, ficando disponível a partir da versão 3 do Xen. Nos processadores da Intel é necessário que ele tenha suporte à Intel Virtualization Technology (IVT), já nos processadores da AMD é necessário ter suporte à AMD Virtualization (AMD-V) (SANTOS, 2011).
  44. 44. 44 2.5.5 REQUISITOS DE HARDWARE Para que o Xen possa ser executado sem problemas, é necessário requisitos mínimos de hardware. A seguir comentários sobre os requisitos de: processador, disco rígido, interface de rede e memória RAM. O Xen é compatível com vários tipos de processadores, abaixo a descrição de alguns deles na visão de Cardozo, Ferreira e Santos( 2010).  x86 – Refere-se aos processadores da Intel de 32 bits.  IA64 – Processador desenvolvido pela Intel e HP para plataformas SMP de 64 bits. Tem suporte a até 16TB de RAM.  x86_64 – Processadores da Intel com suporte a 64 bits.  PowerPC – Processadores com arquitetura RISC. Esta arquitetura é comumente adotada por videogames. Para Cardozo, Ferreira e Santos (2010) a melhor arquitetura de processador é a x86, produzidos pelas empresas Intel e AMD. Para ter uma virtualização mais eficiente é necessário que o processador tenha suporte às tecnologias de virtualização IVT (Intel) ou AMD-V (AMD). Por causa da baixa velocidade dos discos rígidos, é fundamental que os discos estejam instalados localmente na máquina que está instalado o Xen. Também é importante que os discos proporcionem altas taxas de RPM e tempo de latência baixo, como os HDs SATA e SCSI (CARDOZO, 2010). Os discos SSD que proporcionam um desempenho bem superior aos discos rígidos magnéticos, mas ainda é uma tecnologia muito cara, sendo uma excelente solução para sistemas que necessitam de muitos acessos aos discos e ocupem pouco espaço de armazenamento. É aconselhável que o servidor disponha de uma placa com um bom desempenho. Placas com velocidade de pelo menos 100 Mbps (Fast Ethernet) ou 1 Mbps (Gigabit
  45. 45. 45 Ethernet) são recomendáveis para manter o fluxo de informações com altas taxas de dados e sem gargalo na rede. Para garantir que a interface irá funcionar corretamente é necessário que tenha os drivers necessários no Dom0 (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010). Um dos maiores problemas para fazer virtualização é a quantidade de memória RAM da máquina física disponível para as máquinas virtuais. Implementações com VMs somente Linux ou SOs baseados no Unix, são mais leves e necessitam de menos memória RAM. Em implementações heterogêneas, com VMs utilizando Linux ou Windows, são mais pesadas e, portanto, é exigido mais memória RAM (CARDOZO; FERREIRA; SANTOS, 2010). Para evitar lentidões e prover serviços de qualidade, é preciso estipular a quantidade de memória RAM através de um estudo das necessidades de cada sistema operacional e serviços das VMs. A seguir são listados os passos a serem seguidos para levantar os requisitos de memória RAM do servidor com o Xen instalado (CARDOZO; FERREIRA e SANTOS, 2010). 1. Quantidade de VMs instaladas 2. Identificar a quantidade mínima de memória RAM para cada sistema operacional, de acordo com o fabricante 3. A memória disponível para cada máquina virtual é a quantidade mínima multiplicado por 2 4. Realizar o somatório da quantidade de RAM necessário para cada VM 5. A quantidade de memória RAM da máquina com o Xen é igual ao somatório com um acréscimo de 25%, necessário para o gerenciamento das VMs e futuras criações de sistemas hóspedes A partir da versão 3, o XEN tem suporte ao PAE, possibilitando aos sistemas com arquitetura x86 de 32 bits o gerenciamento de até 64 GB de memória RAM. Já o Xen para versões de 64 bits da arquitetura x86, suporta até 1 TB de RAM.
