ERELYN LUÍS GONÇALVES ALVES JOÃO PAULO FERREIRA DOS SANTOS ANÁLISE DE DESEMPENHO DE MÁQUINAS VIRTUAIS USANDO BENCHMARK.

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1 ERELYN LUÍS GONÇALVES ALVES JOÃO PAULO FERREIRA DOS SANTOS ANÁLISE DE DESEMPENHO DE MÁQUINAS VIRTUAIS USANDO BENCHMARK. BELÉM/PA 2011

2 ERELYN LUIS GONÇALVES ALVES JOÃO PAULO FERREIRA DOS SANTOS ANÁLISE DE DESEMPENHO DE MÁQUINAS VIRTUAIS USANDO BENCHMARK. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas da UNAMA - Universidade da Amazônia, como exigência parcial para obtenção do título de Bacharel em Ciência da Computação. Elaborado sobre orientação do Prof. MSc. Ananias Pereira Neto. BELÉM/PA 2011

3 ERELYN LUÍS GONÇALVES ALVES JOÃO PAULO FERREIRA DOS SANTOS ANÁLISE DE DESEMPENHO DE MÁQUINAS VIRTUAIS USANDO BENCHMARK. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do grau de Bacharelado em Ciência da Computação. Data da Defesa: / / Conceito: Banca Examinadora: Orientador: Prof. MSc. Ananias Pereira Neto Membro: Prof. MSc. Max Trindade Membro: Prof. MSc. Ricardo Ferreira BELÉM/PA 2011

4 AGRADECIMENTOS Agradecemos, em primeiro lugar, a Deus, por estar presente nos momentos alegres e difíceis de nossa caminhada, dando-nos forças e sabedoria para superarmos os embaraços e alcançarmos o nosso objetivo: concluirmos a nossa graduação. Eu (Erelyn Luis) agradeço ao Prof. Dr. Mauro Margalho Coutinho e ao Prof. Dr. Afonso Jorge Ferreira Cardoso, por disponibilizarem seu tempo para avaliar o trabalho que agora apresentamos. Agradeço também as minhas tias Alvina e Ana Lúcia, pelo incentivo e apoio que sempre me deram para cursar e concluir o curso superior que escolhi. Agradeço ainda à minha mãe pela ajuda que me prestou na elaboração do TCC. E, finalmente, agradeço a companhia de minha filha Ana Clara, cuja presença alegra minha vida, especialmente, nos finais de semana que partilhamos. Eu (João Paulo) agradeço à minha mãe, Ray Santos, mulher guerreira, grande educadora que me deu a vida, pelo amor que me dedica, que desde cedo mostrou o valor da vida e o compromisso de vivê-la de forma intensa, com dignidade, com vigor e com a sabedoria de um peregrino que sempre está em busca de novos caminhos. A senhora é e sempre será a base de tudo em minha vida; e ao meu padrasto Moura, que jamais mediu esforços para que esta conquista fosse realizada. Agradecemos ainda aos nossos familiares, que tanto nos incentivaram e nos deram o suporte necessário para seguirmos na vida acadêmica. Ao nosso orientador, Prof. Msc. Ananias Pereira Neto, por sua compreensão e sua enorme paciência em poder nos ajudar em nossas dúvidas ao longo do curso. Aos professores do curso de Bacharelado da Universidade da Amazônia (UNAMA), os quais, durante o período do curso da graduação, oportunizaram o aprimoramento de conhecimentos e contribuíram positivamente para desenvolvermos habilidades no curso de Ciências da Computação. A todos o nosso muito obrigado!

