FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI DE DESENVOLVIMENTO GERENCIAL - FATESG CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM REDE DE COMPUTADORES

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1 FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI DE DESENVOLVIMENTO GERENCIAL - FATESG CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM REDE DE COMPUTADORES Diogo Ezídio da Silva Gilberto Lima de Oliveira Leandro de Sousa Rangel Lucas Timm Florão VIRTUALIZAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA AMBIENTE DE SERVIDORES Goiânia 2008

2 Diogo Ezídio da Silva Gilberto Lima de Oliveira Leandro de Sousa Rangel Lucas Timm Florão VIRTUALIZAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA AMBIENTE DE SERVIDORES Trabalho de Conclusão de Curso TCC apresentado á Faculdade de Tecnologia SENAI DE Desenvolvimento Gerencial FATESG, para a obtenção do título de Graduado em Tecnologia em Redes de Computadores. Orientador: Prof. Msc. Mauricio Severich Goiânia 2008

3 CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM REDE DE COMPUTADORES Diogo Ezídio da Silva Gilberto Lima de Olivera Leandro de Sousa Rangel Lucas Timm Florão Virtualização como alternativa para ambiente de servidores Trabalho de Conclusão de Curso TCC apresentado á Faculdade de Tecnologia SENAI DE Desenvolvimento Gerencial FATESG, para a obtenção do título de Graduado em Tecnologia em Redes de Computadores. Aprovada em de de 2008 Banca Examinadora Professor Msc. Maurício Severich Professor Msc. Rafael Leal Martins Professora Msc. Ana Flávia Marinho de Lima Garrati

4 Dedicamos este trabalho de conclusão de curso a todos os nossos familiares que nos apoiaram, à FATESG por ter acreditado no Curso Superior em Tecnologia em Rede de Computadores e ao orientador, Professor que, com dedicação e conhecimento, orientou-nos no decorrer deste trabalho.

5 Agradecemos, primeiramente a DEUS, que nos deu saúde e disposição nestes anos, aos colegas que contribuíram e incentivaram para realização desse trabalho e também aos professores que com sabedoria nos acompanharam nesses anos em que decorreu o curso e, em especial ao nosso orientador que nos acompanhou em todas as etapas desse trabalho. Também aos amigos e a família pela compreensão de nossa ausência para a elaboração do mesmo.

6 Uma mente que se abre a uma nova idéia jamais volta ao seu tamanho original. (Albert Einstein)

7 RESUMO Este trabalho apresenta uma visão geral da virtualização para uso em servidores. A virtualização perante a tecnologia da informação consiste em utilizar um único host físico para a criação de dois ou mais sistemas operacionais que funcionam simultaneamente. Neste documento, a virtualização foi utilizada para criação de um ambiente computacional de servidores comparando três softwares utilizados para tal finalidade: O Xen, Vmware Server e Linux KVM. Testes foram realizados visando obter resultados práticos da virtualização de servidores como forma de diminuir custos em TI através do melhor aproveitamento de hardware, bem como o detalhamento de informações sobre esta tecnologia que se torna a cada dia mais presente no cenário de TI das grandes empresas. PALAVRAS-CHAVE: Virtualização, Xen, VMware, Linux

8 ABSTRACT This paper shows a general visualization of virtualization for servers use. The virtualization at the Information Technology scene is consisted in the use from a single physichal host to install and creation of two or more operational systems that runs simultaneously. In this document, the virtualization was used to simulate a server data-center comparing three softwares commonly used to this end: Xen, VMware Server and Linux KVM. Tests was ran to take practical results of server virtualization, as a way to reduce IT coasts and to get a better hardware utilization, also the technical information about this technology, which everyday becomes more and more present on the IT scene of big employments. KEY-WORDS: Virtualization, Xen, Vmware, Linux

9 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Emulação de Hardware...22 Figura 2: Virtualização Completa...23 Figura 3: Hypervisor...24 Figura 4: Instruction Set Virtualization...25 Figura 5: Linux KVM...31

