PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ ESCOLA POLITÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA (TELECOMUNICAÇÕES)

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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ ESCOLA POLITÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA (TELECOMUNICAÇÕES) ANDRÉ LEAL DE FREITAS FABRICIO DIEGO ANDRIGUETTO PROPOSTA DE VIRTUALIZAÇÃO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES CURITIBA 2014

2 ANDRÉ LEAL DE FREITAS FABRICIO DIEGO ANDRIGUETTO PROPOSTA DE VIRTUALIZAÇÃO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Elétrica (Telecomunicações) da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof. Dr. Ricardo C. Nabhen CURITIBA 2014

3 ANDRE LEAL DE FREITAS FABRICIO DIEGO ANDRIGUETTO PROPOSTA DE VIRTUALIZAÇÃO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Elétrica (Telecomunicações) da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. COMISSÃO EXAMINADORA Prof. Dr. Ricardo Cassiano Nabhen (Orientador) Pontifícia Universidade Católica do Paraná Prof. Dr. James Alexandre Baraniuk Pontifícia Universidade Católica do Paraná Prof. Dr. Marcelo Eduardo Pellenz Pontifícia Universidade Católica do Paraná Curitiba, 12 de Dezembro de 2014.

4 Agradecimentos Somos gratos aos educadores que estiveram nos capacitando nesse período de graduação, pela paciência, sabemos que fizeram um esforço tremendo para repassar o conhecimento de forma clara e objetiva, aos professores analisadores da banca, em especial o professor Dr. Ricardo Nabhen, com qual tivemos um maior contato e troca de conhecimento, além de estar nos incentivando a desenvolver um trabalho inovador e atualizado. Somos gratos a Deus, sempre tivemos fé em alcançar nossos objetivos de forma correta, e por final às nossas famílias, que foram os principais colaboradores e patrocinadores desta formação, e como ninguém, sabem exatamente o que passamos e entendem que não teríamos objetivo se não fosse assim.

5 ABSTRACT The present work demonstrates a cloud of structure that can be built with the function of providing various services. Known as IaaS (Infrastructure As A Service), the cloud oriented services is increasingly common, and facilitates the necessary infrastructure on the client side. The concept of MAAS (Metal As A Service), deployed on one or more servers, allows the physical provisioning of them, for later use in the cloud, the name is elementary, means the use of the metal itself (physical component ) such as infrastructure, or is, the MAAS means the lowest level of a cloud, just means the part, to the end user, it does not matter to know, because it makes no difference. Any physical part of the cloud is completely abstracted to the end user. In a more simplified and flexible, the Juju appears where you can make all the cloud elements configuration. The Charms are pre-configured components of the cloud. When you add the required components that work in specific components of OpenStack, and they are linked, you can get a summary of the cloud and its final configuration, with the availability to the end user. The contractor user of the services will have a certain space that can be accessed by a dashboard, available in its own technology involved. OpenStack provides OpenStack-Dashboard (Horizon) to be possible, the bond through the interface graphical of the cloud resources users, so it will be creating a virtual structure the way it choosse according to the contracted resources, or on demand.

6 RESUMO Na atualidade existe uma carga pesada de informações importantes que devemos guardar de forma segura e confiável e ao mesmo tempo expor de forma acessível e prática para o acesso simultâneo e a todo instante. A nuvem vem se mostrando cada vez mais interessante para tal tipo de configuração, onde o usuário contrata uma parte de estrutura terceirizada de alta disponibilidade e segurança. Essa nuvem pode ser utilizada da forma desejada, sendo escalável sob demanda e taxada de acordo com a utilização. Esta proposta apresenta o desenvolvimento de uma nuvem privada, que pode ser implantada com a alocação de alguns servidores. O projeto será totalmente desenvolvido em software livre, o que torna a solução ainda mais interessante e palpável, visto que um dos objetivos é demonstrar que o sistema pode tornar o hardware escalável de acordo com a demanda e o gerenciando, através de balanceamento de carga e da distribuição dos recursos físicos. Palavras-chave: Nuvem. Telecomunicações. Elastic Scaling. Openstack.

7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Fases computacionais Figura 2 Representação comum da Internet em forma de nuvem Figura 3 - Cenário de comunicação entre cliente e as aplicações nos servidores Figura 4 - Pontos críticos da nuvem em ralação ao Link Figura 5 - Arquitetura de camadas do Cloud Computing Figura 6 - Platform-as-a-Service (PaaS) Figura 7- Categorias de serviço na nuvem Figura 8 - Tipos de Computação em Nuvem Figura 9 - Sistema cloud computing e non-cloud computing Figura 10 - Composição de uma aplicação Figura 11 - Exemplificação de um gerenciamento de Cloud Figura 12 - Servidor Apache Figura 13 - Interface de acesso ao MAAS Figura 14 - Interfaces de rede Figura 15 - Rede dos nós Figura 16 - Interfaces do RC+CC Figura 17 - DNS Figura 18 - Importando as imagens Figura 19 - Imagens PXE Figura 20 - Nós inseridos no CC Figura 21 - Recursos do nó Figura 22 - Chaves do MAAS Figura 23 - Enviroments.yaml Figura 24 - juju-gui na máquina Figura 25 - Interface gráfica do juju Figura 26 - Juju-gui Figura 27 - Cenário físico completo Figura 28 - Cenário com os respectivos endereçamentos Figura 29 - Interface do Juju-Gui Figura 30 - Ambiente Juju com Charms implantados Figura 31 - Endereço de serviços implantados com o Juju - Dashboard Figura 32 - Visão geral de disponibilidade da nuvem... 59

8 Figura 33 - Acesso à aplicação... 64

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Características dos serviços em Cloud... 26

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO PROBLEMATIZAÇÃO Objetivo Geral Objetivos Específicos PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS COMPUTAÇÃO EM NUVEM COMPONENTES DA NUVEM Clientes Datacenter Servidores Distribuídos Infraestrutura CAMADAS DA NUVEM COMPUTADORIZADA TIPOS DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM VIRTUALIZAÇÃO Vantagens da virtualização Desvantagens da virtualização OPENSTACK ELASTIC SCALING Heat NOVA COMPUTE GLANCE CINDER NOVA-CLOUD-CONTROLLER KEYSTONE OPENSTACK-DASHBOARD RABBITMQ-SERVER MYSQL QUANTUM-GATEWAY SWIFT JUJU-GUI PROCEDIMENTOS REALIZADOS MAAS... 40

11 4.1.1 INSTALAÇÃO CONFIGURANDO INTERFACES DE REDE IMPORTANTO AS IMAGENS PXE INSERINDO OS NÓS NO CC JUJU INSTALAÇÃO Problema de Hook Failed ANÁLISE DOS RESULTADOS DIFICULTADES ENCONTRADAS EXECUÇÃO DA APLICAÇÃO NA INSTÂNCIA COMO AS INSTANCIAS SÃO DISTRÍBUIDAS NO CLUSTER ACESSO À APLICAÇÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS OU CONCLUSÃO REFERÊNCIAS GLOSSÁRIO... 67

12 11 1 INTRODUÇÃO A proposta apresenta a construção de uma nuvem privada com alguns servidores, a qual será construída no sistema operacional Linux Ubuntu versão LTS com Openstack. Esta configuração estará apta a aceitar o MAAS, que irá permitir gerenciar servidores físicos na nuvem, com a mesma facilidade de gerenciamento de máquinas virtuais, e com isso, permite provisionar a nuvem para mais ou para menos em minutos, através da implantação ou remoção de servidores físicos na estrutura. O sistema suporta o Juju. O juju está presente para a orquestração de serviços na nuvem. É uma parte imprescindível da configuração, permite implantar e gerenciar os serviços com facilidade e rapidez, usando componentes chamados de charms. Os charms podem ser administrados, de forma a escalar, independentemente o hardware para os determinados serviços que estarão sendo executados na nuvem. Um sistema de telecomunicações é composto de várias entidades, cada uma com sua função. Essas entidades podem ser implantadas na nuvem, podendo promover o aumento da disponibilidade dos serviços e a agilidade nos casos de ampliação de estrutura física através do scaling. A nuvem é composta pelo region-controller, o controlador da nuvem. Após ele temos o controlador do cluster, que pode ser um único servidor, ou vários controladores de cluster. Os controladores de cluster estão diretamente conectados ao region-controller e fazem o gerenciamento dos nós da rede. Os nós da rede são máquinas servidoras que estão disponíveis para serem utilizadas pela nuvem, suas estruturas são alocadas para a nuvem, elas são escravas dos controladores de cluster, e por fim, também do region-controller. Com esta estrutura, consegue-se um ganho com o balanceamento de carga e um dinamismo de reserva de recursos físicos para os serviços, efeito existente devido à integração dos recursos físicos dos servidores contidos no cluster. O resultado disto é maior disponibilidade do serviço e velocidade, equilibrando momentos de sobrecarga através da distribuição dos recursos entre os servidores do cluster. Toda a construção, manipulação, cluster e gerenciamento aparecem para o usuário de forma abstrata, logo o usuário não consegue ter acesso às estruturas individualizadas da nuvem. Para ele toda a estrutura soma em um único resultado, e esse resultado ele consegue acessar a parte que lhe foi concebida a partir da

13 12 contratação do serviço. Serviço em nuvem vem crescendo de acordo com a disponibilidade do acesso, que está diretamente ligado a disponibilidade de banda larga para o cliente final. O funcionamento é completamente dependente da conexão local do usuário final e do provedor. Quando se tem conexões estáveis e de alta velocidade, o serviço se torna também estável e rápido, unindo o útil ao agradável em relação aos custos e a manutenção.

