Teste de desempenho em Desktops Virtuais

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1 Teste de desempenho em Desktops Virtuais Vinícius Campos ¹, Átila B. Vasconcelos ¹ ¹ Centro Universitário Ritter dos Reis - UniRitter Porto Alegre RS Brasil Abstract. This article discusses issues related to desktop virtualization and aims to evaluate the applicability of this technique. To this performance tests (benchmarks) was run in a infrastructure of VDI (Virtual Desktop Infrastructure) using the tool VMWareEsxi Resumo. Este artigo aborda questões relativas à virtualização de desktops e visa avaliar a aplicabilidade dessa técnica. Para isso foram executados testes de desempenho (benchmark) sob uma infraestrutura de VDI (Virtual Desktop Infrastructure) utilizando a ferramenta VMwareEsxi 1. Introdução A capacidade de processamento dos computadores pessoais vem aumentando exponencialmente. Entretanto, essa capacidade não tem sido totalmente aproveitada. Atualmente, muitos data centers possuem servidores que utilizam apenas 10 ou 15% da capacidade total de processamento. Nesse contexto, a virtualização surge como uma grande alternativa que visa à diminuição desses desperdícios [GOLDEN E SCHEFFY, 2008]. As máquinas virtuais abriram um novo leque de possibilidades, como, por exemplo: permitir que software legado pudesse executar nos caros mainframes 1 [CAR- MONA 2008]. Uma máquina virtual pode ser definida como uma camada de software que roda um ambiente completo muito similar a uma máquina física. Com isso, cada máquina virtual pode ter seu próprio sistema operacional e aplicativos rodando de forma isolada sobre um mesmo recurso físico, de forma paralela, ou simultânea, com outras máquinas virtuais [SMITH, J. E. e NAIR, R. 2005]. A virtualização oferece muitos benefícios, um dos mais relevantes para a computação atual que é a abstração. A abstração permite a utilização de um mesmo recurso computacional (físico) em diferentes sistemas e aplicações, de forma individualizada, contribuindo para a resolução de problemas como: flexibilidade, portabilidade e gerenciamento de recursos computacionais. Os conceitos relacionados à virtualização já vêm sendo amplamente aplicados na área de servidores, oferecendo ganhos significativos em termos de consolidação e gerenciamento [LAUREANO, 2006]. 1 mainframe é um computador de grande porte, dedicado normalmente ao processamento de um volume grande de informações

2 Os benefícios encontrados em servidores podem ser portados para os desktops, é possível usufruir das vantagens da virtualização, pois administrar desktops nunca foi uma tarefa fácil, principalmente agora com o crescente aumento dos usuários remotos e móveis. Essa nova realidade força os administradores a uma constante busca em melhorias nos processos: redução de custos, aumento de desempenho, simplificação do gerenciamento, além de ganhos de disponibilidade de recursos [CARMONA 2008]. O processo de gerenciamento de desktops passa por uma grande transformação, necessária rumo a virtualização. A virtualização de desktops (VDI - Virtual Desktop Infrastructure) torna-se uma solução que proporciona um aumento significativo na capacidade do gerenciamento e controle de desktops em nível corporativo, que visa o não comprometimento da experiência do usuário. Porém, a tarefa de trazer os desktops para dentro do Data Center não é uma tarefa tão simples, muitas questões surgem, por exemplo: Até onde é possível virtualizar? Quais as perdas e ganhos com a sua utilização? Como minimizar o impacto para o usuário final? [LAUREANO, 2006]. O objetivo principal desta pesquisa é apresentar resultados obtidos, com a aplicação de benchmarks (testes de desempenho, aplicados em sistemas computacionais) em duas VDIs (infraestrutura de gerenciamento de desktops virtuais); uma utilizando virtualização total e a outra utilizando paravirtualização. Esse artigo está subdivido em 8 seções, as seções 1,2 e 3 apresentam a introdução e um breve referencial teórico. A seção 4 apresenta as ferramentas que foram utilizadas nesse trabalho e a seção 5 traz o resumo de dois trabalhos relacionados com o tema. As seções 6 e 7 apresentam resultados obtidos nos testes e considerações finais; e a última seção apresenta os anexos dessa pesquisa. 2. Virtualização A virtualização é um tema que vem sendo amplamente estudado e discutido em trabalhos de pesquisa e em muitos seguimentos da computação. Porém, o termo virtualização não se trata exatamente de um tema novo, pelo contrário, suas origens datam da década de 70 [LAUREANO, 2006]. Na década de 70, era uma prática comum que computadores tipo mainframe 2, mesmo sendo de um único fabricante, tivessem seu próprio sistema operacional. Essa prática foi um dos principais impulsionadores para o advento das máquinas virtuais [LAUREANO, 2008]. Virtualização pode ser definida como uma técnica que tem como principal objetivo combinar ou dividir recursos computacionais para prover um ou mais ambientes operacionais de execução [NANDA AND CHIUEH, 2005]. Os ambientes criados com a utilização dessa técnica são chamados de máquinas virtuais (VMs). Outro conceito importante quando se fala em virtualização é o VMM (Virtual Machine Monitor), também conhecido como hypervisor [LAUREANO, 2006]. O VMM pode ser considerado como uma camada de software, inserida entre o sistema visitante (máquina virtual) e o hardware onde é executado (hospedeiro). Sua 2 Um mainframe é um computador de grande porte, dedicado normalmente ao processamento de um grande volume de informações.

