FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI DE DESENVOLVIMENTO GERENCIAL FATESG CURSO TÉCNICO EM REDES DE DADOS

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1 FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI DE DESENVOLVIMENTO GERENCIAL FATESG CURSO TÉCNICO EM REDES DE DADOS André Cardozo André Luiz Souza Ferreira Eduardo Macedo Santos VIRTUALIZAÇÃO DE SERVIDORES COM XEN SOURCE Goiânia 2010

2 André Cardozo André Luiz Souza Ferreira Eduardo Macedo Santos VIRTUALIZAÇÃO DE SERVIDORES COM XEN SOURCE Trabalho de Conclusão de Curso TCC apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI de Desenvolvimento Gerencial FATESG, para a obtenção do título de Técnico em Redes de Dados. Orientador: Prof. Esp. Ricardo Goiânia 2010

3 CURSO TÉCNICO EM REDES DE DADOS André Cardozo André Luiz Souza Ferreira Eduardo Macedo Santos Virtualização De Servidores Com Xen Source Trabalho de Conclusão de Curso TCC apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI de Desenvolvimento Gerencial FATESG, para a obtenção do título de Técnico em Redes de Dados. Aprovada em de de 2010 Professor Examinador Professor Esp. Ricardo Martins Moreira

4 Dedicamos este trabalho de conclusão de curso para todos os nossos amigos e familiares que acreditaram e nos apoiaram, a FATESG por ter acreditado no curso Técnico em Rede de Dados, ao orientador, Professor que, com dedicação e conhecimento, orientou-nos no decorrer deste trabalho.

5 Agradecemos, primeiramente a DEUS, que nos deu muita força para caminharmos e chegar onde estamos hoje, saúde e disposição neste ano. Também aos amigos e familiares pela compreensão de nossa ausência para elaboração do mesmo.

6 E pelo conhecimento se encherão as câmaras com todos os bens preciosos e agradáveis. (Provérbios 24:4)

7 RESUMO Hoje, 75% dos servidores que acessamos são virtuais de alguma forma, consistindo em um sistema hospedeiro e um sistema convidado, emulando um servidor dentro de outro servidor, compartilhando o hardware, atingindo a mais alta excelência em tecnologia e redução de custos, com mínima perda de desempenho. Este trabalho é destinado à implementação de servidores Xen Source. Xen Source é um monitor de maquinas virtuais, chamado de Hypervisor, de código aberto, fazendo com que uma máquina física execute até mesmo em um hardware comum várias máquinas virtuais, tanto Windows como Linux. Serão tratados os conceitos, o que é, características, sua história, outras formas de virtualização, exemplos de soluções de virtualização, instalação, configuração e gerenciamento. PALAVRAS-CHAVE: Virtualização, Xensource, Hypervisor, Linux.

8 ABSTRACT Today, 75% of the servers that we access are virtual in some way, consisting in a host system and a guest system, emulating a server in another server, sharing the hardware, reaching the most highest excellence in technology and cost reduction, with a minimal loss of performance. This work is destined to implementation of Xen Source servers. Xen Source is a Virtual Machine Monitor, called Hypervisor, from Open Source, making that a physical machine run even on a common hardware multiple virtual machines, both Windows and Linux. Will be dealt the concepts, what this is, characteristics, history, other virtualization ways, solution examples of virtualization, installation, configuration and management. KEYWORDS: Virtualization, Xensource, Hypervisor, Linux.

