Informática Aplicada

Kleyber Dantas Torres de Araujo

Virtualização

Conceito

• Apesar de ser uma ideia antiga - seu surgimento se deu na década de 1960, se propagando com mais força a partir de 1970

• A virtualização é extremamente importante para o mundo cada vez mais "digital" de hoje.

• Podemos definir novos conceito como soluções computacionais que permitem a execução de vários sistemas operacionais e seus respectivos softwares a partir de uma única máquina, seja ela um desktop convencional ou um potente servidor.

• Cada máquina virtual se traduz em um ambiente computacional completo: praticamente todos os recursos de seu sistema operacional podem ser utilizados, é possível conectá-las em rede, consegue-se instalar aplicativos, enfim.

Virtualização

Virtualização

• A organização que implementava um novo sistema se via obrigada a adquirir um equipamento apenas para executá-lo, em vez de simplesmente aproveitar o maquinário existente, deixando toda a operação mais cara no final das contas.

• A virtualização conseguiu resolver este problema: pode-se aproveitar um computador já existente para executar dois ou mais sistemas distintos, já que cada um roda dentro de sua própria máquina virtual. Evita-se, assim, gastos com novos equipamentos e aproveita-se os possíveis recursos ociosos do computador.

• Nos dias de hoje, a virtualização permite, por exemplo, que uma empresa execute vários serviços a partir de um único servidor ou até mesmo que um usuário doméstico teste um sistema operacional em seu computador antes de efetivamente instalá-lo. Do ponto de vista corporativo, seu uso atual se destina a várias aplicações, como sistemas de ERP, serviços de computação nas nuvens, ferramentas de simulação, entre muitos outros.

Virtualização

Benefícios da virtualização

• Você já conhece algumas das vantagens da virtualização, mas a sua utilização oferece vários outros benefícios. Os principais são abordados a seguir:

• Melhor aproveitamento da infraestrutura existente: ao executar vários serviços em um servidor ou conjunto de máquinas, por exemplo, pode-se aproveitar a capacidade de processamento destes equipamentos o mais próximo possível de sua totalidade;

• O parque de máquinas é menor: com o melhor aproveitamento dos recursos já existentes, a necessidade de aquisição de novos equipamentos diminui, assim como os consequentes gastos com instalação, espaço físico, refrigeração, manutenção, consumo de energia, entre outros. Imagine o impacto que esta vantagem pode ter em um data center, por exemplo;

Benefícios da virtualização

• Gerenciamento centralizado: dependendo da solução de virtualização utilizada, fica mais fácil monitorar os serviços em execução, já que o seu gerenciamento é feito de maneira centralizada;

• Implementação mais rápida: dependendo da aplicação, a virtualização pode permitir sua implementação mais rápida, uma vez que a infraestrutura já está instalada;

• Uso de sistemas legados: pode-se manter em uso um sistema legado, isto é, antigo, mas ainda essencial às atividades da companhia, bastando destinar a ele uma máquina virtual compatível com o seu ambiente;

• Diversidade de plataformas: pode-se ter uma grande diversidade de plataformas e, assim, realizar testes de desempenho de determinada aplicação em cada uma delas, por exemplo;

Benefícios da virtualização

• Ambiente de testes: é possível avaliar um novo sistema ou uma atualização antes de efetivamente implementá-la, diminuindo significativamente os riscos inerentes a procedimentos do tipo;

• Segurança e confiabilidade: como cada máquina virtual funciona de maneira independente das outras, um problema que surgir em uma delas - como uma vulnerabilidade de segurança - não afetará as demais;

• Migração e ampliação mais fácil: mudar o serviço de ambiente de virtualização é uma tarefa que pode ser feita rapidamente, assim como a ampliação da infraestrutura

Benefícios da virtualização

Como a virtualização funciona?

• Uma solução de virtualização é composta, essencialmente, por dois "protagonistas": o hospedeiro (host) e o hóspede ou convidado (guest).

• Podemos entender o hospedeiro como sendo o sistema operacional que é executado por uma máquina física. O hóspede, por sua vez, é o sistema virtualizado que deve ser executado pelo hospedeiro. A virtualização ocorre quando estes dois elementos existem.

• A forma como hospedeiro e hóspedes trabalham varia conforme a solução. • Em um método bastante comum há a figura do VMM (Virtual Machine Monitor -

Monitor de Máquina Virtual), que também pode ser chamado de hypervisor: trata-se de uma espécie de plataforma implementada no hospedeiro que recebe os sistemas a serem virtualizados, controlando os seus recursos e mantendo-os "invisíveis" em relação aos outros.

