A apresentação descreve uma plataforma de áreas de trabalho virtuais para nuvens privadas com três objetivos principais: escalabilidade, disponibilidade e redução de custos. A plataforma é baseada em sessões virtualizadas em vez de máquinas virtuais inteiras para cada usuário, utilizando software livre e thin clients para reduzir custos. O protótipo implementado foi testado sob carga variável para avaliar o desempenho.

1. Plataforma de áreas de trabalho
virtuais escalável para nuvens
privadas
Demis Gomes
Nichene Verçosa
Victor Medeiros
Glauco Gonçalves
WCGA-SBRC 2016

2. Roteiro
• Introdução
• Objetivos
• Apresentação da Plataforma
• Especificação do Protótipo
• Avaliação da Plataforma
• Resultados
• Conclusão
• Trabalhos Futuros
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3. Introdução
• O artigo tem como base o projeto iniciado em 2013
que buscava desenvolver uma plataforma de áreas de
trabalho virtuais para laboratórios de informática
• Dentre os principais objetivos:
– Redução dos custos de implantação
– Redução do consumo de energia
– Escalabilidade
– Disponibilidade
– Administração facilitada
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4. Introdução
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Envia comandos para o
servidor por mouse, teclado
ou toque
Envia a tela modificada pelas
ações do usuário para o
cliente
PROTOCOLO
Área de
trabalho
executada no
servidor
Área de trabalho virtual remota
Uso de thin
clients
Servidores
virtualizados

5. Introdução
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• A plataforma apresenta as soluções para os objetivos buscados
Objetivos Soluções
Escalabilidade
Provisionamento de servidores virtuais
sob demanda
Disponibilidade
Manter o sistema funcionando mesmo
com a falha de um servidor
Redução do consumo de energia
elétrica
Uso de thin clients, reduzindo o custo
em 80% em relação a máquinas
convencionais [1]
Redução de custos
Uso de software livre e compra de thin
clients
Administração Facilitada Gerenciamento de usuários centralizado

6. Introdução
• A plataforma pode ser aplicada para nuvens privadas de
comportamento homogêneo
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A ociosidade pode ocorrer nestes casos, levando
a um desperdício de recursos

7. Introdução
• Para diminuir a ociosidade e, consequentemente o
consumo de energia elétrica, podemos
compartilhar recursos
• Este compartilhamento pode ser feito por uma
plataforma de áreas de trabalho virtual
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8. Objetivos
• Apresentar uma solução eficiente, robusta e
escalável de uma plataforma de área de trabalho
virtual para nuvens privadas
• Realizar testes com a plataforma a fim de entender
os pontos a serem melhorados e possíveis gargalos
no sistema
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9. Apresentação da plataforma
• Uma área de trabalho virtual pode ser disponibilizada para o
usuário ou na forma de VDI ou na forma de sessão
virtualizada [2]
VM
client
1
VM
client
2
VDI: Acesso a uma VM
hospedada no servidor
Sessão: Acessa o servidor
por meio de uma conta
de usuário
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10. Apresentação da plataforma
• Comparação entre VDI e sessões virtualizadas
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Características VDI Sessão
Consumo de recursos Maior Menor
Custo Maior Menor
Administração Mais complexa Mais simples
Disponibilidade de
ferramentas
Maior Menor
Customização do
Usuário
Melhor Pior