14 PROBLEMATIZAÇÃO Um sistema de telecomunicações e suas derivações compõem um âmbito muito complexo e vasto de equipamentos, entre eles, marcas e modelos diferentes, cada um com suas especificações e particularidades. Atualmente os hardwares dos componentes presentes na estrutura de um sistema de telecomunicação, trabalham individualmente, independente um do outro, causando momento de indisponibilidade do serviço quando estão no seu limite de operação. Nesse ponto de sobrecarga, os equipamentos não dividem seus recursos físicos, eles nem conhecem o status dos equipamentos vizinhos, são pequenos sistemas independentes que por um mesmo protocolo conseguem se comunicar, não existe um intermediador que conheça todo o sistema, capacidade máxima e carga. Evitar a indisponibilidade dos serviços é uma das principais vantagens de um sistema em nuvem, já que a nuvem pode ser implantada sobre computadores comuns, facilitando a manutenção e a substituição. Dessa forma, se investe mais em garantia, através de espalhamento de servidores em regiões distintas ou até mesmo em um cluster, somando conteúdo e força para que o serviço seja estável e confiável. O armazenamento das informações se dá em um local com garantia e segurança terceirizada. Esse local pode ser desconhecido pelo cliente, que por sua vez, estaria utilizando o serviço através de uma rede IP, sem mesmo notar se o sistema está hospedado em seu município, estado ou até mesmo País. Isso aumenta a acessibilidade, promovendo mais confiança e garantia.

15 Objetivo Geral Demonstrar a criação de uma nuvem privada com o intuito de validar o conceito de elastic scaling, onde acontece um balanceamento de recursos entre os servidores que constituem a nuvem. Na camada superior pretende-se executar uma aplicação simples, inicialmente com o objetivo de fazer com que os servidores da nuvem compartilhem os seus recursos de uma forma dinâmica, com a finalidade de melhorar a eficiência do serviço. Feito isto, como objetivo final, pretende-se substituir a aplicação simples por uma mais estruturada, que caracteriza um sistema de telecomunicações, desenvolvido em linguagem C, no ano de 2013, por um aluno de graduação em Engenharia Elétrica da mesma instituição. Esta aplicação consiste em um media gateway, que possui a finalidade de converter fluxos de media, vindos de diferentes tipos de redes de telecomunicação. A nuvem irá possuir uma interface simples e de fácil acesso. Esta estrutura converge para uma economia em espaço e dinheiro. Utilizando computadores comuns em um ambiente único, protegido e refrigerado por terceiros. O usuário final, mediante a abstração da estrutura da nuvem, enxerga somente um espaço e uma capacidade exagerada de processamento, a fim de manter a eficiência do serviço. Todo o serviço implantado na nuvem pode ser facilmente acessado através de um dispositivo com navegador e acesso a Internet. Diversos tipos de serviços podem estar disponíveis em uma única nuvem, inclusive com acessos independentes para clientes diferentes.

16 Objetivos Específicos Os objetivos específicos do trabalho são: a) Apresentar as vantagens de um sistema de telecomunicação hospedado em nuvem; b) Identificar os processos intermediários de virtualização e estruturação da nuvem; c) Avaliar o dinamismo da nuvem mediante condição de sobrecarga; d) Construir uma nuvem privada que suporte um sistema desenvolvido em linguagem C; 1.2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS O processo principal está na instalação do primeiro servidor. O primeiro servidor estará carregando o sistema operacional Linux Ubuntu server 64 bits. Esse sistema instalado na forma básica somente texto estará executando a base da nuvem, este será o region-controller, responsável por integrar diferentes clusters de servidores, que podem pertencer a redes distintas. O segundo servidor também com o sistema operacional Linux Ubuntu server 64 bits, será o cluster-controller, servidor responsável por receber os nós. Os nós são servidores que estarão cedendo seus recursos físicos para a nuvem, de forma a aumentar a robustez da nuvem e deixá-la teoricamente sem limites, no conceito de elastic-scaling. O primeiro cluster-controller é denominado cluster-master, ele não requer autorização do region-controller para ingressar na nuvem. Os demais estarão sob aceitação do administrador da nuvem. Os próximos servidores são os denominados nós. Os nós não contém sistema operacional instalado a não ser quando o nó está alocado para o uso do sistema, eles inicializam a partir de imagens efêmeras que estão localizadas no clustercontroller. Processos necessários para que um nó seja disponibilizado na nuvem:

17 16 1. Enlistment: O processo de alistamento é o processo onde um novo servidor tenta se registrar no maas, uma imagem efêmera é carregada através da rede para uma simples e inicial descoberta do servidor como: interfaces de rede, Mac-Address e arquitetura do servidor. Feito isso um pedido de registro do servidor é feito ao region-controller. Nesse instante o nó em questão troca o status para declarado. 2. Declared: Depois de declarada a máquina deve ser aceita no MAAS para que ela entre no estado de comissionamento, só assim ela poderá estar pronta para implementação. O servidor nó pode ser aceito na interface administradora do MAAS. 3. Comissioning: Etapa onde informações mais profundas da estrutura do servidor nó são coletadas (através da inicialização novamente de uma imagem efêmera contida no cluster-controller), como: número de núcleos do CPU, memória RAM, tamanho do disco, etc. Essas informações são enviadas ao region-controller. Quando isso for feito o status do nó mudará para ready (pronto). 4. Ready: O estado pronto significa que aquele servidor está pronto para implantação. Nesse estado o Juju poderá orquestrar seus serviços através dos recursos disponíveis no novo nó adicionado. Quando um servidor for implantado, seu status mudará para allocated to user. 5. Allocated to user: Significa que o servidor está em uso pelo usuário que solicitou a sua implantação. O Maas (Metal-As-A-Service: Metal como um serviço) foi uma forma encontrada de abstrair todos os detalhes técnicos de um computador comum. Por exemplo: quantidade de CPUs, velocidade do barramento, quantidade e velocidade de memórias, etc. Em um ambiente de nuvem, a preocupação principal é com o poder computacional oferecido na mesma, o poder de armazenamento e também de disponibilidade e velocidade de rede.

18 17 O Maas trata da parte baixa da infraestrutura, onde se consegue gerenciar o hardware pertencente à nuvem, ou seja, integra-se capacidade física na nuvem através do Maas. O Maas faz verificações de burn-in em seus hardwares recémimplantados, a fim de garantir a qualidade do serviço. O Maas gerencia os componentes físicos da nuvem que podem ser dispostos ao usuário como serviço. Uma técnica que está ficando cada vez mais popular é a técnica de escalar para fora ao invés e ampliar e investir na estrutura própria. No ambiente de nuvem, do lado do provedor, é básico pensar que existe um ambiente apropriado para a solução e uma coleção de máquinas fisicamente alocadas e preparadas para serem utilizadas por algum cliente na nuvem. O Maas torna esse tipo de solução mais rápido e simples de configurar. Além de adiantar provisionamento de rede, ele pode ser instalado em uma rede que já está em funcionamento, em minutos. O Maas oferece abstração suficiente para retirar do cliente à preocupação com compatibilidade de hardware. O provisionamento de hardware pode ser feito de forma dinâmica através do Maas. Ele possui uma interface simples web e também API, facilitando algumas tarefas de manipulação de nós na nuvem como: adicionar novos nós, comissionar, atualizar, implantar e remover nós. Dessa forma é possível manipular servidores, fisicamente na nuvem à vontade, e por esse motivo a nuvem torna-se dinâmica e escalável. Com as alterações das necessidades, é possível desafixar um nó e utilizá-lo fora do Maas, e assim por diante. O cluster é totalmente gerenciado pelo administrador, e de certa forma tem capacidade extrema, visto que, sob demanda, é possível afixar diversos nós a fim de estender a capacidade de serviços. O region-controller é um servidor controlador da estrutura, necessário para a implantação da nuvem. Ligado ao region controller, estão os controladores de cluster, que por sua vez estarão controlando uma quantidade variável de nós, que também são máquinas servidoras e estarão contribuindo para a estrutura da nuvem.

