INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA CATARINENSE CAMPUS SOMBRIO JEAN DOUGLAS CONTE ESTUDO DA COMPUTAÇÃO EM NUVEM PRIVADA COM OPENSTACK

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA CATARINENSE CAMPUS SOMBRIO JEAN DOUGLAS CONTE ESTUDO DA COMPUTAÇÃO EM NUVEM PRIVADA COM OPENSTACK Sombrio (SC) 2013

2 JEAN DOUGLAS CONTE ESTUDO DA COMPUTAÇÃO EM NUVEM PRIVADA COM OPENSTACK Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito para obtenção do título de Tecnólogo em Redes de Computadores no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Catarinense Campus Sombrio. Orientador: Prof. Joédio Borges Coorientador: Msc. André Alessandro Stein Sombrio (SC) 2013

3 JEAN DOUGLAS CONTE ESTUDO DA COMPUTAÇÃO EM NUVEM PRIVADA COM OPENSTACK Esta produção técnico-científica foi julgada adequada para obtenção do título de Tecnólogo em Redes de Computadores e aprovada pelo Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Catarinense Campus Sombrio. Área de Concentração: Sistemas distribuídos. Sombrio, 23 de fevereiro de 2013 Prof. Joédio Borges Junior Instituto Federal Catarinense Campus Sombrio Orientador (a) Msc Jackson Mallmann Instituto Federal Catarinense Campus Sombrio Membro Msc Gerson Luis da Luz Instituto Federal Catarinense Campus Sombrio Membro

4 RESUMO A Computação em Nuvem promete ser o futuro das redes de computadores e cada vez mais as nuvens públicas estão se popularizando através das empresas. Junto com a nova tecnologia também acompanham alguns problemas, como riscos de segurança e dependência de serviços terceirizados, o que causa certo receio em algumas empresas que desejam migrar para o novo ambiente. Neste cenário, a implantação da Nuvem Privada surge como uma solução para empresas que desejam migrar para o novo ambiente sem custo adicional e sem riscos de segurança. O projeto OpenStack foi criado objetivando o domínio e a padronização do mercado de nuvens de forma gratuita e consiste em uma série de componentes que em conjunto são capazes de gerenciar uma nuvem. O presente trabalho tem por objetivo realizar estudo do software OpenStack e a atuação de seus componentes no modelo de Nuvem Privada. Ao final deve-se concluir se implantação da Nuvem Privada com o software OpenStack pode ser um alternativa viável e segura em contrapartida à migração para a Nuvem Pública. Palavras-chave: Computação em Nuvem. Nuvem Privada. Segurança. OpenStack.

5 ABSTRACT Cloud computing promises to be the future of computer networks & increasingly public clouds are becoming popular among companies. Along with the new technology some problems start to appear, such as security risks and dependence on outsourced services, which causes certain fear in some companies who wish to migrate to the new environment. In this scenario, the deployment of private cloud emerges as a solution for companies wishing to migrate to the new environment without additional cost and security risks. The OpenStack project was created aiming the domination and standardization of cloud market with no charge. This one consists in a series of components that together are able to manage a cloud. This work aims at studying the OpenStack software and the performance of its components in the Private Cloud model. At the end it shall conclude whether deployment of private cloud with OpenStack software can be a safe and viable alternative in contrast of migration to the Public Cloud. Key-words: Cloud Computing. Private Cloud. Security. OpenStack.

6 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Diferentes formas de transparência em um Sistema Distribuído.. 17 Quadro 2 - Computação em Nuvem: Uma perspectiva do consumidor Quadro 3 - Nomes de versões OpenStack Quadro 4 - Codinomes Quadro 5 - Chamadas de interface Glance Quadro 6 - Configuração da máquina de testes... 56

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1- Nuvem no diagrama de rede Figura 2 - VMM Figura 3 - Elasticidade computacional Figura 4 - Visão da Nuvem a partir do usuário Figura 5 - Exemplo de Nuvem híbrida Figura 6 - Interação entre os serviços prestados na Nuvem Figura 7 - Comunicação entre dois componentes Figura 8 - Interação dos serviços do Nova Figura 9 - Interação dos serviços do Glance Figura 10 - Redundância de dados no Swift Figura 11 - Interação dos serviços do Swift... 49

8 LISTA DE SIGLAS AMD-V API CaaS DHCP EC2 HTTP IaaS ID INTEL-VT ISP iscsi KVM MaaS NASA NTP PaaS S3 SaaS SQL SSL TI VHD VLAN VMDK VMM VNC XATTRS XFS AMD Virtualization Application programming interface Communication as a Service Dynamic Host Configuration Protocol Elastic Compute Cloud HyperText Transfer Protocol Infrastructure as a Service Identificação Intel Virtualization Technology Internet Service Provider Internet Small Computer System Interface Kernel-based Virtual Machine Monitoring as a Service National Aeronautics and Space Administration Network Time Protocol Platform as a service Simple Storage Service Software as a Service Structured Query Language Secure Sockets Layer Tecnologia da Informação Virtual Hard Disk Virtual Local Area Network Virtual Machine Disk Virtual Machine Manager Virtual Network Computing extended ATTRibuteS extended File System

9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO Objetivos específicos FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Nuvem e seus conceitos Arquitetura Virtualização Características da Nuvem Benefícios e limitações da Nuvem Pública Modelos de implantação Modelos de serviço oferecidos Openstack e seus conceitos Versões e componentes Keystone Nova Glance Swift Horizon Outras tecnologias utilizadas MÉTODO DE IMPLANTAÇÃO Ambiente de laboratório Modelos e requisitos de implantação Realização da instalação Instalação do Keystone Instalação do Nova Instalação do Glance... 61

10 4.3.4 Instalação do Swift Instalação do Horizon RESULTADOS E DISCUSSÃO Dificuldades na instalação CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS GLOSSÁRIO APÊNDICE A COMANDOS UTILIZADOS NA IMPLANTAÇÃO... 75

11 11 1 INTRODUÇÃO Ao longo dos anos, com o rápido crescimento da Internet e dos sistemas computacionais, a Tecnologia da Informação (TI) tornou-se um cada vez mais importante para o bom funcionamento de uma empresa. Com o advento da Internet, e a quebra das fronteiras de comunicação a nível global, o compartilhamento de ideias através desta rede mundial tornou este ambiente um dos principais meios de comunicação no mundo. (RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010, p. xxvii). No cenário tradicional, empresas investem alto para manter sua infraestrutura de TI. Este alto investimento é justificado pela dificuldade de manter e atualizar serviços críticos em pleno funcionamento, sendo estes considerados cruciais para o funcionamento da empresa. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009, p. 17). Construir sua própria solução de TI sempre foi complexo, caro e arriscado. (RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010, p. 49). A Computação em Nuvem é um termo que começou a surgir por meados de 2002, quando grandes empresas resolveram apostar em uma tecnologia completamente nova e diferente da tradicional no que se refere ao modo de implantação e manutenção de serviços. (MILLER, P. 15) Desde então a Computação em Nuvem está se tornando uma tecnologia viável e promissora e alguns autores acreditam que com o avanço da tecnologia os serviços em Nuvem serão cada vez mais cobiçados. Wen et al. (2012) afirma que a Computação em Nuvem é o próximo passo na evolução de alguns centros de dados de empresas devido ao alto custo de servidores físicos e da manutenção dos dados. Uma vez que a Nuvem reduza os custos, as equipes de TI responsáveis poderão se concentrar em outras estratégias e se focar em outros assuntos mais específicos. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, P. 3). A Computação em Nuvem muda a forma como armazenamos a informação, pois ao invés de executar programas e dados em um computador de mesa individual, tudo está hospedado na Nuvem. (Miller, 2008). Quando uma empresa aluga serviços em Nuvem terceirizados, esta se utiliza da Nuvem Pública, pois os serviços serão hospedados em um datacenter (centro de dados) terceirizado e serão acessados através da rede pública (Internet). Ao serem executadas, as aplicações