5 O tempo não perdoa os erros que cometemos... Ele é implacável: passado é passado, e não há nada que possamos fazer diante desse fato. Mas, a cada dia, temos a oportunidade de mudar e recomeçar devido a um presente divino: o hoje! Niara De Sousa Almeida

6 RESUMO Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre dois sistemas operacionais anfitriões: o Windows Server 2008 x64 e o Linux CentOS x64. Nessa comparação foram utilizadas duas ferramentas virtualizadoras: a VirtualBox4.1.6 e a VMWare Workstattion8. Observamos as características gerais, o desempenho e os recursos de cada um desses sistemas anfitriões para que pudéssemos encontrar a melhor aplicação para cada um deles, bem como verificar a eficiência de cada sistema, individualmente, desenvolvendo os gráficos de desempenho de cada máquina virtual e sua plataforma. O objetivo do estudo foi identificar o sistema anfitrião de melhor desempenho, seja com o virtualizador VirtualBox4.1.6, seja com o virtualizador VMWare Workstattion8. Foram abordados temas como a virtualização, as vantagens e os tipos de virtualização, a paravirtualização e o conceito de benchmark. Concluímos, neste estudo, que o melhor sistema operacional anfitrião encontrado, mediante os testes realizados, foi o sistema Linux. PALAVRAS-CHAVE: Sistemas operacionais anfitriões; Virtualização; Benchmark; Compactação.

7 ABSTRACT Our objective with this research, a comparative analysis between two host operating systems: Windows Server 2008 x64 and x64 CentOS Linux. In this comparison, we used two virtualization tools: VMWare and the VirtualBox4.1.6 Workstattion8. In this context, we note the general characteristics, performance and resources of each of these host systems so that we could find the best application for each, as well as verify the efficiency of each system individually, developing the graphics performance of each machine and its virtual platform to identify the best performing host system, either with the virtualizer VirtualBox4.1.6, either with the VMware virtualized Workstattion8. Topics covered in virtualization, the benefits and types of virtualization, paravirtualization and the concept of benchmarks. In conclusion, this study, the best host operating system found by the tests performed, the system was Linux. KEY-WORDS: Operating Systems hosts. Virtualization. Benchmarks. Compaction.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Organograma do ambiente de teste...14 Figura 2: Modelo de Virtualização...18 Figura 3: Tela da ferramenta VMWare executando o SO Windows...24 Figura 4: Tela da ferramenta VirtualBox...25 Figura 5: Operação com números inteiros...28 Figura 6: Operação com números fracionários...29 Figura 7: Operação com números dobrados...30 Figura 8: Teste de latência de comunicação local...31 Figura 9: Teste de processador...34 Figura 10: Teste virtual machine...35 Figura 11: Controle de memória...36 Figura 12: Stoprege device...38 Figura 13: Redes locais...39 Figura 14: Compactação 7z em segundos...40 Figura 15: Compactação usando p Figura 16: Resultado da Codificação de áudio usando Windows...42 Figura 17: Resultado Codificação de áudio usando Linux...43 Figura 18: Codificação de vídeo no Linux...44 Figura 19: Codificação de vídeo usando Windows...45

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Resultado dos teste com números...28 Tabela 2: Resultado dos testes com números fracionários...29 Tabela 3: Resultado dos testes com números dobrados...30 Tabela 4: Resultado do teste de latência de memória...32 Tabela 5: Resultado dos testes de processador...34 Tabela 6: Resultado dos testes de máquina virtual...35 Tabela 7: Resultado dos testes de controle de memória...36 Tabela 8: Resultado dos testes de disco...38 Tabela 9: Resultado do teste de rede local...

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11 13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO VISÃO GERAL OBJETIVO METODOLOGIA DO ESTUDO Trabalhos relacionados Características do estudo ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO O PROCESSO DE VIRTUALIZAÇÃO VANTAGENS DO PROCESSO DE VIRTUALIZAÇÃO TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO A Emulação de Hardware Virtualização Completa Paravirtualização Virtualização de Instruções (Instruction Set Virtualization) FERRAMENTAS DE VIRTUALIZAÇÃO VMWare Workstation Virtual Box EXPERIMENTOS E RESULTADOS DESCRIÇÃO DO AMBIENTE ANÁLISE DE DESEMPENHO SOBRE O LMBENCH Operações com Números Inteiros (Integer) Operações com Números fracionários (Floats) Operações com Números Dobrados (Double) Latência para a Comunicação Local SOBRE O SISOFTWARE SANDRA Testes de processamento da CPU Testes com máquinas virtuais Testes com o controlador de memória Testes de Disco Teste de Rede Local...38