19 18 O JUJU é um software que faz provisionamento de aplicação, com ele é possível implantar, manipular e escalar serviços na nuvem, tratando o cluster de forma abstrata e executando tarefas em segundos. Não é necessário perder horas de planejamento para implementar um serviço, basta decidir quantos nós serão necessários naquele determinado serviço e em seguida, aplicar um charm pré-escrita. Quando há uma alteração de necessidade, é possível ajustar os parâmetros de implantação em tempo real, e quando um serviço terminar, o juju poderá removê-lo sem deixar vestígios. Através do juju, é possível manipular os serviços que estão na nuvem de forma muito simples e rápida. Charms são serviços definidos de aplicações escaláveis, eles estão presentes na nuvem e podem ser implantados da forma que o administrador pode permitir conexões com outros serviços da nuvem e serem escaláveis de acordo com a demanda.

20 19 2 COMPUTAÇÃO EM NUVEM No decorrer dos anos, o que fica evidente para todos os profissionais que trabalham com novas soluções é buscar adequação de acordo com o andamento do desenvolvimento da tecnologia. Estes profissionais precisam estar preparados para acompanhar este processo de inovação. Visando a área computacional, o que está na moda neste momento é a computação em nuvem, sendo atribuído está nomenclatura a todo sistemas que necessita de compartilhamento de recursos sobre a internet ou sistemas que dão a ilusão ao usuário que o processamento está sendo realizado na sua própria máquina, mas na verdade esse processamento é feito na nuvem. De acordo com Borko Furht (2010, p.3), a nuvem tem como vantagem a economia de custos, alta disponibilidade e fácil escalabilidade. Com este grande desenvolvimento tecnológico, a computação já passou por muitas fases, que são ilustradas na Figura 1. Esta imagem exemplifica seis fases computacionais. A primeira fase era composta por muitos usuários que se conectavam aos poderosos mainframes, através de terminais a onde os usuários conectados, compartilhavam os recursos de todo o sistema. Diferentemente da segunda fase, onde os usuários tinham seus próprios PCs com autonomia suficiente para executar a maioria das suas necessidades, mas com capacidade reduzida. Na terceira fase, foram inseridos os PCs, laptops e servidores que eram conectados na mesma rede com a finalidade de compartilhar recursos e aumentar o desempenho do sistema. Na quarta fase, apareceu o conceito de que redes locais eram conectadas com outras redes locais formando uma rede global, tal como a internet, para utilizar aplicações e recursos remotamente. Já na quinta fase, a computação oferece um poder de armazenamento compartilhado através de um sistema de computação distribuída. Na sexta fase, a computação em nuvem fornece mais recursos compartilhados na internet de uma forma simples e escalável.

21 20 Figura 1 - Fases computacionais. Fonte: Adaptado por Voas e Zhang, Retirada do livro HANDBOOK OF CLOUD COMPUTING A Figura 1 aborda uma grande discussão ao comparar a primeira fase com a sexta fase. Esta discussão acontece devido ao grau de similaridade que ambos os sistemas possuem, a onde todo o processamento é realizado de uma forma abstrata para o usuário, dando a ilusão que tudo esta sendo processado na sua máquina. A discussão em questão é se com a adoção de um sistema em nuvem, não estaria acontecendo uma regressão de sistema, voltando para os mainframes. Mas existe uma importante diferença entre essas fases, de acordo com Borko Furht (2010, p.3), o sistema Mainframe Computing possui uma capacidade finita de processamento, enquanto que em nuvem a capacidade é quase infinita. Com este conceito, a internet geralmente é representada por uma nuvem, tendo como significado todo o resto que outro departamento irá se responsabilizar. A ideia da nuvem é exatamente essa ilustrada na Figura 2, de estar alocando tudo em um local que será de responsabilidade de outra empresa, pessoa ou até País, onde o usuário consegue acesso através da internet com um dispositivo remoto. O grande benefício além do serviço oferecido e de que a empresa armazena os aplicativos, esses aplicativos são alocados em servidores que estão na nuvem, ou seja, a própria empresa provedora arca com os custos que estão ligados tanto a aquisição dos equipamentos como os custos de funcionamento (energia, ambiente de

22 21 alocação das máquinas, refrigeração do local e segurança). Com isso caracteriza uma mudança no perfil de acesso ao usuário, abrindo uma frente para uma nova geração de empresas. Este modelo promete reduzir os custos operacionais e de capital, e o mais importante, deixar os departamentos de TI se concentrar em projetos estratégicos em vez de manter os datacenter em execução (VELTE, Antony; VELTE, Tobi; ELSENPETER, Robert, 2010). Figura 2 Representação comum da Internet em forma de nuvem. Fonte: VELTE, Antony; VELTE, Tobi; ELSENPETER, Robert (2010). A Figura 3 exemplifica o que foi discutido nos tópicos anteriores, a onde se tem o datacenter localizado depois da Internet. No lado do cliente encontramos apenas estações de trabalho, muitas vezes somente com uma conexão remota e o acesso a rede. Dessa forma, os servidores reproduzem na tela das estações, as aplicações necessárias para o ambiente de trabalho de acordo com os usuários que lá se conectam. Com isto, encontramos a universalização do ambiente de produção do lado do cliente, facilitando muito a manutenção e diminuindo o tempo de indisponibilidade por esse motivo.

23 22 Figura 3 - Cenário de comunicação entre cliente e as aplicações nos servidores Fonte: VELTE, Antony; VELTE, Tobi; ELSENPETER, Robert (2010). Lembrando que toda tecnologia tem suas vantagens e também seus pontos fracos. Há pontos críticos neste cenário que não se pode deixar de comentar. Um datacenter local funcionará independente de sua conexão com a Internet, tanto do lado do cliente quanto do lado do provedor do serviço, o usuário depende somente do seu acesso local. Quando se fala em nuvem, ambos os links precisam de taxas consideráveis e constantes para que o serviço seja realmente aplicado. Um link estável e veloz com a internet ajudará muito nesse tipo de trabalho, essa é a principal preocupação, uma vez que se o link estiver inativo, todas as suas aplicações estarão inacessíveis, partindo do princípio que todas as aplicações de sua empresa estão armazenadas na nuvem, nesse momento o link se encontra indisponível, a empresa estará também indisponível. A Figura 4 mostra os links indisponíveis, deixando toda estrutura dos clientes desconectada. Assim como também é de agrado que suas aplicações estejam o mais perto possível, facilitando a troca de informações entre elas. Uma aplicação local e um banco de dados na nuvem estão mais propensos a falhas do que uma aplicação local e um banco de dados local, ou uma aplicação na nuvem e o banco de dados também na nuvem.

24 23 Figura 4 - Pontos críticos da nuvem em ralação ao Link Fonte: VELTE, Antony; VELTE, Tobi; ELSENPETER, Robert (2010). 2.1 COMPONENTES DA NUVEM Os vários componentes da tecnologia em nuvem serão abordados neste tópico, visto que uma simples aplicação hospedada na nuvem já necessitará de vários recursos do mesmo e envolvem vários elementos como: clientes, datacenters e servidores distribuídos Clientes Os clientes constituem uma das pontas do cenário, são eles que se conectam a nuvem e manipulam os dados que se fazem úteis, por exemplo, uma aplicação que foi hospedada na nuvem. Os clientes podem ser classificados em três tipos de acordo com seus dispositivos de acesso a nuvem:

25 24 Móveis: constituindo Smartphone, iphone, PDA, tablete. Thin Client: computador sem disco rígido, a estrutura é carregada em memória através da rede, inclusive o sistema operacional. Este tipo de cliente está se tornando cada vez mais populares, por causa do seu preço. (VELTE, Antony; VELTE, Tobi; ELSENPETER, Roberth; 2010, p.7) Thick: computador comum tem suas informações locais em disco rígido e acessa a nuvem através de um navegador. O navegador se comporta como um portal Datacenter Um grupo de servidores em um mesmo local é o Datacenter. Poderia ser uma sala de sua empresa, como uma sala em outro local, até mesmo outro País. Esse datacenter está conectado à Internet e provê acesso lógico ao usuário. Esses servidores estarão responsáveis pela virtualização. A virtualização está diretamente limitada á configuração física do servidor e também às aplicações virtuais a serem utilizadas Servidores Distribuídos Esses servidores integrados e distribuídos pelo mundo estão a trabalhar para o mesmo provedor de serviços. Dessa forma quando houver uma falha em um servidor principal, outro pode estar atendendo essas requisições, deixando o serviço disponível mesmo após uma falha do equipamento principal. Assim como para segurança, esses servidores distribuídos também facilitam a elasticidade da estrutura, sendo possível adicionar servidores de qualquer local na nuvem, aumentando sua potência de hardware Infraestrutura A maneira como os servidores serão alocados ou como a infraestrutura será criada depende da aplicação desejada e também da disponibilidade do provedor do

26 25 serviço. Como a infraestrutura é do provedor, será necessário verificar se a disponibilidade de infraestrutura do provedor atende a demanda do cliente. 2.2 CAMADAS DA NUVEM COMPUTADORIZADA Essas camadas são organizadas através de uma coleção de serviços, apresentados em camadas que definem a arquitetura da nuvem de acordo com as funcionalidades, ilustrada na Figura 5. Estas camadas são descritas e definidas abaixo: Software como serviço (SaaS Software as a Service) Neste serviço, o cliente não administra ou controla a infraestrutura da rede, apenas é ofertado à execução de software com propósitos específicos para o usuário através da Internet. Plataforma com Serviço (PaaS Plataform as a Service) Este serviço, é oferecido para o cliente toda uma plataforma para desenvolvimento, testes e implementações para aplicação web. O cliente não administra ou controla a infraestrutura da rede, apenas tem controle sobre algumas ferramentas usadas como auxilio na construção de aplicações web. Diferente do SaaS que fornece uma aplicação pronta, o PaaS provê uma plataforma para desenvolvimento dessas aplicações. Infraestrutura como Serviço (IaaS Infraestructure as a Service) Este é o modelo a onde o cliente/consumidos controla diretamente a infraestrutura que contratou através de uma interface de administração tal como servidores, sistemas operacionais e armazenamento de dados. Armazenamento de dados como Serviço (DaaS Data Storage as a Service) este tipo de serviço possibilita o armazenamento dos dados na nuvem. Pode ser representado, inclusive, como parte do IaaS. Com este serviço, o DaaS isenta a responsabilidade do cliente quando a implantação e manutenção do serviço de armazenamento.

27 26 Figura 5 - Arquitetura de camadas do Cloud Computing Fonte: autor, Entretanto, esta visão dos serviços separados em quatro tipos (software, plataforma, infraestrutura e manutenção do serviço de armazenamento). A Tabela 1, exemplifica algumas características que os serviços IaaS, PaaS e SaaS possuem desde os custos da implementação dos serviços, quais são suas necessidades para adquirir os sistemas e a onde se aplica esses serviços. Tabela 1 Características dos serviços em Cloud NUVEM PÚBLICA NUVEM PRIVADA NUVEM HÍBRIDA IaaS PaaS SaaS Fácil implantação em infra estrutura Dados centralizados em infra Mistura das infra estruturas de nuvem de host compartilhado. estrutura própria e segura. privada e nuvem pública. Dimensionamento de servidores ocorre Dimensionamento de servidores ocorre Pode-se associar a estrutura ao tipo de automaticamente de acordo com a manualmente de acordo com a serviço escolhido carga. Necessidade Pagamento por uso para recursos de Capacidade de recurso planejada, custos. Mantem dados seguros com controle de computação ilimitado, armazenamento fixos e largura de banda ilimitada. custo e infra estrutura dedicada e largura de banda. NECESSIDADE DE AQUISIÇÃO Garantia de desempenho 'QoS' Agilidade na redundância de rede Serviços e soluções personalizados Fácil implantação e dimensionamento Confiabilidade do serviço e do suporte Confiabilidade do serviço e do suporte Armazenagem SSD: mais rapidez Escolha de hardware de qualidade Escolha de hardware de qualidade Escolha de software de virtualização Qualidade de nuvem pública

28 27 CUSTOS Variável: o custo está ligado a banda Fixo: com hardware fixo e banda Fixo + variável: Alguns serviços são fixos consumida, preço por uso do link. ilimitada, o custo fica fixo. enquanto outros são pagos por uso. UTILIZAÇÕES E UTILIZADORES Hospedagem WEB Sites Aplicações complexas Desenvolvimento Informação Protegida Serviços internos e externos misturados Testes Streaming Tráfego de natureza 'spikey' Serviços pagos por uso Aplicações de alto tráfego Segurança de estouro de tráfego Fonte:http://www.brict.com.br/cloud-virtualization/diferenca-entre-nuvem-privada-publica-e-hibrida/ Para facilitar a compreensão dos conceitos abordados nas camadas de serviço da nuvem, considere a Figura 6, que exemplifica PaaS. A PaaS fornece Integrated Development Environment (IDE) incluindo a segurança de dados, um backup e recovery, uma hospedagem de aplicativos e uma arquitetura escalável. Figura 6 - Platform-as-a-Service (PaaS) Fonte: Zoho Creator (Adaptado Plataform as a Services, Retirado do livro HANDBOOK OF CLOUD COMPUTING Para Chappel (2008, p.5) existe três categorias de serviçõs de nuvem. Estas classificações estão ilustradas na Figura 7. A figura 7a exemplifica o processo SaaS, a onde o cliente tem um simples browser para acesso a aplicação sendo que está aplicação está na nuvem. A Figura 7b ilustra outro tipo de serviço, que ao contrário do SaaS a aplicação é executada no cliente, no entanto as funções uteis de acesso e serviço são todas

29 28 feitas na nuvem. O software itunes, utiliza este processo onde uma aplicação roda a nível do cliente (play music), enquanto um outro serviço na nuvem é usado para comprar um novo conteúdo de vídeo e áudio. E por fim, a Figura 7c demonstra uma plataforma em nuvem para criar novas aplicações, usadas por desenvolvedores. Os desenvolvedores de aplicativos criam um novo aplicativo SaaS. Figura 7- Categorias de serviço na nuvem Fonte: Adaptado por Chappell (2008). Retirado do livro HANDBOOK OF CLOUD COMPUTING. 2.3 TIPOS DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM Números e tipos de usuários que podem acessar e utilizar recursos da nuvem bem com sua localização como fator determinante para ter acesso concedido, são aspectos dominantes para o estabelecimento da forma como esses recursos estão disponíveis. Existem três tipos de nuvem: (a) nuvem publica (public cloud), (b) nuvem privada (private cloud) e (c) nuvem hibrida (hybrid cloud). Estes tipos de nuvem estão ilustrados na Figura 8.

30 29 Figura 8 - Tipos de Computação em Nuvem Fonte: Retirado do livro HANDBOOK OF CLOUD. A nuvem privada possui toda infraestrutura dos servidores que virtualizarão os serviços pretendidos pela empresa e é feita exclusivamente para a organização em questão. Este modelo fornece alto nível de segurança, visto que a gestão e manutenção da nuvem fica sob responsabilidade da empresa, podendo então, realizar o plano de segurança conforme suas necessidades. Mas com toda essa estrutura implementada os gastos são muito altos, dependendo do caso, torna-se inviável. Uma nuvem publica é um sistema aberto a qualquer usuário que queria contratar o serviço. Este sistema é caracterizado pelos usuários ou empresas por não saberem a onde se encontram seus dados ou como essas informações são manipulados e nem quais as práticas adotadas pela a empresa contratada quando à segurança da informação. Com isto, o sistema se torna mais acessível financeiramente e tem como possibilidade o desligamento do contrato, simplesmente liberando os servidores para outros usuários. Contudo, os riscos de quebra de confiabilidade, de disponibilidade e integridade podem tornar-se bem maiores. 2.4 VIRTUALIZAÇÃO A vantagem da nuvem é a habilidade de virtualizar e compartilhar recursos entre as aplicações com o objetivo de utilizar o servidor da melhor forma possível os recursos do mesmo. Quando um sistema não permite a computação em nuvem, considerando a Figura 9 como exemplo de cenário, percebe-se que, três servidores estão executando suas próprias aplicações independentemente, permitindo concluir

31 30 que este sistema não é capaz de suportar três plataformas independentes para três aplicações diferentes em execução no próprio servidor. Figura 9 - Sistema cloud computing e non-cloud computing Fonte: Adaptado por Jones. Retirado do livro HANDBOOK OF CLOUD COMPUTING. Em um ambiente virtualizado, os servidores podem ser compartilhados, para sistemas operacionais e aplicativos, resultando em um uso de quantidades menores de servidores e utilizando-os de uma forma mais eficiente. A Figura 9 ilustra este processo, demostrando que com o uso da nuvem é possível utilizar o mesmo servidor para diferentes funcionalidades. Neste exemplo um sistema com três servidores foi substituído por um cenário a onde se tem apenas dois, sendo que um servidor em nuvem foi capaz de efetuar o processamento de dois servidores que não possuíam um sistema na nuvem Vantagens da virtualização Abstração Todo o processamento fica limitado a infraestrutura da nuvem, dessa forma o usuário não precisa se preocupar com problemas do tipo compatibilidade com hardwares/software de segurança.