12 12 dos clientes de um provedor de serviços de Nuvem compartilham dos recursos da mesma infraestrutura, que por sua vez cobra por sua utilização no modelo de Utility Computing. (DELGADO, 2010). A primeira vista a Nuvem Pública pode parecer ser um modelo de serviço muito vantajoso, mas visto por outro lado este modelo também traz consigo algumas preocupações. Problemas como riscos de segurança, privacidade e velocidade de acesso limitada à conexão pública do usuário, além da dependência de terceiros e da Internet para manutenção dos dados podem ser fatores cruciais na decisão de migrar ou não para o novo ambiente. Por um lado a Nuvem se demonstra uma tecnologia nova, pouco madura e ainda em evolução, mas as possibilidades de expansão dos negócios ao realizar a migração instigam o consumidor. A solução provê escalabilidade, alta disponibilidade e em alguns casos um ambiente multiplataforma com abstração completa do hardware para o consumidor (SADASHIV & KUMAR, 2011). Por outro lado, a infraestrutura de TI tradicional proporciona uma sensação de segurança, privacidade e independência aos usuários, pois os equipamentos físicos e gerenciamento de software são todos privados. Uma possível solução para as empresas que desejam migrar para a Nuvem e se familiarizar com os conceitos da Computação em Nuvem e seus benefícios sem o compromisso de terceirização e sem sofrer riscos de segurança e limitações de velocidade é a implantação desta tecnologia em sua própria infraestrutura de TI. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009). Com este conceito implantado sobre a infraestrutura de TI tradicional, a empresa terá a união da escalabilidade, alta disponibilidade e abstração da Nuvem Pública com a segurança, privacidade e independência do ambiente de TI tradicional, o que resulta em um ambiente privado e seguro supervisionado por pessoas confiáveis e internas à empresa. Além da segurança, a alta velocidade de acesso através da rede local também estará presente neste modelo, garantindo que as informações serão acessíveis na Nuvem com baixo tempo de resposta e sempre que necessário. Além disso, a resolução dos problemas não depende de terceiros, caso a segurança esteja sendo comprometida a própria empresa faz novos investimentos em segurança na tentativa de resolver os problemas.

13 13 Ao mesmo tempo em que a Computação em Nuvem se espalha através do globo, sua tecnologia tende a evoluir em conjunto. Novas ideias surgem e se agregam cada vez mais à tecnologia da Nuvem. Várias ferramentas surgem como soluções viáveis, inteligentes e funcionais para a aplicação da Nuvem, dentre estas, uma solução que vem se destacando é o OpenStack. O OpenStack é uma plataforma gratuita e de código aberto para nuvens públicas e privadas. Este projeto está sendo financiado pela empresa Rackspace Hosting e possui mais de 100 empresas envolvidas. O projeto OpenStack tem por objetivo principal distribuir ferramentas de código aberto para a criação de uma plataforma de Nuvem para fins públicos e privados, para tal o software fornece escalabilidade, flexibilidade e padronização de serviços.

14 14 2 OBJETIVO Este trabalho tem por objetivo realizar estudo do software OpenStack no modelo de Nuvem Privada. 2.1 Objetivos específicos Para tal, será realizada a instalação do software proposto e o estudo de sua funcionalidade e de seus componentes no modelo de Nuvem Privada. Ao final, pretende-se demonstrar que a implantação da Nuvem Privada com o software OpenStack pode ser uma alternativa viável e segura em contrapartida à migração para a Nuvem Pública.

15 15 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Para entender o funcionamento da Nuvem faz-se uma abordagem sobre os principais conceitos e tópicos de Computação em Nuvem. Abordam-se conceitos do funcionamento da Nuvem, modelos de serviço oferecidos, modelos de implantação e tecnologias envolvidas para o bom funcionamento dos modelos de implantação. Abordam-se também alguns tópicos sobre o funcionamento do software OpenStack, como versões e um aprofundamento nos conceitos envolvidos no sistema em questão, como: componentes, seus serviços e funcionamento geral do conjunto. 3.1 Nuvem e seus conceitos Quando observadas, as nuvens por vezes passam a impressão de ser um grande espaço misterioso, um cenário que pode tomar várias formas e esconder diversos objetos inseridos em seu interior. As nuvens não possuem localização. Objetos inseridos em seu interior, apesar de não serem visíveis a todos, podem estar a qualquer hora em qualquer lugar. Estas características demonstram a perspectiva do usuário final quando o assunto é Computação em Nuvem, um ambiente no qual é possível salvar dados e informações e acessá-los de qualquer local que se possa enxergar uma Nuvem. O termo Cloud tem sido usado historicamente como uma metáfora para a Internet e surgiu da comum utilização de uma Nuvem nos diagramas de rede, delimitando o que seria a rede local da rede pública convencional. (RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010). A figura 1 demonstra um exemplo de utilização da Nuvem sendo comparada à Internet, ou seja, a Nuvem é representada por qualquer dispositivo além da rede local e que esteja fora do controle do administrador de rede.

16 16 Figura 1- Nuvem no diagrama de rede Fonte: Adaptado de (VELTE et al., 2009). Porém, há mais do que simplesmente comparar a Computação em Nuvem à Internet, [...] a Computação em Nuvem é uma estrutura que permite o acesso a aplicações que residem em um local diferente do seu computador [...]. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009) Arquitetura A Computação em Nuvem possui algumas características de um Sistema Distribuído como: escalabilidade, transparência, alta disponibilidade, facilidade de compartilhamento de informações e padronização de acesso. (SOTO, 2011, p ). Segundo Tanenbaum & Steen (2006), um Sistema Distribuído é uma rede de computadores independentes que se apresentam aos usuários como um sistema único e coerente. O conceito de Sistema Distribuído nasceu principalmente devido à evolução constante do hardware e das tecnologias de rede, que possibilitam que o sistema funcione cada vez melhor.

17 17 Um dos principais objetivos de um Sistema Distribuído é prover transparência, de forma que o usuário utilizador do sistema não perceba que o sistema é composto por vários nós atuadores. (TANENBAUM & STEEN, 2006, p. 4). A Nuvem possui a maioria das características existentes no conceito de transparência de um Sistema Distribuído. Segundo Tanenbaum & Steen (2006), o conceito de transparência pode ser aplicado em um Sistema Distribuído de várias maneiras, algumas delas podem ser vistas no quadro 1. Quadro 1 - Diferentes formas de transparência em um Sistema Distribuído. Transparência Descrição Acesso Localização Migração Relocação Replicação Concorrência Falha Esconde diferenças na representação de dados e como os recursos são acessados. Esconde onde um recurso está localizado Esconde que um recurso pode se mover para outra localização Esconde que um recurso pode ser movido para outra localização mesmo estando em uso Esconde que um recurso é replicado Esconde que um recurso pode ser compartilhado por vários usuários concorrentes Esconde a falha e recuperação de um recurso Fonte: Adaptado de (TANENBAUM & STEEN, 2006). Segundo Tanenbaum & Steen (2006) um Sistema Distribuído pode ser dividido em dois subgrupos: Cluster e Grids. Cluster: Um Cluster é uma rede de computadores com hardware e sistemas operacionais similares conectados por uma rede local de alta velocidade; Grid: Uma Grid é uma rede de computadores distribuídos em diferentes domínios administrativos, com topologias de rede, hardware e sistemas operacionais não necessariamente idênticos ou similares. A primeira vista a Computação em Nuvem Pública se assemelha muito à computação em Grid e a Computação em Nuvem Privada se assemelha muito a um Cluster, pois todos são sistemas distribuídos constituídos de uma grande rede de computadores trabalhando em conjunto para fornecer capacidades de recurso aumentadas. Porém, fazendo uma análise mais aproximada, a computação em Grid,

18 18 a computação em Cluster e a Computação em Nuvem surgiram para resolver problemas diferentes. (SADASHIV & KUMAR, 2011). A computação em Grid propõe a utilização de vários computadores trabalhando em conjunto para oferecer recursos suficientes na resolução de um único problema ao mesmo tempo. Este modelo requer a utilização de um software que possa dividir e em seguida enviar pedaços do programa para milhares de computadores de forma que ao final se somem os resultados obtidos e se possa resolver um problema complexo de forma mais rápida. (TANENBAUM & STEEN, 2006, p. 33). A computação em Grid é um método muito utilizado para o processamento de grandes quantidades de dados e possui muita aplicabilidade em ambientes de pesquisa, onde grandes quantidades de dados são processados com a finalidade de se obter respostas rápidas para um problema complexo. A Computação em Nuvem faz exatamente o oposto. Ela permite que múltiplas aplicações menores executem ao mesmo tempo, pois é composta por vários computadores trabalhando em conjunto e oferecendo recursos suficientes para várias aplicações de vários usuários (inquilinos) ao mesmo tempo. (SOTO, 2011, p. 12). A Computação em Nuvem cresceu com o intuito comercial, pois é possível que com os recursos de apenas uma máquina vários usuários consumidores sejam beneficiados. Na computação em Grid são necessárias várias máquinas para beneficiar apenas um usuário, portanto o investimento é muito maior nesta tecnologia. (SOTO, 2011, p. 12). Assim como a Nuvem, o Cluster é um sistema utilizado para alta disponibilidade de serviços e capacidade do parque de TI aumentado. Apesar de o Cluster ser similar a uma Nuvem, ele não possui todas as funcionalidades desta. A criação de uma plataforma homogênea e abstrata invisível às aplicações dos usuários, a virtualização e a escalabilidade presente na Nuvem Privada não acontecem de forma clara em um Cluster. (SADASHIV & KUMAR, 2011) Virtualização A virtualização é a tecnologia que serve de base para a Nuvem. Com ela é possível que várias máquinas virtuais sejam alocadas de forma distinta e isoladas