  46. 46. 46 3. MATERIAIS E MÉTODOS Este trabalho foi realizado a partir de uma pesquisa de natureza aplicada, com a motivação de gerar conhecimento em busca de soluções para “resolver problemas ou necessidades concretas e imediatas” (APPOLINÁRIO, 2004, p. 152). A abordagem da pesquisa é do tipo quali-quantitativa, com a obtenção de dados através de coleta de dados por questionário, entrevistas, observação e análise de gráficos, utilização de métricas para dimensionar os dados, contextualizando os fenônemos em questão. Desta maneira possibilita classificar e analisar opiniões e informações obtidas nos resultados (SILVA, 2001). Em relação aos seus objetivos, é do tipo exploratória-descritiva, com levantamento bibliográfico, entrevistas com pessoas com envolvimento com o problema pesquisado, estudo de caso com levantamento de dados através de questionários, testes e observação direta (GIL, 1991). Quanto ao procedimento técnico, a pesquisa foi conduzida a partir de um estudo de caso, envolvendo um estudo profundo do assunto, permitindo um amplo e detalhado conhecimento. (GIL, 1991). O estudo de caso foi realizado no IFCE Campus Tianguá, localizado na cidade de Tianguá, estado do Ceará. A pesquisa foi concentrada no setor de TI do Campus. Foram abordados os aparelhos e sistemas utilizados para gerenciar a rede e os aplicativos usados por servidores, professores e alunos do Campus. Foi desenvolvido um questionário, disponível no Apêndice A, visando uma coleta de dados sobre a rede do Campus e o conhecimento dos participantes acerca da virtualização. As questões do questionário eram todas objetivas. De acordo com Moresi (2003, p. 8), a pesquisa quantitativa “considera que tudo pode ser quantificável, o que significa traduzir em números opiniões e informações
  47. 47. 47 para classificá-las e analisá-las”. No caso da pesquisa qualitativa Moresi (2003) afirma que existe um vínculo entreo o mundo objetivo e a a subjetividade do sujeito e que não há como representar em números, levando o pesquisador a analisar os dados indutivamente. A forma escolhida para tabular, computar e analisar os dados coletados pelo questionário e observação é a quali-quantitativa. Os sujeitos da pesquisa foram os alunos, professores e técnicos administrativos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE) Campus Tianguá, localizado na cidade de Tianguá. Para os alunos e servidores do Campus responderem o questionário, era necessário ter cumprido um período mínimo1 exigido. Os alunos que participaram da pesquisa estão cursando os Cursos Técnico em Agricultura, Técnico em Informática e Licenciatura em Física. Para poder participar da pesquisa, era necessário o aluno estar devidamente matriculado e cursando pelo menos o 2º semestre. No caso dos professores e técnicos administrativos, para responder o questionário deveriam estar trabalhando no Campus há pelo menos dois meses, em novembro de 2013. Só foram consultados os servidores efetivos2 . A Tabela 1, demonstra a quantidade de indivíduos em cada faixa (aluno, professor ou técnico administrativo) e a quantidade de participantes que responderam o questionário. Tabela 1: Quantidade de pessoas no Campus e participantes da pesquisa Quantidade de pessoas no Campus e participantes da pesquisa Indívíduos No Campus Participantes Participantes % Aluno 235 66 28% Professor 23 12 52% Técnico Administrativo 16 9 56% Fonte: Setor Acadêmico (2013) 1 A exigência do período mínimo foi necessária para poder comparar a rede antes e depois da mudança no servidor onde foi instalada a ferramenta de virtualização Xen 2 Não havia servidores temporários com o período mínimo exigido
  48. 48. 48 De maneira geral, responderam o questionário oitenta e sete pessoas, sendo 76% dos participantes eram alunos, 14% professores e 10% técnicos administrativo, ver figura 19. Figura 19: Perfil dos Participantes que responderam o Questionário Fonte: Próprio Autor (2013) Com o propósito de deixar mais imparcial a pesquisa, procurou-se preservar a identidade dos participantes. O Setor de TI, conta com dois servidores administrativos (um Técnico em Informática e um Analista de Sistemas) e dois estagiários (Curso Técnico em Informática). Para a coleta de dados sobre o sistema virtualizado, foram consultados apenas os dois servidores técnicos administrativo que trabalham na TI. 76% 14% 10% Perfil dos Participantes do Questionário Aluno Professor Técnico Administrativo