32 31 Comodidade Vem com transparência de acesso a sua parte da nuvem, que pode ser efetuado de qualquer dispositivo com acesso a Internet, a qual está ficando cada vez mais abrangente e popular. Fiabilidade Aumento da disponibilidade do serviço, já que o processamento não fica vinculado a uma única máquina, nesse caso quando um equipamento do conjunto físico falha, o serviço não fica comprometido. Capacidade de armazenamento virtualmente ilimitada Toda a informação fica armazenada na estrutura da nuvem, logo o armazenamento local não é problema para esta escolha, porque a estrutura da nuvem pode ser aumentada com o conceito de scaling, onde teoricamente não existe limite de espaço, uma vez que, o poder de hardware pode ser aumentado de acordo com a necessidade, de forma transparente ao usuário Desvantagens da virtualização Dependência A Internet é o único caminho para se conectar a nuvem, uma vez que o usuário perde a conexão com a Internet, o acesso a nuvem fica completamente interrompido. Recuperação de dados Se houver algum problema com a estrutura da nuvem, já que todos os equipamentos estão sujeitos a falhar e erros, os dados dos usuários podem ser perdidos se não houver soluções de cópias efetivas.

33 32 Opções mais limitadas O processamento deve ser feito no mesmo local da aplicação, não havendo maneira de intermediar informação em tempo real entre a estrutura da nuvem e um cliente. A estrutura da nuvem armazena todo o processo, o computador local serve somente como forma de acesso a estrutura principal. Vulnerabilidade Toda a informação contida em um local acessível da Internet está também acessível a qualquer tipo de ataque que tenha como objetivo capturar informação e destruir a parte funcional do processo. O poder computacional pode sim provocar uma instabilidade no setor de segurança, que precisa estar muito bem afinado nesse sentido. 3 OPENSTACK Fundado por Rackspace Hosting (provedor de infraestrutura americano) e a NASA (agência espacial americana), o openstack é uma plataforma de computação em nuvem, desenvolvida em software livre com código aberto, pode ser utilizada para nuvens públicas e nuvens privadas. Possui sua maior parte desenvolvida em Python e também uma interface web, para facilitar a sua utilização e padronizar o acesso. O openstack fornece APIs que em conjunto são capazes de controlar todos os recursos disponíveis na infraestrutura, como máquinas virtuais, rede, armazenadores e balanceadores de carga. O projeto oferece soluções para todos os tipos de nuvem, é de fácil implementação, muito poderoso em recursos e altamente escalável. Fazendo uma analogia ao sistema operacional que gerencia seus recursos locais em um computador comum, o openstack é um sistema operacional que gerencia um conjunto de nuvens. Os manipuladores e mantenedores do projeto são os desenvolvedores e tecnólogos em redes de computação em nuvem. Essa comunidade global de desenvolvedores observa e melhora o projeto pelo principal motivo de poder implementar serviços em nuvem diferenciados para empresas distintas sob uma plataforma de hardware padrão, facilitando a manutenção, promovendo uma alta disponibilidade. A ideia de utilização de código aberto está centralizada na única e exclusiva necessidade real dos usuários. Nesse caso o código fica disponível para qualquer

34 33 pessoa utilizar, mas com o comprometimento (não obrigatório) de um retorno sobre a plataforma como: reclamação, sugestão, aprimoramento, etc. Mediante essas novas informações vindas dos usuários a plataforma é modificada e enriquecida a cada dia, atendendo um campo cada vez mais amplo de necessidades e se tornando cada vez mais popular. 3.1 ELASTIC SCALING É possível realizar uma adequação de recursos disponíveis dinamicamente, prevendo recursos necessários para o sistema e liberando o mesmo caso o processamento tenha chegado ao fim, disponibilizando os recursos para outras API que podem estar utilizando o sistema na nuvem Heat Heat é o principal projeto do OpenStack, ele implementa uma máquina para lançar múltiplas aplicações na nuvem baseado em templates, na forma de arquivos textos que podem ser tratados como códigos. A partir dele, se configura as aplicações na nuvem para o OpenStack. O Heat permite descrever as composições que uma aplicação possui neste sistema, nomeado como stack, como é ilustrado na Figura 10. De acordo com DAVIDE MICHELINO (2013, p.8), na camada de dados, se tem os recursos que serão compartilhados e a camada responsável por gerenciar o uso dos recursos é a Business Logic. Por fim, se tem a camada que irá apresentar a aplicação do cliente. Figura 10 - Composição de uma aplicação

35 34 Fonte: Devide Michelino, Implementation and testing of OpenStack Heat. A Figura 11 exemplifica todo o processo necessário para utilizar os recursos que estão em cloud usando a plataforma de gerenciamento OpenStack. Este processo acontece da seguinte maneira: primeiro o gerenciador da rede define suas especificações para a aplicação desejada no template, depois o template é executado na Heat, cuja sua finalidade é gerenciar os recursos de cloud para o OpenStack. Neste caso os recursos estão sendo gerenciados por uma pilha, fornecendo um dimensionamento automático, com isto consegue-se adicionar automaticamente maquinas virtuais (VM) de acordo com a carga de trabalho. Figura 11 - Exemplificação de um gerenciamento de Cloud Fonte: Devide Michelino, Implementation and testing of OpenStack Heat. <http://zenodo.org/record/7571/files/cern_openlab_report_michelino.pdf> 3.2. NOVA COMPUTE O projeto Nova (Openstack Compute) é o módulo do OpenStack responsável pela execução das máquinas virtuais e pelo gerenciamento de todo o poder computacional presente em um recurso que utiliza os serviços OpenStack. O Nova permite que seja executado instâncias de máquinas virtuais, mas não possui poder de virtualização. O Nova possui drivers para padrões de virtualização, como, por exemplo, o KVM (Kernel Virtual Machine), utilizado no trabalho em questão. O KVM é uma solução de virtualização open source para Linux incluída no Kernel do Linux (a partir do ) como padrão. O trabalho real da virtualização é feito através da biblioteca libvirt. O libvirt é composto de várias partes diferentes, incluindo a

36 35 biblioteca de application programming interface (API), um deamon (libvirtd), e um utilitário de linha de comando padrão (virsh) GLANCE O Glance é o serviço de imagem do Openstack. Ele oferece um repositório para imagens de disco virtual, que o Nova pode estar utilizando. Esse armazenamento pode ser feito com o projeto Swift, também do Openstack. O Glance pode oferecer metadados como resumo de verificações da imagem de disco para integridade, controle da versão, etc... Mas seu principal papel é abastecer o Nova com as imagens que podem ser executadas na nuvem, que posteriormente receberão algum tipo de serviço específico CINDER O projeto Openstack Cinder é um serviço de armazenamento em bloco para o Openstack, ele é capaz de virtualizar pools de dispositivos de armazenamento em bloco e oferecer aos usuários finais como uma API de auto-atendimento. Dessa forma os usuários podem solicitar e consumir os recursos da nuvem sem a necessidade de qualquer conhecimento de onde o seu armazenamento é realmente implantado. Esses volumes de armazenamento em bloco são totalmente integrados com o projeto Nova e com o projeto Dashboard, assim eles permitem que o usuário possa gerir as necessidades de armazenamento através do painel de instrumentos do Openstack. Os volumes criados são independentes das instâncias criadoras, isso significa que eles podem ser realocados pra outras instâncias ou ficarem apenas guardados com informações de longa data NOVA-CLOUD-CONTROLLER O serviço do projeto Nova-Cloud-Controller é um serviço mais neutro em relação aos outros. Sendo assim um serviço de natureza mais central, ele é o serviço

