Virtualização. Conceitos e Prática. Tópicos em Sistemas de Computação Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian

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1 Virtualização Conceitos e Prática Tópicos em Sistemas de Computação 2014 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian Estagiário Docente: Vinícius Oliveira

2 Agenda Objetivos. Introdução. Virtualização: conceitos. VirtualBox: Princípios básicos; Instalação; Criando uma máquina virtual: Utilizando interface gráfica (GUI); Utilizando linha de comando (CLI); Guest Additions; Disposições finais.

3 Agenda Objetivos. Introdução. Virtualização: conceitos. VirtualBox: Princípios básicos; Instalação; Criando uma máquina virtual: Utilizando interface gráfica (GUI); Utilizando linha de comando (CLI); Guest Additions; Disposições finais.

4 Objetivos Aprender conceitos sobre virtualização. Entender o funcionamento das plataformas virtualizadas, amplamente em uso. Aprender a criar e gerenciar máquinas virtuais com o VirtualBox.

5 Introdução (1) O que é Virtualização? Não há um consenso. Engloba: Emulação; Simulação; Na computação, é um mecanismo capaz de executar em um mesmo computador dois ou mais sistemas, distintos ou não, de maneira isolada.

6 Introdução (2) Um pouco de história: A virtualização de hoje é resultado de pesquisas realizadas pela IBM na década de 60 e 70. O intuito era criar um sistema capaz de fornecer multiprogramação e máquina estendida (alto nível). Década de 80 e 90: virtualização era pouco utilizada. Muito do que temos atualmente sobre virtualização com x86 é consequência destas pesquisas. Atualmente a virtualização é uma tendência, sendo muito utilizada em diferentes segmentos, principalmente de infraestrutura.

7 Introdução (3) Mainframes: centralizando a computação. VS

8 Introdução (4) Por que utilizar virtualização? Consolidação de servidores: Redução do número e dos tipos de servidores; Diminuição de custos (manutenção, refrigeração, energia e etc); Melhor uso dos recursos computacionais; Facilidade de gerenciamento de um número reduzido de servidores. Confiabilidade; Disponibilidade; Encapsulamento; Dentre outros.

9 Virtualização: conceitos (1) Virtualizar: Executar simultaneamente múltiplos sistemas operacionais em uma mesma máquina física. Monitor de máquinas virtuais (MMV): Gerencia a distribuição dos recursos de hardware a cada sistema operacional convidado. Máquina virtual: Ambiente isolado criado pela MMV para cada sistema operacional convidado.

10 Virtualização: conceitos (2) Instruções não privilegiadas: Não modificam a alocação ou o estado de recursos compartilhados por vários processos simultâneos. Instruções privilegiadas: Podem alterar o estado e a alocação dos recursos compartilhados. Estados de operação de um computador: Modo usuário; Modo de supervisor;

11 Virtualização: conceitos (3) Sistema operacional hospedeiro (Host Operating System) : Sistema operacional nativo da máquina; Executado diretamente sobre o hardware físico; Sistema operacional visitante (Guest Operating System): Sistema operacional que é executado na máquina virtual; Geralmente executado sobre o hardware virtual;

12 Virtualização: conceitos (4) Monitor de Máquina Virtual (MMV) ou Hypervisor: Camada de software responsável por aplicar e monitorar políticas para as máquinas virtuais; Responsável pela virtualização e controle de acesso aos recursos compartilhados para as máquinas virtuais; Máquinas virtuais executam no modo usuário, sendo que o MMV executa no modo supervisor; Para uma máquina virtual executar uma instrução privilegiada, o MMV é necessário;

13 Virtualização: conceitos (5)

14 Virtualização: conceitos (6) Tipos de virtualização: Virtualização total ou completa: MMV cria uma réplica do hardware da máquina hospedeira; MMV cria drivers genéricos para traduzir os elementos de hardware da máquina hospedeira. Cada instrução é testado pelo MMV e depois disso é executada em hardware, o que causa uma perda de performance. Se a instrução for privilegiada, ela é simulada pelo MMV; Não há modificações no sistema operacional visitante. Com isso, a grande maioria dos sistemas operacionais existentes podem ser virtualizados.