19 19 em somente um equipamento físico preparado para virtualizar todo tipo de sistema que seja colocado sobre ele. (MATTOS, 2008). Com a adoção da tecnologia, vários usuários podem utilizar recursos contidos em apenas uma máquina servidora, fazendo com que o desperdício de recursos do hardware seja diminuído ao máximo na Nuvem. A virtualização já existia muito tempo antes da difusão da Computação em Nuvem, porém na época as tecnologias de rede não conseguiam atingir velocidades satisfatórias para que se pudesse de fato implantar a Nuvem como uma tecnologia visivelmente robusta. O termo foi criado na década de 1960 com o objetivo principal de fazer com que mais de uma máquina virtual pudesse rodar sobre uma máquina física. (Rittinghouse & Ransome, 2010). Com a evolução do hardware, os recursos disponíveis nas máquinas físicas tornaram-se suficientes para virtualizar várias máquinas virtuais. Máquinas servidoras que constituam uma Nuvem devem possuir um sistema operacional capaz de alocar os recursos físicos para suas máquinas virtuais de forma transparente, sendo um intermediador entre o hardware real e o hardware virtual. A virtualização é obtida pela adição de uma camada abaixo do sistema operacional, entre o sistema operacional e o hardware, chamada de VMM (Virtual Machine Monitor) ou simplesmente Hypervisor. (DELGADO, 2010; MATTOS, 2008, p. 3). Um exemplo pode ser visto na figura 2. Figura 2 - VMM Fonte: (MATTOS, 2008, p. 3).

20 20 O Hypervisor é um dos principais atuadores na Nuvem. Segundo (Delgado, 2010) o Hypervisor é instalado diretamente sobre a máquina e tem acesso direto ao hardware, por esta razão é a opção mais rápida, escalável e robusta. Ao se implantar uma Nuvem deve-se escolher o Hypervisor com muito cuidado, pois este precisa estar em completa harmonia com o hardware disponível e todos os serviços da Nuvem para que não ocorram erros. Para que uma máquina virtual obtenha acesso aos recursos da máquina física de forma compartilhada, o Hypervisor deve monitorar, interceptar, traduzir e substituir cada chamada (instrução) realizada pela máquina virtual aos recursos físicos e vice versa, desta forma a máquina virtual acredita que está acessando o hardware diretamente, quando na verdade está sendo direcionada para apenas uma parte do recurso. Este tipo de virtualização é chamado de Virtualização Total, pois o Hypervisor traduz completamente as chamadas realizadas pelo sistema virtual. Segundo Delgado (2010): A virtualização completa usa uma combinação de execução direta e tradução binária. A tradução binária é utilizada a fim de adaptar as instruções não virtualizáveis substituindo estas instruções com outras instruções que realizam o mesmo efeito sobre o hardware virtual. A Virtualização Total costuma gerar uma perda de desempenho, pois cada instrução de acesso ao hardware interceptada pelo Hypervisor deve ser traduzida e substituída, processo este que gera um atraso considerável. Por muito tempo a Virtualização Total foi considerada uma tecnologia inviável para produção, mas após a criação da virtualização assistida por hardware (tecnologias AMD-V e INTEL-VT), a Virtualização Total passou a ter uma perda de desempenho pouco significativa se comparada à sua utilidade. Nos últimos anos, os fornecedores têm adicionado suporte a virtualização em seus processadores, devido ao amplo uso da tecnologia. (DELGADO, 2010). Outra maneira encontrada para acelerar o acesso da máquina virtual ao hardware compartilhado foi alterar o núcleo dos sistemas virtualizados. A alteração permite que os sistemas tenham conhecimento da parcela de recurso destinada a eles e não precisem ser interceptados pelo Hypervisor a todo momento que realizarem o acesso ao hardware. Este tipo de virtualização é chamado de Paravirtualização e hoje este método somente é suportado em sistemas

21 21 operacionais de código aberto (variantes do Unix) ou sistemas que possuam parceria com a tecnologia do Hypervisor selecionado, o que limita a sua aplicabilidade. (DELGADO, 2010). A virtualização permite que algumas características estejam presentes na Nuvem. Dentre estas podemos citar: Abstração, Elasticidade, Multilocação e Alta disponibilidade Características da Nuvem O modelo de Computação em Nuvem envolve algumas características peculiares e inerentes ao modelo. Segundo Mell & Grance (2012, p. 6) o modelo de Nuvem é composto por cinco características essenciais: Serviço sob demanda, amplo acesso à rede, Multilocação a partir de um Pool de recursos, Rápida elasticidade e serviço medido. Apesar de não ser uma característica essencial em uma Nuvem, a disponibilidade também é uma característica herdada da arquitetura distribuída na Nuvem Privada e é preferível que seja utilizada. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 107). A seguir abordam-se algumas das principais características que moldam o conceito de uma Nuvem de forma precisa. a) Serviço sob demanda A Nuvem se utiliza do modelo Utility Computing. Neste modelo o usuário não compra serviços computacionais, mas sim os aluga. Estes serviços podem ser compreendidos como aplicativos, armazenamento, banco de dados, processamento e até mesmo todos estes itens em um único pacote. O modelo Utility Computing é semelhante a um modelo já existente, onde serviços são oferecidos por uma empresa de utilidade pública tradicional de forma medida, porém neste modelo os serviços são o provisionamento de recursos computacionais e armazenamento. (RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010). O Serviço sob demanda caracteriza a velocidade e automação que a Nuvem proporciona ao consumidor. O consumidor pode alugar recursos computacionais sem que haja a necessidade da interação humana, através de uma interface programável (API ou Application Programing Interface) em que o usuário seleciona

22 22 todos os recursos necessários da Nuvem e obtém uma resposta instantânea. (SOTO, 2011) b) Multilocação através de um Pool de recursos Pool de recursos é um conjunto de recursos disponível para tarefas de um projeto ou compartilhado por vários projetos. Um sistema que aluga seus recursos para vários usuários de forma transparente é chamado de Multi-inquilino. Este sistema utiliza o conceito de transparência de concorrência presente em um Sistema Distribuído, pois o usuário não tem conhecimento de quem ou quantos usuários compartilharam, compartilham ou ainda compartilharão do mesmo recurso no mesmo local. (SOTO, 2011, p. 5). A Multilocação ou Multi-inquilino é o conceito que torna a Nuvem comercial, através deste torna-se possível a divisão e aluguel dos recursos da Nuvem para vários usuários de forma dinâmica, medida e isolada. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009). c) Rápida elasticidade A capacidade de alocar dinamicamente os recursos do hardware para diferentes máquinas virtuais sempre que necessário é chamada de Elasticidade. (GROSSMAN, 2009, p. 24). A elasticidade se utiliza do conceito de transparência de replicação de um Sistema Distribuído, pois o usuário pode replicar (criar múltiplas cópias de) uma ou mais instâncias virtuais para aumentar seus recursos de forma rápida. A elasticidade da Nuvem proporciona uma maneira rápida e simples de aumentar a capacidade de um serviço sempre que necessário, bem como diminuir esta capacidade liberando os recursos para outros usos quando eles não são mais necessários. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009; RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010). O conceito de elasticidade pode ser exemplificado de acordo com a figura 3.