3 função é fazer a interface entre os possíveis sistemas visitantes, e o hospedeiro compartilhado por eles. Ele é o responsável pelo gerenciamento da estrutura de hardware do hospedeiro, por exemplo: dispositivos e E/S (Dispositivos de entrada e saída.), controladores DMA (Direct memory access), assim criando um ambiente completo e independente para cada máquina virtual. [LAUREANO, 2006]. A Figura 1 representa uma visão geral das camadas presentes no ambiente nativo. APLICAÇÕES APLICAÇÕES APLICAÇÕES SISTEMA OPERACIONAL: (WINDOWS, LINUX, SOLARIS, ETC) HARDWARE FÍSICO: (CPU, MEMÓRIA, DISCO, REDE, ETC) AMBIENTE NATIVO Figura 1. Diagrama de um ambiente Nativo apresenta um ambiente nativo e suas camadas; hardware, sistema operacional e aplicativos. A figura 2 representa uma visão geral das camadas presentes no ambiente virtualizado. Com duas máquinas virtuais executando em paralelo. APLICAÇÕES APLICAÇÕES APLICAÇÕES APLICAÇÕES APLICAÇÕES APLICAÇÕES SISTEMA OPERACIONAL: (WINDOWS, LINUX, SOLARIS, ETC) SISTEMA OPERACIONAL: (WINDOWS, LINUX, SOLARIS, ETC) HARDWARE VIRTUAL: (CPU, MEMÓRIA, DISCO, REDE, ETC) HARDWARE VIRTUAL: (CPU, MEMÓRIA, DISCO, REDE, ETC) MÁQUINA VIRTUAL MÁQUINA VIRTUAL CAMADA DE VIRTUALIZAÇÃO: (HYPERVISOR, MONITOR DE MÁQUINAS VIRTUAIS) HARDWARE FÍSICO: (CPU, MEMÓRIA, DISCO, REDE, ETC) AMBIENTE VIRTUALIZADO Figura 2. Diagrama de um ambiente Virtualizado apresenta um ambiente virtualizado e suas camadas: (hardware, VMM, VMs); em destaque as camadas presentes nas VMs (hardware, sistema operacional e aplicativos).

4 A virtualização apresenta vantagens e desvantagens abaixo algumas delas [LAUREANO, 2006]. Vantagens Flexibilidade Redução de Custos com HW Backup Disponibilidade Desvantagens Desempenho limitado Emulação Incompleta Necessidade de alteração Vms (nem sempre) Segurança Segundo [LAUREANO, 2006] as máquinas virtuais podem se classificadas em dois tipos: máquinas virtuais tipo I (virtualização total) e máquinas virtuais tipo II (Paravirtualização). Que serão vistos com mais detalhes à seguir Virtualização total Na Virtualização total toda a infraestrutura de hardware do hospedeiro é virtualizada, de modo que não é necessária nenhuma espécie de modificação no sistema operacional a máquina virtual (convidado), para que o mesmo execute sobre o VMM. Nessa técnica o hardware é virtualizado e as instruções são interpretadas pelo VMM antes de executarem nas VMs, por esse motivo podem ocorrem perdas de desempenho, [SMITH, J. E. e NAIR, R. 2005]. A virtualização total possui uma vantagem quando comparada com a paravirtualização, a portabilidade total das VMs. A portabilidade se dá pelo fato de uma vez que o VMM interpreta e virtualizada o hardware, as VMs pode ser movidas para outros hospedeiros sem a necessidade de adequação das mesmas [LAUREANO, 2006]. Essa técnica é utilizada por hypervisors conhecidos, como Vmware e Virtual Box. A figura 3 apresenta um diagrama da virtualização total, nas quais os sistemas convidados (VMs) rodam na camada de software chamada monitor (Virtual Machine Monitor). Figura 3. Máquina virtual do tipo I [LAUREANO, 2006]; os sistemas convidados rodando sobre a camada monitor; em destaque o hardware e totalmente virtualizado pelo VMM.

