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Escalonamento de processos em sistemas virtualizados
- O documento discute escalonamento de processos em sistemas virtualizados, abordando tópicos como modelos de nuvem, classes de serviço, gerenciamento de nuvem de código aberto e algoritmos de escalonamento de processos.
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Escalonamento de processos em sistemas virtualizados
- 1. Escalonamento de processosem sistemas virtualizados Claudio Jorge Eckert Junior Gian Paulo Vieira Lisiane Reips Prof. Jefferson James Cunha de Souza
- 2. SUMÁRIO • Introdução • Modelosde nuvem • Classes de serviço • Gerenciamento de nuvem de código aberto • Arquitetura usada no sistema operacional nativo • Tratamento de processos e seus escalonamentos • Conclusão • Bibliografia • Dúvidas
- 3. Introdução O termo devirtualização se refere de maneira geral sobre a abstração de recursos computacionais. Um único computador pode compartilhar seus recursos de hardware com vários sistemas operacionais hospedeiros.
- 4. Introdução Esta abstração égeralmente realizada através de um software (Máquina Virtual ou hypervision) que atua como mediador entre os sistemas e os recursos da máquina host.
- 5. Introdução Também é funçãodeste software escalonar qual máquina virtual vai executar a cada momento, semelhante ao escalonador de processos do Sistema Operacional.
- 6. Introdução O software éexecutado no modo de supervisor e as máquinas virtuais são executadas em modo de usuário. Quando estas tentam executar uma instrução privilegiada, é gerada uma interrupção e o software se encarrega de emular a execução desta instrução.
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- 8. Modelos de nuvem Osmodelos de nuvem são definidos de acordo com o grupo que irá utilizar os serviços da arquitetura, estes podem ser de quatro tipos.
- 9. Modelos de nuvem -Nuvem Pública: a infraestrutura é fornecida para muitos clientes e é gerenciada por terceiros. Várias empresas podem trabalhar simultaneamente na mesma infraestrutura. O usuário paga por aquilo que utilizar.
- 10. Modelos de nuvem -Nuvem Privada: infraestrutura disponibilizada apenas para um cliente específico e gerenciada pela própria organização ou por terceiros. Este utiliza o conceito de virtualização de máquinas, usando rede proprietária.
- 11. Modelos de nuvem -Nuvem Comunidade: infraestrutura compartilhada por várias organizações por uma causa comum, podendo ser gerenciada por elas mesmas ou por um prestador de serviços.
- 12. Modelos de nuvem -Nuvem Híbrida: compõe um ou mais modelos de implantação de nuvem, em que a comunicação entre elas é realizada de modo transparente (como uma bridge).
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- 14. Classes de serviço Podemosseparar as classes de serviço em três categorias: - Software como Serviço: o software pode ser acessado via web, o cliente não possui controle sobre o funcionamento da aplicação, do sistema e do servidor rodando a mesma.
- 15. Classes de serviço -Infraestrutura como Serviço: nesta classe um usuário pode acessar uma parte de sistema que possui recursos agrupados para criar e usar sua própria infraestrutura de computação. - Plataforma como Serviço: oferta um sistema de gerenciamento unificado dos recursos para a construção de aplicações. Este serviço não necessita que o usuário se preocupe com a infraestrutura.
- 16. Gerenciamento de nuvemde código aberto Os principais gestores de infraestrutura virtual, open-source, descritos atualmente em artigos, são: - APACHE VCL: fornece acesso remoto para um ambiente de computação dedicado para o usuário final através de uma interface Web, proporcionando ambientes personalizados para usuários.
- 17. Gerenciamento de nuvemde código aberto - CITRIX ESSENTIALS: fornece aos clientes virtualização de servidores com um conjunto de serviços avançados de gerenciamento de virtualização, permitindo estender essas capacidades de gerenciamento para o ambiente Windows Server 2008.
- 18. Gerenciamento de nuvemde código aberto - EUCALYPTUS: desenvolvido com a intenção de fornecer uma implementação open-source quase idêntica em funcionalidade com a API do Amazon Web Services. Portanto, os usuários podem interagir com uma nuvem Eucalyptus usando as mesmas ferramentas que eles usam para acessar o Amazon EC2.