23 23 Figura 3 - Elasticidade computacional Fonte: Adaptado de (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009). Esta capacidade resolve um problema que a TI enfrenta há muito tempo, que é a escolha da alocação do hardware disponível para serviços específicos. Na infraestrutura tradicional o setor de TI deve fazer um levantamento das necessidades de recursos para cada serviço que será instalado, de forma que cada serviço seja capaz de atender às demandas sem perda de desempenho na produção quando posto em produção. Na Computação em Nuvem este levantamento não se faz necessário, pois a alocação dos recursos é realizada de forma dinâmica. Sempre que a demanda por um serviço X aumenta, a Nuvem aloca recursos extras para que este consiga desempenhar sua função sem problemas. A mesma coisa acontece quando um serviço não necessita de mais recursos. Sempre que um serviço Y não está sendo requisitado para uso, a Nuvem desloca este recurso para o serviço X, que por sua vez está sendo mais requisitado. A elasticidade da Nuvem também soluciona alguns dos problemas financeiros, pois com o crescimento da demanda é possível alocar recursos de

24 24 forma instantânea. Caso haja a previsão de um crescimento súbito na demanda por serviços (ou mesmo se você for surpreendido por uma demanda súbita), a Computação em Nuvem pode ajudar na gerenciar dos recursos disponíveis. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009). d) Disponibilidade Para atender às necessidades dos usuários de forma contínua os ambientes de Computação em Nuvem podem prover alta disponibilidade por meio de técnicas de balanceamento de carga dinâmico e composição de nuvens dinâmicas. (SOUSA, MOREIRA & MACHADO, 2009). A alta disponibilidade em uma Nuvem Privada é a capacidade de identificar e transpor um erro que possa ocorrer em um nó físico 1. A alta disponibilidade estará sempre presente em sistemas críticos, nos quais uma falha ou ausência do serviço seja inaceitável. A alta disponibilidade se utiliza do conceito de transparência de falhas presente em um Sistema Distribuído, pois caso nó ou serviço falhe, o sistema tem a habilidade de identificar, transpor o erro e recriar uma instância do mesmo servidor, de forma que o serviço continue em funcionamento sem que haja necessariamente o conhecimento por parte do usuário final. Caso a falha seja física, a Nuvem realoca os recursos de forma igualitária para todos seus serviços até se que faça a reparação do dano físico. (RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010). e) Amplo acesso à rede Quando inseridos na Nuvem, os recursos são acessíveis de qualquer plataforma que possua acesso à Internet. Plataformas para acesso a Nuvem podem ser computadores de mesa, notebooks, palmtops, tablets, smartphones e quaisquer outras tecnologias que possuam acesso à rede e suporte a web. (MELL & GRANCE, 2012). O amplo acesso à rede é a característica da Nuvem de criar uma plataforma homogênea, abstraindo os diferentes tipos de hardware e tratando todos os recursos de forma análoga e transparente ao usuário. Quando o usuário acessa a Nuvem, a 1 Neste contexto, nó físico pode ser considerado um computador físico integrante de uma rede de computadores.

25 25 interface de interação é sempre a mesma. Conforme a figura 4, o recurso utilizado pelo usuário pode estar em qualquer ponto da Nuvem, mesmo assim, ao usuário existe a percepção de que a Nuvem é um sistema único e centralizado. Figura 4 - Visão da Nuvem a partir do usuário Fonte: (MILLER, 2008, p. 16) Portanto, este sistema utiliza o conceito de transparência de localização e migração presente em um Sistema Distribuído, pois o usuário não tem conhecimento de onde está localizado o recurso alugado e nem de como ou quando este recurso pode mudar sua localização. f) Serviço Medido A Nuvem também proporciona serviços de medição de uso dos recursos do sistema. Tanto o consumidor quanto o administrador da Nuvem são capazes de visualizar a utilização dos recursos locados de forma transparente. (MELL & GRANCE, 2012, p. 6). A medição dos serviços na Nuvem Pública permite que o consumidor da Nuvem possa acompanhar o crescimento dos seus serviços bem como os futuros investimentos necessários para manter a Nuvem em funcionamento. (MILLER, 2008, p. 42). No modelo de Nuvem Privada a medição pode servir como alerta. Quando muitos recursos do sistema estão sendo consumidos em excesso, este é um indicativo de que em um futuro próximo o

26 26 administrador deverá comprar novos equipamentos para suprir as novas necessidades da Nuvem. (RITTINHOUSE & HANSOME, 2010, p. 61) Benefícios e limitações da Nuvem Pública Os benefícios da Nuvem são extremamente chamativos para pequenos consumidores até grandes organizações e a aquisição desta tecnologia tende a crescer nos próximos anos. Alguns dos motivos da aquisição da Computação em Nuvem (que podem ser vistos no quadro 2) são o barateamento da TI, a velocidade de locação do serviço e a complexidade reduzida. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009). Quadro 2 - Computação em Nuvem: Uma perspectiva do consumidor TI Tradicional/dedicado Computação em Nuvem Alto investimento inicial para novos servidores Alto custo de infraestrutura confiável Ambiente de TI altamente complexo Infraestrutura complexa Baixo investimento inicial; Modelo Pague-o-que-usar Confiabilidade incluída na infraestrutura da Nuvem Ambiente de TI de arquitetura modular Sem infraestrutura Fonte: Adaptado de (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009). Além de absorver o máximo possível do hardware disponível, a Computação em Nuvem também diminui o custo inicial de investimento. Ao invés de investir na compra de uma máquina nova para cada serviço necessário, é possível que o consumidor alugue uma máquina virtual pública por preços muito baixos ou até mesmo utilize a infraestrutura atual e construa sua própria Nuvem Privada. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009, p. 26). Um dos benefícios da Nuvem que chama muito a atenção é a TI Verde, que é o conceito que prioriza a preservação da natureza na fabricação e instalação de ambientes de TI. Isto é realizado através do estudo e a prática do projeto, fabricação, uso e descarte de sistemas de TI com um mínimo ou nenhum impacto sobre o meio ambiente. (MURUGESAN, 2008, p ).

27 27 A Nuvem pode utilizar uma máquina que não consegue prover recursos suficientes para o bom funcionamento de um serviço em conjunto com várias outras máquinas, aumentando a vida útil de equipamentos velhos para que estes não sejam reciclados tão rapidamente. A virtualização, presente na estrutura da Nuvem, também ajuda a reduzir os gastos com energia ao redor do planeta. Segundo Murugesan (2008, p. 28) em uma pesquisa realizada com profissionais de TI, mais de cinquenta por cento dos profissionais que trabalham em datacenters responderam que economizaram energia através da virtualização de servidores. Apesar das inúmeras possibilidades propostas pela Nuvem, seria uma negligência afirmar que a Computação em Nuvem pode ser usada em absolutamente tudo. Existem vários casos em que a migração para a Nuvem pode não ser a melhor opção. Os motivos vão desde custos de hardware até desnecessidade da migração. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009). Toda tecnologia possui seus benefícios e limitações, e a Nuvem também possui os seus. Começando pela camada física, o hardware é uma das limitações. Existem aplicações com necessidades específicas de hardware, e nestes casos a abstração da Nuvem não permitirá que a aplicação alcance o hardware com a visibilidade necessária. Algumas aplicações são de fato específicas para certos processadores, chipsets, ou drivers que a Nuvem não poderá prover com tanta especificidade, devido ao nível de padronização e abstração. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 27). Na migração para a Nuvem não só a padronização, mas o controle do hardware também se perde. Se alguma aplicação necessitar de controle específico em camadas muito baixas do hardware, a Computação em Nuvem não conseguirá prover acesso direto ao hardware, pois o hardware é completamente virtualizado e fornecido em máquinas virtuais isoladas. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 27). Este problema também afeta a integração e a padronização entre as próprias aplicações. O nível de integração das aplicações criadas antes da disseminação da Nuvem considera diferentes topologias e em certos casos ainda não possui suporte completo na migração para a Nuvem. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009, p ). Porém, se a tendência se confirmar e a Computação em Nuvem se tornar uma tecnologia predominante no futuro, estes problemas serão resolvidos, pois o