10 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Comparativo de Processos...41 Gráfico 2 - Operações com Inteiros...42 Gráfico 3 - Operações com Floats...43 Gráfico 4 - Operações com Doubles...44 Gráfico 5 - Context Switching...45 Gráfico 6 - Latência de Comunicação Local...46 Gráfico 7 - Latência de Sistema de Arquivos...47 Gráfico 8 - Largura de Banda para Comunicação Local...48 Gráfico 9 - Comparativo de Latência de memória...49 Gráfico 10 - Média de Latência de Memória...50 Gráfico 11 - Transferência de Arquivos em NFS...52 Gráfico 12 - Codificação de vídeo...53 Gráfico 13 - Connection Times para 100 requisições por rajada...55 Gráfico 14 - Porcentagem de Requisições por Tempo...56 Gráfico 15 - Connection Times para 200 requisições por rajada...58 Gráfico 16 - Porcentagem de Requisições por Tempo...59

11 LISTA DE ABREVIATURAS SIGLAS E SÍMBOLOS AMD - Advanced Micro Devices ARM Advanced Risc Machine BARE METAL Software instalado diretamente em hardware BSD Berkeley Software Distribution CPU Central Processing Unit CTSS - Compatible Time-Share System DMA Direct Memmory Access DOUBLE Número de tamanho duplo FLOAT Número fracionado (com ponto flutuante) HCL - Hardware Compatible List - Lista de Hardware Compatível I/O Input/Output IDC International Data Corporation INTEGER Número inteiro Intel VT Intel Virtualization Technology KVM Kernel-based Virtual Machine MIPS Microprocessor without interlocked pipeline stages MIT Massachusetts institute of Technology MRTG Multi-Router Traffic Grapher NFS Network File System PAE Phisical Addressing Extentions POWER Power Optimization Enhanced Risc PowerPC - Power Optimization With Enhanced RISC - Performance Computing Pseudo-Hardware Hardware visualizado pela máquina virtual. QEMU-DM QEMU Device-Manager SCSI - Small Computer Systems Interface - Interface para Sistemas de Pequenos Computadores SMB Service Message Blocks SMP - Symmetric multiprocessing - Multi Processamento Simétrico. SNMP Simpe Network Manage Ment Protocol SPARC Scalable Processor Architecture USB - Universal Serial Bus

12 VMM Virtual Machine Monitor Vmotion Migração viva VT - Intel Virtualization Technology Tecnologia de Virtualização Intel

13 SUMÁRIO SUMÁRIO INTRODUÇÃO OBJETIVO METODOLOGIA DETALHAMENTO TEÓRICO AMBIENTE DE TESTES REALIZADOS VIRTUALIZAÇÃO A ORIGEM DA VIRTUALIZAÇÃO Visão Histórica da Virtualização A Virtualização na Plataforma X A IMPORTÂNCIA DA VIRTUALIZAÇÃO TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO A Emulação de Hardware A Virtualização Completa A Paravirtualização Instruction Set Virtualization Virtualização de Instruções IMPLEMENTAÇÕES PARA VIRTUALIZAÇÃO QEMU XEN Sistemas Operacionais Suportados Hardware requerido LINUX KVM Componentes do KVM Gerenciamento VMWARE SERVER Novos recursos no VMware Server VMWARE ESX SERVER VMware ESXi VMWARE WORKSTATION SUN XVM, Suporte a guests...36