12 COMPACTAÇÃO DE ARQUIVOS CODIFICAÇÃO DE ÁUDIO CODIFICAÇÃO DE VÍDEO CONSIDERAÇÕES FINAIS...46 REFERÊNCIAS...48 APÊNDICES INTRODUÇÃO 1.1 VISÃO GERAL Este trabalho foi desenvolvido com o propósito de verificar se há diferença de desempenho na utilização de diferentes tipos de sistema operacionais anfitriões. Escolheu-se o Windows e o Linux como sistemas anfitriões a serem testados. O primeiro, por ser o mais utilizado; e o segundo; por ser um software livre. Outro motivo importante foi o fato de existirem virtualizadores compatíveis com ambos os sistemas (multiplataforma), a saber o VirtualBox4.1.6 e VmWare Worksattion8. Existem tipos e técnicas de virtualização. Os tipos são a virtualização do hardware, do sistema operacional e das linguagens de programação; as técnicas são a virtualização total e a paravirtualização. No caso deste estudo, optou-se pela virtualização total do sistema operacional, tendo em vista os recursos materiais disponíveis na universidade para desenvolver os testes necessários. Utilizou-se a técnica denominada benchmark, que, segundo Scalzo et al (2007), é o ato de executar um programa de computador ou um conjunto de programas, ou sequências operacionais, a fim de avaliar a performance de um processador, memória, código de programação etc., quando são realizados uma série de testes que possibilitam avaliar de forma consistente o desempenho de determinado sistema operacional. Por meio do benchmark, é possível definir qual ferramenta se encaixa melhor para cada tipo de situação de trabalho. As empresas proprietárias do sistema anfitrião executam uma série de testes-padrão e ensaios nos seus produtos (sistema operacional), mas o método utilizado para os testes não estão disponíveis ao usuário e só divulgam os resultados que lhes são favoráveis.

13 15 Por outro lado, o usuário não detém o conhecimento necessário ou disponibilidade de tempo para fazer testes comparativos entre sistemas operacionais. Recorre, via de regra, apenas aos manuais (feitos com base em princípios científicos) e ao conhecimento empírico que detém quanto ao funcionamento do sistema (hardware e software), e, especialmente, quanto ao contexto de aplicação a que se destinam os dados. Portanto, as análises que aqui serão apresentadas, poderão contribuir com informações detalhadas sobre o desempenho dos sistemas operacionais Windows e Linux diante de situações similares às testadas neste trabalho. 1.2 OBJETIVO Realizar a análise comparativa entre dois sistemas operacionais anfitriões, o Windows Server 2008 x64 e o Linux CentOS x64, utilizando duas ferramentas virtualizadoras: a VirtualBox e a VMWare Workstattion METODOLOGIA DO ESTUDO Após o levantamento bibliográfico, iniciou-se a execução dos testes. Utilizouse o hardware com 8GB de memória RAM, sendo que dessa memória, 4GB foram destinados inteiramente para executar a máquina virtual. O processador utilizado foi um Intel Core 2 Quad Q9550S, sendo disponibilizados apenas dois núcleos para as máquinas virtuais. Instalou-se primeiramente o sistema anfitrião; sobre ele, os virtualizadores; e sobre estes, as máquinas virtualizadas, com dois processadores, 4 GB de memória e 40 GB de HD, conforme Figura 1.