28 28 desenvolvimento de aplicações na própria Nuvem e a padronização generalizada destes aplicativos eliminará do mercado aplicativos incompatíveis com a Nuvem. O desenvolvimento de aplicações diretamente na Nuvem também possui suas dificuldades. A tarefa de integrar aplicações a um ambiente que está constantemente em movimento é de fato complicado, pois as máquinas virtuais movimentam-se sempre que necessário para a realocação de recursos. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 28). Esta movimentação por sua vez traz não só dificuldades, mas também alguns problemas. As diferentes legislações de todos os países ao redor do mundo podem ser um fator complicador na segurança e privacidade. Uma máquina virtual que se movimenta constantemente pode por um momento parar em um datacenter estrangeiro, onde a legislação nem sempre está a favor do consumidor. Caso seja julgado necessário, os dados e informações do consumidor podem ser expostos a pessoas de outros países ou até mesmo publicados, podendo resultar em injúria e constrangimento do consumidor. (DELGADO, 2010, p. 20). Segundo Delgado (2010), uma consequência direta do modo de uso Multiinquilino é a questão do isolamento. Não existem garantias de que a Nuvem isola de forma segura as máquinas virtuais dos usuários, portanto em uma falha de hardware ou software um usuário poderia acessar informações que não lhe pertence. Os benefícios econômicos da Computação em Nuvem se baseiam na capacidade de aumentar o nível de utilização da infraestrutura através da utilização do hardware por múltiplos usuários, o fato de alocar o máximo possível de recursos do hardware disponível na Nuvem para vários usuários não garante que a atividade de um usuário não poderá comprometer o desempenho de outro usuário. (DELGADO, 2010, p. 23). Outro fator limitador da Nuvem aparece ao longo do tempo, com o crescimento da demanda dos serviços, é natural que o crescimento do custo do aluguel dos recursos também seja elevado. O acesso à Nuvem Pública também se torna custoso, pois é necessário acesso à Internet, investimento este que costuma ser alto quando tratamos de velocidade e confiabilidade. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009, p. 32). A confiabilidade do acesso à Internet também é crucial para o bom funcionamento dos aplicativos. Caso o acesso à Internet do consumidor seja instável, a alta latência tende a dificultar o uso da Internet, o que pode proporcionar

29 29 instabilidade na utilização da aplicação. Em certo ponto o consumidor se obriga a pagar mais por alta disponibilidade no acesso à Internet ou reduzir os custos e arcar com as consequências da instabilidade da conexão de rede. Caso o consumidor não possua um provedor de acesso à Internet confiável em sua região, este sofrerá com problemas de desempenho em sua aplicação. (DELGADO, 2010, p. 21) Modelos de implantação A Nuvem digital nada mais é do que um emaranhado de computadores distribuídos e ocultos pela abstração da Computação em Nuvem. Estes computadores podem ser pessoais ou servidores de rede, podem ser públicos ou privados. (MILLER, 2008). Os servidores virtuais podem estar em uma Nuvem Privada, servindo a um usuário específico, em uma Nuvem Pública, compartilhando recursos da mesma Nuvem em que estão inseridos para servir a diferentes usuários, ou em uma Nuvem híbrida, migrando constantemente entre os ambientes público e privado. Segundo Mell & Grance (2012, p. 3), existem quatro níveis de classificação de implementação básicos: Nuvem Pública, Privada, Comunitária e Híbrida. a) Nuvem Pública Modelo mais tradicional da Computação em Nuvem. Neste modelo os recursos são provisionados de forma dinâmica e alugados via Internet a partir de serviços ou aplicações web por uma empresa terceirizada no modelo de Utility Computing. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009; DELGADO, 2010; BADGER et al., 2012). Um provedor de Nuvem hospeda os serviços de seus clientes em um datacenter, que por sua vez pode ou não estar interligado a outros datacenters. Tanto os recursos quanto a segurança do datacenter são compartilhados por todos os usuários que alugam o mesmo serviço. A administração e gerência do datacenter na Nuvem Pública são de responsabilidade do provedor de Nuvem, desta forma o usuário possui pouca ou quase nenhuma visibilidade da estrutura física da Nuvem. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009).

30 30 Rittinghouse & Ransome (2010) enfatizam que os maiores desafios das empresas que lidam com a Computação em Nuvem são o armazenamento seguro dos dados, acesso de alta velocidade à Internet, e padronização dos softwares de implantação da Nuvem. Segundo FOX et al. (2009, p. 14) o obstáculo número um na adoção da Computação em Nuvem Pública é a disponibilidade do acesso à Nuvem através da Internet. Provedores de Internet muito distantes de seus consumidores estão sempre sujeitos a sofrer problemas. Alta latência, picos de utilização da largura de banda, quedas de Internet ou outros problemas com seu Provedor de Serviços de Internet (ISP) podem fazer com que você não seja capaz de acessar seus aplicativos e realizar o seu trabalho. (GROSSMAN, 2009, p. 25; DIAS, RODRIGUES & PIRES, 2012, p. 60). Por outro lado, se a aplicação estiver hospedada em seus servidores locais, seria garantido que uma queda de Internet não afetaria sua aplicação por completo. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009). A segurança e privacidade também são motivos de dúvida na Nuvem Pública, visto que as informações dos usuários compartilham o mesmo ambiente na Nuvem, uma falha de segurança pode acarretar um grande vazamento de informações. Segundo Rittinghouse & Ransome (2010) a utilização da Computação em Nuvem implica diretamente na privacidade das informações pessoais e na confidencialidade das informações empresariais e governamentais. Delgado (2010) sugere ainda que a localização dos dados é fundamental na segurança destes, pois pode haver diferenças importantes entre as políticas regulatórias em diferentes países. Expor seus dados em um ambiente compartilhado com outras empresas pode dar ao governo uma "causa razoável" para apreender seus ativos porque outra empresa violou a lei. (RITTINGHOUSE & RANSOME, 2010). O risco de um invasor malicioso 2 obter acesso privilegiado a todos os dados do sistema (acesso administrativo) é inerente a qualquer modelo de computação e a utilização destes dados por um invasor pode afetar e prejudicar a marca, reputação ou até mesmo diretamente o cliente. (DELGADO, 2010). b) Nuvem Privada 2 Hacker, Cracker ou malfeitor com más intenções.

31 31 É a aplicação da Nuvem Pública em um ambiente privado e dedicado à apenas uma empresa, a infraestrutura é utilizada exclusivamente por uma empresa, sendo esta Nuvem local ou remota e administrada pela própria empresa ou por terceiros. (FOX et al., 2009, p. 4; BADGER et al., 2012; DELGADO, 2010; MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009; GROSSMAN, 2009, p. 24; SOUSA, MOREIRA & MACHADO, 2009). Esta modalidade de Nuvem não compartilha o mesmo espaço com outros clientes e por sua vez gera menos riscos de vazamento de informações. Para empresas que estão receosas quanto à migração para a Nuvem Pública, a Nuvem Privada chega como um ambiente de testes promissor, inovador e acessível. O objetivo principal da implementação da Nuvem Privada não é vender capacidade pela Internet ao público em geral, mas sim dar aos usuários locais uma infraestrutura privada ágil e flexível que opere cargas de serviços dentro de seu próprio domínio administrativo. (SOTOMAYOR et al., 2009). c) Nuvem Comunitária Uma Nuvem comunitária é provisionada para uso exclusivo de uma comunidade específica de consumidores com os mesmos objetivos e necessidades. Esta Nuvem se faz nos mesmos moldes da Nuvem Privada, porém pode ser utilizada e administrada por vários membros de uma comunidade. (DELGADO, 2010; BADGER et al., 2012) d) Nuvem Híbrida Uma organização pode interligar sua Nuvem Privada à Nuvem Pública, podendo assim migrar de uma para outra de forma transparente. Por possuir características híbridas, este modelo é chamado de Nuvem Híbrida. Qualquer composição de nuvens, sejam elas públicas ou privadas, poderia formar uma Nuvem Híbrida e ser administrada por uma única entidade, desde que haja suficiente semelhança entre os padrões utilizados pelas nuvens constituintes. (DELGADO, 2010).

32 32 A Nuvem Híbrida é uma entidade única composta de duas ou mais nuvens, sejam elas públicas, privadas ou comunitárias. (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009; DELGADO, 2010; BADGER et al., 2012). Com a Nuvem Híbrida é possível que as empresas executem aplicações não críticas na Nuvem Pública e aplicações mais específicas e críticas que necessitem de mais confidencialidade e segurança na Nuvem Privada. Figura 5 - Exemplo de Nuvem híbrida Fonte: Adaptado de (MATHER, KUMARASWAMY & LATIF, 2009, p. 25) Modelos de serviço oferecidos O nível de visibilidade do usuário final aos recursos de uma Nuvem pode ser medido de acordo com sua proximidade ao hardware abstraído da infraestrutura, quanto mais distante do hardware, mais abstraído se torna o acesso aos recursos. Os serviços prestados pela Nuvem podem ser classificados de acordo com seu nível de abstração. A classificação difere se comparada com diferentes autores, a mais comumente usada é dividida em três níveis básicos: Software as a Service (SaaS), Plataform as a Service (PaaS) e Infrastructure as a Service (IaaS). (DELGADO, 2010; MELL & GRANCE, 2012, p. 3).