  49. 49. 49 4. ESTUDO DE CASO Para Moresi (2003), o estudo de caso é uma investigação detalhada, com a preocupação de verificar e analisar a interação entre fatores e eventos. O pesquisador terá a função de investigar os fenômenos à medida que ocorrem, sem a sua interferência, para poder compreendê-los e desenvolver teorias acerca dos fenômenos em questão. Foi realizado um estudo de caso, através da observação do uso dos equipamentos computacionais e da virtualização dos sistemas utilizados pelo setor de TI, acompanhamento do controle e manutenção do servidor que contém as máquinas virtuais, e aplicação de um questionário aos alunos e servidores (professores e técnicos administrativo) visando a obtenção de informações mais precisas das experiências, e compreender o impacto da virtualização e importância do seu uso. O estudo realizou-se no período de 25 de setembro de 2013 a 13 de dezembro de 2013, no IFCE Campus Tianguá. 4.1 INSTITUTO FEDERAL DO CEARÁ O IFCE é uma autarquia federal, foi criado no dia 29 de dezembro de 2008, pela Lei nº 11.982. Tem como raiz a Escola de Aprendizes Artifíces, criada pelo Decreto nº 7566, de 23 de setembro de 1909. Sua primordial função é produzir, disseminar e aplicar o “conhecimento tecnológico e acadêmico para formação cidadã, por meio do Ensino, da Pesquisa e da Extensão, contribuindo para o progresso socioeconômico local, regional e nacional” (IFCE, 2013). Hoje o Instituto Federal do Ceará tem 23 Campi, distribuídas em todas as regiões do Estado, localizados nos municípios de Acaraú, Aracati, Baturité, Camocim, Canindé,
  50. 50. 50 Caucaia, Cedro, Crateús, Crato, Fortaleza, Iguatu, Jaguaribe, Juazeiro do Norte, Limoeiro do Norte, Maracanaú, Morada Nova, Quixadá, Sobral, Tabuleiro do Norte, Tauá, Tianguá, Ubajara e Umirim. O Campus de Tianguá, ver figura 20, foi inaugurado em 24 de julho de 2010 e atualmente oferece os Cursos: Técnico em Agricultura, Técnico em Informática e Licenciatura em Física. Figura 20: Frente do IFCE Campus Tianguá Fonte: IFCE (2013) Em uma área construída de 1595 m2 , contém a seguinte infraestrutura (IFCE, 2013):  04 salas de aula  06 laboratórios (software, hardware, física, química, biologia e vocacional)  Almoxarifado  Área administrativa  Auditório  Biblioteca  Dependências  Diretoria  Estacionamento  Recepção  Sala de TI  Sala de vídeoconferência  Sala dos professores  Secretaria
  51. 51. 51 4.2 IDENTIFICAÇÃO DO SERVIDOR A máquina escolhida para estudo, tem a função de gerenciar a rede e os aplicativos. Ela tem as seguintes configurações:  Marca: HP  Modelo: Poliant ML350p Gen8  Processador: 1 x Intel(R) Xeon(R) CPU ES-2620 2.0GHz  Núcleos de Processamento: 12  Memória RAM: 16 GB DDR3  Disco Rígido: 1 x HD de 500 GB A ferramenta de virtualização utilizada foi o XenServer 6.1.0 da Citrix Systems, Inc. De acordo com Santos (2011), o XenServer suporta os dois tipos de virtualização: a paravirtualização e a virtualização total. O XenServer tem uma interface de gerenciamento, que deve ser acessada em uma outra máquina na rede ou pela internet, chamada de XenCenter, disponível para os sistemas operacionais Windows e Linux. Após a instalação do XenCenter, é necessário fazer a conexão com o servidor (com o XenServer instalado), sendo necessário o endereço IP, login e senha do servidor. A figura 21 mostra o XenCenter em execução, acessando o servidor em estudo através da rede. O XenCenter está instalado em uma outra máquina real com o Sistema Operacional Windows 7.
  52. 52. 52 Figura 21: XenCenter acessando o Servidor Fonte: Do Autor (2013) Para a instalação e implantação da solução foi escolhido o modo de paravirtualização, visando a performance e melhor utilização da capacidade da máquina. Para prover de uma forma mais eficiente e independente os recursos e serviços, foram virtualizadas três máquinas com os sistemas operacionais Linux e pfSense. Em duas.máquinas virtuais foi instalado o SO Linux, uma VM rodando a distribuição Debian 7 e a outra VM rodando a distribuição Ubuntu 12.04. Na terceira máquina virtual foi instalado o pfSense 2.1, que é baseado no Unix FreeBSD 8.3. 4.2.1 Máquinas Virtuais no Servidor A máquina virtual com o pfSense, tem a função de gerenciar a rede e internet do Campus com os serviços de Proxy, DNS, DHCP, controle de banda, entre outros. A figura 22 mostra o pfSense virtualizado em execução, sendo acessado pelo navegador em outra máquina através da internet.