15 Virtualização: conceitos (7) Tipos de virtualização: Virtualização total ou completa:

16 Virtualização: conceitos (8) Tipos de virtualização: Para-virtualização: Não utiliza drivers genéricos, acessa diretamente o hardware (ganho de performance); Uma instrução só é processada pelo MMV se ela for privilegiada, ou seja, se alterar o estado do sistema; MMV não testa instrução por instrução como na virtualização total; Sistema operacional visitante é modificado; Reduz o número de sistemas os quais podem ser virtualizados;

17 Virtualização: conceitos (9) Tipos de virtualização: Para-virtualização:

18 Virtualização: conceitos (10) Tipos de virtualização: Virtualização assistida por hardware: Semelhante ao modelo de virtualização total; Entretanto, não precisa testar todas instruções; Processador fornece um ambiente restrito para a execução de instruções das máquinas virtuais; Há um aumento de performance considerável; Intel VT e AMD-V são processadores que possuem essa característica;

19 Virtualização: conceitos (11) Tipos de virtualização: Virtualização assistida por hardware:

20 VirtualBox (1) O VirtualBox é uma poderosa coleção de ferramentas para máquinas virtuais. Pode ser usado em computadores pessoais, servidores ou sistemas mais específicos (embarcados). Possibilita a virtualização de sistemas operacionais 32- bit e 64-bit, tanto em processadores Intel quanto AMD. Pode ser totalmente em software (virtualização total); Pode usar recursos de hardware para virtualização (virtualização assistida por hardware); Desenvolvido pela Oracle e disponibilizado sob licença GPL.

21 VirtualBox (2) Outras características: Portabilidade; Arquitetura simples; Não é necessário o suporte para virtualização assistida por hardware. Guest Additions (adições de convidado); Suporte de hardware avançado (USB, discos, som, etc.); Suporte a pontos de restauração de sistema (snapshots); Acesso remoto via VRDP (desktop remoto);

22 VirtualBox (3) Sistemas hospedeiros suportados: Windows XP (32-bit), Windows Server 2003 (32-bit), Windows Vista (32-bit e 64-bit), Windows Server 2008 (32-bit e 64-bit), Windows 7 (32-bit e 64-bit); Apple Mac OS X: processador Intel como requisito. Linux (32-bit e 64-bit): Debian GNU/Linux 3.1, 4.0 e 5.0; Fedora Core 4 ao 11; Gentoo Linux; Redhat Enterprise Linux 4 e 5; SUSE Linux 9 e 10, opensuse 10.3, 11.0 e11.1 Ubuntu 6.06, 6.10, 7.04, 7.10, 8.04, 8.10, 9.04, e Mandriva , e Solaris: Open Solaris e Solaris 10.

23 VirtualBox (4) Sistemas visitantes suportados: DOS, Windows 3.X, Windows 95, Windows 98, Windows ME, Windows NT 4.0, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows Server 2008, Windows 7; Linux 2.4 e 2.6; Solaris 10 e OpenSolaris; FreeBSD e OpenBSD; OS/2 Warp 4.5; Mac OS X e Mac OS X Server;

24 Princípios básicos (1) O sistema que roda o VirtualBox é denominado host (sistema hospedeiro). O sistema virtual, instalado dentro do VirtualBox, é denominado guest (sistema visitante). O VirtualBox é capaz de fornecer virtualização de duas maneiras: Inteiramente em software: Todas as chamadas são interceptadas pelo VMM que fornece uma abstração. Usando recursos assistidos por hardware, em processadores especiais: IntelVT-x e AMD-V. ESTE SUPORTE DEVE SER HABILITADO NO BIOS.