5 2.2. Paravirtualização Na paravirtualização, segue os mesmos princípios da Virtualização Total, o sistema convidado sofre modificações, para que a interação com o VMM seja eficiente. A paravirtualização exige modificações no sistema operacional convidado, o que diminui a portabilidade da VM, mesmo assim ela obtém benefícios quando comparada com a virtualização total. O desempenho obtido com a paravirtualização é maior quando comparado com a virtualização total, pelo fato de que as VMs paravirtualizadas possuem acesso direto a certos dispositivos de hardware, o que maximiza o seu desempenho [LAUREANO, 2006]. Com a paravirtualização é permitido ao sistema convidado, acesso direto em determinados recursos de hardware do hospedeiro, o que propicia um ganho de desempenho, da paravirtualização em comparação com a virtualização total. Esse acesso é monitorado pelo VMM, garantido a individualidade de cada sistema hospede, rodando de forma concorrente sobre um único sistema hospedeiro. Essa técnica é utilizada pelo VMM XenSource e Vmware [SMITH, J. E. e NAIR, R. 2005]. A figura 4 apresenta um diagrama da paravirtualização, onde os sistemas convidados (VMs) rodam na camada de software chamada monitor (Virtual Machine Monitor). Entre a camada do VMM e o hardware do hospedeiro, existe uma camada chamada anfitrião, cujo papel é gerenciar o acesso direto ao hardware [LAUREANO, 2006]. Camada Anfitrião Figura 4. Máquina virtual do tipo II segundo [LAUREANO, 2006]; os sistemas convidados estão na camada monitor; em destaque a camada anfitrião que gerencia o acesso direto ao hardware da máquina hospedeira Virtualização de Desktops A virtualização de desktops segue basicamente os mesmos princípios aplicados na virtualização de servidores, que é permitir múltiplos sistemas operacionais rodando ao mesmo tempo sobre um mesmo computador base (hospedeiro) [VMWARE 2009].

6 A virtualização de desktops visa disponibilizar para o usuário final um sistema operacional completo. Ela deve proporcionar para o usuário a sensação mais próxima possível de um desktop convencional (nativo), esse é um dos grandes desafios da utilização dessa técnica [GOLDBERG, 1973]. O VDI visa à diminuição de problemas relacionados aos desktops principalmente em ambientes corporativos, tais como: migração, backup, gerenciamento e manutenção [LAUREANO, 2006]. Anteriormente, o processo de trazer os desktops para dentro do data center nada mais era do que o compartilhamento de seções de um servidor, hoje vemos a possibilidade de entregar para o usuário um ambiente virtual semelhante ao tradicional (nativo). Ainda com todos os benefícios de se estar dentro do data center, dessa maneira favorecendo questões como: compatibilidade de aplicações e a portabilidade dos desktops [ SMITH, J. E. e NAIR, R. 2005]. A virtualização propicia a abstração de questões relacionadas a hardware, o que diminui o impacto negativo no caso da ocorrência da uma falha física [LAUREANO, 2006]. A figura 5 apresenta um modelo de uma VDI (Virtual Desktop Infrastructure). Figura 5. Virtualização de Desktops [VMWARE 2009]; apresenta as camadas necessárias para criação de uma VDI (armazenamento, rede, VMM, VMs e pontos de acesso remoto); 3. Benchmark Benchmark é o processo de submeter sistemas computacionais a testes de carga, que são executados através de programas, exercitando um conjunto adequado de instruções que geram cargas no sistema, usados como um método de comparação de desempenho entre vários subsistemas [SPEC 2009].