  53. 53. 53 Figura 22: pfSense em execução Fonte: O próprio Autor (2013) A VM com o Debian 7 é utilizado o Samba, que tem a função de gerenciar os arquivos utilizados pelo setor de TI para suporte e manutenção dos computadores do Campus e gerencia contas de usuários para os professores disponibilizarem arquivos que podem ser acessados pelos alunos na rede interna ou pela internet. A máquina virtual com o SO Ubuntu 12.04 disponibiliza serviços web através de um servidor Apache, SGBD MySQL e PHP para rodar 2 sistemas web que foram desenvolvidos no próprio campus, com a linguagem de programação PHP: Sistema de Ordem de Serviço e o Sistema de Almoxarifado. 4.2.2 Configuração das Máquinas Virtuais Os servidores públicos responsáveis pelo setor de TI do Campus relataram que a configuração para cada VM foi obtida através de um estudo e observação do que
  54. 54. 54 cada máquina precisa para rodar os serviços, sem deixar gargalo ou muitos recursos ociosos. A tabela 2 mostra uma relação da configuração de hardware das máquinas virtuais, clasificado de acordo com a maior importância e impacto no desempenho de cada máquina virtual rodando no servidor. Tabela 2: Configuração de Hardware de cada Máquina Virtual criada no Servidor Configuração de Hardware das Máquinas Virtuais Sistema Operacional VCPUs Memória RAM Disco Rígido pfSense 4.1 3 3072 MB 25 GB Debian 7 2 2048 MB 200 GB Ubuntu 12.04 2 2048 MB 15 GB TOTAL 7 7168 MB 240 GB Fonte: Equipe de TI (2013) A tabela 3 mostra a comparação entre os recursos de hardware disponíveis para as máquinas virtuais com a configuração de hardware da máquina real. Também é mostrado os recursos que não são alocados para as VMs, podendo ser utilizada pelo XenServer ou como reserva para futuras expansões de configurações das atuais máquinas virtuais ou criação de novas. Tabela 3: Comparativo entre as configurações de hardware da máquina real (servidor) com as configurações reservadas às máquinas virtuais Configuração de Hardware das Máquinas Virtuais Máquina VCPUs Memória RAM Disco Rígido Servidor (real) 12 16349 MB 457,7 GB VMs 7 7168 MB 240,0 GB Não utilizado 5 9181 MB 217,7 GB Fonte: Equipe de TI e Autor (2013) 4.2.3 Implantação do Servidor e das VMs Para a equipe de TI, a instalação do XenServer no servidor foi relativamente fácil e rápida, levando alguns minutos para concluí-la, com perguntas básicas de instalação. Após o término da instalação é necessário reiniciar a máquina e realizar algumas configurações iniciais, como atribuir um endereço de IP, senha, nome do servidor, entre outros.