25 Princípios básicos (2) Sistemas 64-bit como visitante: Se a arquitetura do hospedeiro for 64-bit pode-se instalar sistemas 64-bit como visitante normalmente: Habilitar o suporte para virtualização assistida em hardware; Configurar a MV para utilizar este recurso; Se a arquitetura do hospedeiro for 32-bit, ainda pode-se utilizar um sistema visitante 64-bit: Cria-se um overhead no MMV. Se as MVs forem criadas utilizando a interface gráfica, muitas destas configurações são feitas automaticamente; MVs 64-bit só funciona adequadamente com virtualização assistida em hardware.

26 Instalação (1) Existem diversos sistemas e maneiras para instalar o VirtualBox (Windows, Mac Os X, Linux, etc.). A base será uma instalação no sistema Linux (Ubuntu), utilizando um repositório de pacotes do VirtualBox. OBS.: para sistemas Linux é recomendável utilizar um gerenciador de pacotes do sistema (apt, yum, urpmi, etc) por motivos de manutenção da ferramenta; Antes de instalar, deve-se verificar algumas dependências: Pacote de headers (linux-headers) do kernel para a compilação do módulo do VirtualBox. apt-get install linux-headers-$(uname -r) A versão do linux-headers deve ser a mesma do kernel em uso. Pacote DKMS apt-get install dkms É um pacote capaz de recompilar automaticamente drivers quando há mudança de um kernel (MUITO IMPORTANTE).

27 Instalação (2) Utilizando o sistema apt: Adicionar source oficial do VirtualBox no arquivo /etc/apt/sources.list no Ubuntu 14.04: deb squeeze contrib non-free Adicionar as chaves do repositório, atualizar base e instalar: wget -q https://www.virtualbox.org/download/oracle_vbox.asc -O- sudo apt-key add - apt-get update apt-get install virtualbox-4.3

28 Criando uma máquina virtual (1) Existem duas maneiras de criar máquinas virtuais: Usando uma interface gráfica (GUI): Mais rápido e prático; Configura automaticamente e corretamente diversos parâmetros,; Necessita de um ambiente gráfico. Usando linha de comando (CLI): Nada prático; Requer um esforço maior nas configurações mas fornece todos os parâmetros para otimização das máquinas virtuais; Não necessita um ambiente gráfico (servidores); Nesse caso a máquina virtual é iniciada e pode ser acessada via desktop remoto (RDP).

29 Criando uma máquina virtual (2) Logs VBox.log VBox.log.1 VM1 Snapshots {0bf...8b}.vdi 2014 Z.sav $HOME VirtualBox VMs VM2 VM2.vbox VM2.vbox-prev VMn VM2.vdi

30 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (1)

31 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (2)

32 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (3) Informações requisitadas na criação da máquina virtual: Nome da máquina virtual; Tipo de sistema operacional visitante: Utilizado para definir diversas otimizações para o sistema visitante, além de habilitar algumas configurações tais como virtualização assistida para sistemas 64-bit. Quantidade de memória: Este espaço será reservado para o VirtualBox e não poderá ser usado pelo sistema hospedeiro durante o tempo que a máquina virtual executar. Portanto, cuidado ao definir a quantidade memória.

33 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (4)

34 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (5) Importante: o disco virtual é independente da máquina virtual. O disco é registrado para uma máquina virtual e quando ela é apagada, o disco virtual pode permanecer.

35 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (6)

36 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (7) 1 2

37 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (8) Interface do VirtualBox com a máquina virtual criada:

38 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (9) Visualização de opções da máquina virtual:

39 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (10) Visualização das opções de sistema:

40 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (11) Visualização das opções de rede:

41 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (12) Snapshots: permite salvar o estado de uma máquina virtual

42 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (13) Snapshots: Restaurar snapshot; Excluir snapshot; ou Exibir detalhes do snapshot.