7 Com a evolução das arquiteturas de computadores, ficou mais complicada a comparação de desempenho de diferentes sistemas computacionais somente verificando as especificações fornecidas pelos fabricantes. Nesse sentido, os testes de desempenho (benchmark) tornam-se cada vez mais populares. São desenvolvidos para serem aplicados em diferentes sistemas, permitindo que esses resultados possam ser comparados entre diferentes sistemas e arquiteturas [JAIN, R. 1991]. Os benchmarks são considerados medidas de avaliação, que realizam um conjunto definido de operações de cargas de trabalho (Worklod), que visa produzir um resultado, de acordo com as métricas definidas pelo algoritmo ou software de benchmark [HENESSY, J.L.; PATTERSON 2007]. Os resultados obtidos com a utilização de benchmarks, não refletem 100% do desempenho geral de um sistema, todos os resultados apresentados, sempre devem ser considerados com uma margem de erro [SPEC 2009]. As métricas para medição de desempenho necessitam ser baseadas em alguma medida, que apresente claramente os resultados dos testes realizados. Dentre as medidas existentes, as mais populares são o MIPS (Millions of Instructions per Second - Milhões de Instruções por Segundo) e o MFLOPS (Millions of Floating-Point Operations per Second - Milhões de Operações de Ponto-Flutuante por Segundo) [HENESSY, J.L.; PATTERSON, 2007]. Conforme [BERRY, 1991] Benchmarks são divididos em tipos, e os principais são: Sintético: suas principais funcionalidades são de exercitar alguns componentes do computador. Geralmente, procuram determinar uma frequência média de instruções típicas, geralmente utilizadas, e reproduzidas em um programa. Os exemplos mais conhecidos são o Whetstone 3 e o Dhrystone 4. Kernel: se baseiam no fato de que a parte mais importante de um programa é o seu kernel (núcleo). Esses tipos de benchmark extraem o kernel da aplicação e o utiliza como benchmark. Porém, esse tipo de benchmark não serve para avaliar completamente o desempenho de um sistema computacional. Tornam-se benchmarks interessantes, do ponto de vista de que são simples e pequenos, o que facilita a sua utilização. Um exemplo é o programa é o Livermore Loops 5. Algoritmo: um conjunto de instruções com fins específicos, geralmente tratamse de métodos conhecidos em computação numérica, como por exemplo, os métodos de resolução de equações lineares, utilizado no benchmark Linpack [LIN- PACK 2009]. 3 O Whetstone foi o primeiro benchmark sintético na literatura. 4 O Dhrystone, assim como o Whetstone, é um benchmark sintético e foi publicado em 1984, por Reinhold P. Weicker. 5 O nome mais correto deste benchmark é Livermore Fortran Kernels, porém, ele é mais conhecido como "Livermore Loops". Ele se classifica como um benchmark do tipo kernel.

8 Aplicação: são aplicações completas, que resolvem problemas científicos, como por exemplo, os programas produzidos pelo SPEC 6 (Standard Performance Evaluation Corporation) [SPEC 2009]. 4. Ferramentas Utilizadas Para o desenvolvimento deste trabalho, foi escolhida a ferramenta; VMware como hypervisor. Esse gerenciador segundo [LAUREANO, 2006] é uma das melhores implementações de hypervisors utilizadas na atualidade, além disso, trabalha com as duas técnicas de virtualização comparadas nesse artigo. Para os testes de desempenho foram escolhidos o algoritmos: Linpack (versão java), por ser um algoritmo usado para formar a lista do TOP500.org, e o algoritmo de Benchmark desenvolvido pelos acadêmicos: João Lucas Ferreira e Renato Barros conforme as seções 4.2 e 4.3 respectivamente Monitor de Máquinas Virtuais O Vmware é um hypervisor que fornece uma infraestrutura completa de soluções para virtualização, possui produtos que abrangem desde desktops a data centers organizados em três categorias [SUGERMAN,2001]: Gestão e automatização: esses aplicativos têm como principal finalidade, proporcionar de forma centralizada o gerenciamento dos recursos de toda a infraestrutura virtual. Exemplo: Monitoramento dos sistemas virtualizados, conversão de sistemas físicos para virtuais (P2V - Phisical to Virtual) e recuperação de desastres. Infraestrutura Virtual: os aplicativos localizados nessa categoria auxiliam nos processos de alocação e realocação de recursos entre as máquinas virtuais. Exemplo: Suporte a soluções de alta disponibilidade, backup e migração de máquinas virtuais entre hospedeiros. Virtualização de Plataformas: esses aplicativos têm a função de criar e rodar as máquinas virtuais. Exemplo: VMware ESX Server, VMware Virtual SMP, VMware VMFS, VMware Server, VMware Workstation, VMware Fusion e VMware Player. Esse monitor de máquinas virtuais possui um sistema de gerenciamento subdividido, em duas partes: uma é o VMApp, que é a máquina virtual que roda no sistema no hospedeiro e a outra parte é o VMDriver é a camada de software que roda junto com o sistema operacional do hospedeiro, que tem a função de processar as requisições feitas pelo VMApp, por exemplo requisições relacionadas a rede, E/S, memória e processamento [VMWARE 2009]. O VMware Esxi, trata-se de uma versão robusta, usado em servidores de grande porte. É um Sistema Operacional dedicado, possui Kernel proprietário, trata-se de um 6 Os benchmarks desenvolvidos por este consórcio de empresas são programas reais (o que os classifica como benchmarks de aplicação), que visam medir o desempenho da maior parte possível de componentes do sistema, principalmente o processador, arquitetura de memória e compilador.