14 4.8 QUADRO COMPARATIVO DAS FERRAMENTAS EXPERIMENTOS E RESULTADOS Descrição do Ambiente Análise de Desempenho LMBENCH Manipulação de Processos Operações com Números Inteiros Operações com Números fracionários (Floats) Operações com Números Dobrados (Double) Context Switching Troca de Contexto Latência para Comunicação Local Latência de sistema de arquivos Largura de banda para comunicação local Latência de Memória Média de Latência de Memória TRANSFERÊNCIA DE ARQUIVOS SMB NFS CODIFICAÇÃO DE VÍDEO BENCHMARK DE SERVIDOR WEB requisições por rajada requisições por rajada CONSIDERAÇÕES FINAIS DIFICULDADES ENCONTRADAS LIMITAÇÕES EXPERIMENTOS FUTUROS CONCLUSÕES...63 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...64 ANEXO A: ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO PARA INSTALAÇÃO COM XEN...66 ANEXO B: ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO APÓS A INSTALAÇÃO COM XEN..67 ANEXO C: CRIAÇÃO DE MÁQUINA VIRTUAL COM KVM...68 ANEXO D: REDE BRIDGE DO QEMU-KVM...69 ANEXO E: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO KVM...70 ANEXO F: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO XEN...72

15 ANEXO G: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO VMWARE SERVER...74 ANEXO H: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO KVM...76 ANEXO I: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO XEN...77 ANEXO J: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO VMWARE 78 ANEXO K: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO KVM...79 ANEXO L: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO XEN...81 ANEXO M: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO VMWARE SERVER...83 ANEXO N: SAÍDA DE EXECUÇÃO DAS CÓPIAS DE ARQUIVO POR NFS...85

16 15 1 INTRODUÇÃO Através de uma definição livre, virtualização é o processo de executar vários sistemas operacionais em um único equipamento. Uma máquina virtual é um ambiente operacional completo que se comporta como se fosse um computador independente. Com a virtualização, um servidor pode manter vários sistemas operacionais em uso. Segundo GOLDEN & SCHEFFY (2008), a criação de um ambiente data center demanda recursos, que devem ser bem direcionados. A cada servidor adquirido é necessária a adequação do espaço físico, verificação do circuito elétrico de alimentação e recabeamento nos ativos de rede, assim como a avaliação do custo do equipamento com gasto de energia e manutenção por toda a sua vida útil. Porém, uma vez estabelecido um ambiente de servidores, as circunstâncias podem levar a necessidade de ampliação do mesmo, o que pode gerar transtornos caso não sejam analisados os itens acima. Através da virtualização, esta ampliação pode ser obtida sem a necessidade real da aquisição de novo equipamento em hardware. Como conseqüência, haveria a possibilidade de colocar vários servidores virtuais em operação na mesma máquina física, usando os recursos de hardware de forma otimizada e equilibrada. Assim, pode-se economizar gastos com energia, refrigeração e espaço físico. Atualmente, muitos data centers possuem servidores que utilizam apenas 10 ou 15% da capacidade total de processamento. Em outras palavras, 85 ou mais de 90% de toda a capacidade de cada servidor está em desuso. Entretanto, ainda que um servidor esteja com baixa utilização de recursos, ele continua ocupando espaço físico e desperdiçando energia elétrica, gerando os mesmos custos operacionais que os de uma máquina com 100% de utilização em tempo total. (GOLDEN & SCHEFFY, 2008, p. 3) A primeira e mais óbvia vantagem da virtualização é a redução de custos. Com apenas uma máquina que possua os recursos suficientes é possível montar uma estrutura com vários servidores virtuais, dispensando a aquisição de várias máquinas. Operacionalmente também há vantagens, pois a administração se torna centralizada e o tempo total de manutenção é inevitavelmente reduzido. (SIQUEIRA, 2007, p. 4)

17 16 O pensamento de GOLDEN & SCHEFFY (2008) assinala também estar de acordo com a proposição de SIQUEIRA (2007), quando cita que além de uma grande conquista na redução de custos em data centers, a virtualização oferece a oportunidade de reduzir largamente o custo com a administração dos sistemas, pois reduzirá a quantidade de equipamentos físicos que necessitam de administração. Várias tarefas associadas a administração dos servidores (como a instalação de sistemas operacionais, aplicação de patches e a realização de backups) continuarão existindo em ambientes virtualizados, mas poderão desaparecer nos servidores físicos. A virtualização proporciona novos recursos não convencionais, como a migração em tempo real, que permite que um sistema virtualizado mude seu host hospedeiro sem comprometer a produção, recurso imprescindível para ambientes críticos com requerimento de alta disponibilidade. 1.1 OBJETIVO A realização deste trabalho tem como objetivo principal explorar a virtualização de servidores como forma de obter melhor aproveitamento de hardware, comparando três softwares para tal finalidade: VMware Server, Xen Hypervisor e Linux KVM.