- 19. Gerenciamento de nuvemde código aberto - NIMBUS3: fornece a maioria das características dos outros gestores como uma API para acesso ao Amazon EC2 com suporte ao Xen. No entanto, distingue-se dos outros, fornecendo uma interface de acesso para o framework Globus Web Services Resource (WSRF).
- 20. Gerenciamento de nuvemde código aberto - OPENPEX: construído em torno da noção de usar reservas antecipadas como o principal método para alocar instâncias de VM. Distinguese de outros gestores, pois incorpora um protocolo de negociação bilateral que permite usuários e provedores chegar a um acordo sobre troca de ofertas e contra ofertas quando seus pedidos originais não podem ser satisfeitos.
- 21. Gerenciamento de nuvemde código aberto - OVIRT: fornece a maior parte das características básicas dos gestores, incluindo suporte para o gerenciamento de pools de servidores físicos, pools de armazenamento, contas de usuário e VMs.
- 22. Gerenciamento de nuvemde código aberto - VMWARE VSPHERE: ferramenta destinada a transformar a infraestrutura em uma nuvem privada. Distingue-se de outros gestores como um dos mais ricos em recursos. Na arquitetura vSphere, servidores executam na plataforma ESXi. Um servidor a parte executa vCenter Server, que centraliza o controle da infraestrutura. Através do software cliente vSphere, os administradores conectam-se ao vCenter Server para executar várias tarefas.
- 23. Gerenciamento de nuvemde código aberto - OPENSTACK ESSEX: oferece software para criar nuvens públicas e privadas. Contém uma coleção de projetos open-source, incluindo OpenStack Compute (codinome Nova), armazenamento de objetos OpenStack (codinome Swift), serviço de imagem OpenStack (codinome Glance), serviço de armazenamento para uso das instâncias (codinome Cinder) e serviço de rede (codinome Quantum).
- 24. Gerenciamento de nuvemde código aberto O OpenStack Essex fornece uma plataforma operacional e um conjunto de ferramentas para gerenciamento das nuvens.
- 25. Arquitetura usada nosistema operacional nativo Pode-se dizer que existem “duas” formas de virtualização, sendo elas: Virtualização completa e virtualização de interface de sistema, que por sua vez são dois tipos de Hypervisor, sendo o nativo e o tratado como se fosse um processo normal de sistema operacional.
- 26. Arquitetura usada nosistema operacional nativo Na virtualização completa temos a total utilização da arquitetura e hardware acima, sendo implementado direto sobre o hardware de máquina real, disponibilizando uma réplica do hardware e acessos a entradas, saídas e instruções do processador.
- 27. Arquitetura usada nosistema operacional nativo Esta forma de virtualização não prevê a necessidade de alteração no sistema operacional visitante, e tem um desempenho melhor por não possuir camadas de abstração,. Na virtualização de sistema, o hypervisor é executado como se fosse um processo normal sobre um sistema operacional nativo.
- 28. Arquitetura usada nosistema operacional nativo Podemos entender melhor com a figura a seguir, que nos mostra os anéis de privilégio da arquitetura nativa x86, onde o anel 0 está junto ao kernel e possui acesso direto, e a camada 1 possui menor privilégio, sendo o anel 3 a camada do usuário, desta forma podemos entender em qual anel está o hipervisor e as máquinas virtuais.
- 29. Arquitetura usada nosistema operacional nativo 29
- 30. Arquitetura usada nosistema operacional nativo Porém na virtualização completa utiliza-se a técnica de tradução binária, onde o hypervisor analisa, reorganiza e traduz as sequências de instruções, emitidas pelo sistema operacional convidado em novas sequências de instruções, desta forma é possível adaptar as instruções geradas pelo sistema convidado ao sistema real.
- 31. Arquitetura usada nosistema operacional nativo Como vantagens temos o fato de que o sistema virtualizado não precisa de alteração, e como desvantagens temos a perda de desempenho de cerca de 30% pela interpretação dos dados.
- 32. Arquitetura usada nosistema operacional nativo A arquitetura x86 não foi projetada para virtualização e portanto não poderia ser virtualizada em modo privilegiado “anel 0” e sim no “anel 1 e 2”, assim foi criado o modo de virtualização assistida por hardware, com processadores desenvolvidos pela Intel e pela AMD, ambos chegando ao mesmo resultado, mas ambos incompatíveis , agora os dois suportam o hipervisor e os anéis de privilégios, proporcionando utilizar os sistemas virtualizados convidados sem alterá-los.
