VIRTUALIZAÇÃO DE SERVIDORES, MÁQUINAS CLIENTES E APLICAÇÕES - DESEMPENHO EM REDES WINDOWS

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1 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Engenharia de Computação GUSTAVO MENDES MATHEUS ALEXANDRE LUCHINI BATONI NATANAEL GOMES EVANGELISTA VIRTUALIZAÇÃO DE SERVIDORES, MÁQUINAS CLIENTES E APLICAÇÕES - DESEMPENHO EM REDES WINDOWS Itatiba 2013

2 GUSTAVO MENDES R.A MATHEUS ALEXANDRE LUCHINI BATONI R.A NATANAEL GOMES EVANGELISTA R.A VIRTUALIZAÇÃO DE SERVIDORES, MÁQUINAS CLIENTES E APLICAÇÕES - DESEMPENHO EM REDES WINDOWS Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Computação da Universidade São Francisco, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Computação. Orientador: Prof. Me Fabio Andrijauskas Itatiba 2013

3 AGRADECIMENTOS Eu Gustavo, agradeço primeiramente a Deus pelo dom da vida e por me amparar sempre que precisei. Agradeço a meus pais que me deram a educação necessária para que eu fosse atrás dos meus sonhos sem medo e me deram apoio na vida e para meus estudos. Agradeço a minha esposa Lídia que eu amo e que sempre esteve, e está do meu lado nas horas fáceis e principalmente nas difíceis, sempre apoiando minhas decisões e me encorajando a continuar lutando mesmo com todas as tribulações que a vida coloca em nosso caminho. Por último, agradeço ao Professor Fábio Andrijauskas pela paciência e por nunca deixar de acreditar no potencial deste TCC, sempre preocupado e interessado sobre a evolução do trabalho que foi finalizado com muita garra e aprendizado onde o sentimento de agora é de gratificação e dever cumprido. Eu Natanael, agradeço primeiramente a Deus pelas bênçãos alcançadas e por ele estar sempre presente em minha vida, aos meus pais pela educação que me deram e por sempre me incentivarem e me apoiarem em todas as etapas dos meus estudos. Agradeço em especial a minha esposa Elvani e a meu filho Gustavo por estarem ao meu lado em todos esses momentos da minha vida acadêmica e mesmo nos momentos mais difíceis não terem me deixado desistir, aos professores que fizeram parte de toda a minha vida escolar e em especial aos que fizeram parte da minha história durante esses cinco anos de Graduação Universitária. Ao Prof. Fabio Andrijauskas por ter nos orientado com eficiência no desenvolvimento deste trabalho e aos colegas de Universidade com quem tive o prazer de compartilhar essa importante etapa da minha vida. Eu Matheus, agradeço primeiramente a minha família, sem a qual a vida não tem o sentido necessário para se viver. Ao meu pai e amigo que sempre foi um ponto de calmaria em um oceano turbulento, que sempre foi e sempre será um norte na minha vida, um exemplo a ser seguido. A minha mãe e irmã pelos momentos de alegria que compartilhamos e pelas dificuldades que passamos. Por ultimo e não menos importante, dedico esse TCC a você Viviane, que me ensinou que a vida é feita de momentos e que me deu o melhor presente na vida que alguém possa querer receber. Às minhas pequenas: Bia e Lili.

4 Tenha em mente que tudo que você aprende na escola é trabalho de muitas gerações. Receba essa herança, honre-a, acrescente a ela e, um dia, fielmente, deposite-a nas mãos de seus filhos. Albert Einstein

5 RESUMO Esse trabalho visa demonstrar que no que tange a maquinas clientes e servidores de um modo geral, que é possivel reaproveitar o potencial de processamento já instalado para a execução de novas tarefas e funcionalidades dentro de uma rede corporativa através da utilização da tecnologia de virtualização. Palavras-chave: virtualização, servidores, rede, desempenho, computadores, ambiente virtual.

6 ABSTRACT This work demonstrates that when it comes to customer machines and servers in general, it is possible to reuse the processability already installed to perform new tasks and functions within a corporate network through the use of virtualization technology. Key words: virtualization, servers, network, performance, computers, virtual environment.

7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1 - DIAGRAMA DO AMBIENTE FIGURA 2 - SISTEMA UTILIZADO PARA OS TESTES FIGURA 3 - PERFORMANCE DO VIRTUALBOX FIGURA 4 - PERFORMANCE DO VMWARE FIGURA 5 - TESTE DE PING DA REDE DO CLIENTE PARA O SERVIDOR VMWARE FIGURA 6 - TESTE DE PING DA REDE DO CLIENTE PARA O SERVIDOR VIRTUALBOX FIGURA 7 - TESTE JMETER VIRTUALBOX (10 THREADS) FIGURA 8 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO SERVIDOR VIRTUALBOX (10 THREADS) FIGURA 9 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO CLIENTE (10 THREADS) FIGURA 10 - TESTE JMETER VIRTUALBOX (100 THREADS) FIGURA 11 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO SERVIDOR VIRTUALBOX (100 THREADS) FIGURA 12 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO CLIENTE (100 THREADS) FIGURA 13 - TESTE JMETER VIRTUALBOX (500 THREADS) FIGURA 14 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO SERVIDOR VIRTUALBOX (500 THREADS) FIGURA 15 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO CLIENTE (500 THREADS) FIGURA 16 - TESTE JMETER VMWARE (10 THREADS) FIGURA 17 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO SERVIDOR VMWARE (10 THREADS) FIGURA 18 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO CLIENTE (10 THREADS) FIGURA 19 - TESTE JMETER VMWARE (100 THREADS) FIGURA 20 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO SERVIDOR VMWARE (100 THREADS) FIGURA 21 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO CLIENTE (100 THREADS) FIGURA 22 - TESTE JMETER VMWARE (500 THREADS) FIGURA 23 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO SERVIDOR VMWARE (500 THREADS) FIGURA 24 - UTILIZAÇÃO DA CPU E MEMÓRIA NO CLIENTE (500 THREADS) FIGURA 25 TESTE DE FTP, TEMPO DE TRANSFERÊNCIA DE ARQUIVO... 39