  55. 55. 55 Com a finalização das configurações, o XenServer já pode ser gerenciado através de uma outra máquina pelo XenCenter, através da rede local ou pela internet, necessitando apenas do número IP do servidor, login e usuário. As máquinas virtuais foram criadas e configuradas através do XenCenter, seguindo o hardware definido no planejamento do Servidor. No XenCenter para criá-las basta clicar com o botão direito do mouse sobre o servidor físico que se deseja criar uma nova VM e então clicar na opção New VM. 4.3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os dados obtidos durante o estudo de caso, através do questionário, observação e contato com os servidores técnicos administrativoforam tabulados, realizados análises e conclusões, pertinentes neste trabalho. 4.3.1 Análise do servidor Para estudo do gerenciamento e desempenho das máquinas virtuais e da máquina real, foi realizado um monitoramento em tempo real, através do XenCenter. A figura 23 mostra o XenServer em execução pelo XenCenter, com dados sobre o uso de alguns recursos de hardware por parte do servidor e suas VMs. A máquina virtual Zentyal foi desativada e em substituição dos seus serviços, foi criado e implementado a VM pfSense, portanto a VM Zentyal não entrará no estudo. Em relação ao processador, o hospedeiro está com 18% em uso da capacidade total das suas doze CPUs. O Debian 7 está com 0% de uso dos seus recursos, que é o
  56. 56. 56 mesmo caso que o Ubuntu 12.04, com o uso do processador em 0%. Ambas as máquinas virtuais tem duas CPUs disponíveis para suas tarefas. O pfSense está com 68% da sua carga do processador comprometida, com 3 CPUs alocadas para a máquina virtual. Figura 23: XenCenter mostrando o uso dos processadores Fonte: Do Autor (2013) É possível ver claramente que a máquina virtual com o pfSense é bastante utilizada, enquanto as outras duas VMs não tem registro de uso. O setor de TI explica que o pfSense tem a responsabilidade de gerenciar toda a rede e o acesso à web, necessitando que muitos processos fiquem em execução. Já o Debian e o Ubuntu, fornecem os serviços de repositório virtual e servidor web, onde sua utilização é bastante esporádica e consome poucos recursos do processador, somente quando alguém acessa uma das VMs. Durante o monitoramento não houve nenhum acesso às VMs com o Debian 7 e o Ubuntu 12.04. Antes da virtualização eram utilizadas três máquinas reais como servidores, sendo que cada máquina era responsável por um serviço diferente, ocasionando
  57. 57. 57 necessidade de mais espaço físico, maior consumo de energia elétrica e grande dificuldade na recuperação de desastres, por não haver cópias de segurança do sistema. A aplicação dos três computadores virtuais implica em uma economia de espaço e energia, gerenciamento rápido, fácil e flexível, melhor aproveitamento dos recursos da máquina real e com uma solução para recuperação de desastres, já que o XenServer tem a capacidade de criar cópias de segurança das máquinas virtuais e restaurá-las rapidamente se houver necessidade, através do recurso Snapshot. 4.3.2 Análise do questionário Foi aplicado um questionário aos alunos, professores e técnicos administrativos do IFCE Campus Tianguá, conforme Apêndice A. O foco do questionário foi o gerenciamento da rede e internet do Campus, pois são considerados os mais importantes e utilizados por alunos e servidores, como visto na tabela 4. Esta importância foi comprovada quando os dados da segunda pergunta do questionário foram tabulados e computados. A grande maioria respondeu que o acesso à internet do Campus é frequente. 61% dos alunos usam frequentemente a internet. No caso dos professores e técnico administrativos a internet está ainda mais presente no dia-a-dia, 86% dos técnicos administrativos usam com grande frequencia a internet, enquanto que 92% dos professores responderam que tem a mesma frequencia de uso. Torna-se evidente que o serviço de internet é o que deve ser mais priorizado, para prover serviços confiáveis e satisfatórios.
  58. 58. 58 Tabela 4: Frequencia de utilização da internet do Campus Utiliza a internet do Campus com qual frequencia? Frequencia Aluno Professor Téc. Administrativo Frequentemente 65% 92% 89% Às vezes 27% 8% 11% Raramente 8% 0% 0% Fonte: Do Autor (2013) De acordo com informações do setor de TI, até outubro de 2013 a rede era disponível de forma igualitária a todos, o que gerava problemas no desempenho e controle da mesma. Desde novembro de 2013 a rede do Campus está dividida logicamente em duas. A primeira rede só tem acesso os técnicos administrativo e professores, chamada de rede restrita. Enquanto que a segunda rede está liberada a qualquer pessoa (alunos, visitantes, funcionários terceirizados), também chamada de rede sem restrições. O Campus dispõe de uma rede estruturada cabeada e uma rede sem fio para prover internet a todo o Campus. A rede sem fio é composta por 6 roteadores, instalados com localização estratégica, de modo que os 1595 m2 do prédio sejam atingidos. Assim todo o Campus é coberto pela rede sem fio e/ou cabeada. Para efetivar a divisão lógica da rede, o setor de TI cadastrou o endereço físico (MAC) dos dispositivos (notebook, celular, tablet) dos professores e técnicos administrativos em três roteadores, bloqueando o acesso de qualquer outro dispositivo não cadastrado. Os outros três roteadores ficam com livre acesso a qualquer dispositivo que queira se conectar a eles, sendo mais utilizados pelos alunos que estudam no Campus. Para prover internet ao Campus, uma empresa contratada liberou um link 8 Mbps. 5 Mbps são destinados para a rede restrita, 2 Mbps para a rede sem restrições e 1 Mbps é destinado ao Servidor para realizar donwload de atualizações e instalação de pacotes do XenServer e dos Sistemas Operacionais das máquinas virtuais.