9 LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1: CONCEITO DA VIRTUALIZAÇÃO DE SERVIDORES...17 FIGURA 2: VISÃO GERAL DE EMULADORES...19 FIGURA 3: VISÃO DA VIRTUALIZAÇÃO COMPLETA...21 FIGURA 4: VISÃO DA PARAVIRTUALIZAÇÃO...23 FIGURA 5: VISÃO DA VIRTUALIZAÇÃO EM NÍVEL DE SISTEMA OPERACIONAL...24 FIGURA 6: VISÃO DA VIRTUALIZAÇÃO COMPLETA COM HYPERVISOR HOSPEDADO...26 FIGURA 7: HYPERVISOR XEN...29 FIGURA 8: HYPERVISOR XEN COM DOMAIN FIGURA 9: TELA DE BOAS VINDAS DO CD DE INSTALAÇÃO DEBIAN...41 FIGURA 10: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE OPÇÃO DE ESCOLHA DO IDIOMA...42 FIGURA 11: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE OPÇÃO DE ESCOLHA DA LOCALIZAÇÃO...42 FIGURA 12: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE ESCOLHA DO MAPA DE TECLAS...43 FIGURA 13: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE INFORMANDO O NOME DA MÁQUINA...44 FIGURA 14: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE INFORMANDO O DOMÍNIO DA MÁQUINA...44 FIGURA 15: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE SELECIONANDO O FUSO HORÁRIO...45 FIGURA 16: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE ERRO ENQUANTO O PARTICIONADOR É INICIADO...45 FIGURA 17: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE ESCOLHENDO O MÉTODO DE PARTICIONAMENTO...46 FIGURA 18: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE ESCOLHENDO MODELO DO HARDWARE DO TECLADO...48 FIGURA 19: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE SELECIONANDO OS RECURSOS A SEREM INSTALADOS...50 FIGURA 20: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE ERRO DURANTE A INSTALAÇÃO DO GRUB...50 FIGURA 21: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE PERGUNTA SOBRE A INSTALAÇÃO DO GRUB NO MBR...51 FIGURA 22: INSTALAÇÃO DEBIAN SQUEEZE LISTA DE BOOT DO GRUB...51 FIGURA 23: VISÃO DO FUNCIONAMENTO DO LVM FIGURA 24: CRIAÇÃO DA MÁQUINA MODELO LOCALES A SEREM GERADOS...72 FIGURA 25: VM EM VIRTUALIZAÇÃO COMPLETA ACESSO POR VNC FIGURA 26: VM EM VIRTUALIZAÇÃO COMPLETA SOLICITAÇÃO DE SENHA NO ACESSO POR VNC FIGURA 27: VM EM VIRTUALIZAÇÃO COMPLETA INSTALAÇÃO DO SISTEMA OPERACIONAL CONVIDADO...89 FIGURA 28: VM EM VIRTUALIZAÇÃO COMPLETA SISTEMA OPERACIONAL CONVIDADO RODANDO...90 FIGURA 29: GERENCIAMENTO DAS MÁQUINAS VIRTUAIS XEN MANAGER TOP...93

10 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS AMD Advanced Micro Devices AMD-V AMD Virtualization ARM Advanced Risc Machine CPU Central Processing Unit DOMID DOMain ID EPIC Explicit Parallel Instruction Computing HD Hard Disk HVC Hypervisor Virtual Console HVM Hardware Virtual Machine IBM International Business Machines LVM Logical Volume Management MIPS Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages NAS Network Attached Storage NIC Network Interface Card NUMA Non-Uniform Memory Access PAE Physical Addressing Extensions RISC Reduced Instruction Set Computer RPM Rotações Por Minuto SMP Symmetric Multi-Processing SO Sistema Operacional SPARC Scalable Processor Architecture UUID Universally Unique IDentifier VE Virtual Environment VM Virtual Machine VMI Virtual Machine Interface

11 VMM Virtual Machines Monitor VMX Virtual Machine Extensions VNC Virtual Network Computing VT Intel Virtualization Technology

12 SUMÁRIO SUMÁRIO INTRODUÇÃO OBJETIVO METODOLOGIA DETALHAMENTO TEÓRICO DEMONSTRAÇÃO E PRÁTICA CONCEITOS DE VIRTUALIZAÇÃO HISTÓRICO DA VIRTUALIZAÇÃO VIRTUALIZAÇÃO HYPERVISOR TÉCNICAS DE VIRTUALIZAÇÃO Emuladores Virtualização Completa Paravirtualização Virtualização em Nível de Sistema Operacional Virtualização Completa com Hypervisor Hospedado HYPERVISOR XEN ORIGENS DO XEN O HYPERVISOR XEN O DOMAIN-0 DO XEN DOMAIN-0 EM SO DAEMON XEND ARQUIVOS DE LOG DO XEND XENSTORE REQUISITOS DE HARDWARE Processadores Discos e Controladores Interface de Rede Dispositivos Gráficos Memória Físicas DEMONSTRAÇÃO HARDWARE UTILIZADO NA DEMONSTRAÇÃO INSTALAÇÃO DO DEBIAN SQUEEZE NO HOST INSTALAÇÃO DO XEN HYPERVISOR NO HOST CRIANDO AS MÁQUINAS VIRTUAIS Levantando as Informações Escolher o Sistema Operacional da Máquina Virtual Escolher o tipo de Virtualização Escolher a Forma de Armazenamento do Sistema Criando Imagens de Discos de Tamanho Fixo Criando Imagens de Discos de Tamanho Dinamicamente Expansível Criando Partições Para as Máquinas Virtuais Definir a Forma de Instalação do Sistema...69