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivo Metodologia DESENVOLVIMENTO Virtualização Tipos de Virtualização e Virtualizadores Sistemas Operacionais Redes Virtualizadores: VirtualBox e VmWare Servidores e Hardware TESTES Ambiente Resultados CONCLUSÃO g) REFERÊNCIAS... 42

9 9 1 INTRODUÇÃO A virtualização é uma tecnologia que vem crescendo e sendo muito utilizada tanto em computadores domésticos como também em pequenas, médias e grandes empresas. Com as novas tecnologias de software e hardware é possível criar um ambiente virtual de forma segura, com redução de gasto com energia, adicionalmente a virtualização proporciona uma disponibilidade dos nossos computadores conforme descrito por BARROS (2010). Deste modo, existe um grande crescimento e abrangência desta tecnologia para novos programas, para computadores clientes e servidores com todas as suas funções. A tecnologia desenvolvida no final da década de 50 e começo da década de 60 no VM/370 da IBM conforme BARROS (2010) tem hoje uma maior importância e valor para nossos ambientes. A virtualização é uma tecnologia que já é consistente e difundida no mercado! Mas será que existem somente benefícios? Qual a diferença entre um servidor virtual e um físico, qual a limitação de ambas as tecnologias? A rede Windows com computadores clientes e servidores virtuais tem o desempenho esperado para o ambiente empresarial? A virtualização não está restrita somente a servidores e clientes, mas também nas aplicações, permitindo que as mesmas sejam executadas como serviços de rede, tornando atualizações e gerenciamento mais fáceis de serem administrados. Resta aos profissionais analisarem qual tecnologia escolher e se a implementação trará os resultados esperados para a sua aplicação. O objetivo a ser demonstrado neste trabalho, é o funcionamento da estrutura da virtualização na teoria e na prática em um ambiente virtual implementado em redes utilizando o Microsoft Windows, expondo assim, as vantagens e desvantagens desta tecnologia.

10 Objetivo Este trabalho tem por objetivo analisar o desempenho da virtualização de servidores, máquinas clientes e aplicações em redes Microsoft Windows. 1.2 Metodologia Com os aspectos teóricos já levantados, dois servidores virtualizados e um não virtualizado foram configurados com os mesmos serviços. Os computadores que farão acesso a esses serviços (clientes) irão possuir versões não virtualizadas. Testes de uso de processador, memória, rede e resiliência serão efetuados com o objetivo de verificar qual é a melhor solução entre dois virtualizadores, efetuando comparação de resultados em ambas as máquinas virtuais. Primeiramente serão configurados nos servidores os serviços de FTP e um site HTTP usando o Worpress, para efetuarmos testes de rede, será utilizado o software JMETER e para os testes de FTP, transferência de arquivos verificando o tempo de transferência. Para os testes de memória e processador iremos utilizar o software Geekbench que efetuará testes com compactação de arquivos, resolução de criptografias e renderizações de imagens para o testes de processador, e gravação de arquivos para teste de memória. 2 DESENVOLVIMENTO O desenvolvimento tem como premissa o estudo e entendimento sobre os recursos que serão utilizados para efetuar os testes, este levantamento e estudo possuem os assuntos sobre virtualização, seus recursos e equivalências, sistemas operacionais, redes, hardwares e servidores, que são os temas que de grande importância para a montagem do ambiente e testes. A virtualização e virtualizadores serão o estudo para a escolha dos virtualizadores e tipos de virtualização escolhidos para definir melhores práticas para a criação inicial do ambiente, foram escolhidos os virtualizadores VmWare e VirtualBox que possuem históricos bem fundamentados na tecnologia e em utilização.

11 Virtualização A virtualização atualmente vem se tornando cada dia mais comum em ambientes domésticos e empresariais para atender as diversas necessidades existentes no mundo. Apesar de não ser uma novidade, segundo Veres (2011), a ideia da virtualização nasceu com a publicação de um artigo na Conferência Internacional de Processamento de Informação. Após isso a IBM implementou este conceito em seus mainframes. O objetivo era criar partições lógicas desses mainframes em máquinas virtuais separadas que permitiriam a execução de várias tarefas ao mesmo tempo, essa necessidade se dava pelo alto custo do hardware, tentando fazer com que fosse aproveitado todo o recurso de cada hardware para não terem que possuir vários deles para efetuarem o processamento, fazendo este processo através do mesmo processador chegando o mais próximo possível dos 100% de utilização deste processador, aproveitando ao máximo o seu desempenho. (TANENBAUM, 2009) O uso da virtualização pode ser empregado diretamente no hardware ou pode ser aplicado em cima de um sistema operacional - SO já existente. Pode-se criar ambientes de rede com máquinas virtuais ou utilizarmos com utilidades de compatibilidades entre os sistemas operacionais para testes em um mesmo hardware não precisando mudar de hardware para testar compatibilidades de sistemas desenvolvidos ou softwares em dois ou mais S.Os. Segundo Tanenbaum (2007), o conceito de virtualização se da pela possibilidade de estender ou comutar um recurso, ou uma interface existente, por outro a fim de obter comportamento semelhante. Tanenbaum (2007) afirma que a partir de um hardware físico, podemos emular diversos hardwares virtuais, as chamadas máquinas virtuais. A virtualização está sendo muito utilizada e a mistura dos processos de configuração das VM s (Virtual Machines) gera melhor gerenciamento dos computadores que passam a ser controlados de um só lugar, afirma Alecrim (2012). Esses conceitos ajudam a extrair o máximo do poder de processamento dos nossos servidores, obtendo assim, economia de energia e uma forma mais simplificada de ter segurança e contingências a possíveis falhas. Certamente a forma simples de recuperar ou mudar uma máquina virtual (VM) de um hardware para outro é um recurso que traz interesses e facilidades para as empresas e uso doméstico (TANEMBAUM, 2009).

