Informática. Estruturas de Servidores Físicos e Virtualizados. Professor Márcio Hunecke.

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1 Informática Estruturas de Servidores Físicos e Virtualizados Professor Márcio Hunecke

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3 Informática ESTRUTURA DE SERVIDORES FÍSICOS E VIRTUALIZADOS Conceito de Virtualização A Virtualização surgiu na década de 1960 com os servidores de grande porte da IBM, os Mainframes. A Virtualização desse tipo de servidores era feita através do software de Virtualização VM CMS, que permitia a criação de virtual machines nesses servidores de grande porte. O conceito de Virtualização de Servidores não era o mesmo que o conceito atual. Após 20 anos, surge em 1998, VM Ware, que foi a primeira empresa a comercializar hypervisores para PCs ou servidores com processadores x64. Virtualização é a reorganização de ambientes operacionais de servidores físicos em ambientes de servidores virtualizados. Isso é possível através da emulação de hardwares por meio de software, obtendo-se virtual machines. Virtualização na prática Utilizando-se de camadas adicionais de software (hypervisors) entre as máquinas virtuais e o servidor para compartilhamento de hardware, a Virtualização permite que múltiplos sistemas operacionais (virtual machines) possam ser executados em um único servidor físico. Cada máquina virtual possuirá seu sistema operacional totalmente independente e possuirá performance muito similar a uma máquina física. Ainda por meio da Virtualização, cada uma das virtual machines podem oferecer serviços de rede interconectar-se (virtualmente) através de interfaces de rede, switches, roteadores e firewalls virtuais. Alocação de Recursos Ao contrário dos servidores convencionais, ao criar uma máquina virtual, alocam-se recursos como memória, espaço de disco, processamento por meio de dispositivos lógicos, de acordo com a necessidade específica da aplicação à qual determinada virtual machine se destine. A Virtualização possibilita a utilização do Monitor de máquina virtual. O Monitor pode ser programado para, em caso de determinada virtual machine necessite recursos além do que a 3

4 ela foi destinado, realocar automaticamente recursos ociosos do servidor virtualizado em que a virtual machine se encontre ou de outros servidores virtualizados para manter a estabilidade de performance e atender às expectativas de níveis de serviço. Fonte: O uso da tecnologia Poucas tecnologias se tornaram uma parte fundamental do centro de dados tão rapidamente quanto a virtualização de servidores. Isto é porque a proposta de valor básico é fácil de entender: quando se executam muitos servidores lógicos num único servidor físico, consegue-se obter muito mais do hardware logo, não é necessário investir tanto em servidores físicos para lidar com o mesmo conjunto de volume de trabalho. É quase como encontrar dinheiro. Mas os detalhes da adoção, é claro, são mais complicados. O hypervisor, a fina camada de software sobre a qual se podem implantar servidores virtuais, é geralmente incorporado numa solução completa de software envolvendo uma combinação de licenciamento, suporte e/ou custos de manutenção (dependendo do software de virtualização selecionado). Muito provavelmente, será preciso também atualizar os servidores com processadores capazes de suportar a virtualização. Apesar disso, reduzir o número de servidores traz cortes indiretos de custos é necessário arrendar menos espaço para o centro de dados, pagar menos refrigeração e o consumo de energia baixa. Ainda mais atraente é a agilidade inerente da virtualização. Conforme os volumes de trabalho mudam, é possível colocar mais ou menos servidores virtuais a funcionar, mais facilmente, aumentando a escala da infraestrutura para suportar uma nova aplicação, de um momento para o outro. O caminho para a implantação de uma infraestrutura virtualizada tem a sua quota de armadilhas. Primeiro é necessário justificar o custo inicial e a ruptura com a situação anterior, de maneira a não criar expectativas irrealistas. É preciso saber como proceder à implantação, de modo a minimizar o risco e garantir o desempenho da infraestrutura em níveis aceitáveis. Justificar o projeto é fácil É muito fácil vender ou justificar a virtualização de servidores. Quem não quer começar a usar o seu hardware, o mais possível? Na verdade, a ideia básica é tão atraente que é preciso ter cuidado para não exagerar. Não se pode esquecer o financiamento do equipamento, a implantação, os custos de formação e de manutenção. As economias reais alcançadas devido à virtualização, tal como acontece com tantos outras novas tecnologias, tendem a acumularse ao longo do tempo. A maioria das implantações de virtualização requer novo hardware, principalmente porque os hypervisors exigem processadores mais novos preparados para suportar a virtualização. Por isso, o melhor momento de implantar a virtualização é quando é preciso adicionar servidores à infraestrutura existente ou quando é hora de substituir hardware envelhecido ou obsoleto. A eficiência superior de servidores mais novos vai ajudar a justificar o projeto. 4