18 17 2 METODOLOGIA A construção do trabalho ocorreu através do levantamento bibliográfico a respeito da origem, histórico e tipos existentes de virtualização, e de vários softwares utilizados com essa finalidade. Destes softwares, foram escolhidos três para experimentação e avaliação de desempenho. Eles foram testados individualmente em cada modalidade. descritas abaixo: Assim, a construção do trabalho foi feita em duas etapas principais, 2.1 DETALHAMENTO TEÓRICO Foram identificados conceitos teóricos sobre o assunto, bem como o histórico da virtualização desde sua primeira utilização. Promoveu-se os levantamentos de informações técnicas sobre alguns tipos de virtualização, alguns softwares utilizados atualmente para virtualizar e o comparativo de suas vantagens e desvantagens. 2.2 AMBIENTE DE TESTES REALIZADOS Os experimentos foram realizados em um ambiente de produção, para o qual foram criadas máquinas virtuais utilizando os softwares VMware Server, Xen Hypervisor e Linux KVM, nas quais serão executados testes com diferentes tipos de cargas simulando o uso prático das mesmas. Mais detalhes sobre o ambiente, consulte o item Descrição do Ambiente.

19 18 3 VIRTUALIZAÇÃO 3.1 A ORIGEM DA VIRTUALIZAÇÃO O grande foco da virtualização, atualmente, é a chamada virtualização de servidores, ou a hospedagem de múltiplos e independentes sistemas operacionais em um único computador físico. Esta seção discorre sobre as raízes deste procedimento Visão Histórica da Virtualização O conceito de virtualização é antigo: Data os anos 60, com o uso mais precoce realizado no antigo IBM 7044 CTSS (Compatible Time-Share System Sistema Compatível com Compartilhamento de Tempo); Segundo JONES (2006) este equipamento foi denominado "Projeto Atlas", oriundo de um estudo realizado em conjunto com o MIT (Massachusetts Institute of Technology Instituto de Tecnologia do Massachusetts), a Ferranti Ltd. e a University of Manchester (universidade de Manchester), no qual foi utilizado um mainframe IBM 704 M44/44X com implementação de chamadas supervisoras. O sistema operacional deste mainframe (na época chamado "Supervisor") executava duas máquinas virtuais, uma para o sistema e uma para execução de programas, servindo de base para outros computadores que viriam após ele. Assim, com base nesta tecnologia, em 1966 foi lançado o mainframe IBM System/360 modelo 67, onde o hardware do equipamento era inteiramente acessado através de uma interface chamada VMM (Virtual Machine Monitor). O VMM funcionava diretamente no hardware básico do equipamento, permitindo então a execução de máquinas virtuais. Cada máquina virtual poderia ser uma nova instância do mesmo sistema operacional base em prévia execução.