- 33. Tratamento de processose seus escalonamentos O gerenciamento de recursos e o tratamento de tarefas são a chave de tecnologia em computação em nuvem, desempenhando um papel vital neste contexto.
- 34. Tratamento de processose seus escalonamentos Atualmente temos estabelecidos em nuvem vários algoritmos para estabelecer escalonamentos de tarefas, mas não existe padrão uniforme a ser seguido, entre eles os mais utilizados são os algoritmos de lista que diferem principalmente na forma como a prioridade é definida, mas em geral apresentam bom desempenho. Os mais utilizados são:
- 35. Tratamento de processose seus escalonamentos - Myopic: consiste em organizar as atividades prontas por ordem de chegada e associar cada atividade a ser escalonada ao recurso disponível que pode executá-la mais rapidamente. - HEFT (Heterogeneus Earliest-Finish-Time = Tempo de término mais antigo heterogêneo): escalona atividades criando uma lista com pesos associados a cada atividade, o peso é definido pela distância máxima da atividade até a atividade de saída.
- 36. Tratamento de processose seus escalonamentos O primeiro passo é o cálculo de peso, sendo o valor do peso de uma atividade igual ao tempo de execução previsto para a atividade somado aos valores encontrados no caminho até a atividade de saída. - Ant Colony Optimization (ACO = Otimização de colônias de formigas): basicamente este algoritmo calcula o menor trajeto, a carga é calculada em cada host (hospedeiro), tendo em conta a utilização da CPU feita por todas as VMs que estão sendo executadas em cada host.
- 37. Tratamento de processose seus escalonamentos Esta métrica é útil para uma formiga escolher o host menos carregado para alocar suas VM. O algoritmo ACO é encontrado também em problemas de roteamento de pacotes de redes de computadores, entre outros. Foi descoberto que a comunicação das formigas que caminhavam pela trilha ocorria por meio de uma substância química denominada feromônio, depositadas por elas próprias.
- 38. Tratamento de processose seus escalonamentos Enquanto as formigas caminhavam inicialmente de forma aleatória, elas depositam uma certa quantidade de substância, esta que é reforçada quando outra formiga passar pelo caminho, tendo em vista que a substância tende a evaporar com o tempo, quanto maior a concentração de substância, mais curto é o caminho.
- 39. Tratamento de processose seus escalonamentos - Algoritmo Min-Min: começa com um conjunto de tarefas que são todas não atribuídas, primeiro, calcula o tempo mínimo de conclusão para todas as tarefas e todos os recursos, então, entre esses tempos mínimos, o valor mínimo é selecionado, que é o tempo mínimo entre todas as tarefas em quaisquer recursos.
- 40. Tratamento de processose seus escalonamentos Assim essa tarefa é programada no recurso em que leva o mínimo tempo e o tempo disponível desse recurso é atualizado para todos as outras tarefas, ou seja, suponha que uma tarefa é atribuída a uma máquina e leva 20 segundos para ser realizada, então os tempos de execução de todos as outras as tarefas nesta máquina serão aumentadas em 20 segundos. Depois disso, a tarefa atribuída não é considerada e o mesmo processo é repetido até que todas as tarefas sejam atribuídas.
- 41. Tratamento de processose seus escalonamentos - Algoritmo Max-Min: da mesma forma que o Min- Min exceto depois de descobrir o tempo de colisão, os tempos mínimos de execução são encontrados para cada tarefa. Então, entre esses tempos mínimos, o valor máximo é selecionado, que é o tempo máximo entre todas as tarefas em qualquer Recurso.
- 42. Tratamento de processose seus escalonamentos Assim essa tarefa está programada no recurso em que leva o tempo mínimo, e o tempo disponível daquele recurso é atualizado para todas as outras tarefas. A atualização é feita da mesma maneira que para o Min- Min. Todas as tarefas são recursos atribuídos por este procedimento.
- 43. Tratamento de processose seus escalonamentos Além dos mais utilizados já citados, também são utilizados: - Otimização de exames de partículas - Round Robin - Genético - Agendamento de tarefas baseado em prioridades - Agendamento dinâmico baseado no limite
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