11. Apresentação da plataforma
• A partir das características apresentadas,
escolhemos criar a plataforma baseada em sessões
pois se adequava melhor ao cenário proposto
• Cada servidor é virtualizado em máquinas virtuais
a fim de oferecer tolerância à falhas e
escalabilidade
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12. Arquitetura da Plataforma
• Baseada em sessões, a plataforma se divide em
cinco camadas
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13. Arquitetura da Plataforma
Terminais: Dispositivos que acessam o servidor
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14. Serviços
• Boot Remoto: envia o SO mínimo ao cliente e
distribui IPs
• Administração: Permite aos administradores
gerenciar usuários
• Desktop Virtual: disponibiliza área de trabalho e
aplicações aos usuários
Arquitetura da Plataforma
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15. Arquitetura da Plataforma
Gerência de nuvem
Compreende serviços de elasticidade, economia de
energia e alocação de recursos na Nuvem,
importantes para manter a eficiência
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16. Arquitetura da Plataforma
Virtualização e Armazenamento
• Virtualização: Camada que permite virtualizar
servidores e aplicações
• Armazenamento: repositório de imagens dos
servidores virtuais e dados dos usuários
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17. Arquitetura da Plataforma
Servidores/Dispositivos de Rede
Servidores físicos onde serão hospedados os serviços
da plataforma, além de dispositivos como
roteadores e switches para a comunicação entre
eles
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18. Protótipo
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Após revisões na academia, escolhemos as opções que mais se
encaixavam em nossa proposta para criarmos o protótipo da
ferramenta

19. Protótipo
• Terminais: Raspberry Pi, um singleboard computer
que pode atuar como thin client, consumindo
ainda menos energia
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20. Protótipo
• Serviços
– Desktop Virtual e Boot Remoto: LTSP Cluster, uma
alternativa linux para a comunicação entre thin clients
e servidores
– Administração: LDAP, permitindo criar e autenticar
usuários
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21. Protótipo
• Gerência da Nuvem
– Recomendamos o uso do OpenStack para o
gerenciamento de máquinas virtuais
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22. Protótipo
• Virtualização: Utilizamos o KVM devido às suas
otimizações no kernel Linux e por oferecer
desempenho superior no quesito processamento
• Armazenamento: Recomendamos o uso do
OpenStack Storage
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23. Protótipo
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24. Avaliação da Plataforma
• O objetivo da avaliação é realizar o planejamento
de capacidade de um único Application Server
– Entender o comportamento do sistema quando
submetido a variação de carga entre 5 e 40 clientes
– Simular o comportamento dos clientes através de uma
ferramenta de emulação, configurando o número de
clientes e os tipos
– Os clientes foram divididos em dois tipos: pesados e
leves [3]
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25. Avaliação da Plataforma
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Fatores Níveis
Número de clientes 5,10,15,20,25,30,35,40
% de clientes pesados 0%,25%,50%,75%,100%
• Métricas
• CPU
• Memória
• Vazão de rede

26. Avaliação da Plataforma
Ferramenta de execução e avaliação automática
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Ferramenta
de execução
TRÁFEGO
Configuração do
experimento
(inputs)
Relatórios
gerados
(outputs)
Emulação de
clientes da
plataforma
(VMs)
Coleta de
parâmetros nos
servidores (CPU,
memória e rede)
Execução de
programas:
LibreOffice Writer
LibreOffice Calc
LibreOffice Impress
Arquivos
Comandos

27. Avaliação da Plataforma
Ferramenta de execução automática
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Ferramenta
de execução
TRÁFEGO
Configuração do
experimento
(inputs)
Relatórios
gerados
(outputs)
São executados na mesma máquina física: 2 Xeon 2.40 GHz, 64GB RAM
App Server:
20 vCPUs, 20GB
RAM
São emulados em
uma configuração
da Raspberry Pi A:
256 MB RAM, 1 vCPU
App
Server

28. Resultados
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Consumo de memória no Application Server
O consumo máximo de
memória tem um
comportamento linear
O consumo total de
memória em sessões foi de
80% (~16 GB), menor do
que em VDI (40 clientes 
~20 GB)

29. Resultados
• Vazão de rede no Application Server
– Vazão máxima
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0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0%
75%
25%
100%
50%
0%
75%
25%
100%
50%
0%
75%
25%
100%
5 10 15 20 25 30 35 40
VazãoemMbits/s
Número de clientes e pctg. de clientes pesados
Vazão de Rede
Consumo Máx.
Dados
Recebidos
Consumo Máx.
Dados
Enviados
A vazão máxima dos
dados recebidos chega
próximo dos 400 Mbps,
enquanto dos dados
enviados em cerca de
900 Mbps