20 19 Com essa funcionalidade, o antigo termo "Supervisor" foi então denominado "Hypervisor". Ou seja, um software que provê ambiente de virtualização para o sistema operacional rodando acima dele. No início da década de 70, a IBM anunciou a série de mainframes System/370, e em 1972 anunciou o sistema operacional VM/370, que permitia a criação de múltiplas máquinas virtuais para os mainframes desta série. O VM/370 foi atualizado em conjunto com toda a linha de mainframes da IBM, e hoje é conhecido como IBM z/vm, um dos sistemas operacionais para os mainframes da série System/Z, e mantém compatibilidade total com os aplicativos desenvolvidos ainda para o System/ A Virtualização na Plataforma X86 Segundo a VMware Inc. (2008), a virtualização perdeu forças nas décadas de 80/90 devido a criação de novas aplicações cliente/servidor e do declínio da plataforma mainframe. Devido ao alto custo inicial de um mainframe, empresas passaram a adquirir servidores de plataforma x86 de acordo com a demanda que precisavam. A larga ascensão da plataforma Linux nos servidores, assim como a adoção do sistema operacional Windows em desktops e posteriormente em alguns servidores nos anos 90, acabaram por consolidar a plataforma x86 como alternativa viável para uso na virtualização. (VMware Inc. 2008) 1 Os mainframes tinham grande capacidade de processamento, o que não existia no início da ascensão da plataforma x86. Os servidores x86 também não eram projetados com foco em virtualização, como os mainframes foram nas décadas passadas (e são até os dias atuais). Assim, de acordo com a IDC (International Data Corporation, [1999?] apud VMware Inc, 2008) em cada implementação de algum servidor x86 típico, o teto de uso das CPUs acaba entre 10 a 15% da capacidade total deste servidor. Isso acontecia porque, para cada servidor x86, geralmente 1 Conteúdo disponível no endereço

21 20 utilizava-se uma única determinada aplicação, visando garantir boa margem de risco contra problemas que possam comprometer a produção. Segundo GOLDEN & SCHEFFY (2008), a virtualização quebra o molde uma aplicação, um servidor, pois veio para suportar várias aplicações em um só sistema físico. Então, em 1999, a VMware Inc. introduziu a virtualização na plataforma x86 como uma maneira mais eficiente para utilizar o equipamento desta plataforma, aproveitando servidores x86 de propósito geral para prover uma estrutura compartilhada de hardware oferecendo isolamento completo, mobilidade e liberdade de escolha para sistemas operacionais em ambientes de servidores. 3.2 A IMPORTÂNCIA DA VIRTUALIZAÇÃO De uma perspectiva empresarial, existem muitas razões para utilizar a virtualização, principalmente na chamada Consolidação de Servidores. Ao virtualizar determinado número de sistemas sub-utilizados em um único servidor físico, você economizará espaço em estrutura física, espaço em disco, refrigeração, energia e centralizará o gerenciamento. Para determinar quais servidores podem ou não ser virtualizados, deve-se fazer uma avaliação de recursos utilizando-se de ferramentas como MRTG 2 ou Cacti 3 (ambos utilizam SNMP 4 ) para monitorar a performance e o uso de recursos em cada servidor. Uma vez virtualizado, deve ser feito um acompanhamento, verificando se o novo servidor físico também ficará sobrecarregado, é possível migrar determinado servidor virtual para outro servidor físico com o mesmo em produção sem necessidade de reboot. Assim, pode ser feito o balanceamento de carga entre vários servidores físicos hospedeiros sem afetar o funcionamento das máquinas virtuais. 2 MRTG: Multi-Router Traffic Grapher. Software utilizado para gerar gráficos de determinados equipamentos. 3 CACTI: Software utilizado para geração de gráfico e monitoramento de equipametnos. 4 SNMP: Simple Network Management Protocol, Protocolo Simples para Gerenciamento de Redes. Protocolo utilizado para obter informações de dispositivos que o suportem para utilização por outras aplicações.