43 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (14) Ao iniciar uma máquina virtual é possível acessá-la clicando com o mouse dentro de sua janela. Para sair do controle dessa máquina virtual, existem alguns atalhos de teclado: O padrão é o CTRL da direita. Retorna o mouse para o sistema hospedeiro.

44 Utilizando uma interface gráfica (GUI) (15) Para desligar uma máquina virtual Maneira convencional, desligando o sistema visitante: Fechando a janela da máquina virtual;

45 Utilizando linha de comando (CLI) (1) Command Line Interface (CLI): uma alternativa para a interface gráfica é a utilização de comandos para a criar e controlar máquinas virtuais. No VirtualBox o principal comando é o VBoxManage. Tudo que é realizado no ambiente gráfico GUI, também pode ser realizado através de CLI, permitindo maior especificidade. Serão mostrados alguns passos básicos para a criação de uma máquina virtual em CLI.

46 Utilizando linha de comando (CLI) (2) Para criar uma MV (arquivo xml utilizado pelo VirtualBox) registrando-a para o usuário em questão: VBoxManage createvm --name Meu Windows --ostype WindowsXP --register --name: permite especificar o nome da máquina virtual. --ostype: permite especificar o tipo de sistema operacional. Os tipos suportados podem ser vistos com o comando VBoxManage list ostypes. --register: registra a máquina virtual criada para o ambiente do VirtualBox do usuário.

47 Utilizando linha de comando (CLI) (3) Para modificar algumas configurações: VBoxManage modifyvm "Meu Windows" --memory vram 64 --acpi on --boot1 dvd --nic1 bridged -- bridgeadapter1 eth0 --vrde on --memory: a quantidade de memória alocada para a máquina virtual. --vram: a quantidade de memória de vídeo alocada para a máquina virtual. --acpi: gerenciamento de energia. --boot1: primeiro dispositivo de boot, se houver mídia no dispositivo. --dvd: indica o dispositivo no sistema hospedeiro. --nic1: insere uma interface de rede na máquina virtual, no modo bridge (pode ser host-only e nat). --eth0: no caso de bridge, qual a interface do hospedeiro utilizar. --vrde: habilita controle da MV por desktop remoto. Para uso deste recurso é necessário instalar o pacote de extensão Oracle VM VirtualBox Extension Pack junto ao VirtualBox.

48 Utilizando linha de comando (CLI) (4) Criando o disco virtual: VBoxManage createhd --filename HD_MeuWindows.vdi --size filename: nome do arquivo que conterá o disco virtual. --size: tamanho em MB ( GB). Precisamos anexar um disco a nossa máquina: VBoxManage storagectl "Meu Windows" --name "SATA Controller" --add sata Vinculando o disco virtual criado com o disco anexado a máquina virtual: VBoxManage storageattach Meu Windows --storagectl "SATA Controller" --port 0 -- device 0 --type hdd --medium <ENDEREÇO_HD_VDI>

49 Utilizando linha de comando (CLI) (5) Precisamos agora anexar uma mídia CD/DVD a nossa máquina: VBoxManage storagectl Meu Windows --name "IDE Controller" --add ide Vinculando uma imagem.iso à mídia anexada a máquina virtual: VBoxManage storageattach Meu Windows --storagectl "IDE Controller" --port 0 -- device 0 --type dvddrive medium <ENDEREÇO_IMAGEM_ISO>

50 Utilizando linha de comando (CLI) (6) Uma vez criada a máquina virtual, é possível iniciá-la. Como nesse caso é utilizado um ambiente sem terminal gráfico, o comando utilizado para iniciar uma MV é o VBoxHeadless: VBoxHeadless -startvm Meu Windows Observações: Ao iniciar a MV, o efeito é o de dar boot por meio da imagem.iso associada. Como acessar a MV? Para o primeiro acesso a melhor opção é por Desktop remoto, entretanto, é necessário que o VirtualBox contenha o pacote de extensão Oracle VM VirtualBox Extension Pack.