30. Resultados
• Vazão de rede no Application Server
– Vazão máxima (quartis)
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O quartil de 0.75 não
passa de 100 Mbps em
nenhum dos casos.
Desta forma, a maior
parte do tráfego pode
ser transferida em uma
rede Fast-Ethernet
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0%
75%
25%
100%
50%
0%
75%
25%
100%
50%
0%
75%
25%
100%
5 10 15 20 25 30 35 40
VazãoemMbit/s
Número de clientes e porcentagem de clientes pesados
Vazão de rede em quartis
Quartile 0.75 (Recebidos)
Quartile 0.75 (Enviados)

31. Resultados
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Consumo de CPU no App Server
Segundo [4], o
sistema é inaceitável
ao usuário quando
deixa de responder
por mais de 5
segundos
No nosso caso, 95%
de consumo torna o
sistema irresponsivo
80
85
90
95
100
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
61
65
69
73
77
81
85
89
93
97
(%)doconsumodeCPU
Tempo de experimento onde ocorreu maior consumo de CPU (s)
Os 100 segundos de maior consumo de CPU
Experimento 1 - 40 clientes - 100% pesados
Abordagem do pico sustentado: Coletamos amostras que ultrapassavam
os 95% de consumo em cinco ocorrências consecutivas

32. Resultados
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Consumo de CPU no App Server Em nosso cenário,
assumimos que se o
sistema tiver em torno
de 2% de amostras
acima do pico
sustentado, ele estará
com um desempenho
aceitável
O gráfico mostra que,
quando o número de
clientes pesados (100%)
é 25 e o de leves (0%)
é 30, o sistema se
encontra utilizável

33. Conclusão
• Analisamos os aspectos necessários a construção
da plataforma, escolhendo o acesso dos clientes
por meio da virtualização de sessões em máquinas
virtuais
• Definimos os componentes do protótipo da
plataforma, buscando oferecer baixo custo,
redução do consumo de energia e escalabilidade
por meio do uso de singleboard computers,
software livre e gerenciamento da Nuvem
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34. Conclusão
• O consumo de memória de virtualização por
sessões é menor do que na VDI
• Exceto por picos esporádicos, a vazão de rede fica
abaixo de 100 Mbps
• A CPU apresentou-se como o gargalo da
plataforma
• O sistema se comporta de modo aceitável com 25
clientes pesados e 30 clientes leves
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35. Trabalhos Futuros
• Realizar a pinagem das CPUs de modo a evitar o
compartilhamento de recursos entre clientes e
servidores
– Fixar os cores virtuais do Application Server em um
único processador físico
• Realização de testes qualitativos para medir a
satisfação dos usuários
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36. Agradecimentos
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37. Agradecimentos
• A todos e todas que me ajudaram na vaquinha,
fundamental para que apresentasse este trabalho
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38. Agradecimentos
OBRIGADO!
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39. Referências
1. Dasilva, D. A., Liu, L., Bessis, N., & Zhan, Y. (2012,
October). Enabling green IT through building a virtual
desktop infrastructure.
2. S. Dernbecher, R. Beck, and M. Toenker, “Cloudifying
Desktops–A Taxonomy for Desktop Virtualization,” 2013.
3. A. R. Shabaitah, “Server-Based Desktop Virtualization,”
Rochester Institute of Technology, 2014.
4. Tolia, Niraj, David G. Andersen, and Mahadev
Satyanarayanan. "Quantifying interactive user experience
on thin clients." Computer 39.3 (2006): 46-52.
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40. Fluxo de execução dos clientes
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Leve

41. Fluxo de execução dos clientes
• Pesado
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