Virtualização em Sistemas
       Computacionais


 Marcus Vinícius do P. Azevedo
marcus.azevedo@prof.infnet.edu.br

      ...
Roteiro


1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão


...
Roteiro


    Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão

...
Definição


                 Exemplos de virtualização


- Realidade virtual
- Loja virtual
- Biblioteca virtual



      ...
Definição



     Virtualização em sistemas computacionais


 Técnica que permite dividir um            sistema
 computaci...
Definição




 Conceito publicado pela 1ª. vez por Christopher
 Strachey, em 1959, e implementado pela IBM, na
 década de ...
Definição


                    Outros exemplos

- Java Virtual Machine (JVM)
- Memória virtual
- Virtualização de storage...
Roteiro


1) Definição
    Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão

...
Virtualização


Mainframes:
- Alto custo
- Alto poder computacional
- Difícil acesso




                             9/56
Virtualização


Mainframes:
- Alto custo
- Alto poder computacional
- Difícil acesso
               Como viabilizar o uso ...
Virtualização

Solução:
Dividir os recursos físicos criando diversas
partições lógicas isoladas entre si permitindo que
ca...
Virtualização


Computadores pessoais:
- Médio custo
- Baixo poder computacional
- Fácil acesso




                      ...
Virtualização


Computadores pessoais:
- Médio custo
- Baixo poder computacional
- Fácil acesso


    Não há necessidade e...
Virtualização


Servidores com n-núcleos:
- Baixo custo
- Alto poder computacional
- Fácil acesso




                    ...
Virtualização


Servidores com n-núcleos:
- Baixo custo
- Alto poder computacional
- Fácil acesso


  Não há necessidade, ...
Virtualização


Proposta:
- Maximizar o uso dos recursos
- Promover compartilhamento de recursos
- Isolamento (segurança)
...
Virtualização


            “A volta do mainframe”




                            IBM SYSTEM/360


                      ...
Virtualização


                VMM ou hypervisor
Camada de software responsável por:
- Fornecer para cada máquina virtual...
Virtualização


                      Recursos
- Processador: as instruções despachadas dentro da
VM serão executadas dire...
Virtualização


                     Recursos
- Disco: para acesso ao disco pode ser oferecida uma
abstração (um arquivo n...
Virtualização




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Roteiro


1) Definição
2) Virtualização
    Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão

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Técnicas de implementação




 - Virtualização total ou completa
 - Para-virtualização
 - Virtualização assistida por hard...
Virtualização
(modelo de sistema sem virtualização)




         APLICAÇÃO 1                    APLICAÇÃO 2   APLICAÇÃO 3
...
Técnicas de implementação


         Virtualização total ou completa
- O hardware é totalmente virtualizado sendo
disponib...
Técnicas de implementação


   Virtualização total ou completa (desvantagens)

 - O VMM pode suprimir algumas característi...
Virtualização
(modelo de sistema com virtualização total)




          APLICAÇÃO 1                         APLICAÇÃO A   ...
Técnicas de implementação

                 Para-virtualização
 - Não requer inspeção das instruções chamadas pelas
 VMs p...
Técnicas de implementação


         Para-virtualização (desvantagens)
 - Requer modificação no núcleo do sistema das VMs
...
Virtualização
(modelo de sistema com para-virtualização)




GERENCIAMENTO                    APLICAÇÃO A         APLICAÇÃ...
Técnicas de implementação


         Virtualização assistida por hardware
 - O desempenho dos sistemas de virtualização no...
Técnicas de implementação


         Virtualização assistida por hardware
 - A Intel disponibilizou extensões (Intel VT ou...
Virtualização
(modelo de sistema com virtualização hospedada)




         APLICAÇÃO 1


    SISTEMA OPERACIONAL

      MÁ...
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1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
    Aplicações
5) Soluções disponíveis
6) Conclusão