33 33 Alguns autores classificam os serviços prestados na Nuvem em níveis mais específicos. Rittinghouse & Ransome (2010) afirmam que os serviços são classificados em: Communication as a Service (CaaS), Infrastructure as a Service (IaaS), Monitoring as a Service (MaaS), Plataform as a Service (PaaS) e Software as a Service (SaaS). A figura 6 demonstra o crescimento e a interação dos serviços prestados pela Nuvem. Figura 6 - Interação entre os serviços prestados na Nuvem Fonte: Adaptado de (DELGADO, 2010) A seguir será feita uma abordagem mais explicativa com relação ao primeiro modelo de classificação, por ser comumente mais usado e amplamente difundido. a) IaaS O nível de classificação menos abstrato ao usuário é o IaaS ou Infrastructure as a Service, do inglês, Infraestrutura como um serviço. Neste modelo a Nuvem provê os recursos brutos de sua própria infraestrutura como serviço, na forma de aluguel. Neste contexto, a infraestrutura pode ser entendida como uma máquina virtual que pode realizar tudo que uma máquina física seria capaz de realizar. Esta máquina virtual possui elasticidade, ou seja, pode aumentar e diminuir seus recursos sempre que necessário. Portanto, o usuário pode executar qualquer sistema operacional ou qualquer software em nível de hardware se utilizando dos recursos de espaço, computação e

34 34 rede da Nuvem. (DELGADO, 2010). Um dos problemas da IaaS é a falta de flexibilidade na escolha do hardware, pois o hardware virtual nem sempre possui as mesmas características do hardware físico. b) PaaS No modelo de plataforma com um serviço a Nuvem não só oferece a infraestrutura, mas também uma plataforma completa de programação em Nuvem. Esta plataforma inclui um kit de ferramentas para programação em algumas linguagens suportadas pela Nuvem. O objetivo principal da PaaS (Plataform as a Service) é oferecer suporte suficiente para que sejam criadas aplicações aliadas a Nuvem, de forma que estas aplicações interajam dentro da Nuvem com suas funcionalidades, como a elasticidade por exemplo.(delgado, 2010). É importante salientar que o consumidor não terá acesso a recursos de infraestrutura como: computação, armazenamento e rede diretamente como no modelo IaaS. Máquinas virtuais locadas são visíveis somente pelos usuários de IaaS, neste modelo a plataforma de desenvolvimento é vista como um sistema sem limites de recursos que permite o acesso às ferramentas necessárias apenas para o desenvolvimento de aplicações como banco de dados, bibliotecas de integração de software, execução de serviços e acesso à aplicação criada. Este modelo de serviço se torna vantajoso para os desenvolvedores que desejam testar e/ou publicar suas novas aplicações, mas não possuem capital de investimento suficiente para adquirir uma estrutura de TI própria e começar seus negócios. Sendo assim, por pouco ou em alguns casos quase nada, as nuvens públicas oferecem recursos com alta disponibilidade para que as aplicações possam crescer sem limitações de hardware e indisponibilidades de serviço. O modelo de serviço PaaS fomenta outro modelo chamado SaaS (Software as a Service). c) SaaS Este modelo tem por objetivo atender diretamente ao usuário final, entregando não só infraestrutura e plataforma, mas também aplicações completas e funcionais já integradas à Nuvem. Estas aplicações normalmente são acessíveis por

35 35 uma interface padronizada em qualquer dispositivo com suporte à web (qualquer dispositivo com um navegador web). (SOTO, 2011, p. 17). Neste nível de serviço o usuário final possui controle apenas sobre algumas configurações específicas de sua aplicação, mas sem a permissão de criar, modificar ou excluir as aplicações disponíveis e nem mesmo se utilizar dos recursos da infraestrutura para instalação de softwares. (DELGADO, 2010, p. 8). 3.2 OpenStack e seus conceitos O projeto OpenStack é uma colaboração global de desenvolvedores e tecnólogos de Computação em Nuvem produzindo uma plataforma de Computação em Nuvem de código aberto, única e padronizada para nuvens públicas e privadas. A tecnologia consiste em uma série de projetos inter-relacionados responsáveis pelo desenvolvimento de componentes que, juntos constituem uma solução de infraestrutura em Nuvem. (OPENSTACK.ORG, 2013). O software foi anunciado sob a licença Apache 2.0 em meados de julho de 2010 pela contribuição inicial da RackSpace Hosting e NASA (National Aeronautics and Space Administration) e logo de saída já obteve o apoio de empresas como Citrix, Dell e SUSE. (WEN et al., 2010; WUHIB, STADLER & LINDGREN, 2012). A OpenStack Foundation (Fundação OpenStack) é a responsável pelo desenvolvimento, distribuição e adoção do sistema operacional de nuvens OpenStack. A fundação é responsável por manter a casa do OpenStack, o site principal ponto de encontro da comunidade de desenvolvedores e usuários do projeto. No site é possível encontrar um local em comum para todos os membros que desejam compartilhar e buscar informações e documentos relativos ao projeto. (OPENSTACK.ORG, 2013). As comunidades ligadas ao projeto são com certeza um ponto forte, pois estas vêm crescendo aceleradamente nos últimos anos, enaltecendo a ideia de que o futuro das nuvens será em sua maioria orquestrado pelo OpenStack. (WUHIB, STADLER & LINDGREN, 2012). O OpenStack se mostra um software maduro e estável tanto para a implantação da Nuvem Pública como privada, como foi visto

36 36 possui uma comunidade ativa, flexibilidade, integração e está disponível de forma gratuita no site do projeto. Entre os objetivos principais por trás do projeto está o envolvimento pela causa do software livre e padrões abertos, que tornam o OpenStack uma das plataformas de serviços em Nuvem mais flexíveis e integráveis da Internet. Devido a grande quantidade de subprojetos, o OpenStack se destaca pelo esforço da integração de cada vez mais serviços à sua plataforma. (WEN et al., 2012). Inicialmente o projeto está focado no modelo de IaaS, mas pode ser facilmente integrado com aplicações SaaS (Software como um Serviço). (WEN et al., 2012; PEPPLE, 2011). [...] a arquitetura e os componentes do OpenStack são simples e estáveis, de modo que o OpenStack será uma boa escolha para fornecer aplicações específicas para empresas e pode encapsular serviços comerciais específicos facilmente.. (WEN et al., 2012, p. 2458) Versões e componentes O OpenStack possui vários projetos chave que podem ser instalados separados e ainda assim trabalhar em conjunto dependendo das necessidade da Nuvem: OpenStack Identity Service, OpenStack Compute, OpenStack Object Storage, e OpenStack Image Service. É possível instalar cada um dos projetos de forma separada e configurá-los para que estes trabalhem de forma autônoma ou em conjunto. (OPENSTACK, 2012; WEN et al., 2012, p. 2458; WUHIB et al., 2012, p. 3). Os componentes do OpenStack se comunicam entre si e com seus usuários a partir de serviços de API ou Interface de Programação de Aplicação. (WUHIB et al., 2012, p. 3). Os APIs são conjuntos de instruções e comandos para que se crie uma interface de acesso a partir de uma aplicação para outro ambiente, como a web. (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 120).

37 37 Figura 7 - Comunicação entre dois componentes Fonte: (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 121). Cada novo release ou lançamento do OpenStack recebe um nome específico com base no alfabeto e decidido por voto popular na comunidade de desenvolvedores. A primeira versão começa com a letra A a segunda versão com a letra B e assim por diante. Codinomes são cidades ou países ao redor de onde a respectiva versão foi idealizada. Além do nome, os lançamentos também possuem números que correspondem às versões específicas dos componentes. (PEPPLE, 2011, p. 2). A partir do lançamento da versão Cactus em abril de 2011 o OpenStack adotou uma agenda de lançamentos diferente e começou a lançar versões a cada seis meses. (OPENSTACK, 2012). Quadro 3 - Nomes de versões OpenStack Nome da versão Data da versão OpenStack Compute Numero de versão OpenStack Object Storage Numero de versão Folsom Outubro, Essex Abril, Diablo Outubro, Cactus Abril, Bexar Março, Austin Outubro, Fonte: Adaptado de (OPENSTACK, 2012). Como pode ser visto no quadro 3, o OpenStack Compute e o OpenStack Object Storage possuem diferentes versões. Isto se deve ao fato de a primeira tecnologia ter sido uma contribuição da NASA, e a segunda tecnologia uma contribuição da RackSpace Hosting. Desta forma, softwares diferentes incorporam o mesmo projeto, portanto possuem versões diferentes. (OPENSTACK, 2012). Cada