14 16 W L W L W L W L VMWare VirtualBox VMWare VirtualBox Windows (sistema anfitrião) Linux (sistema anfitrião) HARDWARE Figura 1: Organograma do ambiente de teste Os sistemas anfitriões usados foram o Windows Server 2008 x64 e o Linux CentOS x64; os vitualizadores, o VirtualBox e o VMWare Workstattion 8; e as máquinas virtualizadas, o Windows Server 2008 x64 e o Linux Debian x64. Optou-se por essa versão do Linux por proporcionar maior facilidade na aplicação dos testes. Para os testes não terem problemas cada máquina virtual foi executada individualmente. Os detalhes de cada teste estão comentados no Capítulo Trabalhos relacionados Na revisão bibliográfica, encontrou-se poucos trabalhos acadêmicos disponíveis sobre testes em máquinas virtuais. Assim, nossa referência foi centrada em dois artigos, por estes se aproximarem do estudo que se queria empreender, os quais foram: Virtualização como alternativa para ambiente de servidores, de Silva et al (2008) e Comparativo entre ferramentas de virtualização, de Baruchi (2008). No primeiro estudo, de Silva et al (2008), foram realizados testes de desempenho para comparar três virtualizadores: o KVM, Xen e VMware Server 2. Os virtualizadores foram executados em um sistema anfitrião Linux CentOS 5.6 com kernel , com máquinas virtualizadas Linux e testes em Linux, em todos os casos. Foram executados testes de beachmark com LMBench, codificação de vídeo no Linux e testes no servidor Web Apache; o teste transferência de arquivos foi realizado tanto com cópia de um arquivo de 4 GB para o Windows quanto com o Linux. Em todas as máquinas virtuais foi alocado somente um processador para realizar os referidos testes. A análise de Baruchi (2008) foi efetuada através de testes de desempenho que compararam três virtualizadores: o VMware Server 1.7, VirtualBox 2.0 e o

15 17 VirtualServer Baruchi (2008) utilizou o Windows 2003 Server R2 SP2 como sistema anfitrião e virtualizou o sistema operacional de Desktop Windows XP Profissional SP2. Os testes foram realizados sobre o sistema operacional Windows XP, além dos testes de comparação com o sistema desktop sem estar virtualizado. Entende-se que os testes aplicados por Baruchi (2008) podem ter alguns problemas de confiabilidade, devido à utilização de um sistema operacional desktop que tem algumas limitações quanto a conexões simultâneas de rede e um pior gerenciamento entre os processos do sistema operacional. Os testes aplicados em ambas as situações foram de Benchmark com PCMark 2005, teste com banco de dados e teste de transferência de arquivos por FTP Características do estudo Neste trabalho, utilizou-se dois virtualizadores multiplataforma: o VirtualBox e o VMware Worstation 8.0, em suas versões atualizadas até 11 de novembro de As análises aqui realizadas avançam em quatro aspectos com relação aos trabalhos anteriores: 1. Utilizou-se mais de um sistema anfitrião para realizar os testes Windows e Linux, sendo este o principal escopo do estudo; 2. Virtualizou-se dois sistemas também para realização de testes, tanto no Windows como no Linux; 3. foram usados somente sistemas 64 bits por tornar possível alocar 4GB de memória entre as maquinas, que também só utilizavam SO 64 bits; 4. alocou-se dois processadores para máquinas virtualizadas para realizar os testes com multithreading. 1.4 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO O presente trabalho foi estruturado em quatro capítulos. No primeiro capítulo, apresenta-se as informações gerais a respeito do estudo. No segundo capítulo, comenta-se acerca dos principais conceitos e da situação atual do processo de virtualização, bem como suas vantagens e os tipos de virtualização. No terceiro capítulo, detalha-se a metodologia empregada para a aplicação dos testes escolhidos, bem como as características gerais, o desempenho e os

16 18 recursos de cada um dos sistemas operacionais anfitriões analisados. Também, nesse capítulo, discute-se os resultados obtidos, ilustrados com os gráficos de desempenho. Por fim, apresenta-se as conclusões a que se chegou após a realização dos testes e a análise dos resultados. Esclarece-se que este estudo foi desenvolvido de forma independente, visto que não há vínculo de qualquer espécie entre o pesquisador-analista e as empresas proprietárias. Dessa forma, a sociedade tem ao seu alcance um resultado sem induções comerciais, que expõe as características reais de cada máquina estudada, minimizando as falhas na hora da escolha.