37 36 controlador da nuvem. O projeto Nova-Cloud-Controller fornece o sistema de gerenciamento central para as implantações Openstack, ele normalmente gerencia a autenticação e envia mensagens para todos os sistemas através de uma fila de mensagens KEYSTONE O projeto Openstack Keystone é responsável pelo serviço de identidade, token, catálogo e política de uso, é utilizado especificamente para projetos Openstack. O serviço do Keystone é essencial para a nuvem, já que ele irá gerenciar o acesso aos servidores do Nova, às imagens do Glance e aos objetos armazenados com o Swift. Ele atua como um sistema de autenticação comum em todos os serviços provisionados na nuvem e pode ser integrado com serviços de autenticação já existentes, como o conhecido LDAP. Múltiplas formas de autenticação são suportadas pelo Keystone, incluindo credenciais de usuário e senha padrão, sistemas de token e-style AWS logins (utilizado na plataforma Amazon Web Services). Também existe uma lista de todos os serviços implantados na nuvem Openstack em um único registro. Usuários e ferramentas de terceiros pode determinar quais recursos os usuários estarão aptos a acessar com aquele determinado login OPENSTACK-DASHBOARD O projeto Openstack-Dashboard (Horizon) fornece uma interface gráfica Web que possibilita ao usuário final a manipulação dos projetos do Openstack. Dessa forma o usuário pode interagir com os recursos da nuvem, possibilitando-o de, provisionar e automatizar, recursos já baseados em nuvem. O painel do Dashboard é utilizado por terceiros como interface de comunicação entre usuário e estrutura do Openstack. Os principais projetos do Openstack como Nova, Swift, Network, utilizam o painel de instrumentos Dashboard para transmitir a monitoria e gerenciamento para o usuário final.

38 RABBITMQ-SERVER O AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) foi a tecnologia de mensagens escolhida pela nuvem Openstack. O corretor AMQP requer o serviço Rabbitmqserver. O Rabbitmq é um padrão emergente para mensagens corporativas de alto desempenho. O serviço Rabbitmq-server é uma aplicação robusta e escalável, por esse motivo o Openstack necessita do Rabbitmq-server, ele é o serviço de mensagens para comunicação interna entre os vários componentes da nuvem. Quando uma instância é implantada e compartilhada na nuvem Openstack, cada componente se conecta ao corretor de mensagens AMQP (Rabbitmq-server). Dessa forma existe duas classes principais de componentes: Invoker e Worker. Os componentes do tipo Invoker (como API ou Scheduler) são componentes que mandam mensagens para o sistema de filas, já os componentes do tipo Worker (como Compute ou Quantum) são os componentes que recebem as mensagens do sistema de filas e respondem respectivamente MYSQL Um serviço Mysql é necessário na nuvem Openstack, visto que a maioria dos serviços da nuvem necessitam de um banco de dados para armazenar informações, logo estarão compartilhando o Mysql que estará implantado como um componente da estrutura Openstack. O Mysql é considerado o banco de dados padrão da nuvem Openstack QUANTUM-GATEWAY O serviço Quantum-Gateway é considerado o serviço de rede virtual do Openstack. Esse componente fornece API para solicitar e configurar redes virtuais de forma dinâmica na nuvem. Essas redes virtuais conectam serviços e criam estruturas. Recursos mais avançados são encontrados no serviço Quantum-Gateway, como por exemplo, QoS, ACLs e monitoramento de rede.

39 38 Da mesma forma que o Nova gere as instâncias da nuvem, o Quantum-Gateway gere as redes virtuais. O Quantum-Gateway de certa forma apoia o componente Openstack Nova, já que ele estará fornecendo uma rede de acesso virtual às instâncias iniciadas pelo Nova SWIFT O Serviço Openstack Swift fornece armazenamento de objetos dentro da nuvem Openstack. É análogo com o serviço Amazon S3. Os objetos são distribuídos nos diversos nós de armazenamento Swift subjacentes, com intuito de resiliência e escalabilidade. O Swift é considerado a melhor forma de armazenamento para dados sem estrutura, ou seja, dados que podem crescer sem limites. Isso é possível pela vantagem da escalabilidade dos serviços Openstack, podendo crescer de forma horizontal, é possível alcançar dezenas de petabytes com o conceito de unidades em várias máquinas servidoras de armazenamento. Todo o conteúdo pode ser acessado diretamente em questão de minutos, uma vantagem extremamente importante comparado aos tradicionais armazenamentos que podem levar dias para serem acessados JUJU-GUI O projeto Juju-Gui é responsável pela interface Web do Juju, é uma aplicação JavaScript e HTML Web, tudo isso já encapsulado no próprio charm. Ele pode conversar com o Juju através de um Websocket para fornecer uma interface em tempo real com todos os serviços instalados. O juju-gui não é obrigatório, já que todo o processo pode ser feito através dos comandos API do JUJU. Nessa interface gráfica é possível criar, importar e exportar projetos locais de nuvem Openstack. Nele é possível fazer o gerenciamento dos charms, como adicioná-los, removê-los e interliga-los para a concretização da nuvem. Todo o processo pode ser feito em modo gráfico, lembrando que a totalidade dos recursos é alcançada somente em modo texto, podendo ser acessado através de terminal em conexão SSH. Na interface Web é possível enxergar todas as máquinas que estão em estado de alocação no MAAS. Quando o MAAS aloca a máquina para o usuário, ela aparece

40 39 na interface Web do Juju e aguarda que um ou vários projetos sejam implantados nela. As unidades de serviços e a configuração dos mesmos podem ser feitas também na interface Web do Juju.

41 40 4 PROCEDIMENTOS REALIZADOS Até o presente momento foi explicado como é feito teoricamente todo o processo de instalação de um S.O com openstack, suportando MAAS e JUJU com a ideia de fazer com que o cluster-controller, controle os recursos dos nós que estarão sendo inseridos na estrutura, até o estado ready. Neste estado, o nó estará pronto para receber um serviço ou um projeto para começar a criar todo o ambiente necessário para uma estrutura em nuvem. Com isso o objetivo deste tópico é mostrar quais foram os passos necessários para criar este ambiente, desde a parte de mais baixo nível a onde o MAAS é o responsável, até a parte de alto nível a onde as aplicações são distribuídas entre os recursos conhecidos dos nós usando o JUJU. 4.1 MAAS As entidades que compõem o MAAS são o region-controller (RC), cluster-controller (CC) e os nós. Suas características são descritas abaixo: RC sua principal funcionalidade é gerenciar e controlar os controladores de clusters na nuvem, sendo responsável por todos os recursos físicos que uma estrutura como essa venha ter. Tem como funcionalidade um servidor apache a onde permite acessar os dados de todos os clusters por uma interface WEB-UI e em modo texto também é possível fazer o acesso, usando API. CC Esta entidade controla a inserção dos nós na nuvem, implementa um servidor DHCP e DNS, e possui um protocolo para transferência de arquivos que é o TFTP. Este protocolo é utilizado para transferir as imagens PXE (Preboot execution Environment) pelo CC. Nós São os elementos que vão fornecer seus recursos físicos para a nuvem, ou seja, são as estruturas servidoras INSTALAÇÃO O primeiro procedimento que precisa ser feito é instalar o S.O, que neste projeto foi utilizado o Ubuntu LTS-server 64Bits. Neste S.O já existe a opção de instalar um novo ambiente com o MAAS já na base do sistema ou a opção de instalação do MAAS em modo texto. Quando se cria um novo ambiente com o MAAS, o RC e CC

42 41 estão na mesma máquina. Existe a possibilidade de separar essas entidades em duas máquinas distintas, uma para cada. Neste presente projeto, devido à quantidade limitada de recursos físicos estamos utilizando a primeira opção, mas deixamos claro que para redes maiores é melhor que o RC esteja separado do CC. Quando a instalação for concluída, é possível verificar se a mesma foi feita corretamente, acessando o endereço IP configurado pelo browser. Se à página carregada for a que está ilustrada na Figura 12, o procedimento de instalação do MAAS foi feito corretamente, caso contrário, houve algum erro durante o processo de instalação. Para acessar a interface web do MAAS é necessário criar uma conta de superusuário. O comando abaixo é o responsável por isto: sudo maas-region-admin createsuperuser Com a conta criada o MAAS já pode ser acessado pela interface web, apenas digitando o endereço utilizado para acessar o servidor apache, que é /MAAS, nesta interface é necessário o login e senha configurados na conta de super-usuário. A Figura 13 ilustra como é a interface de acesso ao MAAS. Figura 12 - Servidor Apache Fonte: Autor, 2014.