13 5.4.2 Criar Máquina Virtual Paravirtualizada A Máquina Modelo Criar e Configurar a Máquina Virtual Paravirtualizada Criando Máquina Virtual em Virtualização Completa Criando os Discos Criando a Máquina Virtual GERENCIAMENTO DAS MÁQUINAS VIRTUAIS Carregar Máquinas Virtuais Automaticamente no Boot CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...96

14 14 1 INTRODUÇÃO Em Tecnologia da Informação, virtualização se define como a utilização de um único equipamento para a execução de vários sistemas operacionais, cada um desses sistemas rodando dentro das chamadas VM (Virtual Machine - Máquina Virtual). Uma VM se comporta como se fosse um computador físico e independente do hardware real onde ela está rodando. Em um ambiente onde não é utilizada a virtualização, para cada servidor adicional, são necessários estudos sobre o novo equipamento a ser adquirido e do local a ser instalado este novo hardware, como instalações elétricas, comunicação e refrigeração. É necessário também levar em consideração, o fato de que este novo servidor representa um maior gasto com energia elétrica, custo de manutenção por toda a vida útil e, possivelmente uma futura ampliação de suas capacidades operacionais, caso seja necessário. Com a virtualização, este processo não demanda, necessariamente, a aquisição de um novo equipamento, visto que basta criar a máquina virtual no servidor de máquinas virtuais, assim pode-se economizar custos, por exemplo, com energia elétrica, espaço físico e refrigeração, além do fato de que podemos também fazer uma centralização do gerenciamento das máquinas na rede. Até aqui vimos que a maior vantagem da virtualização, visível em primeira impressão, é a redução de custos, já que pode ser feito o papel de várias máquinas com os gastos de eletricidade, manutenção e espaço físico de apenas uma. 1.1 OBJETIVO Como objetivo, temos na realização deste trabalho, a demonstração da virtualização de servidores, com a utilização do software Xen Hypervisor como solução de código aberto para ambientes de virtualização de servidores.

15 15 2 METODOLOGIA Este trabalho foi construído através de pesquisa bibliográfica por assuntos a respeito da virtualização, tais como a origem do conceito da virtualização e o histórico do desenvolvimento deste até os dias de hoje, softwares de virtualização e tipos existentes de virtualização. O Xen Hypervisor é o software com esta finalidade que foi escolhido para ser demonstrado, por ser de código aberto e operar em um ambiente gratuito, o Linux, desta forma, os custos com licença de uso de softwares para a criação do ambiente de virtualização praticamente não existem. Com este caminho definido, a construção do trabalho aconteceu em duas etapas principais descritas abaixo: 2.1 DETALHAMENTO TEÓRICO Foram levantadas informações sobre a virtualização e o Xen Hypervisor, com o objetivo de mostrar a história por trás da virtualização de hoje e como começou e tem evoluído o projeto Xen Source. 2.2 DEMONSTRAÇÃO E PRÁTICA Esta etapa tem a intenção de mostrar o uso do Xen Hypervisor na prática, de forma a se tornar um verdadeiro guia prático para o usuário, com guias passo a passo e detalhamento de opções de configuração.