17 19 2 O PROCESSO DE VIRTUALIZAÇÃO Para se compreender o processo de virtualização, faz-se necessário apresentar o que são sistemas operacionais. Na perspectiva do usuário ou programador (visão top-down), é uma abstração do hardware, que faz o papel de intermediário entre o aplicativo (programa) e os componentes físicos do computador (hardware). Na visão bottom-up, de baixo para cima, é um gerenciador de recursos, que controla quais e quando aplicações (processos) podem ser executadas e que recursos (memória, disco, periféricos) podem ser utilizados. Portanto, Sistema Operacional (SO ou OS, do inglês Operating System) são programas complexos, cuja atribuição é responder por todo o funcionamento de uma máquina a partir dos comandos impostos pelo usuário. Um sistema operacional possui as seguintes funções: gerenciamento de processos; gerenciamento de memória; sistema de arquivos; entrada e saída de dados Coelho (2009). Dentre os sistemas operacionais existentes, podemos citar Windows, Linux e Mac OS X, mais conhecidos por serem utilizados em computadores pessoais. Esses sistemas operacionais podem ser virtualizados, isto é, passar por um processo de virtualização. De acordo com Coelho (2009), virtualização é o processo de executar diferentes sistemas operacionais dentro de uma mesma máquina, aproveitando ao máximo a capacidade do hardware, através da emulação de ambientes isolados, isto é, fornecendo ambientes de execução independentes a diferentes sistemas em um mesmo equipamento físico, concomitantemente. Com essa técnica, aumenta-se a quantidade de softwares que podem ser utilizados sobre um mesmo hardware. Os ambientes assim criados são chamados de máquinas virtuais. Portanto, máquinas virtuais são computadores fictícios elaborados por programas de simulação, com memória, processador e outros recursos virtualizados. A sua existência de máquinas virtuais não é recente. Segundo Jones (2006), foi nos anos 60, do século XX, que se fez referência à realização de um processo virtualização, utilizando-se o equipamento IBM 7044 Compatible Time-Share System (CTSS) 1. A figura 2 mostra uma melhor compreensão: 1 Em uma tradução livre, Sistema Compatível com Compartilhamento de Tempo. O equipamento, denominado "Projeto Atlas", resultou de um estudo conjunto entre o MIT (Massachusetts Institute of Technology Instituto

18 20 Fonte: ITconsultoria. Figura 2: Modelo de Virtualização. À época, o chamado Supervisor, sistema operacional do mainframe IBM 704 M44/44X, executava duas máquinas virtuais, uma para o sistema; e outra para a execução de programas. Essa tecnologia serviu de base para outros computadores, como o mainframe IBM System/360 modelo 67, lançado em 1966, no qual o hardware do equipamento era inteiramente acessado por meio de uma interface chamada Virtual Machine Monitor (VMM), o qual funcionava diretamente no hardware básico do equipamento, permitindo a execução de máquinas virtuais. Assim, cada máquina virtual passava a ser uma nova instância do mesmo sistema operacional-base que estivesse em execução. Por esse fato, o antigo termo "Supervisor" foi substituído por Hypervisor, por ter se tornado um software que provê ambiente de virtualização para o sistema operacional rodando acima dele (SILVA et al, 2008). A partir da década de 1970, a IBM lançou uma série de mainframes. Dentre elas, criou o System/370 e, logo após, o sistema operacional VM/370, o qual permitia a criação de múltiplas máquinas virtuais para os mainframes dessa série. O VM/370, hoje, é conhecido como IBM z/vm e mantém compatibilidade total com os aplicativos desenvolvidos ainda para o System/370, bem como com sistemas operacionais para os mainframes da série System/Z. de Tecnologia do Massachusetts), a Ferranti Ltd. e a University of Manchester (universidade de Manchester), no qual foi utilizado um mainframe com implementação de chamadas supervisoras (SILVA et all, 2008).

