Avaliação do Uso de Xen em Ambientes de Computação de Alto Desempenho

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1 Avaliação do Uso de Xen em Ambientes de Computação de Alto Desempenho Márcio Parise Boufleur Guilherme Piegas Koslovski Andrea Schwertner Charão LSC - Laboratório de Sistemas de Computação UFSM - Universidade Federal de Santa Maria

2 Roteiro Introdução

3 Introdução Contexto Objetivo Utilização de ambientes virtualizados é um assunto recorrente Ambientes de alto desempenho Melhor aproveitamento dos recursos computacionais Virtualização facilita o gerenciamento dos recursos computacionais Ferramenta Xen como uma solução de virtualização Avaliar o desempenho de Xen em ambientes de alto desempenho

4 Virtualização Virtualização Modelos de Virtualização Camada de software que abstrai o hardware e torna possível a multiplexação de sistemas operacionais Virtualização começou nos mainframes Poder computacional atual permite a utilização de virtualização em computadores pessoais

5 Virtualização Modelos de Virtualização (MMV s) Gerencia o acesso dos sistemas operacionais hospedados ao hardware Acesso transparente aos recursos computacionais Consistência no acesso aos recursos Garante a independência das máquinas virtuais

6 Virtualização Clássica Virtualização Modelos de Virtualização Virtualização Clássica MMV executa diretamente sobre o hardware Chamadas de sistema interceptadas pelo MMV Requer suporte por parte do hardware

7 Virtualização Hospedada Virtualização Modelos de Virtualização Virtualização Hospedada MMV executa junto a um SO hospedeiro Chamadas são interceptadas pelo MMV e repassadas ao SO hospedeiro Não necessita de suporte do hardware VMware é uma solução popular que utiliza este modelo de virtualização

8 Xen Introdução Xen Arquitetura Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3) MMV de código aberto Utiliza virtualização clássica Disponível para as arquiteturas IA-32, IA-64 e EM64T Utiliza paravirtualização para contornar as limitações da arquitetura IA-32 Live Migration

9 Arquitetura (1/2) Xen Arquitetura Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3)

10 Arquitetura (2/2) Xen Arquitetura Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3) Gerenciamento de Memória Particionamento estático Forte isolamento entre os SO s hospedados Acesso somente leitura acontece de forma direta Acesso para gravação é interceptado pelo MMV Baixa penalidade no acesso à memória pelas máquinas virtuais

11 Migração de Máquinas Virtuais Xen Arquitetura Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3)

12 Migração de Recursos Locais Xen Arquitetura Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3) Utiliza ARP reply para informar que o endereço IP foi movido Não utiliza redirecionamento de pacotes diminuindo a dependência residual entre os computadores Não possui um mecanismo de migração de sistemas de arquivos Live migration permite que os sistemas permaneçam em execução durante a migração Migração ocorre em etapas

13 Etapas do processo de migração Xen Arquitetura Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3)

14 Artigos (1/2) A Case for Grid Computing on Virtual Machines (Figueiredo et al., 2003) Discute a aplicabilidade de soluções de virtualização Análise de sobrecarga do MMV (VMware) A Single-Computer Grid Gateway Using Virtual Machines (Childs et al., 2005) Estabelece uma comparação entre Xen e User Mode Linux (UML) Conclui que as vantagens obtidas justificam o uso de uma arquitetura virtualizada

15 Artigos (2/2) A Case for High Performance Computing with Virtual Machines (Huang et al., 2006) Exploração de uma rede de interconexão InfiniBand, utilizando Xen. Mecanismo escalável de gerenciamento de imagens de VM s. Scalability Comparison of 4 Host Virtualization Tools (Quétier et al., 2006) Execução de diverso microbenchmarks sobre 4 diferentes implementações de MMV s Xen destacou-se em diversos quesitos investigados Confirma a possibilidade da utilização em ambientes com recursos distribuídos Demonstra que VMware tem a escalabilidade comprometida devido ao alto número de "troca de mundos"(world Switch)

16 Avaliação de desempenho Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Objetivos: Avaliar a utilização de Xen em cenários característicos de ambientes de computação de alto desempenho Ambiente de experimentação: 5 estações Compaq Pentium 4 2.4GHz, memória de 512MB, cache de 512KB, sistema operacional Ubuntu Linux versão 5.10 Xen versão FastEthernet 100Mb/s Utilização de servidor de arquivos NFS

17 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída (1/2) MeteoP2P - Análise de grandes conjuntos de dados meteorológicos Utiliza abordagem peer-to-peer (P2P) Alto número de acesso a dados armazenados em disco

18 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída (2/2)

19 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto sobre um benchmark paralelo (1/3) Benchmark HPL (High Performance Linpack) Soluções de um sistema denso de equações lineares em arquiteturas distribuídas, utilizando MPI Execução ocorreu em dois cenários:

20 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto sobre um benchmark paralelo (2/3) Primeiro cenário: dois computadores para execução paralela e um terceiro atuando como servidor NFS

21 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto sobre um benchmark paralelo (3/3) Segundo cenário: quatro computadores para execução paralela e um quinto atuando como servidor NFS

22 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto da migração de máquinas virtuais (1/3) Migração das máquinas executando benchmark HPL e MeteoP2P Avaliação do mecanismo de Live migration Execução ocorreu em dois cenários:

23 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto da migração de máquinas virtuais (2/3) Primeiro cenário: três computadores para execução de quatro processos MPI e um quarto atuando como servidor NFS

24 Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais Impacto da migração de máquinas virtuais (3/3) Segundo cenário: Migração de uma máquina virtual executando MeteoP2P

25 Investigou-se o impacto da utilização de ambientes virtualizados em plataformas de alto desempenho Intrusividade do monitor de máquinas virtuais Xen Resultados obtidos mostraram que a sobrecarga envolvida no uso de Xen foi relativamente baixa nos diferentes casos considerados Xen pode constituir uma alternativa viável de virtualização em plataforma de processamento de alto desempenho

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