12 12 Segundo Veres(2011), a virtualização pode ser realizada de diferentes maneiras. Na prática, em arquiteturas X86, as opções de virtualização alteram o nível de privilégios default. 2.2 Tipos de Virtualização e Virtualizadores São utilizados três tipos de virtualização no cenário mundial, segundo MANFRIN, cada um com características específicas e que apresentam mecanismos consistentes na busca do melhor ambiente virtual. São eles: A virtualização parcial é fundamentada em espaços de endereçamento em que a máquina virtual simula várias instâncias de um grande ambiente de hardware subjacente, a virtualização parcial foi um marco histórico importante no caminho para a virtualização completa. A virtualização completa segundo o site MANFRIN realiza a completa abstração do sistema físico, criando um sistema físico virtual completo, sobre qual o sistema operacional convidado é executado. Segundo Veres (2011), este tipo de virtualização facilita a migração de máquinas virtuais entre servidores físicos, pois, existe total independência das aplicações e dos recursos físicos do servidor. A paravirtualização é uma alternativa de virtualização que facilita a implementação de softwares necessários. Segundo LOTTI e PRADO, são excluídas todas as instruções que poderiam fazer alterações no meio físico e que poderiam comprometer a integridade das VM s. Conforme Veres (2011), existem várias empresas que fornecem os virtualizadores, entre as mais importantes estão, VMware, Microsoft e Citrix. Ainda segundo Veres (2011), todas essas empresas gerenciam máquinas virtuais e hoje a VMware possui o maior mercado de virtualização do mundo, possui um preço mais elevado e é uma das pioneiras nas soluções em virtualização do mercado mundial. Porém, para que a virtualização ocorra é preciso que o sistema operacional esteja preparado para esse tipo de tecnologia.

13 Sistemas Operacionais A primeira geração de computadores não trabalhava com o conceito de sistemas operacionais propriamente ditos, tendo em vista que essas operações eram setadas através de hardware. Assim era comum que um mesmo grupo projetasse, construísse, programasse e utilizasse esses computadores. (TANEMBAUM, 2009) Pela característica citada, percebe-se que a utilização de computadores nos modelos da época seria algo muito restrito e não permitiria que essas máquinas fossem utilizadas em larga escala. Partindo dessa premissa, a ideia de sistema operacional programável começou a ser desenvolvida, de forma que o computador pudesse ser programado logicamente ao invés de fisicamente. Para Laureano (2006 p. 35), o sistema speracional é um conjunto de programas que permitem a criação e manutenção de arquivos, execução de programas e utilização de periféricos tais como: teclado, vídeo, unidades de disquete, impressora. O sistema operacional serve também de intermediador entre os aplicativos e o computador, pois é ele que coloca os programas na memória para que sejam executados. Ainda segundo Tanenbaum (2009), a interface entre o Sistema Operacional e os programas do usuário é definida pelos conjuntos de instruções estendidas, oferecidas pelo sistema. Tais instruções são conhecidas como chamadas de sistemas (System-calls) que criam, apagam e usam diversos objetos gerenciados pelo sistema operacional[...]. O uso de redes em geral, ocorre por meio de programas especiais, como navegadores da Web, FTP ou telnet. No futuro, o uso de redes provavelmente será a base para todos os sistemas operacionais. Um computador isolado sem uma conexão de rede será tão raro quanto um telefone sem uma conexão com a rede de telefonia. (TANEMBAUM, 2009) Portanto, assim como sistemas operacionais preparados para a virtualização, as redes também vêm sendo virtualizadas e para isso elas devem trabalhar em harmonia com os diversos tipos de sistemas operacionais existentes visando oferecer um ambiente seguro e livre de falhas para todos os usuários.

14 Redes O surgimento de uma nova tecnologia está quase sempre associado ao atendimento de uma necessidade corrente à época na qual foi desenvolvida e com o desenvolvimento das redes de computadores não foi diferente. Segundo Torres (2001, p.5), As redes de computadores surgiram da necessidade de troca de informações, onde é possível ter acesso a um dado que está fisicamente localizado distante de você [...]. Hoje em dia é difícil imaginar o mundo sem a possibilidade da troca de informações de forma rápida e distribuída. O volume de informações que geramos ao longo dos anos vem crescendo exponencialmente e com ele a necessidade de poder transmitir esses dados de forma cada vez mais confiável e eficaz. O aprimoramento de técnicas de manipulação de dados, tais como compactação e indexação de conteúdo e principalmente o desenvolvimento de novas tecnologias tais como novos dispositivos de armazenamento de dados com taxas de leitura e gravação cada vez maiores e a capacidade de transmissão de informações a velocidades cada vez mais rápidas, têm sido os principais responsáveis por atender as demandas crescentes de comunicação de dados da atualidade. Com a queda do custo de implementação de redes, é praticamente impossível pensar em um ambiente de trabalho em que micros existentes não estejam interligados, por menor que seja este ambiente (TORRES, G. 2001, p.5). Conforme aumenta a complexidade das interligações dos ambientes em redes, especificamente em redes privadas, mais evidentes ficam alguns tipos de problemas tais como: Fazer a correta comunicação entre diferentes tipos de dispositivos, a manutenção de cada vez mais switches, roteadores, hubs e cabeamento; problemas de ordem de desempenho como lentidão no acesso a dados, ociosidade e gargalos de trafego de dados. Com esta solução espera-se uma significativa redução dos custos de instalação, manutenção, economia de energia, simplicidade de projeto e acima de tudo demonstrar o ganho de desempenho em uma rede virtualizada em um servidor único, eliminando os meios físicos de comunicação entre Maquina virtual e servidor, deixando a rede física liberada apenas para a interação com o usuário. Neste contexto, também pretendemos mostrar que é possível utilizar melhor todo poder de processamento de um servidor de forma a minimizar a ociosidade do sistema. Redes permitiam a comunicação entre diversos computadores, e, com o crescimento destas, surgiu a ideia de dedicar alguns computadores para prestar algum serviço à rede,