43 42 Figura 13 - Interface de acesso ao MAAS Fonte: Autor, CONFIGURANDO INTERFACES DE REDE Essas interfaces tem que ser configuradas de certo modo que o único caminho para os nós acessarem ou enxergarem a internet é através do MAAS (CC+RC), ou seja, essa entidade possui uma placa de rede que será o gateway dos nós e outra interface ligada à internet. O RC será o gateway do CC, para o mesmo poder atualizar seus pacotes, baixar as imagens efêmeras que como mencionado anteriormente serão servidos aos nós por PXE. No exemplo apresentado as configurações da rede foram feitas no diretório /etc/network/interfaces e estão ilustradas na Figura 14. Feito isto, é preciso configurar a placa de rede que o CC tem interligada aos nós, habilitando o serviço de DHCP e DNS configurando os IPs como está ilustrado na Figura 14, na interface web do MAAS. A Figura 15 mostra as configurações na interface web das redes que os nós vão ser inseridos. Considere também que os nós de um mesmo cluster sempre tem que estar na mesma rede.

44 43 Figura 14 - Interfaces de rede Fonte: Autor, Figura 15 - Rede dos nós Fonte: Autor, Como os procedimentos neste core do S.O sempre consideram os nomes dos nós para realizar algumas instalações é preciso habilitar o DNS para resolver os nomes conjuntamente com o serviço de DHCP, responsável por atribuir IP aos nós. A Figura 16 mostra a saída de uma interface de rede envolvendo estes conceitos,

45 44 neste caso como as entidades do MAAS estão na mesma máquina só é preciso configurar a rede de saída para a internet utilizando a placa de rede eth0 e a rede para os nós usando a eth1. Figura 16 - Interfaces do RC+CC Fonte: Autor, Para fazer com que o MAAS reconheça os nomes dos nós que são atribuídos no momento de sua inserção na nuvem, a seguinte linha foi inserida neste arquivo com o comando sudo nano /etc/resolvconf/resolv.d/head: nameserver Com isso esse problema é resolvido e os nós podem ser encontrados pelo nome na rede. A Figura 17, mostra como ficou a configuração realizada. Figura 17 - DNS Fonte: Autor, 2014.

46 45 Outro problema encontrado também é que quando utilizamos CC+RC em uma máquina, é preciso fazer com que o CC seja o gateway dos nós sendo necessário habilitar as rotas ativas. Isso é feito setando o IP forwarding do kernel do Linux para um com o comando abaixo: sudo su echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward Para garantir que este valor seja mantido sempre setado, foi criado um script que é carregado sempre na inicialização do Linux garantindo este valor sempre ativo. Outra configuração necessária para que o MAAS seja utilizado como roteador dos nós é a criação de uma regra de NAT no firewall. Esta regra vai permitir que os pacotes que chegam ao MAAS pela interface eth0 sejam roteados para a interface eth1 e vice versa. Para realizar isso, essa regra foi inserida no IPtables no diretório com o comando sudo nano /etc/rc.local logo antes do Exit 0, de forma com que está regra seja sempre feita quando o Linux for reinicializado. Esta linha com a regra é ilustrada abaixo: iptables t nat A POSTROUTING s /24 o eth0 j MASQUERADE IMPORTANTO AS IMAGENS PXE Os nós precisam carregar essas imagens PXE quando estão realizando o boot pela rede, primeiramente é preciso importar todas as imagens que vão ficar armazenadas no CC para depois ser exportadas para os nós. A Figura 14 mostra a interface por onde essas imagens são baixadas na internet, bastando apenas clicar em import boot images. O download deve demorar em torno de 90 minutos, quando terminado os nós estarão prontos para serem inseridos na nuvem. O CC armazena 12 imagens que estão ilustradas na Figura 19, são essas as imagens que serão carregadas nos nós.

47 Importando as imagens Fonte: Autor, Figura 19 - Imagens PXE Fonte: Autor, 2014.

48 INSERINDO OS NÓS NO CC Para inserir um nó na rede é necessário realizar todo o procedimento descrito nos tópico anteriores a onde o nó assume 4 possíveis estados: Declared, Commissioning, Ready e Allocated. Para que o nó possa receber uma imagem PXE, esta opção tem que ser habilitada em sua BIOS. No cenário que foi utilizado como base para desenvolver este projeto, nossa estrutura é composta por 9 máquinas sendo que uma das máquinas é o servidor MAAS. A Figura 20 ilustra todos esses nós inseridos na nuvem como produto final de toda a instalação, essa imagem foi considerada apenas para ilustrar como ficaria o CC com 8 nós inseridos. É possível também visualizar todas as informações dos nós que foram adquiridas durante todos os estados que um nó pode possuir. A Figura 21 mostra as informações que o Node26.maas possui. Figura 20 - Nós inseridos no CC Fonte: Autor, 2014.

49 48 Figura 21 - Recursos do nó Fonte: Autor, JUJU Os pacotes necessários para instalar o JUJU são instalados em cima do CC, permitindo ao desenvolvedor ou administrador da rede criar novos projetos e alocalos nas máquinas de uma forma muito simples e rápida de acordo com a sua aplicação. Como o JUJU já possui uma biblioteca muito extensa de charms, isso facilita na hora de realizar uma implementação em uma rede real, por esses charms já estarem configurados de uma forma que o desenvolvedor simplesmente não precise se preocupar com isso, só em caso de uma aplicação mais especifica e neste caso é possível realizar as alterações necessárias. Então com isso percebe-se a facilidade que o JUJU proporciona simplesmente com essa diversidade de biblioteca com charms já configuradas para usar em um projeto com openstack na construção de uma nuvem privada ou pública INSTALAÇÃO

50 49 Para a instalação do juju é necessário instalar o pacote mais recentes do juju-gui, no CC: sudo apt-get install software-properties-common python-software-properties sudo add-apt-repository ppa:juju/stable sudo apt-get update && sudo apt-get install juju-core juju sync-tools && charm-tools Em sequência é preciso criar um arquivo de configurações do JUJU. Este arquivo garante a comunicação entre o JUJU e o MAAS. O arquivo gerado é nomeado como environments.yaml e fica localizado na pasta ~.juju do CC. Os comandos responsáveis por gerar este arquivo são os seguintes: juju init juju generate-config Para fazer com que o CC tenha acesso de login aos nós instalados é necessário criar essas chaves com o seguinte comando: ssh-keygen Essa chave tem que ser inserida na interface web do MAAS, como a Figura 22 mostra. A chave é copiada para o campo Add SSH keys. Figura 22 - Chaves do MAAS Fonte: Autor, 2014.

51 50 Para fazer com que o JUJU possa interagir com o MAAS é necessário colocar na configuração do JUJU, a chave API do MAAS. Esta chave também esta ilustrado na Figura 22, logo acima do SSH keys, ela é inserida no arquivo enviroments.yaml. Neste arquivo algumas alterações precisam ser feitas apenas no trecho ilustrado pela Figura 23. Nesta figura foi colocado o IP do MAAS, as chaves mencionadas anteriormente, o tipo da distribuição do Linux, uma senha para acessar o juju e um timeout necessário para o procedimento de instalação do JUJU com o comando juju bootstrap. Figura 23 - Enviroments.yaml Fonte: Autor, Para verificar se o as configurações foram bem efetuadas, pode executar o comando abaixo: juju status Este é um comando muito utilizado para acompanhar como estão as instalações dos charms, qual são os estados dos nós e suas relações entre os charms, mas como ainda não foi feito o bootstrap, terá como saída um aviso que o bootstrap precisa ser feito. O próximo passo é instalar uma instância do JUJU em um nó que esta no estado ready. Para isso, executa-se o comando no CC descrito abaixo: juju bootstrap v --debug Após a execução deste comando, o CC ficará aguardando um dos nós ser iniciado, o nó escolhido pelo JUJU para ser instalado deve estar no estado ready. Neste momento a instalação do JUJU será iniciada e um S.O será instalado neste nó. Após o termino desta instalação o nó com o JUJU estará disposto a inserir os serviços. Agora o comando para ver o status do juju terá como saída uma disposição de uma maquina 0 sem nenhum serviço.