9 sistema bare-metal, ou seja, ele roda diretamente sobre o hardware. Como características principais ele possui: uma forte camada entre o hardware e o sistema operacional, o particionamento do servidor físico em varias máquinas virtuais e controle total dos recursos do servidor [VMWARE 2009] Linpack Desenvolvido por Jack Dongarra em 1983, do Argonne National Laboratory. Consiste em programas criados para resolver sistemas de equações lineares densas (não esparsas), utilizando o pacote de sub-rotinas. Possui alta porcentagem de somas e multiplicações em ponto flutuante [LINPACK 2009]. O Algoritmo Linpack é um dos mais famosos benchmarks atualmente, utilizado inclusive nos testes das 500 máquinas mais rápidas do mundo, que é a lista do top500.org, por ser o algoritmo que tem maior número de resultados publicados [TOP500]. O Linpack pode ser classificado como benchmark tipo algoritmo. Ele possui dois conjuntos de rotinas: um para decomposição de matrizes e outro para resolver o sistema de equações lineares resultantes da decomposição [LINPACK 2009]. Os resultados dos testes podem ser apresentados nas seguintes unidades de medida, MFLOPS (Millions of Floating Point Operations per Second), GFLOPS (Billions of Floating Point Operations per Second) ou TFLOPS (Trillions of Floating Point Operations per Second) [LINPACK 2009]. Sua aplicação é muito empregada em computadores, que utilizam softwares para cálculos científicos e de engenharia, visto que as operações mais utilizadas nestes tipos de aplicações são em ponto-flutuante [LINPACK 2009] Benchmark Algoritmo Nas VDIs criadas, serão aplicados testes de benchmark, conforme o algoritmo desenvolvido pelos acadêmicos João Lucas Ferreira e Renato Barros, ambos da Universidade PUC (Pontifícia Universidade Católica) de Poços de Caldas Minas Gerais. O algoritmo foi gentilmente disponibilizado pelos seus desenvolvedores no site da Universidade 7. Abaixo a descrição dos testes propostos por esse algoritmo [FERREIRA E BARROS, 2007]: Teste de Processador: será avaliado o tempo que cada máquina virtual, leva para executar uma função, que gera os números primos de 0 até Teste de Memória: será verificado o tempo que cada máquina virtual leva, para alocar em memória, uma matriz 1000x5000, e depois desalocar. Escrita em Disco: será verificado o tempo necessário para escrita de um arquivo em disco de tamanho 15 MB. Leitura em Disco: será verificado o tempo necessário para leitura do arquivo criado anteriormente. 7

10 5. Trabalhos relacionados Essa seção apresenta dois trabalhos relacionados com a área de virtualização e testes de desempenho. Essas pesquisas apresentam comparativos de desempenho, entre sistemas virtualizados em comparação com sistemas em modo nativo. O primeiro trabalho tratase de um estudo comparativo entre as principais ferramentas de virtualização. Essa pesquisa trata-se de um TCC (Trabalho de Conclusão de Curso), produzido pelo acadêmico Marcos Tadeu de Andrade, juntamente com o seu orientador, André Santos, ambos oriundos da Universidade Federal do Pernambuco. A pesquisa apresentou um comparativo de desempenho, entre dois cenários computacionais, um usando virtualização e outro em modo nativo [ANDRADE 2006]. Para efetuar as medições, foram criados dois cenários, um nativo (cenário 1) e outro virtual (cenário 2) com duas máquinas virtuais rodando em paralelo. Nas medições foram utilizadas as seguintes ferramentas: Openbench, SysBench, Netperf, Unixbench, Ubench, Httperf, Autobench, SciMark, Bonnie++. A pesquisa [ANDRADE 2006] apresentou resultados de teste de desempenho, visando à comparação de desempenho de ambientes virtualizados e nativos. Os testes realizados foram executados somente com o sistema operacional GNU/Linux com a distribuição Debian e as medições foram feitas utilizando benchmarks do tipo aplicação. A outra pesquisa foi o estudo da virtualização como alternativa para ambientes de servidores. O outro trabalho também se trata de um TCC, produzido pelos acadêmicos Diogo Ezídio da Silva, Gilberto Lima de Olivera, Leandro de Sousa Rangel e Lucas Timm Florão, juntamente com o seu orientador, Prof. Ms. Mauricio Severich, todos oriundos da FATESG - Faculdade de Tecnologia SENAI de Desenvolvimento Gerencial. A pesquisa apresentou um comparativo de desempenho entre três soluções para virtualização de servidores: Vmware Server, Xen e o Linux KVM [SILVA, 2008]. A proposta dessa pesquisa era de explorar a virtualização de servidores como uma maneira de obter melhor aproveitamento de hardware. Para isso foram executados os seguintes testes de desempenho: codificação de vídeo (utilizando o software Transcode), Análise de desempenho geral (com o software LMBench, transferência de arquivo com 4GB via NFS (cliente Linux) e SMB (cliente Windows), e inundação de requisições simultâneas para o servidor web utilizando o software AB (Apache Benchmark). Esse trabalho foi feito visando à comparação de desempenho das ferramentas citadas anteriormente. Os testes de desempenho foram aplicados para simulação de cargas de trabalho em servidores virtuais. Os acadêmicos concluíram que a ferramenta Xen Source obteve o melhor custo beneficio em comparação com as outras ferramentas testadas [SILVA, E.D, OLIVEIRA, G.L, RANGEL, L.S, FLORÃO, 2008].