15 15 enquanto outros se utilizariam destes serviços. Os servidores ficariam responsáveis pela primeira função. 2.5 Virtualizadores: VirtualBox e VmWare Para entender perfeitamente o conceito da tecnologia, deve-se traçar um paralelo entre o que é real e o que é virtual. Seguindo essa linha de raciocínio, algo real teria características físicas, concretas; já o virtual está associado àquilo que é simulado, abstrato. Dessa forma a virtualização pode ser definida como a criação de um ambiente virtual que simula um ambiente real, propiciando a utilização de diversos sistemas e aplicativos sem a necessidade de acesso físico à máquina na qual estão hospedados. O vitualizador é um programa que permite emular instruções de uma determinada plataforma e conforme Silva (2007) o VMware é o software virtualizador mais difundido atualmente. Foi lançado em 1999 e foi a primeira solução de virtualização do mercado para computadores com arquitetura X86, este virtualizador suporta vários tipos de sistemas operacionais sobre um hardware. Essa solução é de propriedade da empresa VMware Inc., subsidiária da EMC Corporation e fica localizada em Palo Alto, Califórnia, Estados Unidos. A VMware possui vários tipos de produtos de virtualização com versões pagas e gratuitas. O WMWare Player é a versão doméstica e gratuita do popular virtualizador VMware, que possui forte presença em servidores no mundo corporativo e foi realmente o responsável por popularizar a tecnologia de virtualização; isso entre empresas de médio ou pequeno porte e usuários domésticos. Silva (2007) diz ainda sobre o VirtualBox, que este é um virtualizador desenvolvido pela empresa Innotek GmbH, em Posteriormente a empresa foi que foi adquirida pela SUN Microsytems e posteriormente pela Oracle, conforme SIMIONI (2009), O VirtualBox tem um desenho extremamente modular com interfaces de programação interna bem definidas e um desenho cliente/servidor. Isso torna fácil o controle de várias interfaces de uma só vez. Por exemplo: você pode iniciar uma máquina virtual em uma máquina típica virtual de interface gráfica e, em seguida, controlar essa máquina a partir da uma linha de comando, ou possivelmente remotamente. O VirtualBox também vem com um kit completo desenvolvimento de software.

16 16 Segundo CARLOS (2010), o virtualizador possui uma versão Open Source, chamada VirtualBox OSE (Open Soucer Edition) sob licença GPL. Essa solução é capaz de emular discos rígidos a partir de um recipiente especial chamado Virtual Disk Imagem (VDI), mas também é capaz de emular outros formatos, como o popular ISO. 2.6 Servidores e Hardware Os servidores são classificados basicamente de duas maneiras: Servidores dedicados, que segundo Torres (2001, p.12) [...] São micros especializados em um só tipo de tarefa, não sendo utilizado para outra finalidade [...] e não dedicados, que segundo Torres (2001, p.12) [...] São servidores usados também como estações de trabalho ou então sendo usados como servidores de mais de uma tarefa. Ainda é possível abstrair o conceito de servidor para o plano do software, no qual Segundo Kurose (2007, p.8) Um programa cliente é um programa que funciona em um sistema final, que solicita e recebe um serviço de um programa servidor que funciona em outro sistema final. A solução propõe uma virtualização das funções de vários servidores dedicados como forma de manter a qualidade do serviço prestado e ainda minimizar os impactos financeiros gerados por servidores com alto custo de manutenção sendo subutilizados. Segundo a Microsoft (2006), aperfeiçoar o uso dos ativos físicos está se tornando imperativo que os centros de dados atingirem a sua capacidade de energia e espaço. A Microsoft reconhece que o problema se intensifica para empresas cujos servidores rodam com utilização baixa. As taxas de utilização do servidor de menos de 5 por cento não são incomuns, em muitos clientes as taxas de uso pode ficar na faixa de 10 à 15 por cento. Se considerarmos a baixa taxa de utilização dos servidores, especialmente nos ambientes de redes privadas, percebemos que ainda há muito poder de processamento a ser utilizado e dessa forma o projeto objetiva utilizar este recurso para a virtualização de terminais, não só aproveitando poder de processamento inutilizado como também reduzindo latências de rede, otimizando a implantação e a manutenção de um ambiente corporativo. Como forma de redução de custos, pretendemos reduzir a necessidade de terminais relativamente potentes para executar tarefas relativamente simples. Utilizando a virtualização, é esperado que o processamento pesado seja realizado diretamente no servidor, permitindo que sejam reduzidos em grande quantidade os custos de implantação do sistema. Também se

17 17 almeja reduzir a quantidade de trafego nas redes físicas, na tentativa da eliminação de gargalos e de forma a evitar problemas de ordem de hardware como travamento de roteadores e afins. É importante destacar que a solução almeja facilitar as rotinas de manutenção das estações de trabalho dentro de um ambiente de rede coorporativo. A simplicidade de descartarmos uma maquina virtual e carregarmos uma nova em seu lugar, facilita o processo de manutenção do ambiente de rede de forma bastante significativa. 3 TESTES Os testes comparativos de desempenho entre as duas máquinas virtuais foram realizados utilizando o Windows Server 2008 R2 emulado através dos virtualizadores VirtualBox e VMWare, ambos instalados na forma de virtualização completa sobre o sistema operacional Windows 7 Professional Edition. Conforme a figura 1, o intuito é seguir o plano de testes e mensurar os recursos de hardware, gerando um comparativo conforme a diferença de desempenho entre máquinas físicas e virtuais. Foram realizados quatro tipos básicos de testes, sendo que alguns deles possuem experimentos com parametos diferenciados para um melhor comparativo. O foco principal dos testes procuram mensurar o desempenho de memória, processamento, rede e desempenho comparado entre os dois virtualizadores escolhidos, o VirtualBox e o VMWare. Após a realização dos testes, consta uma tabela geral comparativa de desempenho, definida por grupo de testes para cada virtualizador, para uma melhor interpretação e compreensão.