  59. 59. 59 Está sendo aguardado um link dedicado para conectar o Campus de Tianguá ao Cinturão Digital, que proporcionará uma velocidade bem maior. O Cinturão Digital é um projeto do Governo do Estado do Ceará que visa interligar diversos órgãos governamentais no Estado e proporcionar internet gratuita a algumas cidades do Ceará. É utilizado o que há mais moderno em tecnologia de redes, como fibra ótica e WIMAX. Para algumas avaliações do questionário sobre a rede, foi optado fazer a estatística dos professores e técnicos administrativo em conjunto, pois a rede para ambos é a mesma e diferente em relação aos alunos. A figura 24, demonstra que a grande maioria dos alunos e servidores notaram alguma mudança no desempenho da rede após a implantação da virtualização no servidor, mesmo sem saber que a virtualização havia sido implantada. Para 71% dos alunos afirmaram que notaram uma mudança e 81% dos servidores (professores e técnicos administrativo) também sentiram alguma mudança na rede. Para a minoria não houve nenhuma mudança no desempenho em relação ao mês anterior. Figura 24: Percepção no desempenho da internet Fonte: Do Autor (2013) A percepção do desempenho da internet é mais evidente quando os participantes responderam se houve uma melhora na internet do Campus. Para 65% dos alunos Aluno Servidor Sim 71% 81% Não 29% 19% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Porcentagem Notou alguma mudança no desempenho da internet no último mês?
  60. 60. 60 houve uma diminuição no desempenho, mas para os servidores o quadro foi inverso, a maioria afirmou que houve uma melhora, mais precisamente 71%, conforme é mostrado na figura 25. Figura 25: Percepção da Velocidade da internet Fonte: Do Autor (2013) É compreensível que esta disparidade aconteceu porque a banda disponível aos alunos (2 Mbps) é bem menor do que a banda disponível aos servidores (5 Mbps). Um outro fator que deve ser levado em consideração é que a quantidade de usuários acessando a rede que os alunos tem acesso é bem maior do que a outra. Portanto, a tendência é que a largura de banda disponível para cada usuário da rede dos alunos caia drasticamente no período em que estão no Campus, gerando uma grande insatisfação entre eles. Os roteadores utilizados no Campus são para uso doméstico e em pequenas empresas, portanto, quando há uma grande quantidade de usuários conectados ao roteador, há uma perda de desempenho, dificuldade em se conectar e instabilidade na conexão. Perante a esta limitação são frequentes as quedas de conexão, relatados por vários usuários durante a aplicação do questionário. No questionário alunos e professores puderam responder o que poderia melhorar a internet. A tabela 5 retrata em números as respostas de alunos, professores e Aluno Servidor Sim 35% 71% Não 65% 29% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% Porcentagem A velocidade da internet está mais rápida do que no mês anterior?