...
Aplicações

- Execução de aplicações legadas
- Desenvolvimento de sistemas multiplataforma ou distribuídos
- Treinamento (...
Aplicações




                Exemplo
        Consolidação de servidores




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Aplicações


                 Servidor HP Proliant DL320 G6

             Especificações:
             01 processador Dual...
Aplicações


                   Servidor HP Proliant DL360 G6

             Especificações:
             02 processadores ...
Aplicações




    Solução com 4 servidores reais HP DL 320

                       X
  Solução com 1 servidor HP DL 360 h...
Aplicações


              Comparação

             04 x DL 320   01 x DL 360
  CPU         8 núcleos     8 núcleos
  Memó...
Aplicações


  Resultados obtidos com a segunda solução

       Consumo de energia 60 % menor
    Quantidade de calor gera...
Aplicações


Usar a virtualização para prover economia de
recursos levando-se em consideração a qualidade
dos serviços ofe...
Aplicações




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Aplicações




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Aplicações




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1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
    Soluções disponíveis
6) Conclusão

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Soluções disponíveis

                           VMware
- Empresa fundada em 1998 e adquirida pela EMC em 2004
- Produtos:...
Soluções disponíveis


                        VMware
- Disponibiliza ferramentas para permitir migração e backup
de VMs, ...
Soluções disponíveis

                             Xen
- Solução open source desenvolvida como parte do projeto
XenoServer...
Soluções disponíveis

                             Xen
- Suporta os sistemas operacionais Windows, Linux, Solaris
entre ou...
Soluções disponíveis

                         Microsoft
- Virtual PC: uma das primeiras soluções da Microsoft que
permite...
Soluções disponíveis

                   Outras soluções
- Sun VirtualBox
- KVM
- OpenVZ
- IBM LPAR
- Linux Vserver




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Roteiro


1) Definição
2) Virtualização
3) Técnicas de implementação
4) Aplicações
5) Soluções disponíveis
    Conclusão

...
Conclusão



A virtualização é uma tecnologia que traz uma série
de benefícios no contexto de aproveitamento de
recursos a...
Conclusão




Dada a dificuldade das empresas expandirem as
suas infra-estruturas e como a demanda por serviços
cada vez é...
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Virtualização em Sistemas Computacionais - Palestra Infnet

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

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Virtualização em Sistemas Computacionais - Palestra Infnet