18 18 Figura 1 - Diagrama do Ambiente 3.1 Ambiente O ambiente foi montado com dois computadores físicos interligados através de conexão direta de rede. Em uma máquina, denominada máquina 1 e assumindo a função de servidor, foram instalados os virtualizadores VMware e VirtualBox contendo o Windows Server 2008 R2 para a configuração dos serviços que serão utilizados nos teste. A outra maquina consiste em um notebook tendo como base o Windows 8, denominada máquina 2 e assumindo a função de cliente, o qual irá efetuar testes e requisições ao servidor, sempre acompanhado de um softawre de teste de desempenho para que possamos obter os resultados dos testes. a) Máquina 1 (Servidor) Servidor Notebook Infoway Processador Core i5-2520m 2.5GHZ Memória 4GB DDR MHZ Disco 500GB S.O. Windows 7 Professional

19 19 b) Máquina 2 (Cliente) Cliente Ultrabook Samsung Processador Core i7-3517u 1.9GHZ (turbo boost 2.4 GHZ) Memória 4GB DDR MHZ Disco 500GB S.O. Windows 8 Single Language Os testes foram feitos com os virtualizadores VmWare Player 6.0 e VirtualBox 4.3 instalados no mesmo hardware para os testes de desempenho com os mesmos recursos. A escolha dos virtualizadores foi efetuada após uma pesquisa, verificando a utilização de virtualizadores no mercado. Segundo Brito (2013), o VmWare possui versões para Windows e Linux, e no Mac a solução da VmWare chama-se Fusion. Ele ainda diz que o VirtualBox tem suporte a uma variedade bem maior de plataformas, sendo eles Windows, Mac, Linux e Solaris para plataformas 32 e 64 bits. Conforme artigo de Hess (2010), VmWare e VirtualBox estão entre as 10 melhores empresas de softwares de virtualização do mercado. Fazendo com que a escolha dos virtualizadores fosse dessas duas empresas. Após uma pesquisa intensa na internet, foi encontrado o software GeekBench que segundo Nelson (2013), testa o desempenho inteiro, ponto flutuante do processador e memória efetuando testes de leitura e gravação e fluxos de banda de memória sustentada. O software foi executado em ambas as máquinas virtuais, para que o resultado possa ser comparado entre as duas máquinas. 3.2 Resultados Testes de Benchmarck (GeekBench) Geekbench é um programa benchmark que fornece um conjunto abrangente de pontos de referência para rápida e precisa medida de desempenho do processador e da memória. O software foi projetado para funcionar tanto em processadores multi-core de 32-bits quant em 64-bits, permitindo que avaliar vários computadores que executam sistemas operacionais

20 20 diferentes. O Sotware suporta testes em sistemais operacionais Linux, Windows, Mac OS e Solaris. Como todo teste de benchmark, após a conclusão, o software irá mostrar a pontuação final atribuida ao conjunto processador-memória da maquina testada. Quanto maior for essa pontuação, mais rápido é o conjunto (sistema/hardware). Os testes de desempenho de memória e processador do servidor foram efetuados com o GeekBenck instalado sob o sistema operacional Windows 2008 Server RC2 emulados em um primeiro momento pelo VirtualBox e em seguida pelo VMWare. A configuração do sistema no momento do teste se dá conforme a figura 2 abaixo. Figura 2 - Sistema utilizado para os testes Após efetuados os testes, obtivemos a pontuação final que consiste numa média Após efetuados os testes, obtivemos a pontuação final que consiste numa média aritimética simples obtida através dos resultados dos diversos testes individuais efetuados pelo software. No resultado exibido pelas figuras 3 e 4, foram demonstrados o desempenho de memória e processador efetuando vários cálculos de criptografia, renderizações e cópia de instruções e dados.

21 Figura 3 - Performance do VirtualBox 21

22 Figura 4 - Performance do VMWare 22

23 23 Para um melhor entendimento dos resultados obtidos, faz-se necessário exemplificar a metodologia de teste das principais amostras de testes realizadas. a) Teste de performance com números inteiros (Integer Performance Test) Testes com números inteiros medem o desempenho através da realização de uma variedade de tarefas de processamento intensivo que fazem uso pesado de operações com números inteiros. Nenhum dos testes devem executar qualquer operação de entrada ou saída (E/S) a fim de isolar o trabalho feito apenas para o processador e subsistema de memória. No GeeckBench, são executados os seguintes testes: Blowfish: Codifica e decodifica a memória usando o algoritmo Blowfish. bzip2 Compress e bzip2 Decompress: Compactam e descompactam um arquivo de texto na memória usando libbzip2 (biblioteca ou conjunto de instruções de compressão/descompressão de arquivos de texto). Imagem Compress e Imagem Decompress: Compactam e descompactam uma imagem na memória usando libjpeg (análogo ao libbzip2, porém utilizando imagens). Lua: Executa um script escrito na linguagem de programação Lua. O script Lua é uma peneira número primo que encontra todos os números primos abaixo de b) Teste de performance com números de ponto flutuante (Floating Point Performance Test) Testes de ponto flutuante medem o desempenho de ponto flutuante através da realização de uma variedade de tarefas de processamento intensivo que fazem uso pesado de operações de ponto flutuante. Nenhum dos pontos de referência de ponto flutuante executam qualquer operação de E/S, a fim de isolar o trabalho feito apenas para o processador e subsistema de memória. No GeeckBench, são executados os seguintes testes: Mandelbrot: Retorna torna o conjunto de Mandelbrot.

24 24 Dot produtos: Calcula o produto escalar de dois vetores. Decomposição LU: calcula a decomposição LU de uma matriz de 128x128. Primality test: Executa as primeiras iterações do teste de Lucas-Lehmer em um número de Mersenne em particular para determinar se é ou não é primo. Afie e desfoque da imagem: Aplica um filtro de convolução a uma imagem na memória. Estes filtros são semelhantes aos encontrados em filtros editores gráficos como o Adobe Photoshop. c) Teste de desempenho de memória (Memory Test) Testes de memória medem não apenas o desempenho do hardware de memória subjacente, mas também o desempenho das funções fornecidas pelo sistema operacional usado para manipular memória. No GeeckBench, são executados os seguintes testes: Leitura de valores seqüenciais da memória para os registradores. Escrita de valores seqüenciais dos registradores para a memória. Stdlib Aloccate: Aloca e desaloca blocos de memória de tamanhos variados, utilizando as funções da biblioteca padrão C. Stdlib Write: Escreve um valor constante para um bloco de memória usando as funções da biblioteca padrão C. Stdlib Copy: Copia os valores de um bloco de memória para outro usando as funções da biblioteca padrão C. d) Teste de Fluxo (Stream Test) Teste de fluxo medem o desempenho de operações com ponto flutuante e largura de banda de memória sustentada. O Geekbench usa benchmarks com base nos benchmarks STREAM desenvolvidos John D. McCalpin. Nenhum dos pontos de referência de fluxo executar qualquer operação de E/S, a fim de isolar o trabalho feito apenas para o processador e subsistema de memória. No GeeckBench, são executados os seguintes testes:

25 25 Stream Copy: Calcula a (i ) = b (i), onde a e ab são matrizes. Stream Scale: calcula um fluxo de ( i ) = q * b ( i ), em que a e b são as matrizes, e q é uma constante. Stream Add: Calcula um fluxo (I) = B ( i ) + C (i ), em que a, b, e c são matrizes. Stream Triad: Calcula um ( i ) = B ( i ) + q * c ( i ), em que a, b, e c são matrizes, e q é uma constante Testes de desempenho (Jmeter) O JMeter é uma ferramenta utilizada para testes de carga em serviços oferecidos por sistemas computacionais. Para a realização de testes, a ferramenta disponibiliza diversos tipos de requisições, além de controladores lógicos como loops e controles condicionais para serem utilizados na construção de planos de teste, que correspondem aos testes funcionais. O JMeter disponibiliza também um controle de threads, chamado Thread Group, no qual é possível configurar o número de threads, a quantidade de vezes que cada thread será executada e o intervalo entre cada execução, que ajuda a realizar os testes de stress. Preliminarmente conforme abaixo demonstrado pelas figuras figura 5 e 6, foram efetuados pré-testes de latência de rede para verificar se conexão sofria oscilações que pudessem prejudicar os testes com o Jmeter. Os testes resultaram em uma latência tão baixa que pode ser neglicenciada no nivel de testes que executamos. i) VMWare Figura 5 - Teste de Ping da Rede Do cliente para o servidor VMWare ii) VirtualBox Figura 6 - Teste de Ping da Rede Do cliente para o servidor VirtualBox

26 26 Nos testes de stress de rede, utilizamos como metodologia o a requisição pelo cliente do serviços Wordpress instalado no servidor. A requisição consistia em uma tentativa de acesso ao site, via protocolo http. Utilizando o software Jmeter, foi possivel efetuar configurações de tal maneira, que foi possivel controlar a quantidade de acessos(requisições) feitas ao servidor em um determinado espaço de tempo. Esse controle nos permitiu encontrar o valor máximo de requisições que o servidor conseguiria responder sem que houvesse interrupção fatal no sistema. Dispondo do número máximo de requisições plausivel, passamos a definir qual seria o número mínimo de requisições aceitaveis para que tivessemos um valor praticamente nulo de carga de trabalho no servidor. O resultado do teste efetuado com o Jmeter é um gráfico de tempo de resposta (em milisegundos) por tempo decorrido (em segundos) contendo as informações de Vazão, média e desvio. A Vazão (representada em verde), ou throughput, é o valor que indica a quantidade de requisições por minuto atendidas pelo servidor; A média (representada em azul), refere-se a média do tempo de resposta para atendimento de cada amostras enviada e o desvio (em vermelhor) refere-se ao quanto a amostra enviada naquele momento se destou da média para aquele mesmo momento. Em um sistema estável e sem indicios de problemas, é esperado que a vazão suba rapidamente nos primeiros segundos e se estabilize conforme o teste continua. Esse comportamento mostra que o servidor está sendo capaz de processar as requisições e tratá-las sem que hajam problemas A média do tempo de resposta tende em um sistema estável a se estabiliziar, sempre aproximando tempo de resposta das requisições realizadas. Uma média muito destoante pode representar que existem requisições que não estão sendo tratadas ou estão sendo descartadas. O desvio tende a seguir a média e a vazão. Conforme a média se aproxima da vazão, o desvio tende a diminuir. Quanto menor o desvio mais estavel o sistema pode ser considerado. Como forma de comparação, efetuamos testes com os valores médios, resultando nas seguintes configurações tanto para os testes realizados sobre o VirtualBox quanto para os testes realizados com o VMWare. Configurações Testadas: 10 Threads efetuando requisições em intervalos de 1s ( sem carga) 500 Threads efetuando requisições em intervalos de 1s (carga média) 1000 Threads efetuando requisições em intervalos de 1s (carga máxima) O teste foi realizado com o Jmeter instalado no computador cliente enviando uma quantidade de requisições simultâneas por segundo que é igual ao número de threads etabelecido para cada teste, solicitando acesso ao serviço Wordpress, via protocolo http instalado no servidor virtualizado.

27 27 a) VirtualBox Testes com 10 threads A figura 7 abaixo representa o gráfico gerado pelo aplicativo Jmeter duante o teste com 10 threads. Figura 7 - Teste Jmeter VirtualBox (10 threads) Analisando o gráfico, é possivel inferir o seguinte: A vazão apresentada foi de 398,684 após 1 minuto de requsição. No início houve um tempo de resposta rápido, se comparado com o restante do teste, porém esse fato pode ser explicado pelo metodo de geração de threads no Jmeter que é progressivo. O tempo de resposta das requisições após sofrer um pico, tendeu a se estabilizar, ligeiramente melhorando ao longo do tempo. A média está em tendênia de subida e acima do tempo de resposta das requisições. Tal constatação indica que o servidor não está respondendo a todas as requisições, pois se estivesse a média tenderia a ser mais baixa que o tempo de resposta mais demorado. O desvio está em tendência dequeda, o que significa que o sistema está ao longo do tempo se estabilizando (a diferença entre o tempo de resposta atual e a média, está diminuindo) Conclusão: O servidor consegue para esses parâmetros, processar aproximadamente 66,3% das requisições de acesso com um tempo de resposta rápido e com tendencia a melhorar ligeiramente ao longo da repetição do processo.