• Para que possa fazer o seu trabalho, o VMM tem um tratamento diferenciado: ele pode ser executado no "modo supervisor", enquanto que programas comuns (aplicativos) rodam no "modo usuário".

Como a virtualização funciona?

Como a virtualização funciona?

• No "modo supervisor", o software pode requisitar instruções que lidam diretamente com certos recursos hardware, como funcionalidades específicas do processador. No "modo usuário", estes recursos mais críticos não podem ser acessados diretamente, cabendo ao sistema operacional, que trabalha em "modo supervisor", fazer uma espécie de intermediação quando necessário.

• O VMM precisa ter acesso privilegiado porque cabe a ele alocar os recursos a serem utilizados por cada máquina virtual sob sua responsabilidade, assim como determinar a ordem pela qual cada solicitação destas será atendida.

• O hóspede é executado em "modo usuário", mas como a máquina virtual possui um sistema operacional, qualquer requisição de instrução mais crítica solicitada por este é "interceptada" pelo hypervisor, que se encarrega de fornecê-la.

Outros métodos de virtualização

O VMM não é a única técnica de virtualização que existe. Para que possa atender às mais variadas necessidades, vários métodos foram (e são) desenvolvidos. Entre os demais, tem-se o Process Virtual Machine, o Operating System Virtual Machine e a virtualização assistida por hardware.

Process Virtual Machine (Máquina Virtual de Processo)

• Neste método, a máquina virtual funciona como uma aplicação qualquer rodando dentro do sistema operacional. Um dos exemplos mais populares de máquinas virtuais do tipo é a linguagem de programação Java: nela, quando um programa é compilado, um código específico é gerado para ser executado por uma JVM (Java Virtual Machine - Máquina Virtual Java).

• O Virtual Machine Monitor é uma camada de software diretamente ligada ao hardware, por isso, permanece ativo durante todo o tempo em que o computador permanecer ligado. No Process Virtual Machine, a máquina virtual é tratada como um processo, como o seu nome indica. Assim, assim quando a sua execução é concluída, o ambiente da máquina virtual deixa de existir.

Operating System Virtual Machine (Máquina Virtual de

Sistema Operacional)

• Aqui, a máquina física recebe um sistema operacional, mas há a criação de vários ambientes virtuais sobre este. Cada um destes ambientes tem acesso a determinados recursos, como espaço em disco e quotas de processamento, mas compartilham do mesmo kernel (núcleo, isto é, a parte principal do sistema operacional). Normalmente, um ambiente não sabe da existência do outro.

• Máquinas Virtuais de Sistema Operacional são bastante utilizadas, por exemplo, em empresas de hospedagem de sites: cada ambiente é oferecido a um cliente como se fosse um sistema exclusivo, quando, na verdade, o servidor está sendo compartilhado com vários outros usuários.

Hardware na virtualização

• Até agora, lidamos com a virtualização como sendo uma variedade de técnicas baseadas em software. Mas o hardware também pode ter participação importante em soluções do tipo.

• Empresas como Intel e AMD, as maiores fabricantes de processadores do mundo, desenvolveram (e desenvolvem) tecnologias que possibilitam aos seus chips um trabalho aprimorado em soluções de máquinas virtuais, especialmente no que diz respeito à virtualização total.

• No caso da Intel, muitos de seus processadores atuais contam a tecnologia Intel Virtualization Technology (Intel VT), que consiste em um conjunto de instruções aplicadas ao chip especialmente para tratar de tarefas de virtualização. A AMD tem uma tecnologia equivalente (não há compatibilidade de uma com a outra), de nome AMD Virtualization (AMD-V).

• Entre os recursos oferecidos por estas tecnologias está a capacidade de facilitar o trabalho de fazer com que o processador funcione como um conjunto de chips, um para cada máquina virtual em uso.

VMware

• A VMware é uma empresa de origem norte-americana especializada em virtualização. Seus produtos são bastante conhecidos no mercado e atendem a aplicações dos mais variados tamanho.

• Um deles - o produto de entrada, por assim dizer - é o VMware Player, um software gratuito de virtualização que permite ao usuário doméstico criar uma máquina virtual para rodar outros sistemas operacionais no Windows ou no Linux. Assim, pode-se estudar um sistema, fazer testes de softwares, entre outros.