16 16 3 CONCEITOS DE VIRTUALIZAÇÃO 3.1 HISTÓRICO DA VIRTUALIZAÇÃO A virtualização é certamente uma parte importante dos ambientes de computação modernos. Um fato é que as raízes da virtualização datam das origens da computação moderna. Hoje podemos ver o reaparecimento da virtualização que passaram despercebidas pela geração que testemunhou o surgimento da computação pessoal. Sua origem data dos primórdios da década de 1960 em computadores de grande porte da IBM (International Business Machines). Os pesquisadores neste período estavam interessados no aumento da robustez e estabilidade dos hypervisors ou VMM (Virtual Machines Monitor Monitor de Máquinas Virtuais). O primeiro computador disponível comercialmente projetado para oferecer a virtualização, foi o Sistema 370 da IBM em 1977, com a introdução do sistema operacional da IBM CP/CMS onde múltiplas VM podiam ser executadas simultaneamente. Esta cooperação de hardware e software para suportar a virtualização foi um dos principais atrativos da linguagem computacional de grande porte da IBM. Já na década de 1990, Mendel Rosemblum usou maquinas virtuais para permitir que sistemas operacionais comuns executassem em hardware de computadores de acesso não uniforme à memória (NUMA, Non-Uniform Memory Access) que é uma memória compartilhada por todos os processadores. Este projeto ficou conhecido pelo nome de Disco em Stanford. Neste caso o sistema operacional era da IRIX da Silicon Graphics, desenvolvido para executar no MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages), mas este não foi projetado para dar suporte a virtualização completa. Os desenvolvedores do projeto utilizaram uma técnica mais tarde conhecida como paravirtualização permitindo assim a introdução de modificações específicas para permitir a virtualização. A equipe de Stanford voltou sua atenção para uma plataforma comum não projetada para a virtualização, para fazer modificações. Este passo teve uma influencia muito grande para a fundação da VMWare, que impulsionou o primeiro

17 17 produto comercial para virtualização desta plataforma. Eles conseguiram através da tradução simultânea durante a execução para instruções da arquitetura x86 modificada, executar os arquivos binários sem alteração de sistema operacional como o Windows. Com a Tecnologia de Virtualização, desde 2005 os fabricantes de processadores como a Intel e AMD (Advanced Micro Devices) aumentaram o suporte via hardware em suas linhas de produtos. A Intel usa para designar seus processadores com suporte à virtualização, a sigla VT (Virtualization Technology), foi desenvolvida utilizando o codinome de Vanderpool e a AMD usa a sigla AMD-V (AMD Virtualization), usando o codinome Pacifica. Esses hardwares promovem os objetivos da virtualização em plataformas comuns. 3.2 VIRTUALIZAÇÃO Virtualização tem como base principal, ocultar as características físicas de uma plataforma computacional um computador com HD (Hard Disk), memórias, processadores, e outros dispositivos de hardware, essa técnica permite compartilhar e utilizar recursos de um único sistema computacional para varias VM que por sua vez oferece um sistema computacional completo muito similar a uma máquina física, podendo ter seu próprio sistema operacional, aplicativos e oferecer serviços de redes. Veja a demonstração de virtualização na figura 1. Figura 1: Conceito da Virtualização de Servidores

18 18 Podemos dizer vendo esta figura que uma máquina com todos os seus dispositivos de E/S, como por exemplo, HD, Placa de Rede, Processadores, Placa de Vídeo, irá conter hóspedes ou VMs, disponibilizando o compartilhamento desses dispositivos entre estas VMs, através de um hypervisor fazendo este gerenciamento. Veja alguns benefícios da virtualização. A Depuração de Sistemas Operacionais permite que um desenvolvedor teste novos sistemas operacionais como hóspedes em ambientes mais estáveis, pelo fato de consumir muito tempo e exigir uma programação excepcional. Servidores Finais de Virtualização com alta taxa de utilização fazem melhor uso da potência elétrica, reduzindo assim o consumo da mesma e gerando menor necessidade por infraestrutura de resfriamento. Capacidade de executar sistemas operacionais e aplicativos antigos em plataformas de hardware modernas. A maior parte das vantagens da virtualização, especialmente em plataformas comuns como a x86, derivam da abundância do poder de computação disponível em uma única maquina. Sistemas virtualizados podem migrar de um computador físico para outro mesmo enquanto estão rodando, isso se chama de migração ativa. 3.3 HYPERVISOR Os Hypervisors são muito importantes para a computação moderna, pois permite que diferentes sistemas operacionais e configurações coexistam na mesma maquina física. O Hypervisor controla a máquina em questão, permitindo que ela seja usada por hóspedes (VM s) ao mesmo tempo e dando a cada sistema a ilusão de que ele está sendo executado em um hardware privado, ou seja, os hóspedes usam os recursos fornecidos tratando deles como se fossem reais.