11 6. Metodologia da Implementação Nesse trabalho foram executados testes de desempenho em desktops virtuais com sistemas operacionais Windows e Linux. Para efetuar as medições de desempenho foram executados benchmarks do tipo algoritmo apresentados nas seções 4.2 e 4.3. Foram criados dois ambientes virtualizados, um com virtualização total e outro com paravirtualização, ambos utilizando a ferramenta Vmware Esxi como hypervisor. As medições de desempenho foram feitas com os sistemas operacionais Windows 7 e GNU/Linux com a distribuição Ubuntu Não está nos objetivos dessa pesquisa a comparação entre sistemas operacionais e sim a comparação entre as duas técnicas de virtualização apresentadas nas seções 2.1 e Máquinas Virtuais A tabela 1 apresenta uma visão das comparações de desempenho entre as máquinas virtuais que utilizam Virtualização Total com as máquinas virtuais que utilizam a Paravirtualização. Virtualização Total Paravirtualização Sistema Operacional Arquitetura Sistema Operacional Arquitetura Windows 7 x86 Windows 7 x86 Ubuntu 9.10 x86 Ubuntu 9.10 x86 Tabela 1. VDI 01: utilizando Virtualização Total apresenta as comparações feitas entre as duas técnicas de virtualização. Para aplicar os testes de desempenho, foram criadas duas VDIs, utilizando a ferramenta Vmware Esxi, uma utilizando a técnica de virtualização total e outra trabalhando com paravirtualização. As estruturas dessas VDIs ficam exemplificadas nas figuraras 6 e 7. App App Máquinas Virtuais x86 x86 Vmware ESXI (Virtualização TOTAL) HyperVisor Hospedeiro Figura 6. VDI 01: Utilizando Virtualização Total apresenta a VDI criada utilizando virtualização total; e as VMs que foram instaladas, para execução dos testes.

12 App App Máquinas Virtuais x86 x86 Vmware ESXI (PARAVIRTUALIZAÇÃO) HyperVisor Hospedeiro Figura 7. VDI 02: Utilizando Paravirtualização apresenta a VDI criada utilizando paravirtualização; e as VMs que foram instaladas, para execução dos testes. A tabela 2 apresenta as configurações de hardware das máquinas virtuais que foram testadas. Sistema Operacional Arquitetura Memória HD Windows 7 x MB 20 GB Ubuntu 9.10 x MB 20 GB Tabela 2. Especificação de Hardware das VMs apresenta as configurações de hardware disponibilizadas para cada uma das VMs; tanto para virtualização total quando para a paravirtualização. A tabela 3 apresenta as configurações de hardware do servidor físico (hospedeiro) utilizado para a criação das VDIs e a versão do hypervisor utilizado. Sistema Operacional Processador Memória HD Fabricante Modelo Vmware Esxi Métricas Pentium (R) Dual-Core E Ghz 4 GB 250 GB HP DX 7500 Tabela 3. Especificação de Hardware do Hospedeiro apresenta as configurações de hardware do servidor físico utilizado. Os testes de desempenho foram executados em cada um dos desktops virtuais 100 (cem) vezes repetidamente, sem intervenção humana. Os resultados foram gravados pelo próprio algoritmo de repetição que executava os testes. Os resultados foram gravados no disco local de cada desktop virtual. O Benchmark algoritmo em sua concepção original executa todos os 5 testes apresentados na seção 4.3, em sequência. Porém para medir separadamente cada uma das métricas propostas pelo algoritmo, foi necessário modifica-lo para executar cada um dos testes em separado. Cada um dos testes gravou em disco, um arquivo diferente contendo os resultados em tempo/s para execução de cada interação, de cada teste.