  61. 61. 61 técnicos administrativo. As duas soluções mais indicadas foram o aumento do link de internet e a mudança do servidor por uma outra máquina. Tabela 5: Que mudança poderia melhorar a internet no Campus? Que mudança poderia melhorar a internet do Campus? Resposta Aluno Professor Téc. Administrativo Aumento do Link de internet 17 3 5 Mudar o Servidor (Máquina Real) 15 2 2 Mudar o Sistema Operacional do Servidor 1 1 0 Virtualizar os Serviços 1 1 0 Não sei 2 1 0 Fonte: Do Autor (2013) De acordo com a configuração de hardware do atual servidor fica incondizente a sua mudança, já que grande parte dos recursos do servidor está ocioso, onde duas máquinas virtuais (Debian e Ubuntu) ficam a maior parte do tempo sem uso e a VM com o pfSense chega a no máximo 70% de utilização dos seus recursos disponíveis A opção de aumento do link é bastante aceitável, já que quanto maior a largura de banda da internet no servidor, melhor será a velocidade da internet dos seus usuários. Mas para que o serviço de internet seja melhor aproveitado e satisfatório, é necessário que haja um balanceamento de carga melhor, disponibilizando uma banda maior para a rede que é mais utilizada. A partir dos relatos de experiência dos alunos na rede sem fio, também é admissível que haja uma mudança da rede sem fio para uma rede wireless de uso corporativo, com uso de equipamentos profissionais e que suportem muitos usuários conectados. Algo que chamou bastante atenção na tabela 5, foi o item que está associado diretamente ao objeto da monografia: virtualização. A virtualização dos serviços foi indicada por apenas três alunos e um professor como solução para melhoria da internet. A virtualização é um conceito antigo, mas sua utilização em larga escala se consolidou somente no Século XXI. Segundo a figura 26, 75% dos participantes
  62. 62. 62 afirmaram saber o que é virtualização ou pelo menos já ouviram falar sobre o assunto. Apenas 25% não tinham conhecimento nenhum sobre o assunto. Percebe-se que embora o uso da virtualização seja voltado principalmente para profissionais ou estudantes de informática, está se popularizando em todas as áreas do conhecimento. Figura 26: Grau de conhecimento em virtualização Fonte: Do Autor (2013) O link disponível para o IFCE Campus Tianguá é o mesmo antes e depois da aplicação do questionário, e para a maioria dos professores e técnicos administrativo houve uma melhora na velocidade da internet. Quando os dados contidos na tabela 4 com os dados da figura 26 são comparados, a maioria dos indivíduos tem algum conhecimento do que é virtualização, mas não imagina que ela possa proporcionar benefícios se for bem aplicada. O impacto da virtualização ao usuário final é perceptivelmente pequena, pois muitas vezes não depende apenas da máquina virtual e da máquina real, mas também de toda a infraestrutura. O uso e gerenciamento de VMs tem um grande impacto positivo para os profissionais responsáveis pela rede, principalmente por causa da facilidade em criar, restaurar e remover máquinas virtuais. Deve ser levado também 30% 45% 25% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% Sim Já ouvi falar Não Sabe o que é virtualização? %
  63. 63. 63 em consideração a economia com espaço, energia e custos na aquisição de servidores (SANTOS, 2011). Uma máquina virtual com diversos aplicativos pode ser clonada ou restaurada em minutos, enquanto que a a instalação ou restauração de uma máquina real com os mesmos aplicativos e sistema operacional poderia demorar horas. O reflexo dos benefícios é ainda maior na incidência da virtualização em empresas, em especial nas públicas.
  64. 64. 64 5. CONCLUSÃO As empresas enfrentam diversos problemas quanto a subutilização dos recursos computacionais disponíveis em servidores, para prover serviços independentes e confiáveis em uma rede. Outro problema enfrentado é o gerenciamento de vários servidores físicos para prover os serviços necessários, necessitando de mais espaço e gastos na aquisição e manutenção das máquinas. A virtualização já é um realidade bastante presente nas redes de computadores e em fase de grande crescimento, principalmente por causa da redução de gastos na aquisição de novos equipamentos e expansão dos centros de dados. É uma importante ferramenta para que a evolução da informática continue e de forma sustentável, proporcionando um melhor aproveitamento dos recursos disponíveis e economia de energia, espaço e matéria-prima. Existem várias ferramentas de virtualização com a capacidade de criar e gerenciar várias máquinas virtuais em uma máquina real, onde as VMs podem funcionar de forma independente. Cada VM tem seu próprio hardware e seu sistema operacional. Este trabalho foi um estudo de caso aplicado no Instituto Federal do Ceará (IFCE), Campus Tianguá. Sua finalidade era o estudo da Virtualização e suas implicações na Rede do Campus. O início do estudo teve como foco conhecer conceitos, origens, aplicações, tipos e técnicas de virtualização de servidores. A abordagem continuou na ferramenta de virtualização Xen, mostrando informações da história, características, tipos de virtualização suportados, requisitos de hardware do Xen e suas vantagens. O Xen é a base do Sistema Operacional implantado no Servidor em estudo, um sistema gratuito e com ótimo desempenho chamado XenServer.