19 TÉCNICAS DE VIRTUALIZAÇÃO A Virtualização possui muitos detalhes técnicos que são similares, mesmo assim existem muitas abordagens para resolver problemas convenientes de diferentes implementações. A virtualização na computação moderna permite a utilização de quatro principais arquiteturas para sistemas isolados: emuladores, virtualização Completa, Paravirtualização e Virtualização em Nível de SO (Sistema Operacional) Emuladores Neste tipo de virtualização a VM simula todo o conjunto de hardware, emulando seu comportamento para executar hóspedes sem nenhuma modificação seja necessária, para diferentes arquiteturas de hardware. Seu uso está mais focado na criação de novos sistemas operacionais ou microcódigo de hardware antes que esteja disponível fisicamente. Seu desempenho é baixo. Exemplos emuladores PearPC, Bochs e QEMU. Figura 2: Visão Geral de Emuladores PearPC é um tipo de emulador da arquitetura de processadores da IBM PowerPC G3/G4 portado para Windows e Linux.

20 20 Bochs é simulador de computadores de arquitetura x86, para executar uma variedade de plataformas, incluindo o x86, PowerPC, SPARC (Scalable Processor Architecture), Alpha e MIPS. Pode ainda ser configurado para emular arquiteturas de computação incluindo 386, 486, Pentium Pro e mais modernas de 64 bits. Suporta instruções de processadores como MMX, SSE, SSE2 e 3DNow. O Bochs simula o sistema inteiro incluindo os periféricos necessários para operação normal. QEMU trabalha em duas diferentes situações de operação. Na primeira operação ele faz uma simulação completa do sistema que e semelhante ao Bochs. Neste modo uma serie de arquiteturas de processadores pode ser simulada, com x86, x86_64, ARM (Advanced Risc Machine), SPARC, PowerPC e MIPS, utilizando uma velocidade razoável para traduções dinâmicas. Pode emular tanto ambientes Windows como Linux, Solaris e FreeBSD. O segundo é conhecido como Emulador em Modo Usuário, por sua vez só esta disponível quando se hospeda em Linux e permite que arquivos binários sejam executados em arquiteturas diferentes Virtualização Completa Também conhecida como virtualização nativa, a virtualização completa permite que sejam executados dentro de uma máquina virtual, sistemas operacionais sem modificações que são projetados para executar numa mesma arquitetura de hardware presente na máquina física, permitindo assim execução direta no hardware, o monitor de máquinas virtuais (VMM) controla o acesso ao hardware dando a ilusão ao sistema operacional de ter plenos poderes sobre o hardware.

21 21 Figura 3: Visão da Virtualização Completa Para arquiteturas x86, sistemas são geralmente classificados como de virtualização completa se podem executar os arquivos binários dos sistemas operacionais sem modificações. Mas alguns desses fazem algumas alterações simplificadoras nos x86 para facilitar a virtualização e ainda assim conseguem um alto desempenho, a arquitetura x86 é reconhecidamente difícil de virtualizar. Linux KVM. Exemplos de Virtualização Completa: VMWare, Hyper-V (Microsoft) e VMWare atualmente possui uma extensa linha de produtos para soluções de virtualização para a arquitetura x86, lembrando que foi a primeira empresa a oferecer comercialmente software para a virtualização neste tipo de arquitetura. A VMWare tem produtos que pode ter instalação direta, como é o caso do ESX Server, nele um hypervisor fica entre os sistemas operacionais hóspedes e o hardware. Possui ainda o VMWare Workstation (Estação de Trabalho), o hypervisor é executado como um aplicativo instalado sobre um sistema operacional base, como o Windows e Linux. Estes por sua vez são versões comerciais, a VMWare possui uma outra linha para virtualização que pode ser adquirida no site