38 38 componente do OpenStack possui um codinome que também compõe o nome do subprojeto. Os codinomes são importantes, pois também incorporam parte das configurações do OpenStack. Os codinomes e seus respectivos serviços podem ser vistos no quadro 4. Quadro 4 - Codinomes Nome do Serviço Identidade Compute Imagem Painel Web Object Storage Volumes Rede Fonte: Adaptado de (OPENSTACK, 2012). Codinome Keystone Nova Glance Horizon Swift Cinder Quantum Todos os componentes da arquitetura seguem uma política não compartilhada e baseada em mensagens, isto significa que cada componente ou cada grupo de componentes pode ser instalado de forma separada em qualquer servidor, pois estes se comunicam através de mensagens. (WEN et al., 2012). Cada componente do OpenStack é composto por serviços menores, que em conjunto fazem com que o componente correspondente funcione de forma correta. Os serviços do OpenStack podem ser instalados em variantes do sistema operacional Linux. Os serviços de cada componente do OpenStack trabalham em conjunto com serviços já existentes no mundo Linux e será necessário que haja a instalação de serviços de terceiros para o bom funcionamento do software. É importante destacar que serviços de terceiros não necessariamente significam proprietários. Serviços de terceiro são softwares não mantidos pelo projeto OpenStack. O OpenStack é altamente integrável e flexível, assim a maioria dos serviços já existentes no mundo Linux deve integrar perfeitamente com todos os componentes e seus serviços. A seguir será feita uma descrição dos componentes básicos do OpenStack e seus serviços, além dos serviços terceirizados utilizados para sua implementação.

39 Keystone O Keystone é o componente responsável por prover serviços de autenticação de usuários, serviços e suas localizações, bem como informações sobre o gerenciamento de usuários, contas e suas permissões. (Jackson, 2012; KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). O Keystone foi incorporado ao OpenStack na versão Essex e hoje é considerado um componente crucial ao funcionamento da Nuvem, pois está presente em todos os acessos dos usuários e serviços aos recursos do sistema. O Keystone pode confirmar a identidade de um usuário ou serviço de várias maneiras, dentre elas temos: usuário e senha, chaves digitais, token (frase-senha aleatória) e certificados digitais. Para que um usuário seja devidamente autenticado e utilize os recursos do sistema, este deve pertencer a um projeto. O projeto é como um container utilizado para agrupar e isolar completamente recursos e/ou objetos de identidade. Um projeto pode conter um usuário ou até mesmo um grupo de usuários como em um projeto ou uma organização. Após confirmar a identidade de um usuário ou serviço, o Keystone cria e entrega um token de acesso para o solicitante. O token é um pequeno texto arbitrário e aleatório que o usuário ou serviço utiliza para acessar os serviços e seus recursos que lhe são autorizados. O tempo de utilização deste token é limitado e pode ser configurado de acordo com a vontade do administrador da Nuvem. Os tokens permitem o acesso de qualquer serviço na Nuvem, desde que o usuário ou entidade de posse de seu respectivo token possua permissão para tal. (JACKSON, 2012). A permissão aos recursos da Nuvem é limitada através da atribuição de funções aos usuários da Nuvem. As funções (roles) delimitam o que os usuários podem fazer em uma Nuvem após a autenticação. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). Sendo esta uma Nuvem, os recursos podem estar localizados em qualquer ponto da Nuvem. O Keystone também se encarrega de informar ao usuário onde se encontram os recursos que o usuário utiliza através de um catálogo de serviços. O catálogo de serviços possui informações de endereçamento de todos os recursos da Nuvem, bem como as localizações de seus pontos de acesso comumente chamados de endpoints. Os endpoints são utilizados para que os usuários estabeleçam uma comunicação com os servidores da Nuvem.

40 40 Portanto, para que um usuário se utilize de um serviço na Nuvem este deve pertencer a um projeto na Nuvem, possuir uma função que delimite seus direitos e permissões neste projeto e credenciais que permitam a autenticação deste usuário de forma única. A autenticação por sua vez provê ao usuário um método de identificação comum na Nuvem (token) e um catálogo de recursos de serviços disponíveis ao usuário do token para o acesso aos recursos. Além dos usuários, os componentes do OpenStack também devem se autenticar para se utilizar dos próprios recursos e para que outros componentes possam ser integrados ao mesmo. Cada componente da Nuvem deve possuir uma identificação que permita o acesso aos seus recursos de forma segura. Muitos componentes se utilizam de serviços de terceiros como um banco de dados ou serviço de replicação de dados. Possuindo uma identificação única, a utilização de softwares de terceiros pelos serviços do OpenStack é facilmente identificada e julgada permitida ou não Nova Nova é o nome dado ao componente responsável pela gerência do poder computacional disponível na Nuvem. Este componente é responsável por gerenciar instâncias virtuais em um número variável de servidores de Nuvem de forma redundante e escalável. (Jackson, 2012, p. 6; VON LASZEWSKI et al., 2012, p. 3, WEN et al., 2012, p. 2458; WUHIB et al., 2012, p. 3). O Nova permite a criação, multiplicação e destruição de máquinas virtuais com facilidade e agilidade com base nas imagens de sistema do usuário. (PEPPLE, 2012, p. 7). Segundo Pepple (2011 p. 15) o funcionamento do Nova é dividido basicamente de duas formas: Um gateway 3 de aplicações web recebe e gerencia as requisições feitas ao Nova; Serviços do Nova realizam tarefas específicas para completar as requisições feitas às aplicações. 3 Máquina intermediária geralmente destinada a interligar redes, separar domínios de colisão, ou mesmo traduzir protocolos.

41 41 De acordo com Wen (2012, p. 2458), o Nova inclui cinco componentes além do gerenciador de filas: Nova-api, Nova-compute, Nova-network, Nova-volume e Nova-scheduler. Para que os passos acima sejam executados corretamente é necessário que se utilize um gerenciador de filas, ou seja, um serviço que organize em filas as requisições realizadas através do gateway de aplicações aos serviços de execução de tarefas específicas. (WEN et al., 2012, p. 2458). Para tal, também se faz necessário um banco de dados robusto que armazene os dados de forma segura e íntegra. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). Usuários que desejam criar máquinas virtuais enviam requisições ao serviço Nova-api, que por sua vez se utiliza de um gerenciador de filas e um banco de dados para comunicar aos serviços de execução quais tarefas que precisam ser executadas. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). a) Nova-api O Nova-api um dos serviços mais importantes do componente Nova, pois através deste se faz a comunicação dos usuários com os serviços de execução de tarefas específicas como a criação, duplicação e destruição de instâncias virtuais. O Nova-api possui suporte para a interface de requisições padrão do OpenStack e a interface EC2, aumentando a flexibilidade de escolha do padrão de requisições para a Nuvem. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). b) Nova-scheduler Uma requisição para a criação de uma instância virtual feita ao Nova-api é escrita no banco de dados e adicionada ao gerenciador de filas. O serviço Novascheduler então encaminha as requisições da fila e determina qual o melhor nó físico da Nuvem para executar tal requisição. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). O Nova-scheduler pode implementar algoritmos complexos na busca por um nó de destino para uma requisição e a flexibilidade do serviço permite que sejam criados novos tipos de algoritmos de acordo com as necessidades do administrador da Nuvem. (PEPPLE, 2012, p. 17).

42 42 c) Nova-compute O Nova-compute é o serviço responsável por criar e exterminar instâncias virtuais na Nuvem. (PEPPLE, 2011, p. 17). Para tal, o serviço realiza uma série de requisições ao hypervisor para que uma instância seja preparada para a criação ou destruição. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). Estas chamadas são realizadas através de um software de comunicação padronizado, que varia para cada hypervisor. Os mais comuns são o libvirt e XenAPI. Para que haja o bom funcionamento do OpenStack é recomendável que os nós físicos que executam o Nova-compute possuam processadores com suporte a virtualização direta em hardware. (OPENSTACK, 2012). d) Nova-volume O processo de criação de uma instância virtual não se utiliza de nenhum tipo de armazenamento secundário, portanto caso seja necessário um ambiente para armazenamento de dados, um volume deve ser anexado a esta instância. O Novavolume é o serviço que gerencia a criação, anexação e remoção de volumes persistentes em instâncias virtuais. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). O serviço suporta uma variedade imensa de tecnologias para interação com o armazenamento, algumas são iscsi, AoE e RBD. e) Nova-network Nova-network é o componente que realiza o gerenciamento da rede e da comunicação das instâncias virtuais. (KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). Para que as instâncias virtuais se comuniquem com outras máquinas é necessário que estas tenham endereços de rede IP. O Nova-network, assim como o Novacompute e o Nova-volume, também verifica por requisições no gerenciador de filas e as executa com um objetivo, neste caso, manipular a rede. Este serviço define dois tipos de endereços IP: IPs Fixos e IPs Flutuantes. Toda instância virtual recebe por padrão um IP fixo único para acesso interno. Este IP fixo não é acessível através da rede pública. Para acesso à rede pública, deve-se atribuir um IP flutuante à instância virtual. Para a atribuição destes IP o Nova-network se utiliza de um gerenciador de