  1. 1. Virtualização em Sistemas Computacionais Marcus Vinícius do P. Azevedo marcus.azevedo@prof.infnet.edu.br Novembro - 2009
  2. 2. Roteiro 1) Definição 2) Virtualização 3) Técnicas de implementação 4) Aplicações 5) Soluções disponíveis 6) Conclusão 2/56
  3. 3. Roteiro Definição 2) Virtualização 3) Técnicas de implementação 4) Aplicações 5) Soluções disponíveis 6) Conclusão 3/56
  4. 4. Definição Exemplos de virtualização - Realidade virtual - Loja virtual - Biblioteca virtual 4/56
  5. 5. Definição Virtualização em sistemas computacionais Técnica que permite dividir um sistema computacional real (hospedeiro) em diversas máquinas virtuais (hóspedes) isoladas. 5/56
  6. 6. Definição Conceito publicado pela 1ª. vez por Christopher Strachey, em 1959, e implementado pela IBM, na década de 60, no modelo IBM 7044 e logo após no IBM System/360 6/56
  7. 7. Definição Outros exemplos - Java Virtual Machine (JVM) - Memória virtual - Virtualização de storages - Virtualização de desktops - Virtualização em celulares 7/56
  8. 8. Roteiro 1) Definição Virtualização 3) Técnicas de implementação 4) Aplicações 5) Soluções disponíveis 6) Conclusão 8/56
  9. 9. Virtualização Mainframes: - Alto custo - Alto poder computacional - Difícil acesso 9/56
  10. 10. Virtualização Mainframes: - Alto custo - Alto poder computacional - Difícil acesso Como viabilizar o uso ? Como aproveitar o potencial ? 10/56
  11. 11. Virtualização Solução: Dividir os recursos físicos criando diversas partições lógicas isoladas entre si permitindo que cada uma possua seu próprio sistema com distintas plataformas. Desta forma, os mainframes poderiam executar múltiplos sistemas operacionais simultaneamente sem necessidade de alterar os sistemas legados existentes. 11/56
  12. 12. Virtualização Computadores pessoais: - Médio custo - Baixo poder computacional - Fácil acesso 12/56
  13. 13. Virtualização Computadores pessoais: - Médio custo - Baixo poder computacional - Fácil acesso Não há necessidade e nem como virtualizar. 13/56
  14. 14. Virtualização Servidores com n-núcleos: - Baixo custo - Alto poder computacional - Fácil acesso 14/56
  15. 15. Virtualização Servidores com n-núcleos: - Baixo custo - Alto poder computacional - Fácil acesso Não há necessidade, então porque virtualizar ? 15/56
  16. 16. Virtualização Proposta: - Maximizar o uso dos recursos - Promover compartilhamento de recursos - Isolamento (segurança) - Desempenho - Transparência 16/56
  17. 17. Virtualização “A volta do mainframe” IBM SYSTEM/360 17/56
  18. 18. Virtualização VMM ou hypervisor Camada de software responsável por: - Fornecer para cada máquina virtual (VM) uma cópia virtual (abstração) dos recursos físicos do sistema hospedeiro - Garantir que várias VMs possam ser executadas simultaneamente sobre um mesmo hardware. 18/56
  19. 19. Virtualização Recursos - Processador: as instruções despachadas dentro da VM serão executadas diretamente pela CPU real, exceto se forem instruções privilegiadas ou instruções sensíveis - Memória: a tabela de páginas da VM mapeia páginas físicas do sistema real sendo que o VMM faz uma cópia (shadow) desta tabela para controle 19/56
  20. 20. Virtualização Recursos - Disco: para acesso ao disco pode ser oferecida uma abstração (um arquivo no sistema real) ou também pode ser oferecida uma partição do disco do sistema real para a VM - Rede: a interface de rede real trabalha em modo promíscuo de forma a escutar o tráfego destinado a qualquer interface virtual e entregando os pacotes adequadamente através de uma ponte 20/56
  21. 21. Virtualização 21/56
  22. 22. Roteiro 1) Definição 2) Virtualização Técnicas de implementação 4) Aplicações 5) Soluções disponíveis 6) Conclusão 22/56
  23. 23. Técnicas de implementação - Virtualização total ou completa - Para-virtualização - Virtualização assistida por hardware 23/56