13 Foram aplicados todos os testes propostos pelo algoritmo: cálculo de primos, teste de Memória, escrita em disco e leitura em Disco. Os testes com o algoritmo Linpack foram executados nas mesmas VDIs utilizadas nos testes com o algoritmo benchmark. O teste com o algoritmo Linpack apresenta o resultado para a seguinte métrica: MFLOPS (Millions of Floating Point Operations per Second) que cada desktop virtual executou para o cálculo de uma matriz de 500 x 500. Os testes realizados com esse algoritmo seguem a mesma metodologia dos testes do Benchmark Algoritmo. A gravação dos resultados em disco ocorreu em sequência após a execução de cada teste, não afetando os resultados Resultados Essa subseção apresenta os resultados obtidos com os algoritmos apresentados nas subseções 4.2 e 4.3 baseando-se nas métricas propostas na subseção Cálculo de Primos Esse teste apresenta a média de tempo gasto por cada uma das máquinas virtuais no teste, apresentado da seção 4.3 no item teste de processador. A figura 8 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Linux. Cáculo de Primos (s) 3,00 2,50 2,00 2,66 UbuntuX86FULL 2,33 UbuntuX86PARA Figura 8. Cálculo de Primos nos Desktops Linux tempo necessário para executar um programa de cálculo de números primos; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor. A figura 9 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Windows. 2,45 2,25 Cáculo de Primos (s) 2,38 2,31 2,05 WIN7X86FULL WIN7X86PARA Figura 9. Cálculo de Primos nos Desktops Linux tempo necessário para executar um programa de cálculo de números primos; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor.

14 Alocação em memória Esse teste apresenta a média de tempo gasto por cada uma das máquinas virtuais no teste, apresentado da seção 4.3 no item teste de memória. A figura 10 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Linux. 1,30 1,20 1,10 1,00 Alocação de Memória (s) 1,23 1,16 UbuntuX86FULL UbuntuX86PARA Figura 10. Alocação de Memória Desktops Linux tempo necessário para alocar em memória uma matriz 1000 x 5000 e depois desalocar; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor. A figura 11 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Windows. 1,25 1,15 1,05 Alocação de Memória (s) 1,18 1,05 0,95 WIN7X86FULL WIN7X86PARA Figura 11. Alocação de Memória Desktops Linux tempo necessário para alocar em memória uma matriz 1000 x 5000 e depois desalocar; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor Escrita em disco Esse teste apresenta a média de tempo gasto por cada uma das máquinas virtuais no teste, apresentado da seção 4.3 no item escrita em disco. A figura 12 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Linux.

15 1,20 1,15 1,10 Escrita de arquivo em disco(s) 1,18 1,12 1,05 UbuntuX86FULL UbuntuX86PARA Figura 12. Escrita de arquivo em disco Desktops Linux tempo necessário para escrever em disco um arquivo de tamanho 15 MB; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor. A figura 13 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada ma dos desktops virtuais Windows. 1,26 1,24 1,22 1,20 1,18 Escrita de arquivo em disco(s) 1,24 1,21 WIN7X86FULL WIN7X86PARA Figura 13. Escrita de arquivo em disco Desktops Windows tempo necessário para escrever em disco um arquivo de tamanho 15 MB; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor Leitura em disco Esse teste apresenta a média de tempo gasto por cada uma das máquinas virtuais no teste, apresentado da seção 4.3 no item leitura em disco. A figura 14 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Linux. Leitura de arquivo em disco(s) 58,00 56,00 56,00 54,00 52,00 52,00 50,00 UbuntuX86FULL UbuntuX86PARA

16 Figura 14. Leitura de arquivo em disco Desktops Linux tempo necessário para leitura do disco um arquivo de tamanho 15 MB; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor. A figura 15 apresenta a diferença entre as médias de tempo gasto por cada um dos desktops virtuais Windows. 23,50 23,00 Leitura de arquivo em disco(s) 23 22,50 22,00 21,50 WIN7X86FULL 22 WIN7X86PARA Figura 15. Leitura de arquivo em disco Desktops Linux tempo necessário para leitura do disco um arquivo de tamanho 15 MB; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Menor é melhor Linpack Esse teste apresenta a média de tempo gasto por cada uma das máquinas virtuais para a métrica: MFLOPS (Millions of Floating Point Operations per Second) que desktop virtual executou no cálculo de uma matriz de 500 x 500. A figura 16 apresenta a diferença de MFLOPS processados por cada um dos desktops virtuais Linux Operações de Ponto Flutuante (MFlops) UbuntuX86FULL UbuntuX86PARA Figura 16. MFLOPS Desktop Linux tempo necessário para o calculo de uma matriz 500 x 500; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Maior é melhor. A figura 17 apresenta a diferença de MFLOPS processados por cada um dos desktops virtuais Windows.