51 Utilizando linha de comando (CLI) (7) O acesso às máquinas virtuais pode ser realizado com ferramentas de desktop remoto que utilizam o protocolo RDP: O Windows possui um utilitário nativo de desktop remoto. No linux, recomenda-se o rdesktop. rdesktop-vrdp <IP>:<Porta> Para desligar a máquina virtual: VBoxManage controlvm Meu Windows poweroff

52 Guest Additions (1) O Guest Additions é um pacote de ferramentas que otimizam um sistema visitante. Deve ser instalado em cada sistema visitante. Drivers de dispositivos. Aplicações do sistema. Melhoram não só a performance, mas também a usabilidade. Melhora o vídeo; Permitem várias ações com o mouse. Pode ser baixado no site do próprio VirtualBox como um arquivo.iso. No Linux Ubuntu, pode-se instalar o pacote virtualboxguest-additions que já possui a imagem.iso. apt-get install virtualbox-guest-additions

53 Guest Additions (2) Instalação em sistema visitante Windows: Carregar a imagem (.iso) do Guest Additions: Caso não exista a opção, escolher manualmente a.iso:

54 Guest Additions (3) Seguir os passos como na instalação de qualquer programa em Windows:

55 Guest Additions (4)

56 Guest Additions (5) Instalação em Windows:

57 Guest Additions (6) Instalação para sistema visitante Linux: Selecionar a imagem do Guest Additions igual ao processo realizado no Windows; Montar o CD-ROM no sistema visitante: mount /media/cdrom1 ls /media/cdrom1... autorun.sh... VBoxLinuxAdditions.run... cd /media/cdrom1

58 Guest Additions (7) Depois de montada a imagem no sistema Linux visitante: Uncompressing VirtualBox Guest Additions for Linux... VirtualBox Guest Additions installer... Do you wish to continue anyway? [yes or no] Ou utilizar o autorun:

59 Guest Additions (8) Pastas compartilhada com GUI: Criar a pasta que será compartilhada no sistema hospedeiro. mkdir pasta_hospedeiro Selecionar as opções da máquina virtual no VirtualBox: 2 1

60 Guest Additions (9) Criar a pasta compartilhada no sistema visitante:

61 Guest Additions (10) Acessar o local da pasta compartilhada no sistema visitante Windows: \\Vboxsvr 1 2 Acessar o local da pasta compartilhada no sistema visitante Linux: sudo mount -t vboxsf -o uid=$uid,gid=$(id -g) pasta_compartilhada pasta_visitante Monta a pasta compartilhada com permissão para o usuário. UUID e GID podem ser consultados com id usuário.

62 Guest Additions (11) Configurando uma pasta com CLI: mkdir ~/hospedeiro VBoxManage sharedfolder add Meu Windows -- name compartilhada --hostpath ~/hospedeiro --name: um nome para o compartilhamento, registrado na máquina virtual (sistema visistante) em questão (podem existir várias pastas compartilhadas). --hostpath: o caminho do diretório dentro do sistema hospedeiro. Estes compartilhamentos são acessados dentro do ambiente de rede do sistema hospedeiro.

63 Disposições finais (1) Virtualização é um conceito antigo, mas também um tema atual; É crescente a utilização de virtualização na área de TI, notadamente na parte de infraestruturas; Atualmente existe um aumento do número de soluções virtualizadas, tais como appliances; Torna-se visível uma mudança no paradigma de vendas e implementação de soluções de TI;

64 Disposições finais (2) Entretanto, sempre há perda de desempenho; O MMV (hypervisor) e o Guest Addition é um software e todo software está sujeito a falhas: Se o MMV estiver vulnerável, todas as máquinas virtuais também estarão! Por exemplo: Sun VirtualBox Guest Additions Denial of Service Vulnerability (16 de novembro de 2009).

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