  24. 24. Virtualização (modelo de sistema sem virtualização) APLICAÇÃO 1 APLICAÇÃO 2 APLICAÇÃO 3 “ABSTRAÇÃO” SISTEMA OPERACIONAL HARDWARE 24/56
  25. 25. Técnicas de implementação Virtualização total ou completa - O hardware é totalmente virtualizado sendo disponibilizada uma abstração do mesmo para as VMs gerando independência (portabilidade) - Não requer modificações no núcleo do sistema operacional das VMs 25/56
  26. 26. Técnicas de implementação Virtualização total ou completa (desvantagens) - O VMM pode suprimir algumas características do hardware real ao prover uma abstração genérica - O VMM deve inspecionar as instruções executadas pelas VMs buscando chamadas de instruções sensíveis (gerando queda de desempenho) 26/56
  27. 27. Virtualização (modelo de sistema com virtualização total) APLICAÇÃO 1 APLICAÇÃO A APLICAÇÃO B SISTEMA OPERACIONAL SISTEMA OPERACIONAL MÁQUINA VIRTUAL 1 MÁQUINA VIRTUAL 2 MONITOR DE MÁQUINA VIRTUAL (VMM) HARDWARE 27/56
  28. 28. Técnicas de implementação Para-virtualização - Não requer inspeção das instruções chamadas pelas VMs pois as chamadas de instruções sensíveis são desviadas para o VMM (hypercalls) - As VMs utilizam os drivers do próprio VMM para acesso aos dispositivos - Apresenta melhor desempenho em relação à técnica anterior 28/56
  29. 29. Técnicas de implementação Para-virtualização (desvantagens) - Requer modificação no núcleo do sistema das VMs para inserção das hypercalls (nem sempre possível) - Os sistemas que são executados dentro das VMs passam a ter conhecimento do VMM 29/56
  30. 30. Virtualização (modelo de sistema com para-virtualização) GERENCIAMENTO APLICAÇÃO A APLICAÇÃO B SISTEMA SISTEMA SISTEMA OPERACIONAL OPERACIONAL OPERACIONAL Domínio 0 Domínio 1 Domínio 2 VMM HARDWARE 30/56
  31. 31. Técnicas de implementação Virtualização assistida por hardware - O desempenho dos sistemas de virtualização no IBM System/360 ficou abaixo do esperado, então a IBM resolveu desenvolver um mainframe com arquitetura específica para suportar a virtualização no hardware (IBM System/370) - Intel e AMD passaram a prover suporte no hardware para virtualização de forma a contornar alguns dos problemas anteriores 31/56
  32. 32. Técnicas de implementação Virtualização assistida por hardware - A Intel disponibilizou extensões (Intel VT ou Vanderpool) para a arquitetura x86 complementando o esquema de proteção com a inserção dos modos de operação root e não-root - A AMD disponibilizou funções (AMD-V ou Pacifica) no processador para auxiliar no controle dos acessos das VMs auxiliando desta forma o VMM 32/56
  33. 33. Virtualização (modelo de sistema com virtualização hospedada) APLICAÇÃO 1 SISTEMA OPERACIONAL MÁQUINA VIRTUAL 1 VMM APLICAÇÃO A APLICAÇÃO B SISTEMA OPERACIONAL HARDWARE 33/56
  34. 34. Roteiro 1) Definição 2) Virtualização 3) Técnicas de implementação Aplicações 5) Soluções disponíveis 6) Conclusão 34/56
  35. 35. Aplicações - Execução de aplicações legadas - Desenvolvimento de sistemas multiplataforma ou distribuídos - Treinamento (Linux, por exemplo) - Gerência centralizada de servidores - Teste e análise de aplicações (vírus, por exemplo) - Contigência ou manutenção do hardware sem parada - Consolidação de servidores (diminuição de espaço e gastos com energia e refrigeração) 35/56
  36. 36. Aplicações Exemplo Consolidação de servidores 36/56
  37. 37. Aplicações Servidor HP Proliant DL320 G6 Especificações: 01 processador Dual Core 1.86 GHz 02 GB de memória 02 x 146 GB de disco 503 W de potência consumida 1715 BTU (calor gerado) Custo: $ 2200,00 37/56
  38. 38. Aplicações Servidor HP Proliant DL360 G6 Especificações: 02 processadores Quad Core 2.0 GHz 10 GB de memória 04 x 300 GB de disco 820 W de potência consumida 2797 BTU (calor gerado) Custo: $ 5700,00 38/56
  39. 39. Aplicações Solução com 4 servidores reais HP DL 320 X Solução com 1 servidor HP DL 360 hospedando quatro VMs com capacidade equivalente 39/56
