Estudo dos Principais Conceitos de Virtualização

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1 Estudo dos Principais Conceitos de Virtualização Manuela K. Ferreira Instituto de Informática Universidade Federal do Rio Grande

2 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Programa Introdução Conceitos de Virtualização Aplicações de Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Ferramentas de Virtualização Redes Virtuais Conclusões 2

3 3 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Introdução Motivação Virtualização Aumenta o aproveitamento dos recursos físicos Cada vez mais comum em Pcs Torna-se importante conhecer: Conceitos Aplicações

4 4 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Introdução Objetivo do Estudo Oferecer uma visão geral da virtualização, apresentando os conceitos principais e suas aplicações.

5 5 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Conceitos Virtualização Executar simultaneamente múltiplos SOs em uma mesma plataforma física Máquina Virtual (MV) Aplicações Ambiente isolado criado pelo MMV para cada SO convidado Monitor de Máquinas Virtuais (MMV) SO... SO MV 1 MV 2 MMV Hardware Aplicações Gerencia a distribuição dos recursos de hardware para cada SO convidado

6 6 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Aplicações e Vantagens Isolamento segurança pelo confinamento de invasões confiabilidade pelo confinamento de falhas Ap 1 Ap 2 Ap 1 Ap 2 SO SO 1 SO 2 MV 1 MV 2 Hardware MMV Hardware

7 7 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Aplicações e Vantagens Consolidação economia em equipamentos aproveitamento de recursos sub-utilizados facilidade de teste para desenvolvedores Ap 1 Ap 2 Ap 1 Ap 2 SO 1 SO 2 SO 1 SO 2 MV 1 MV 2 Hardware 1 Hardware 2 MMV Hardware

8 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Aplicações e Vantagens Migração facilidade de manutenção facilidade de atualização dos sistemas Ap Ap SO SO MV MV MMV 1 MMV 2 MMV 1 MMV 2 Hardware 1 Hardware 2 Hardware 1 Hardware 2 8

9 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Técnicas de Virtualização Classificação em relação a modificações do SO convidado Virtualização Total Permite virtualizar SO não modificado Replica virtualmente toda a arquitetura do hardware Exemplos VMWare XenEnterprise 3.2 (com suporte de hardware à virtualização presente) Paravirtualização Virtualiza somente SOs adaptados Exemplo Xen 9

10 10 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Técnicas de Virtualização Virtualização Total versus Paravirtualização Com a utilização do suporte oferecido à virtualização pelos processadores atuais, ambas as técnicas têm apresentado desempenho equivalente VMWare ESX versus XenEnterprise 3.2

11 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Técnicas de Virtualização Classificação em relação a sobre o que o VMM executa Máquina Virtual Hospedada MMV executa sobre um SO hospedeiro. Suporte a uma grande veriedade de dispositivos. Exemplos VMWare Máquina Virtual não-hospedada MMV executa diretemente sobre o hardware. Exemplo Xen Ap Ap SO... SO MV 1 MV 2 MMV SO hospedeiro Hardware Ap SO... Ap SO MV 1 MV 2 MMV Hardware 11

12 12 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Desafios à virtualização da arquitetura x86 visibilidade de estado de privilégio pelo SO convidado falta de interrupções de software (traps) quando instruções privilegiadas executam em nível de usuário Soluções para superar esses desafios com maior eficiência: soluções de software soluções de hardware

13 13 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de software A principal é a tradução binária tradução das instruções necessárias em tempo de execução desvia para um outro trecho de código e depois retorna à execução normal A tradução binária permite que o SO convidado seja executado mais eficientemente sobre um intérprete, ao invés de diretamente na CPU física.

14 14 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de Hardware Suporte de hardware oferecido para a arquitetura x86 AMD's SVN Intel VT-x Veremos apenas a tecnologia Intel VT-x, entretanto a AMD's SVM é muito semelhante e segue os mesmos princípios.

15 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de Hardware Intel VT-x Suporte à virtualização fornecido para arquitetura IA-32 Novos modos de operação VMX non-root e VMX root Novas transições entre modos MV entrada e MV saída Novas estruturas de controle VMCS 15

16 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de Hardware Intel VT-x Novos modos de operação VMX root e VMX non-root Cada um com 4 quatro níveis de privilégio SO convidado executa em nível zero de privilégio VMX non-root Aplicações 2 Aplicações SO convidado SO convidado Aplicações 0 SO convidado VMX root MMV 16

17 17 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de Hardware Intel VT-x Novas transições entre modos MV entrada: transição do modo VMX root para o modo VMX non-root MV saída: transição do modo VMX non-root para o modo VMX root VMM em VMX root MV entrada MV saída Guest em VMX non root

18 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de Hardware Intel VT-x Novas estruturas de controle VMCS:guarda estado da CPU em duas áreas Área de estado do convidado Área de estado do hospedeiro Estado Convidado VMCS Estado Hospedeiro carrega salva VMX non-root CPU VMX root 18

19 19 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Suporte à Virtualização Soluções de Hardware Intel VT-x Novas estruturas de controle VMCS:guarda estado da CPU em duas áreas Área de estado do convidado Área de estado do hospedeiro Também registra quais instruções irão causar MV saídas É possível especificar essas instruções

20 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Ferramentas de Virtualização VMWare versões somente de código fechado executa virtualização total muito utilizada na virtualização do Windows executa sobre um SO hospedeiro instala o VMDriver no kernel SO hospedeiro Ap 1 Ap 2 SO 1 SO 2 MV 1 MV 2 MMV VMWare SO Hospedeiro VM Driver Hardware 20

21 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Ferramentas de Virtualização Xen possui versões de código aberto originalmente executava somente paravirtualização quando o suporte de hardware está presente, é capaz de realizar virtualização total muito utilizada na virtualização do Linux executa diretamente no hardware cria MV Domínio0 responsável pelo gerenciamento de software a nível de aplicação Controle de Software e Gerente de Dispositivos SO XenLinux MV Dom0 Aplicações SO XenLinux... MV 1 MMV Xen Hardware Aplicações SO Windows Original em Intel VT-x MV 2 21

22 22 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Redes Virtuais Utilizadas na comunicação de MV É uma rede construída através da virtualização de recursos de rede que podem ser compartilhados por um conjunto de MV Possui duas arquiteturas básicas bus-based switch-based MV 1 MV 1 MV 2 MV 3 MV 2 MMV MVs adicionais MV 3 MVs adicionais MMV Modelo de rede switch based. Modelo de rede bus based.

23 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Conclusões A virtualização oferece maior aproveitamento, confiabilidade e tolerência a falhas em sistemas computacionais, principalmente nos de grande porte está se tornando comum em Pcs e até mesmo notebooks Classificação da Virtualização Virtualização total X Paravirtualização: com o suporte de hardware o desempenho de ambas estão cada vez mais próximos Virtualização hospedada X Não-hospedada: a hospedada oferece um suporte a um número maior de dispositivos 23

24 24 Introdução Conceitos Aplicações e Vantagens Técnicas de Virtualização Conclusões Suporte à virtualização a superação dos desafios da arquitetura x86 possui: técnicas de software: se concentra em aumentar o desempenho da execução do SO convidado sobre um intérprete técnicas de hardware: busca facilitar a troca de contexto entre o MMV e os SOs convidados e na detecção de instruções que devem ser controladas

25 Perguntas?

26 Estudo dos Principais Conceitos de Virtualização Manuela K. Ferreira Instituto de Informática Universidade Federal do Rio Grande

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