22 21 A virtualização também é importante ao analisarmos a redundância em data centers, item importantíssimo em ambientes 24 x 7 (24 horas por dia, sete dias da semana). Com a migração em tempo real, uma vez identificada a possibilidade de falha de determinada máquina física hospedeira (quebra de espelhamento, fonte queimando, memória despejando etc), bastaria migrar as máquinas virtuais para outros servidores físicos. Porém, se acontecer alguma falha não esperada em algum servidor hospedeiro, todas as máquinas virtuais daquele equipamento podem ser afetadas. Exemplo, se todas as fontes de um servidor queimarem ao mesmo tempo, todas as máquinas virtuais dele desligarão. Ou, se acontecer alguma falha nos discos do servidor ou na storage de armazenamento -, todas máquinas virtuais poderão ser corrompidas. 3.3 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO A virtualização é um conceito amplo e existem vários usos e categorias para efetuá-la. As principais maneiras serão abordadas nesta seção A Emulação de Hardware Segundo JONES (2006), a emulação de hardware é atualmente a forma mais complexa de virtualização. Devido a sua complexidade, gera grandes overheads 5, prejudicando o desempenho do sistema operacional guest 6. Nesse método, todo o hardware de uma máquina virtual é criado via software no sistema hospedeiro para emular o hardware proposto, conforme exibido na Figura 1. Ou seja, até o processador da máquina virtual precisa ser criado via software, o que é feito geralmente feito em assembly. 5 Overhead: Diferença de performance gerando latência no sistema operacional guest 6 Guest: Sistema operacional convidado.

23 22 Figura 1: Emulação de Hardware Segundo GOLDEN & SCHEFFY (2008), a complexidade da técnica fere o desempenho do guest. E, segundo JONES (2006), para emulações de altafidelidade, incluindo transições de informação entre registradores para memória cache e criação de pipelines na CPU, a performance pode ser, facilmente, 1000 vezes menor. Mas, a emulação de hardware também tem vantagens, Por exemplo, usando emulação de hardware, é possível rodar um sistema operacional guest sem qualquer modificação ou adaptação A Virtualização Completa A virtualização completa, também conhecida como "virtualização nativa", é outro método utilizado para virtualização. JONES (2006) cita que esse modelo usa uma máquina virtual através da mediação entre o sistema operacional hospedeiro (host) e o guest conforme mostrado na Figura 2. A palavra "mediação" é utilizada, pois o VMM faz a troca entre o sistema operacional virtualizado e o hardware do equipamento.

24 23 Figura 2: Virtualização Completa Segundo JONES (2006), a virtualização completa é mais rápida que a emulação de hardware, mas a performance também é menor do que a do mesmo sistema operacional rodando nativamente. A grande vantagem da virtualização completa é que o sistema operacional pode rodar sem modificações. A desvantagem é que a máquina guest não pode rodar em host de arquitetura diferente. Segundo à VMware Inc. (2008), um grande obstáculo para a virtualização completa foi o fato de que, 17 instruções específicas dos processadores da plataforma x86 geravam erros quando essa camada de interpretação era criada, o que fazia o sistema operacional guest gerar erros críticos durante sua execução. Esses erros variavam desde informações no sistema operacional até a finalização inesperada da aplicação. Assim, essas 17 instruções foram apontados pela mesma empresa como um importante marco para a criação do primeiro ambiente de virtualização completa da plataforma x86, o VMware Workstation em sua primeira versão, lançado em 1999.

25 A Paravirtualização A paravirtualização é uma técnica que tem poucas semelhanças com a virtualização completa. Esse método usa o hypervisor para acesso compartilhado ao hardware do equipamento, e também integra códigos de virtualização dentro do sistema operacional nativo, agregando nele as funções de gerenciamento do hypervisor, como exibido na Figura 3. GOLDEN & SCHEFFY (2008) cita que através da paravirtualização, o hypervisor é criado como uma camada abaixo do sistema operacional, que por sua vez, multiplexa o acesso dos guests ao hardware do equipamento. Assim, o próprio sistema operacional nativo (e, neste caso, de gerenciamento) é transformado em máquina virtual. Figura 3: Hypervisor Segundo SIQUEIRA (2007), este modelo como hypervisor obtém preferência para os ambientes virtualizados, pois, os hóspedes sabem perfeitamente