22 22 oficial da VMWare, são o VMWare Player que permite que executem maquinas virtuais criadas pelos servidor ou pelo Workstation, e o VMware Server que permite a criação, administração e execução de VM s. Outras linhas de produtos disponíveis para virtualização são, para plataformas de data center VMWare vsphere 4, VMWare Server, VMWare ESXi e o VMWare GO. Hyper-V O Hyper-V, da Microsoft, é um hypervisor que está disponível tanto isolado ou independente como uma característica do Windows Server 2008, tem uma arquitetura de hypervisor micro-kernel de 64-bits que permite que o YPF-V mantenha uma ampla lista de métodos de suporte aos dispositivos. Executa tanto sistemas de 32 ou 64 bits de diferentes plataformas de servidores, com o próprio Windows, Linux, e outros. Outro produto, chamado de VirtualPC, por sua vez precisa ser executado hospedado em um sistema da Microsoft. Linux KVM (Kernel Virtual Machine) Este tipo de virtualização tem como base a modificação no kernel do Linux que o transforma em um hypervisor quando se acrescenta um modulo adicional. Ele é uma solução de virtualização completa durante o desenvolvimento do kernel Cada hospede na KVM é na verdade executado no espaço dos usuários do sistema hospedeiro, aparecendo como um processo normal ao kernel hospedeiro, sendo um esquema de isolamento mais fraco que outros modos já mostrados. O agendador de processos do kernel se bem ajustado vai efetuar tarefas de um hypervisor Paravirtualização Outra técnica bastante conhecida é a paravirtualização, que fornece uma VM completa, nela o hypervisor exporta uma versão modificada do hardware físico, sendo a máquina virtual da mesma arquitetura. Modificações específicas são introduzidas para facilitar e acelerar o suporte a múltiplos sistemas operacionais hóspedes. Apenas pequenas modificações são realmente necessárias nos sistemas operacionais hóspedes, se o código fonte do sistema operacional for fechado como é o caso do Windows, da Microsoft, fica difícil de dar suporte, pois é distribuído somente na forma binária.

23 23 Sua grande vantagem inclui desempenho, capacidade de alterar a escala e gerenciamento. Os dois exemplos mais comuns deste uso são o Linux em modo usuário (UML, User-mode Linux) e o Xen, que abordaremos mais adiante. Figura 4: Visão da Paravirtualização User-mode Linux UML esta implementação permite que este sistema operacional execute outros sistemas Linux em espaço de usuário, ou seja, cada instancia de maquina virtual executa um processo no Linux hospedeiro. Este método de virtualização foi consolidado durante o período de desenvolvimento do kernel 2.6 do Linux. Esta estratégia é adequada para os ambientes de computação heterogêneos da atualidade, pois o UML controla somente maquinas Linux. Lguest este método de virtualização foi consolidado durante o período de desenvolvimento do kernel do Linux e é mantido por Rusty Russel. Uma observação interessante de umas de suas características sobre o Lguest é que ele é implementado como um módulo do kernel, muito diferente dos outros métodos mencionados anteriormente. Ele é uma ferramenta para aprendizado e experimentação de implementações para virtualização devido à sua quantidade de código relativamente pequena, pois não é tão funcional como os outros métodos.

24 24 Paravirt_ops é uma VMI (Virtual Machine Interface) este método não obriga que exista nenhuma API (Application Programming Interface) em particular, permitindo assim seleção em tempo de execução da implementação efetiva de métodos na API. Sendo assim cada plataforma de virtualização pode implementar suas próprias funções para essa interface comum Virtualização em Nível de Sistema Operacional Uma observação que se difere de todos os outros tipos de virtualização e fato de que este tipo é quase virtualização, pois não existe VMM. Tudo é feito com uma imagem de sistema operacional tradicional, são sistemas que suportam esta técnica para prover o compartilhamento de tempo com a capacidade de isolamento de recursos. Os hóspedes nesta técnica são percebidos como se fossem máquinas separadas com seus próprios sistemas de arquivos, endereços IP e configurações de software. Veja a estrutura demonstrada na figura 5. Figura 5: Visão da Virtualização em Nível de Sistema Operacional Essa técnica tem como vantagem uma menor duplicação de recursos. A principal ideia por trás da arquitetura é exigir menos memória física para um sistema hóspede. Essa técnica é excepcional em situações que exijam extrema capacidade