19 21 Nas décadas de 80/90, no entanto, a virtualização perdeu forças devido à criação de novas aplicações cliente-servidor, provocando, dessa forma, o declínio da plataforma mainframe. Acredita-se que o alto custo inicial de um mainframe incentivou as empresas a investirem em servidores de plataforma 2 x86. Por esse motivo, a plataforma X86 consolidou-se como recurso interessante para o uso da virtualização. De acordo com a empresa VMware Inc apud, Baruchi (2008), pode-se citar três situações que contribuíram para a consolidação da plataforma X86: 1. a larga ascensão da plataforma Linux nos servidores; 2. a adoção do sistema operacional Windows em desktops; 3. A disseminação do sistema operacional Windows nos anos 90. Os mainframes tinham grande capacidade de processamento, ao contrário da fase inicial da plataforma x86, haja vista que esta não era projetada visando a virtualização, como os mainframes sempre o foram, já que visavam a virtualização. Portanto, em cada implementação de algum servidor x86 típico, o teto de uso das CPUs acabava sempre entre 10 a 15% da capacidade total desse servidor. Isso acontecia porque, para cada servidor x86, geralmente se utilizava uma única determinada aplicação, cujo objetivo era o de garantir boa margem de risco contra problemas que pudessem comprometer a produção VMware Inc apud, Baruchi (2008). Todavia, quando, em 1999, a VMware Inc. focalizou a virtualização para o uso da plataforma x86, potencializou a eficiência dos equipamentos dessa plataforma. Esse procedimento possibilitou o aproveitamento de servidores x86, de propósito geral, para prover uma estrutura compartilhada, oferecendo ainda isolamento completo, mobilidade e liberdade de escolha para sistemas operacionais em ambientes de servidores. Baruchi ( 2008). 2.1 VANTAGENS DO PROCESSO DE VIRTUALIZAÇÃO A grande vantagem oferecida pela virtualização se dá por esta suportar várias aplicações em um só sistema físico, quebrando o paradigma vigente até a 2 Na informática, o termo plataforma designa a tecnologia utilizada na Tecnologia da Informação, que facilita a integração dos diversos elementos dessa estrutura. Pode ser compreendida como um processo operacional.

20 22 década de 70 de uma aplicação, um servidor. Ao virtualizar determinado número de sistemas subutilizados em um único servidor físico, a empresa economiza espaço em estrutura física, espaço em disco, refrigeração, energia e tem a possibilidade de centralizar o gerenciamento. Na Consolidação de Servidores, é necessário determinar quais os servidores podem ou não ser virtualizados, fazendo uma avaliação dos recursos existentes. Para tanto, pode-se utilizar ferramentas como MRTG ou Cacti (ambos utilizam SNMP4) para monitorar a performance e o uso de recursos em cada servidor. Uma vez virtualizado, é preciso fazer um acompanhamento do desempenho para verificar se o novo servidor físico ficou sobrecarregado. Caso isso ocorra, é possível migrar determinado servidor virtual para outro servidor físico com o mesmo em operação, sem necessidade de reboot. Dessa forma, faz-se o balanceamento de carga entre vários servidores físicos hospedeiros sem afetar o funcionamento das máquinas virtuais. A virtualização também é importante para se analisar a redundância em data centers, procedimento indispensável 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), basta migrarmos 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. Por exemplo, caso todas as fontes de um servidor queimem ao mesmo tempo, todas as máquinas virtuais dele desligarão. Ou, caso aconteça alguma falha nos discos do servidor ou na storage de armazenamento, todas as máquinas virtuais poderão ser corrompidas. Daí a importância do monitoramento do sistema e do tipo de virtualização a ser aplicada. 2.3 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO Existem vários usos e maneiras de proceder a virtualização. Escolheu-se quatro delas para se comentar, por serem as mais utilizadas, a saber: Emulação de hardware; Virtualização Completa;

21 23 Paravirtualização; Instruction Set Virtualization (Virtualização de Instruções) 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, prejudicando o desempenho do sistema operacional guest 3. Nesse método, todo o hardware de uma máquina virtual é criado via software no sistema hospedeiro para emular o hardware proposto. Ou seja, até o processador da máquina virtual precisa ser criado via software, o que é feito geralmente em assembly. Para emulações de alta-fidelidade, incluindo transições de informação entre registradores para memória cache e criação de pipelines na CPU, a performance pode ser, facilmente, mil vezes menor (JONES, 2006). A emulação de hardware, entretanto, também tem vantagens, por exemplo, com ela é possível rodarmos um sistema operacional guest sem qualquer modificação ou adaptação Virtualização Completa A virtualização completa, também conhecida como "virtualização nativa", é outro método utilizado para a virtualização. Esse modelo usa uma máquina virtual através da mediação entre o sistema operacional hospedeiro (host) e o guest 4. A palavra "mediação" é utilizada, pois o VMM faz a troca entre o sistema operacional virtualizado e o hardware do equipamento. 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. Nesse aspecto, a grande vantagem da virtualização completa é que o sistema operacional pode rodar sem modificações e a desvantagem é que a máquina guest não pode rodar em host de arquitetura diferente. 3 Tipo de máquina virtual em que o monitor é implementado entre o hardware e os sistemas convidados (guest system). 4 Tipo de máquina virtual em que o monitor é implementado como um processo de um sistema operacional real, denominado sistema anfitrião (host system)