28 28 A figura 8 abaixo representa o processamento das requisições o servidor durante o período de 1 minuto. Como é possivel observar, a utilização da CPU oscilou de 1 a 50% durante todo o tempo de execução do teste. A memória fisica por sua vez foi utilizada bem pouco, considerando que o windows 2008 utiliza 762 MB tão logo que inicializa. Já a figura 9, representa o monitoramento do sistema pelo computador cliente no qual a utilização de CPU, memória, disco ficaram praticamente estaveis, ao passo que houve oscilação no trafego de rede, devido as solicitações ao servidor e as respostas. Pode-se observar que a utilização da rede girou entre 24 e 712 kps, ou seja, a rede está sendo subutilizada. Figura 8 - Utilização da CPU e Memória no servidor VirtualBox (10 threads) Figura 9 - Utilização da CPU e Memória no cliente (10 threads) Como conclusão, é possivel perceber que o ambiente cliente-servidor está em uma situação de estabilidade e que é possivel tirar um maior proveito da osciosidade do sistema. Para tanto, efetuamos os testes com 500 threads. b) VirtualBox Testes com 100 threads A figura 10 abaixo representa o gráfico gerado pelo aplicativo Jmeter durante o teste com 100 threads.

29 29 Figura 10 - Teste Jmeter VirtualBox (100 threads) Analisando o gráfico, é possível inferir o seguinte: A vazão apresentada foi de /min após 1 minuto de requisição. Não houve tempo de resposta rápido para esse teste pois apresar de progressiva a inicialização das threads, o volume inicializado por segundo é bem superior ao do teste com 10 threads O tempo de resposta das requisições foi aumentando gradativamente conforme as threads eram criadas no cliente, o que significa que o servidor estava conseguindo acompanhar o ritmo de crescimento até certo ponto. A média está em tendência de queda e em certo momento passou a ficar abaixo do tempo de resposta das requisições. Tal constatação indica que o servidor está estabilizando e começando a tratar todas as requisições com maior velocidade O desvio está em tendência de queda, o que significa que o sistema está ao longo do tempo se estabilizando. Conclusão: O servidor consegue para esses parâmetros, processar aproximadamente 10,7% das requisições de acesso com um tempo de resposta bastante demorado (quase 30 segundos) e com tendência se manter estável ao longo da repetição do processo. A figura 11 abaixo representa o processamento das requisições o servidor durante o período de 1 minuto. Como é possível observar, a utilização da CPU oscilou de 1 a 100%, durante todo o tempo de execução do teste. Isso indica que houveram gargalos e o servidor não foi capaz de processar boa parte das requisições. A memória fisica por sua vez foi

30 30 utilizada bem pouco, considerando que o windows 2008 utiliza 762 MB tão logo que inicializa. Já a figura 12, representa o monitoramento do sistema pelo computador cliente no qual a utilização de CPU, memória ficaram praticamente estáveis, ao passo que houve oscilação no trafego de rede, devido as solicitações ao servidor e as respostas. Pode-se observar que a utilização da rede girou entre 24 kbps a 1,2mbpss, ou seja, a rede está sendo subutilizada. O disco no computador cliente neste caso, começou a ser onerado em função da necessidade de leitura para geração das requisições. Figura 11 - Utilização da CPU e Memória no servidor VirtualBox (100 threads) Figura 12 - Utilização da CPU e Memória no cliente (100 threads) c) VirtualBox Testes com 500 threads A figura 13 abaixo representa o gráfico gerado pelo aplicativo Jmeter durante o teste com 500 threads.

31 31 Figura 13 - Teste Jmeter VirtualBox (500 threads) Analisando o gráfico, é possivel inferir o seguinte: A vazão apresentada foi de /min após 1 minuto de requsição. Não houve tempo de resposta rápido para esse teste pois apresar de progressiva a inicialização das threads, o volume inicializado por segundo é bem superior ao do teste com 10 threads O tempo de resposta das requisições apesar de sofrer aumento considerável, permaneceu praticamente estável durante todo o teste. A média está em tendênia de subida e acima do tempo de resposta das requisições. Tal constatação indica que o servidor não está respondendo a todas as requisições, pois se estivesse a média tenderia a ser mais baixa que o tempo de resposta mais demorado. O desvio está em tendência dequeda, o que significa que o sistema está ao longo do tempo se estabilizando. Conclusão: O servidor consegue para esses parâmetros, processar aproximadamente 2,8% das requisições de acesso com um tempo de resposta bastante demorado (quase 30 segundos) e com tendencia se manter estavel ao longo da repetição do processo. A figura 14 abaixo representa o processamento das requisições o servidor durante o período de 1 minuto. Como é possivel observar, a utilização da CPU oscilou de 1 a 100%, durante todo o tempo de execução do teste. Isso indica que houveram gargalos e o servidor

32 32 não foi capaz de processar boa parte das requisições. A memória fisica por sua vez foi utilizada bem pouco, considerando que o windows 2008 utiliza 762 MB tão logo que inicializa. Já a figura 15, representa o monitoramento do sistema pelo computador cliente no qual a utilização de CPU, memória ficaram praticamente estaveis, ao passo que houve oscilação no trafego de rede, devido as solicitações ao servidor e as respostas. Pode-se observar que a utilização da rede girou entre 24 kbps a 1,2mbpss, ou seja, a rede está sendo subutilizada. O disco no computador cliente neste caso, começou a ser onerado em função da necessidade de leitura para geração das requisições. Figura 14 - Utilização da CPU e Memória no servidor VirtualBox (500 threads) Figura 15 - Utilização da CPU e Memória no cliente (500 threads) d) VMWare Testes com 10 threads A figura 16 abaixo representa o gráfico gerado pelo aplicativo Jmeter duante o teste com 10 threads.