17 Figura 17. MFLOPS Desktop Windows tempo necessário para o calculo de uma matriz 500 x 500; média de tempo para cada execução (repetida 100 vezes); Maior é melhor Considerações sobre os resultados Os resultados anteriores mostram uma diferença esperada de desempenho entre a virtualização total e a paravirtualização. Conforme [SMITH, J. E. e NAIR, R. 2005] as máquinas virtuais paravirtualizadas acessam diretamente o hardware do hospedeiro. Esse acesso direto maximiza o desempenho da paravirtualização em relação à virtualização total. É possível ver isso pelos resultados apresentados. 7. Considerações Finais Operações de Ponto Flutuante (MFlops) WIN7X86FULL WIN7X86PARA Esse trabalho mostra que a utilização de desktops virtuais, além de ser um tema recorrente, apresenta-se com alternativa para os problemas existentes no modelo tradicional de Desktops. Através dos resultados apresentados nas seções anteriores, foi possível constatar que o não comprometimento da experiência do usuário não é tarefa fácil. Para virtualizar é necessário um projeto, que leve em consideração situações típicas como: tipo de aplicações utilizadas, necessidade de processamento e armazenamento. Para o desenvolvimento desse trabalho, foram encontradas algumas dificuldades: disponibilidade de um hospedeiro (físico) compatível com a HCL (Hardware Compatibility List) do hpyervisor Vmware Esxi e o fato de que a ferramenta Vmware Esxi não trabalhar com paravirtualização para arquitetura 64 bits. Essas dificuldades impediram as medições com sistemas operacionais 64 bits. Como trabalhos futuros sugere-se testes de desempenho comparando outras soluções de virtualização de Desktops, a fim de verificar uma solução que atenda melhor as necessidades e experiência de uso do usuário. Ainda sugere-se como trabalhos futuros uma pesquisa a fim de verificar porque o Windows 7 teve desempenho superior ao Ubuntu nos testes executados.

18 Referencias ANDRADE, M. Tadeu, Um estudo comparativo sobre as principais ferramentas de virtualização, In: Universidade Federal de Pernambuco. p BERRY 1991 Berry M.; Cybenko G.; Larson, J. "Scientific benchmark characterizations". Parallel Computing, Vol. 17, Number 10AND11, DecemBERRY 1991, p CARMONA 2008, Tadeu. Technical Review Virtualização. 1.ed. São Paulo: Editora Linux New Media do Brasil Ltda, p. FERREIRA E BARROS 2007, João Lucas, Renato. Benchmark. Acesso novembro de GOLDBERG, R. P Architecture of Virtual Machines. AFIPS National Computer Conference, New York NY USA. GOLDEN 2008, Bernard; SCHEFFY, Clark. Virtualization for Dum Special Edition. Indianapolis: Wiley Publishing INC, HENESSY, J.L.; PATTERSON, D.A. "Computer Architecture: A quantitative approach". 4th edition. Morgan Kauffman Publishers, JAIN, R. 1991, The Art of Computer Systems Performance Analysis, John Wiley AND Sons Inc, 1991, 685 p. LAUREANO, 2006 Laureano, M. Máquinas Virtuais e emuladores. Conceitos,Técnicas e Aplicações Novatec Editora, São Paulo LINPACK Acessado em de novembro de NANDA AND CHIUEH, 2005 Nanda, S. and Chiueh, T. A Survey on Virtualization Technologies Technical Report. Department of Computer Science.University at Stony Brook, NY. SILVA, E.D, OLIVEIRA, G.L, RANGEL, L.S, FLORÃO, 2008, L.T,Virtualização como Alternativa para ambientes de servidores, In: Faculdade de Tecnologia SENAI de Desenvolvimento Gerencial.

19 SMITH, J. E. e NAIR, R Virtual Machines: Versatile Platforms for Systems and Processes: 1.ed. New York:USA,2005. p SPEC acesso em 25/08/2009 SUGERMAN,2001, J. Venkitachalam, G. and Lim, B.-H. (2001). Virtualizing I/O devices on VMware workstation s hosted virtual machine monitor. In Proc. General Track: 2001 Usenix Annual Technical Conference, pages Usenix Assoc. TOP500 Acessado em de novembro de VMWARE 2009 (http://www.vmware.com) Acesso novembro 2009.

20 Anexos Figura 18. Tela principal do Vmware Esxi apresenta à tela de acesso à ferramenta; através do aplicativo: Vmware vsphere Client. Figura 19. Teste de desempenho em andamento Ubuntu x86 apresenta o teste do algoritmo Linkpack em andamento no Desktop Ubuntu 9.10 x86.

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