  65. 65. 65 O XenServer mostrou-se como uma solução bastante confiável e de fácil gerenciamento. A facilidade de manutenção e recuperação de desastres tornam-o implescidível para o amadurecimento dos serviços e da rede do Campus Tianguá, provendo serviços independentes e confiáveis. Contudo, a virtualização não foi considerada a solução de todos os problemas da rede como um todo, já que a infraestrutura da rede e a divisão da banda é inadequável para prover serviços de internet satisfatórios ao estabelecimento de ensino, necessitando de equipamentos de uso profissional para uma rede confiável e condizente com a quantidade de usuários. Espera-se que com este trabalho seja um ponto de partida para novos estudos. Fica como sugestão para futuras pesquisas a realização de testes utilizando novos cenários, como novas configurações das máquinas virtuais, roteadores com menos usuários, utilização de equipamentos profissionais, divisão da rede em subredes, uso de programas de medição de desempenho (processador, disco rígido, memória, rede).
  66. 66. 66 6. REFERENCIAS APPOLINÁRIO, F. Dicionário de metodologia científica: um guia para a produção do conhecimento científico. São Paulo: Atlas, 2004. BRUMATE, Alan. Virtualização de Servidores: Um comparativo entre VMWare e Xen. Monografia, Centro Universitário de Maringá. 2010. Disponível em: < http://pt.scribd.com/doc/47189969/7/Figura-Virtualizacao-de-Desktop >. Acesso em 17 nov. 2013. BURGER, Thomas. The Advantages of Using Virtualization Technology in the Enterprise. 2012. Disponível em: <http://software.intel.com/en-us/articles/the- advantages-of-singvirtualization-technology-in-the-enterprise/ >. Acesso em: 16 nov. 2013. BUYTAERT, Kris, DITTNER, Rogier, GARCIA Juan R. et al. The Best Damn Server Virtualization. Book Period. Syngress Publishing Inc, 2007. Disponível em: < http://www.kumanov.com/dox/Linux_UNIX_Ebooks/The-Best-Damn-Server- Virtualization-Book-Period-Including-Vmware-Xen-And-Microsoft-Virtual- Server%209781597492171.30070.pdf >. Acesso em 16 nov. 2013. CANAL TECH. Pesquisa aponta aumento na virtualização de servidores. 2013. Disponível em: <http://corporate.canaltech.com.br/noticia/mercado/Pesquisa-aponta- aumento-na-virtualizacao-de-servidores/>. Acesso em: 13 dez. 2013. CARDOZO, A.; FERREIRA, A. L. S.; SANTOS, E. M. Virtualização de Servidores com Xen Source. Disponível em <www.ebah.com.br/content/ABAAABnQQAB/xen- source>. Goiânia. Monografia. 2010. Acesso em 09 dez. 2013. CARISSIMI, A. Virtualização: da teoria a soluções. Mini-Curso do 26º Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos. Porto Alegre, 2008, 173-207. Disponível em: < http://www.gta.ufrj.br/ensino/CPE758/artigos- basicos/cap4-v2.pdf >. Acesso em 25 nov. 2013. ________; Sistemas Operacionais. Editora Sagra-Luzzato, 3ª Edição, 2008. CARMONA, Tadeu (Ed.). Virtualização. São Paulo: Linux New Media, 2008. 319 p.
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  71. 71. 71 APÊNDICE A Questionário PESQUISA REFERENTE AO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU EM REDES DE COMPUTADORES ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB Sr(a)., pedimos sua colaboração no sentido de responder ao questionário a seguir, referente a uma pesquisa desenvolvida para uma monografia, requisito para o término do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Redes de Computadores. A pesquisa tem como objetivo avaliar os impactos e a percepção da virtualização na rede do Instituto Federal do Ceará, Campus Tianguá. 1. Você é: a) Aluno b) Professor c) Técnico Administrativo 2. Utiliza a internet do Campus com qual frequência? a) Frequentemente b) Às Vezes c) Raramente 3. Você notou alguma mudança no desempenho da internet no último mês? a) Sim b) Não 4. A velocidade da internet hoje está mais rápida do que no mês atrás? a) Sim b) Não 5. Qual fator poderia melhorar a internet no Campus? a) Aumento do Link de Internet b) Mudança do Servidor (Máquina Real) c) Mudança do Sistema Operacional do Servidor d) Virtualização dos Serviços e) Não sei 6. Você sabe o que é virtualização? a) Sim b) Já ouvi falar c) Não

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