5 Informática Virtualização Prof. Márcio Hunecke Seis razões para adotar a virtualização 1. Incrementa o aproveitamento dos recursos de hardware Durante a maior parte do tempo, muitos servidores têm níveis baixos de utilização. Adicionando múltiplos sistemas operacionais e aplicações, consegue-se tirar o máximo proveito de recursos caros. Usando várias máquinas virtuais num servidor, é possível reduzir substancialmente a despesa total em hardware. 2. Permite configurar servidores redundantes para melhor tolerância a falhas. Os hypervisors permitem migrar sistemas operacionais e aplicações de um sistema para outro. Se em um servidor físico, os sistemas operacionais e aplicações nele executados falharem, os sistemas operacionais e aplicações podem ser movidas para outro hypervisor, a ser executado num servidor físico diferente. Dois servidores de grande porte podem permitir a migração de aplicações e fornecer melhor tolerância a falhas do que uma dúzia de servidores de pequena dimensão. Usam menos energia e são mais fáceis de gerir. 3. Gestão é simplificada Como todos os sistemas operacionais num hypervisor podem ser administrados por uma interface única, e sendo mais fácil atribuir mais recursos de computação, conforme necessário, torna-se muito mais fácil gerir uma dúzia de servidores virtuais do que uma dúzia de sistemas físicos separados. Cada sistema operacional deve continuar a ser gerido separadamente, mas também existem sistemas adicionais para simplificarem esses processos. 4. Aplicações ganham fiabilidade Normalmente, um servidor físico executa um sistema operacional, o qual terá vários servidores aplicacionais nele instalados um servidor Web, outro de , outro ainda para as bases de dados, e assim por diante. A execução de aplicações num único sistema operacional aumenta a possibilidade de uma aplicação interferir com outra, causando estrangulamentos de tráfego de dados ou mesmo incidentes. Distribuindo as aplicações por partições em diferentes máquinas virtuais, cada aplicação tem o seu próprio sistema operacional e recursos. Por isso, é menos provável que interfiram com outras aplicações. 5. Provisionamento de novos servidores e migrações são simplificadas Com a virtualização, a criação de um servidor adicional para testes demora alguns minutos e não requer hardware adicional. Em contraste, a compra de um novo servidor físico (ou manter extras na mão para testar) é cara, e instalar o sistema operacional e aplicações pode ser bastante demorado. Como as máquinas virtuais já existentes podem ser clonadas com todas as configurações do sistema operacional e aplicações, torna-se mais simples o processo de duplicar um sistema de produção para testar novos patches ou uma nova versão de uma aplicação. 5

6 6. Maior potencial de economizar energia Apesar dos avanços alcançados em eficiência energética para servidores, ainda é mais barato ter uma ou duas grandes máquinas a funcionar, do que uma dúzia ou mais separadas. Nos servidores mais recentes, o estacionamento (parking) de núcleos de processador, entre outras funcionalidades, permitem desligar recursos quando não estão a ser usadas. Um grande servidor com dezenas de máquina virtuais pode não usar mais energia do que um pequeno servidor a baixos níveis de utilização. Mas, mesmo assim, pode substituir dezenas de servidores de pequeno porte. Fonte: Revista COMPUTERWORLD Sistemas Operacionais para Servidores Microsoft Windows Server 2008 Microsoft Windows Server 2008 R2 Microsoft Windows Server 2012 Microsoft Windows Server 2012 R2 Red Hat Enterprise Linux 6 Linux CentOS 6 SUSE Linux Enterprise Server 11 Obs.: O Hyper-V está disponível somente para a plataforma Windows 64 bits (x64). Ferramentas de Virtualização de Servidores Microsoft Hyper-V VMWare ESX Citrix Xen 6

7 Informática Virtualização Prof. Márcio Hunecke Conceitos técnicos sobre Virtualização Virtualização Tipo 1 x Tipo 2 Hypervisor Tipo 1, também chamado de nativo ou bare metal, é um software [de virtualização] que conversa diretamente com o hardware. As máquinas virtuais (guests) rodam diretamente sobre ele. O Hyper-V é um hypervisor de Tipo 1. Já no hypervisor Tipo 2 (ou hosted), o software responsável pela virtualização roda sobre um sistema operacional normal. A máquina virtual (guest) roda sobre estas 2 camadas de software. Claro que existe uma penalização no desempenho. O Virtual Server é um hypervisor de Tipo 2. Paravirtualização x Virtualização Full Na virtualização Full, o hypervisor emula todo o hardware para as máquinas virtuais. O sistema operacional da máquina virtual nem percebe que está rodando em um ambiente virtualizado, e tudo o que ele precisa são os device drivers para os dispositivos que o hypervisor emula (normalmente o hypervisor emula dispositivos reais e populares, para garantir a disponibilidade de drivers). Para realizar isso, o hypervisor usa uma técnica chamada binary translation para executar instruções de modo kernel (ring 0) da máquina virtual, substituindo estas instruções críticas por uma sequência de instruções que simulam o comportamento esperado no hardware virtualizado. A grande vantagem da virtualização Full é a compatibilidade com qualquer sistema operacional que rode no hardware emulado (sem a necessidade de alterações). Já com paravirtualização, o hypervisor interage de uma forma mais eficiente com o sistema que roda na máquina virtual, mas isso tem um custo: o sistema operacional precisa ser modificado para ser compatível com a paravirtualização. Caso contrário, a emulação tem que entrar em cena, penalizando a performance. Paravirtualização não é uma coisa absoluta! Um hypervisor pode fazer uso de paravirtualização para interagir com um sistema operacional ou simplesmente com um device driver rodando numa máquina virtual. No Hyper-V, os device drivers que têm conhecimento da sua paravirtualização são chamados enlightened e implementam os dispositivos sintéticos (componentes conceituais que nem sempre possuem um equivalente real no mercado). Estes device drivers são instalados através dos componentes do Hyper-V. Hardware Assisted Virtualization Os fabricantes de processadores desenvolveram tecnologias para facilitar o trabalho do hypervisor, visando dispensar a necessidade de binary translation ou de paravirtualização. Claro que os ganhos se traduzem em performance! A Intel desenvolveu o Intel-VT e a AMD, o AMD-V. Para rodar o Hyper-V, seu processador precisa implementar uma dessas tecnologias. 7

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