22 24 Um grande obstáculo para a virtualização completa foi o fato de que, em dezessete 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 Baruchi (2008). Esses erros variavam desde informações no sistema operacional, até a finalização inesperada da aplicação. Assim, essas dezessete instruções foram apontadas como um importante marco para a criação do primeiro ambiente de virtualização completa da plataforma x86, o VMware Workstation, cuja primeira edição ocorreu em 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. Baruchi (2008) explica que por meio da paravirtualização, o hypervisor é criado como uma camada abaixo do sistema operacional, o qual por sua vez, multiplexa o acesso dos guests ao hardware do equipamento. Assim, o próprio sistema operacional nativo (e, nesse caso, de gerenciamento) é transformado em máquina virtual 5. Dessa maneira, 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 desse 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. 5 Segundo SIQUEIRA (apud BARUCHI, 2008), este modelo como hypervisor obtém preferência para os ambientes virtualizados, pois, os hóspedes sabem perfeitamente que rodam em um ambiente virtual. Para isso, os guests precisam ser corrigidos, o que só é possível conseguir em sistemas de código aberto

23 Virtualização de Instruções (Instruction Set Virtualization) Outro aspecto mais recente da virtualização é chamado Instruction Set Virtualization (Virtualização de Instruções). Nesse modelo, 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,um exemplo recente desse modelo é utilizado no processador Crusoe, da Transmeta, (empresa que criou esse processador). A arquitetura desse processador implementa tradução binária com o nome Code Morphing. O mesmo processo também é utilizado para a 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. 2.3 FERRAMENTAS DE VIRTUALIZAÇÃO As ferramentas de virtualização, conhecidas como Máquinas Virtuais (Virtual Machine - VM), são softwares que representam as funcionalidades de um hardware (LAURENO et al., 2006). Os recursos dessas VMs, referentes à memória, processador etc., são virtualizados quando em execução em um computador. Dessa forma, os recursos do computador ficam divididos em vários ambientes de execução. As Máquinas Virtuais podem executar softwares tanto como sendo servidores como clientes. Entretanto, o sistema de virtualização não depende apenas do software, é necessário que o hardware seja capaz de suportar o processo de virtualização. Esse processo é uma tecnologia que cria uma camada de software que faz uma comunicação direta com o hardware, fazendo com que haja a possibilidade de que mais de um sistema operacional seja executado em um mesmo computador. Atualmente, existem várias ferramentas que permitem o processo de virtualização. A seguir, apresenta-se duas ferramentas de virtualização bastante utilizadas nos dias de hoje.

24 VMWare Workstation VMware Workstation é uma máquina virtual da VMware feita para desktops que permite a utilização de um sistema operacional dentro de outro. É executado como um programa dentro de um sistema operacional hospedeiro, o qual é responsável pela abstração dos dispositivos disponibilizados para o sistema operacional que será executado dentro da máquina virtual. Essa Virtual Machine é como um aplicativo visto pelo sistema anfitrião, ou seja, cria um hypervisor que tem a capacidade de traduzir o sistema guest para o host. Essa ferramenta é utilizada em ambientes de desenvolvimento, no qual se necessita testar uma aplicação em várias plataformas; em testes de sistemas operacionais, por exemplo, podemos usar para executar o Windows dentro do Linux, ou vice-versa, um de seus usos mais comuns; dentre outras aplicações. A Figura 3 apresenta a tela da ferramenta que mostra o sistema operacional Windows sendo executado no sistema hospedeiro Linux. Figura 3: Tela da ferramenta VMWare executando o SO Windows.

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