33 33 Figura 16 - Teste Jmeter VMWare (10 threads) Analisando o gráfico, é possivel inferir o seguinte: A vazão apresentada foi de 337,88/min após 1 minuto de requsição. O tempo de resposta na inicialização foi bastante rápido e progressivamente foi subindo até chegar a valores com tendencia a estabialização. A média está em tendênia de subida e acima do tempo de resposta das requisições. Tal constatação indica que o servidor não está respondendo a todas as requisições, pois se estivesse a média tenderia a ser mais baixa que o tempo de resposta mais demorado. O desvio está em tendência dequeda, o que significa que o sistema está ao longo do tempo se estabilizando. Conclusão: O servidor consegue para esses parâmetros, processar aproximadamente 56,3% das requisições de acesso com um tempo de resposta bastante rápido (por volta de 1 segundo) e com tendencia se manter estavel ao longo da repetição do processo. A figura 17 abaixo representa o processamento das requisições o servidor durante o período de 1 minuto. Como é possivel observar, a utilização da CPU oscilou de 1 a 40%, durante todo o tempo de execução do teste, a oscilação é praticamente estável. Isso indica que ainda existe capacidade de extração de um maior potencial de processamento. A memória fisica por sua vez foi utilizada bem pouco, considerando que o windows 2008 utiliza 762 MB tão logo que inicializa (houve descarga de memoria durante o teste e o gráfico mostra um utilizado abaixo dos 600 mb)

34 34 Já a figura 18, representa o monitoramento do sistema pelo computador cliente no qual a utilização de CPU, memória ficaram praticamente estaveis, ao passo que houve oscilação no trafego de rede, devido as solicitações ao servidor e as respostas. Pode-se observar que a utilização da rede girou entre 24 kbps a 1,2mbpss, ou seja, a rede está sendo subutilizada. Figura 17 - Utilização da CPU e Memória no servidor VMWare (10 threads) Figura 18 - Utilização da CPU e Memória no cliente (10 threads) e) VMWare Testes com 100 threads A figura 19 abaixo representa o gráfico gerado pelo aplicativo Jmeter durante o teste com 100 threads.

35 35 Figura 19 - Teste Jmeter VMWare (100 threads) Analisando o gráfico, é possível inferir o seguinte: A vazão apresentada foi de 1.259,444 após 1 minuto de requisição. No início houve um tempo de resposta rápido, se comparado com o restante do teste, porém esse fato pode ser explicado pelo método de geração de threads no Jmeter que é progressivo. O tempo de resposta das requisições após sofrer um pico, tendeu a se estabilizar, ligeiramente melhorando ao longo do tempo. A média está em tendência de estabilização e acima do tempo de resposta das requisições. Tal constatação indica que o servidor não está respondendo a todas as requisições, pois se estivesse a média tenderia a ser mais baixa que o tempo de resposta mais demorado. O desvio está em tendência de queda, o que significa que o sistema está ao longo do tempo se estabilizando (a diferença entre o tempo de resposta atual e a média, está diminuindo) Conclusão: O servidor consegue para esses parâmetros, processar aproximadamente 66,3% das requisições de acesso com um tempo de resposta rápido e com tendência a melhorar ligeiramente ao longo da repetição do processo. A figura 20 abaixo representa o processamento das requisições o servidor durante o período de 1 minuto. Como é possivel observar, a utilização da CPU oscilou de 1 a 100% durante todo o tempo de execução do teste, porém o virtualizador fez melhor uso da CPU a

36 36 qual passou mais tempo em uso máximo. A memória fisica por sua vez foi utilizada bem pouco, considerando que o windows 2008 utiliza 762 MB tão logo que inicializa. Já a figura 21, representa o monitoramento do sistema pelo computador cliente no qual a utilização de CPU, memória, disco ficaram praticamente estáveis, ao passo que houve oscilação no trafego de rede, devido as solicitações ao servidor e as respostas. Pode-se observar que a utilização da rede girou entre 24kbps a 1,6 mpbs, ou seja, a rede está sendo subutilizada. Figura 20 - Utilização da CPU e Memória no servidor VMWare (100 threads) Figura 21 - Utilização da CPU e Memória no cliente (100 threads) f) VMWare Testes com 500 threads A figura 22 abaixo representa o gráfico gerado pelo aplicativo Jmeter duante o teste com 500 threads.

37 37 Figura 22 - Teste Jmeter VMWare (500 threads) Analisando o gráfico, é possivel inferir o seguinte: A vazão apresentada foi de 428,197 /min após 1 minuto de requsição. O tempo de resposta na inicialização foi ligeiramente mais rapido e progressivamente foi subindo sem tendência a estabilizar. A média está em tendênia de queda e abaixo do tempo de resposta das requisições. Tal constatação indica que o servidor está respondendo a todas as requisições, porém que existe algum gargalo em outro parte do sistema, uma vez que a vazão está bastante aquem da capacidade total O desvio está em tendência dequeda, o que significa que o sistema está ao longo do tempo se estabilizando. Conclusão: O servidor consegue para esses parâmetros, processar aproximadamente 1,3% das requisições de acesso com um tempo de resposta bastante devagar (70s) e com tendencia se manter estavel ao longo da repetição do processo. A figura 23 abaixo representa o processamento das requisições o servidor durante o período de 1 minuto. Como é possivel observar, a utilização da CPU oscilou de 1 a 100%, durante todo o tempo de execução do teste. Isso indica que houveram gargalos e uma boa parte das requisições não foi processada.

38 38 A memória fisica por sua vez foi utilizada bem pouco, considerando que o windows 2008 utiliza 762 MB tão logo que inicializa. Já a figura 24, representa o monitoramento do sistema pelo computador cliente no qual a utilização de CPU, memória ficaram praticamente estaveis, ao passo que houve oscilação no trafego de rede, devido as solicitações ao servidor e as respostas. Pode-se observar que a utilização da rede girou entre 24 kbps a 1,2mbpss, ou seja, a rede está sendo subutilizada. Figura 23 - Utilização da CPU e Memória no servidor VMWare (500 threads) Figura 24 - Utilização da CPU e Memória no cliente (500 threads) Testes de desempenho (FTP) O teste de FTP consiste na transferencia de um arquivo via protocolo FTP e a sua consequente medição de utilização de rede e tempo necessário para completar a transferência. Nos testes de rede via protocolo FTP, não foi utilizado nenhum software em específico, somente foram efetuados testes de transferência de um arquivo de 2,97 GB (uma imagem formato iso do proprio CD de instalação do windows 2008 server) para análise Foram obtidos resultados em gráficos do gerenciador de conexão do servidor e foram calculados os tempos totais de transferência do arquivo para cada virtualizador.

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