  40. 40. Aplicações Comparação 04 x DL 320 01 x DL 360 CPU 8 núcleos 8 núcleos Memória 8 GB 10 GB Disco 1168 GB 1200 GB Potência 2012 W 820 W Calor 6860 BTU 2797 BTU Custo $ 8800,00 $ 5700,00 40/56
  41. 41. Aplicações Resultados obtidos com a segunda solução Consumo de energia 60 % menor Quantidade de calor gerada 60 % menor Espaço físico (altura) 75 % menor Custo 35 % menor 41/56
  42. 42. Aplicações Usar a virtualização para prover economia de recursos levando-se em consideração a qualidade dos serviços oferecidos usando: - Distribuição otimizada de VMs - Realocação dinâmica - Técnicas de previsão de carga - Ativação ou desativação de hospedeiros 42/56
  43. 43. Aplicações 43/56
  44. 44. Aplicações 44/56
  45. 45. Aplicações 45/56
  46. 46. Roteiro 1) Definição 2) Virtualização 3) Técnicas de implementação 4) Aplicações Soluções disponíveis 6) Conclusão 46/56
  47. 47. Soluções disponíveis VMware - Empresa fundada em 1998 e adquirida pela EMC em 2004 - Produtos: VMware ESXi, vSphere, VMware Server, VMware player e VMware Workstation, entre outros - Utiliza os modelos de virtualização total e para-virtualização (com ou sem suporte pelo hardware) - Suporta os sistemas operacionais Windows e Linux (hospedeiros ou hóspedes) e processadores com arquitetura x86 47/56
  48. 48. Soluções disponíveis VMware - Disponibiliza ferramentas para permitir migração e backup de VMs, além de soluções de alta-disponibilidade (HA) e balanceamento de carga - A instalação é relativamente simples já que não requer alteração do núcleo do sistema operacional 48/56
  49. 49. Soluções disponíveis Xen - Solução open source desenvolvida como parte do projeto XenoServers na Universidade de Cambridge (2003) - Resultou na criação da XenSource empresa comprada pela Citrix Systems em 2007 - Além da versão open source também existem versões comerciais (XenServer) - Utiliza o modelo de para-virtualização usando um kernel Linux modificado como hospedeiro e o conceito de “domains” 49/56
  50. 50. Soluções disponíveis Xen - Suporta os sistemas operacionais Windows, Linux, Solaris entre outros (hóspedes) e suporta processadores com arquitetura x86 e PowerPC - Para suporte de sistemas Windows em hospedeiros Linux é necessário o suporte de hardware (Intel VT ou AMD Pacifica) - A instalação pode não ser tão simples como o VMware já que implica na instalação de um novo kernel. Existem pacotes prontos disponibilizados para diversas distros (Red Hat, Debian, Open SUSE, etc) 50/56
  51. 51. Soluções disponíveis Microsoft - Virtual PC: uma das primeiras soluções da Microsoft que permite a criação de instalações virtuais de Windows dentro de estações de trabalho (Macintosh, inclusive) - Virtual Server: solução para o uso em servidores. Era executado sobre um sistema operacional Windows 2000 ou 2003 - Hyper-V: solução mais nova que consiste basicamente em um VMM e pelo menos uma partição raiz executando o Windows Server 2008 51/56
  52. 52. Soluções disponíveis Outras soluções - Sun VirtualBox - KVM - OpenVZ - IBM LPAR - Linux Vserver 52/56
  53. 53. Roteiro 1) Definição 2) Virtualização 3) Técnicas de implementação 4) Aplicações 5) Soluções disponíveis Conclusão 53/56
  54. 54. Conclusão A virtualização é uma tecnologia que traz uma série de benefícios no contexto de aproveitamento de recursos assim como no de economia de energia, lembrando do enfoque que este tema tem tomado ultimamente (“TI Verde”) 54/56
  55. 55. Conclusão Dada a dificuldade das empresas expandirem as suas infra-estruturas e como a demanda por serviços cada vez é maior, a virtualização deixa de ser uma questão puramente tecnológica e passa a ser uma questão de sobrevivência 55/56
  56. 56. http://www.infnet.edu.br cursos@infnet.edu.br (21) 2122-8800 Esta palestra está disponível em: http://www.infnet.edu.br/palestras Ministrada por Marcus Vinícius do P. Azevedo E-mail: marcus.azevedo@prof.infnet.edu.br 56/56

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