43 43 rede específico, dentre estes podemos destacar: Flat, FlatDHCP e VLAN (Virtual Local Area Network). De acordo com Pepple (2012, p. 20) o gerenciador VLAN é o mais robusto, o Flat é mais flexível e estático e o FlatDHCP é balanceamento entre os dois anteriores. f) Nova-cert Nova-cert é o serviço responsável pelo gerenciamento de certificados digitais utilizados na autenticação do Nova. Com este serviço é possível criar certificados x509 e autenticar usuários e serviços de forma segura, através do protocolo SSL (Secure Sockets Layer). A figura 8 demonstra a interação dos serviços do componente Nova. Figura 8 - Interação dos serviços do Nova Fonte: Adaptado de Pepple (2011, p. 16)

44 Glance O Glance foi incorporado ao OpenStack na versão Bexar e se mantém como componente principal até hoje. O componente foi modelado para organizar grandes conjuntos de imagens virtuais de disco provendo um catálogo de serviços para armazenamento e busca dos mesmos. (PEPPLE, 2011, p. 9). O componente Glance é composto por dois serviços básicos e um local de armazenamento de imagens: Glance-api, Glance-registry e Image Store (Armazém de imagens). (PEPPLE, 2011, p. 9; WEN et al., 2012, p. 2458). a) Glance-api O Glance-api funciona de forma semelhante ao Nova-api: recebe requisições de usuários e as encaminha para os serviços Glance-registry e Image Store para que estes realizem a requisição de forma facilitada. Uma requisição pode ser uma listagem, inserção, recuperação ou remoção de imagens. Os diferentes tipos de chamadas realizadas podem ser vistos no quadro 5. (PEPPLE, 2012, p. 9). Quadro 5 - Chamadas de interface Glance Ação Chamada Descrição Armazenar imagem POST /images Armazena a imagem e retorna os metadados criados Descarregar imagem GET /images/id Recupera a imagem especificada pelo ID Carregar imagem PUT /images/id Carrega metadados da imagem ou dados da imagem especificada pelo ID Remover imagem DELETE /images/id Remove a imagem especificada pelo ID Listar imagens GET /images Retorna id, nome, formato de disco, container checksum e tamanho de todas as imagens Listar detalhes de imagens GET /images/detail Retorna uma lista (com metadados) de todas as imagens Detalhes de uma imagem HEAD /images/id Retorna todos os metadados da imagem especificada pelo ID Fonte: Adaptado de (PEPPLE, 2011, p. 12).

45 45 b) Glance-registry O Glance-registry processa, armazena e recupera dados relativos às informações sobre as imagens armazenadas. O armazenamento é feito de forma segura em um banco de dados nas tabelas Image e Image Property. A primeira tabela contém informações relativas à imagem em si, já a segunda armazena metadados personalizados da imagem. Metadados são dados necessários para que o sistema identifique uma imagem e execute-a de maneira correta. (PEPPLE, 2012, p. 10). c) Image Store Image Store, do inglês Armazém de Imagens, é o local onde são armazenadas as imagens do componente. Este item especifica que tipo de tecnologia será utilizada para o armazenamento das imagens. Algumas tecnologias são: Sistema de arquivos comum, S3 (Simple Storage Service) e Swift. Segundo Pepple (2012, p. 11), para uma aplicação menor do OpenStack a simplicidade do sistema de arquivos comum pode ser uma boa escolha, porém para aplicações maiores e mais robustas o Swift é o mais utilizado. O Glance também suporta uma grande quantidade de tipos de discos virtuais. Um disco virtual é como um disco físico reunido em apenas um arquivo, que pode ser utilizado em uma instância virtual como se fosse um disco real. Cada tecnologia empregada gera diferentes tipos de discos virtuais. Alguns dos tipos suportados são: VHD (Virtual Hard Disk), VMDK (Virtual Machine disk) e ISO. (OPENSTACK, 2012; PEPPLE, 2012, p. 7). A figura 9 demonstra a interação dos serviços do componente Nova.

46 46 Figura 9 - Interação dos serviços do Glance Fonte: Adaptado de (PEPPLE, 2011, p. 10) Swift O Swift é o componente utilizado para armazenamento massivo e escalável de objetos (arquivos) na Nuvem. (VON LASZEWSKI et al., 2012; PEPPLE, 2011; KHAN, YLITALO & AHMED, 2011, p. 373). Apesar de também ser utilizado como armazenamento de imagens para o Glance, o Swift não é um servidor de arquivos padrão, pois não pode ser montado e acessado da mesma maneira de um servidor de arquivos padrão. Este componente oferece sua própria API como meio de acesso aos arquivos redundantes. (PEPPLE, 2012, p. 5) O Swift tem sua arquitetura distribuída e dividida em anéis e suas zonas. Cada objeto em um anel é copiado e sincronizado em múltiplas zonas dentro de um mesmo anel para garantir a redundância de objetos e disponibilidade. (JACKSON,

47 , p. 96). A tarefa de cópia e sincronia é feita a partir do Rsync, um software terceirizado e não mantido pelo projeto OpenStack. (JACKSON, 2012, p ). Segundo Pepple (2012, p. 5) Zonas são grupamentos lógicos de servidores de armazenamento que foram isolados uns dos outros para protegê-los contra falhas. O nível de isolamento pode ser definido pelo administrador da Nuvem e difere desde servidores físicos até datacenters espalhados ao redor do mundo. Como pode ser visto na figura 10, o número de cópias para cada zona pode ser configurado pelo administrador da Nuvem, o ideal é que sejam replicadas pelo menos três cópias em cada zona disponível da Nuvem. (PEPPLE, 2012, p. 5). Figura 10 - Redundância de dados no Swift Fonte: Adaptador de (VELTE, VELTE & ELSENPETER, 2009, p. 106) O ring ou anel é um conjunto de mapeamento de dados armazenados em nós físicos. Cada anel do Swift é composto por uma lista de dispositivos da Nuvem, uma lista que agrupa listas de identificação dos dispositivos da Nuvem (indicando partições e dados) e uma variável de segurança para confirmar o local dos dados. O

48 48 Swift é composto basicamente por três anéis: Swift-account, Swift-container e Swiftproxy. (JACKSON, 2012, p. 96). a) Swift-proxy O serviço Swift-proxy é análogo aos serviços Nova-api e Nova-Glance, pois também serve como uma interface de comunicação aos serviços específicos do componente. Além da interface de comunicação, o Swift-proxy também possui um sistema de autenticação e suporte para cache temporário de requisições, de forma que possa reduzir o tempo de resposta das requisições ao banco de dados. Após a confirmação da autenticidade da requisição do usuário através do Keystone, o Swift encaminha a requisição do usuário aos serviços específicos do Swift, estes são: Swift-account, Swift-container e Swift-object. (PEPPLE, 2012, p. 6). b) Swift-account Este serviço é o anel responsável pela gerencia das contas de objetos definidas no serviço para cada objeto armazenado no armazém de objetos. Estas contas diferenciam quais usuários podem ou não acessar os arquivos e se estes existem ou não no armazém de objetos de acordo com os dados armazenados em uma base de dados específica deste serviço. (PEPPLE, 2012, p. 7). c) Swift-container O Swift-container é o anel que contém um mapeamento dos containers de objetos espalhados através do armazém de objetos. Este serviço se utiliza de uma base de dados para o armazenamento de informações de mapeamento de containers para responder às requisições do Swift-proxy. O Swift-container localiza containers de objetos e retorna a localização exata dos containers requisitados. (PEPPLE, 2012, p. 7).

49 49 d) Swift-object Para localizar os nós que armazenam dado objeto em um container, o Swiftobject mapeia e replica os objetos de cada nó de armazenamento. A partir deste serviço é possível encontrar arquivos em serviços separados por nó físico. (PEPPLE, 2012, p. 7). A figura 11 demonstra a interação dos serviços do componente Nova. Figura 11 - Interação dos serviços do Swift Fonte: Adaptado de (PEPPLE, 2011, p. 7) Horizon O Horizon foi incorporado ao OpenStack na versão Essex e é muito utilizado no OpenStack. Este componente oferece uma visão gráfica do ambiente da Nuvem e consiste em um painel gráfico altamente personalizável para a gerencia da Nuvem