52 51 Neste projeto, como a parte gráfica para um administrador que não tem facilidade com o modo texto, é importante que exista uma forma de gerenciar todos os projetos do openstack utilizando o JUJU, mais de uma forma gráfica. Para a inserção de novos projetos nessa estrutura é necessário instalar o juju-deployer como ilustrado abaixo: sudo apt-get install juju-deployer O charm que permite configurar os projeto do openstack graficamente é o juju-gui, como uma máquina 0 ficou disponível para receber projetos do openstack, mesmo sendo o nó em que está instalado o JUJU, será utilizado para aplicar o jujugui. O comando que faz essa operação é descrito abaixo: juju deploy juju-gui to 0 Quando essa charm for adicionada na máquina zero é possível ver o status dela com o comando abaixo: juju status juju-gui A saída deste comando é ilustrada na Figura 24. Figura 24 - juju-gui na máquina 0 Fonte: Autor, Após o juju-gui/0 estiver started é possível acessar a interface gráfica simplesmente com o endereço do nó que o juju-gui/0 foi instalado. Neste exemplo o nó

53 52 mencionado é o Node21.maas e seu endereço https://node21.maas para acessar a interface gráfica só precisa ser colocado em um browser, que terá com resultado a página carregada que é ilustrada na Figura 25. A senha para acessar o juju é mesma senha inserida no enviroments.yaml, basta copiar e o acesso será realizado. Figura 25 - Interface gráfica do juju Fonte: Autor, Feito o login no juju-gui, basta começar a inserir os projetos que a aplicação necessita tanto pela linha de comando, como por esta interface gráfica. A figura 26 mostra como é a interface gráfica do juju. Figura 26 - Juju-gui Fonte: Autor, 2014.

54 53 Quando os projetos forem inseridos eles precisam ser relacionados entre si de acordo com suas funcionalidades, e isso pode ser feito tanto pela interface gráfica como pela linha de comando. Pelo modo texto o comando que realiza a relação entre os projetos é descrito abaixo: juju add-relation projeto_1 projeto_2 O JUJU também permite criar instancias de serviço implementadas por um charm, que são unidades. Essas unidades tem por finalidade aumentar a disponibilidade do serviço, ajudar no balanceamento de carga, utilizando charms especificos para o efeito. O comando utilizado para criar uma unidade de um serviço é descrito abaixo: juju add-unit n1 nova-compute Com isso todas as ferramentas necessárias para construir um ambiente em nuvem foram descritas neste relatório Problema de Hook Failed Um problema comum e encontrado com um charm foi o conhecido Hook Failed. Quando esse erro foi encontrado, tratou-se do mesmo com o comando retry existente no servidor e também no nó. Através de uma conexão SSH foi possível reinicializar o serviço e remover o problema de Hook Failed. Avaliando melhor o ambiente gráfico do Juju, foi possível resolver o problema acima (Implantação do Charm ficava com a cor vermelha, indicando falha, significa que o serviço estava parado no momento) com uma ferramenta que resolveu o problema quando foi preciso. Na descrição do charm, existe uma opção chamada resolve. Essa opção quando selecionada com o charm em hook failed, pode consertar o problema e trazer o serviço novamente ao estado de pronto.

55 54 5 ANÁLISE DOS RESULTADOS Todo o projeto iniciou-se na distribuição Linux Fedora 20. A distribuição apresentou problema com a implantação de base SQL para Openstack, devido aos problemas encontrados e ainda com soluções mal resolvidas, foi decidido que outra distribuição deveria ser utilizada, optou-se pela distribuição Ubuntu versão A Distribuição Linux Ubuntu LTS server 64Bits mostrou-se bastante estável, com repositórios disponíveis e atualizados. Ela suporta também os módulos do Juju e Landscape, que poderão ser implementados juntamente com o Maas, são úteis para orquestração de serviços e segurança. O projeto encontra-se com o region-controller instalado, cluster-controller instalado com 8 nós implementados no status allocated. A figura 27 ilustra como os servidores estão dispostos e configurados. Na estrutura montada, region-controller e o clustercontroller estão instalados na mesma máquina, o ideal é que fossem instalados em máquinas distintas, mas não é uma obrigatoriedade, visto que um region-controller pode gerir vários cluster-controller diferentes. A Figura 28 mostra como ficou a distribuição de endereçamento da rede no cenário proposto. Figura 27 - Cenário físico completo Fonte: Autor, 2014.

56 55 Figura 28 - Cenário com os respectivos endereçamentos Fonte: Autor, Com os nós inseridos e todos em estado de uso, o Juju foi instalado. Após o comando de bootstrap, observou-se que a inicialização das máquinas alocadas para o Juju foi feita com êxito, a partir desse ponto, é possível adicionar outras máquinas com o comando add-machine. O primeiro projeto a ser implementado foi o Juju-Gui, ele é responsável por trazer a interface gráfica e facilitar toda a configuração. O projeto Juju-gui foi instalado com sucesso na machine0 e sua interface web é ilustrada na Figura 29. Nesta interface é possível perceber muitos projetos que compõem a estrutura da nuvem. Os charms estão relacionados de acordo com as suas funcionalidades. Cada projeto deverá ser distribuído nos recursos provisionados pelo MAAS.

57 56 Figura 29 - Interface do Juju-Gui Fonte: Autor, Agora com o Maas e Juju instalados e sendo executados, através da interface Web, instala-se os charms, de acordo com a necessidade e preferência. Em nossa nuvem foi implantado os projetos do Openstack da versão Trusty. A disposição dos projetos no Juju está descrita abaixo associado ao nó, onde o serviço está sendo implementado: 1. Machine0 (Node21): juju-gui 2. Machine1 (Node23): keystone, nova-cloud-controller, glance, rabbitmqserver, mysql, openstack-dashboard, ceph-radosgw 3. Machine2 (Node24): cinder 4. Machine3 (Node25): quantum-gateway 5. Machine4 (Node26): ceph 6. Machine5 (Node19): nova-compute/0 7. Machine6 (Node18): swift-proxy, swift-storage 8. Machine7 (Node27): nova-compute/2 Com os charms implantados e todos em estado Start (Barra verde logo abaixo do charm), é possível concluir a fase de implantação e iniciar a fase das interligações entre os charms, que na realidade, seria a interligação de serviços que funcionarão

58 57 na nuvem. A figura abaixo mostra os charms implantados no ambiente do Juju e as interligações feitas, quando as interligações estão na cor verde, significa que não houve falha e que as mesmas já foram aplicadas, dessa forma os serviços já podem se comunicar entre si. Figura 30 - Ambiente Juju com Charms implantados Fonte: Autor, Nesse ponto foi possível observar que as máquinas já estavam com seus serviços implantados conforme discriminamos, e as mesmas estavam trabalhando em prol de uma única estrutura, também foi possível observar na configuração de cada charm, que realmente ele foi implantado com as configurações especificadas no arquivo de configurações inicial. Não havendo necessidade de configuração adicional logo após sua implantação. Nesse ponto precisamos tomar detalhes do painel de instrumentos dashboard, um dos charms implantados na estrutura. Nos detalhes desse serviço está descrito o seu endereço IP, pelo qual estaremos fazendo o acesso através de um browser e se autenticando com credenciais já configuradas no serviço keystone, também implantado na nuvem.

59 58 Figura 31 - Endereço de serviços implantados com o Juju - Dashboard Fonte: Autor, Com esse acesso foi possível verificar os recursos da nuvem em um painel de instrumentos do próprio openstack. Neste caso, os três principais serviços foram disponibilizados no painel do dashboard. Foi possível verificar e manipular serviços de instâncias virtuais com o Nova, gerenciamento de redes pública e privada com o Network e também gerenciamento de volume com o swift. Foi possível observar os três casos, inclusive à instância iniciada, que consumiu de fato os recursos da nuvem, como previsto e ilustrado na figura 32.

60 59 Figura 32 - Visão geral de disponibilidade da nuvem Fonte: Autor, No contexto geral foi entendido como funciona toda a estrutura da nuvem, como ela se comporta e do que ela precisa para funcionar. Devido à complexidade do assunto e a quantidade de dificuldades encontradas, não foi possível colocar uma aplicação simples para ser executada e testada em uma instância de máquina virtual que estivesse na nuvem. Existem diversos materiais postados na Internet que mostram formas e formas de implantar a nuvem, todos os materiais que foram encontrados, estavam incompletos, e por várias vezes tivemos que buscar fórum e informações incertas que, quando achávamos que tinham algum sentido, testávamos. Mas essa união de materiais foi o que possibilitou que a nuvem fosse composta e testada até o ponto descrito acima. 5.1 DIFICULTADES ENCONTRADAS Este trabalho apresentou um grau de complexidade muito elevado, pela variedade de problemas que foram aparecendo no decorrer deste projeto e pela complexidade que esta proposta envolve. O que dificultou bastante à implementação desta proposta foi primeiro a definição de um S.O, depois foi à dificuldade de se trabalhar com as bibliografias disponibilizadas

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