26 25 que rodam em um ambiente virtual. Para isso, os guests precisam ser corrigidos, o que só é possível de conseguir em sistemas de código aberto 7. Uma vez que os sistemas operacionais sejam adaptados, a interação entre as máquinas virtuais e a máquina física é otimizada, o que aumenta o desempenho. Porém, a grande desvantagem deste modelo continua sendo a dependência da alteração do sistema operacional de gerenciamento e dos guests, para que possam interagir com o hypervisor ao invés do hardware físico Instruction Set Virtualization Virtualização de Instruções Outro aspecto mais recente da virtualização é chamado Instruction Set Virtualization (Virtualização de Instruções). Neste modelo, segundo JONES (2006), um conjunto de instruções virtuais é traduzido para uma instrução física destinada à camada de hardware do equipamento. Assim, com o código original sendo executado dentro de uma máquina virtual, a tradução ocorre do primeiro (set de instruções) para um segundo seguimento de código, efetuando a mediação entre a aplicação e o sistema operacional conforme exibido na Figura 4. Figura 4: Instruction Set Virtualization Um exemplo recente deste modelo é utilizado no processador Crusoe, da Transmeta. A arquitetura implementa tradução de binários com o nome Code 7 Código Aberto: Programas que possuem o código de fonte disponível para verificação e/ou estudo.

27 26 Morphing. O mesmo processo também é utilizado para execução de binários de diferentes arquiteturas em um sistema operacional de outra plataforma, como por exemplo, para rodar binários de um sistema Linux plataforma PowerPC em um Linux plataforma x86 com o software nspluginwrapper.

28 27 4 IMPLEMENTAÇÕES PARA VIRTUALIZAÇÃO para virtualização. Foram analisados os aspectos relevantes de vários softwares utilizados Os softwares descritos a seguir, foram escolhidos por serem largamente utilizados na virtualização para desktop (com usuários que desejam testar outros sistemas operacionais e simularem ambientes) e também para virtualização de servidores. Eles pertencem a distintas categorias, conforme está descrito a seguir: 4.1 QEMU O QEmu é dos virtualizadores mais complexos hoje existentes, mas que suporta várias maneiras de execução. Por padrão, é um emulador de hardware (e sofre com a baixa performance), mas também suporta emulação de processadores de outras arquiteturas, como ARM, MIPS, Sparc e PowerPC. Em modo de emulação de um computador x86, o QEMU disponibiliza os seguintes componentes de hardware: - Chipset Intel i440fx/piix3 - Placa de vídeo Cirrus 446 PCI - Teclado e mouse PS/2-2 PCI IDEs com suporte a CD-Rom - Disquete 3 ½ polegadas - Porta serial - Placa de som Creative SoundBlaster 16, ENSONIQ AudioPCI ES1370 Yamaha YM Suporte a USB. Ele também pode ser apenas um emulador de binários, e nesse modelo é chamado User Mode Emulation. Dessa forma, ele pode permitir que um binário

29 28 compilado para Linux em plataforma x86 rode em plataforma PowerPC, por exemplo. Outras funcionalidades são agregadas a ele com o módulo KQEMU, que garante maior aceleração ao host em execução quando este é um x XEN O Xen é um hypervisor que trabalha tanto em modo de paravirtualização como em modo de virtualização completa. Está localizado abaixo do sistema operacional. Ele permite que os recursos de hardware de uma máquina sejam dinamicamente distribuídos entre as máquinas virtuais. E nele, as máquinas virtuais são denominadas Domains. 8 O próprio sistema operacional nativo (que é utilizado para gerenciamento) é referenciado como um Domain. Ao contrário do VMware Workstation/Server, em modo de paravirtualização, ele não tenta virtualizar completamente as chamadas do sistema operacional guest para a camada de hardware. Assim, partes do sistema operacional guest são modificadas para trabalharem em interação direta com ele, ao invés do hardware nativo do equipamento, conforme descrito em Xen Interfaces Manual. Por isso, o Xen em modo paravirtualizado não disponibiliza pseudohardware 9 para a máquina virtual. Nada é exibido nos comandos lspci e lsusb; No comando dmesg, os dispositivos xenblk, xen_mem e xenfb apenas indicam que o kernel foi preparado para integração direta com o hypervisor. Quando utilizada a virtualização completa no Xen, o hardware encontrado na máquina virtual é criado através da modificação do software QEMU, e o hardware disponibilizado para o sistema operacional guest é o mesmo exibido por este, exceto o processador. 8 Domains: Nomenclatura adotada no Xen para denominar suas máquinas virtuais. 9 Pseudo-Hardware: Hardware visualizado pela máquina virtual.

30 29 Em ambos os casos, o pseudo-hardware exportado para as máquinas virtuais (CPU, memória, rede e dispositivos de bloco) é gerado através de uma interface de controle utilizada para gerenciamento no Xen. Assim, para a abstração de hardware das máquinas virtuais (nos dois modos), fica em constante execução o daemon xend na máquina de gerenciamento. O acesso a essa interface de controle é restrito: Ela pode ser acessada por uma única máquina virtual privilegiada, conhecida como Domain 0 (Domínio 0). As operações como a criação de um novo domínio, desligamento e até migração de um domínio em execução para outro host físico, são disparadas diretamente pelo Domain 0 (máquina de gerenciamento) para o hypervisor através do comando xm, que executa a solicitação. O Domain 0 é criado automaticamente quando o sistema executa o boot 10. Durante isso, o Xen agrega os privilégios de gerenciamento para este domínio, de modo que ele possa interagir diretamente com o hypervisor executando, também, as tais tarefas administrativas Sistemas Operacionais Suportados Segundo o Manual do Usuário do Xen a paravirtualização permite uma performance excelente durante o processo de virtualização, uma vez que a arquitetura x86 só recebeu aperfeiçoamentos (instruções específicas) para tal uso a partir de Então, para executar um domínio em modo de paravirtualização, é necessário que o sistema operacional seja portado para o Xen. Atualmente, os sistemas operacionais portados para o Xen são o Linux, NetBSD e o Solaris. Esses sistemas podem ser executados no Xen em modo paravirtualizado. Para utilizar virtualização completa no Xen, é necessário o suporte para virtualização via hardware. Esse suporte é garantido pelas instruções VT nos processadores Intel e SVM nos processadores da AMD. Existindo essas extensões, 10 Boot: Processo de inicialização do sistema.

31 30 é possível que o Xen crie Domains sem necessidade alguma de modificação do sistema operacional, podendo assim ser instalado qualquer outro guest Hardware requerido Atualmente, o Xen roda nos computadores da plataforma x86, sendo necessário algum processador P6 (de sexta geração), como um Pentium Pro, Celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Xeon, AMD Athlon (Duron), Athlon 64 e Opteron. Multi-processamento é suportado, e existem portes em andamento para as plataformas Intel IA64 (processador Itanium) e Power (processadores PowerPC e POWER). O Xen, por padrão, suporta até de 4GB de memória RAM em modo de execução 32 bits. Como é uma quantidade pequena para os servidores nos dias atuais, existe o suporte para as extensões PAE 11, da Intel, que permite que sistemas operacionais x86 de 32bits possam endereçar até 64GB de memória Ram. O Xen 3.0 também suporta as arquiteturas x86/64 bits. 4.3 LINUX KVM Segundo a Qumranet Inc, desenvolvedora do KVM, adicionando a capacidade de virtualização no kernel Linux, é possível aproveitar todo o código já escrito do para a criação de um ambiente de virtualização completo nativo. Integrado ao kernel, o KVM automaticamente suporta todos os dispositivos de hardware que funcionam com Linux. Com o VMM integrado ao kernel, e não abaixo dele (exemplo do Xen), cada máquina virtual é um processo normal no sistema operacional, acessada 11 PAE: Phisical Addressing Extensions. Extensões de Endereçamento Físico.