25 25 de mudança de escala e grande quantidade de hospedes executando simultaneamente. Implementações neste tipo de técnica incluem Linux VServers, OpenVZ, Virtuozzo, Solaris Containers, FreeBSD jails e HP UX 11i Source Resource Partitions. Conheça alguns destes mencionados: Linux VServer Linux Virtual Server é um exemplo de sistema operacional para hardware comum, suportado tanto pelo kernel 2.4 como o 2.6, opera em plataformas de hardware (x86, x86-64, SPARC, PowerPC, MPIS, ARM) e virtualiza uma única instância do kernel do Linux de forma que múltiplos hospedes possam ser instanciados em espaço de usuário, esses hospedes são chamados de servidores privativos virtuais (VPS). OpenVZ este método e implementado como um kernel modificado que suporta seu próprio ambiente virtual e espaço de usuários isolados conhecidos como VE (Virtual Environment) e são também chamadas de VPSs como o Linux VServer. Os recursos das VEs são controlados por um construtor chamado de beanconstrutor literalmente Contador de Feijão, que por sua vez definem quantidade de memória disponível para cada instancia e outros parâmetros de sistema. É uma implementação de virtualização via sistema operacional e suporta uma variedade de arquiteturas de hardware como o x86, x86-64 e PowerPC Virtualização Completa com Hypervisor Hospedado Esta técnica de virtualização consiste em um hypervisor que depende do sistema operacional do hospedeiro para rodar, ou seja, o hypervisor roda como um processo no sistema operacional da máquina hospedeira, nesta técnica existe uma camada adicional entre o hypervisor e o hardware em relação à virtualização completa, o que faz com que esta técnica tenha um pior desempenho, esta camada é o sistema operacional.

26 26 A virtualização completa com hypervisor hospedado é mais lenta, porém oferece um ambiente mais fácil utilização, e é recomendado para uso em desktops e estudo de sistemas operacionais diferentes do instalado no hospedeiro. Figura 6: Visão da Virtualização Completa com Hypervisor Hospedado São exemplos de soluções que utilizam esta técnica: Microsoft VirtualPC, VMWare Workstation, VMWare Server e Oracle VirtualBox. 4 HYPERVISOR XEN 4.1 ORIGENS DO XEN No ano de 2001 o Xen surgiu como parte do projeto XenoServer no Laboratório de Computação da Universidade de Cambridge, sua finalidade era prover uma infra-estrutura pública para computação distribuída em amplas áreas, com um sistema onde plataformas de execução do XenoServer estariam espalhadas

27 27 pelo planeta para uso por qualquer membro no público-alvo. O Xen foi criado para ser o núcleo do XenoServer, permitindo hospedar múltiplos sistemas operacionais comuns num único servidor baseado na arquitetura x86. No ano de 2003 o Xen foi apresentado ao público através de um artigo acadêmico da Associação de Equipamentos de Computação (ACM). A comunidade acadêmica ficou super interessada com a afirmação de o Xen executar virtualização rápida em máquinas x86 comuns, um grande número de grupos se interessou por esta abordagem de virtualização. Ao passar do tempo dessa publicação do Xen, muitos testes e melhorias, com atualizações significativas ocorreram no projeto, permitiu melhorias nas funcionalidades, confiabilidade e desempenho do Xen. Com a fundação da empresa Xensource, foi promovida uma enorme adoção dos hypervisors de código aberto Xen pelo mundo empresarial, a Xensource concentrava-se em dar suporte ao desenvolvimento de todo o núcleo do Xen, sendo que ao mesmo tempo vendia para outras corporações pacotes e softwares de gerenciamento. Com o desenvolvimento do Xen 1.x, a Microsoft em colaboração com a Universidade de Cambridge, desenvolveu parte do Windows XP para o Xen, mas devido o programa de licenciamento acadêmico da Microsoft, os termos desta licença nunca foram publicados. Ao final do ano de 2004, o Xen 2.0 foi lançado, com diversas atualizações e modificações com grande flexibilidade na configuração de dispositivos virtuais de E/S dos sistemas operacionais hospedes. Nesta parte é importante ressaltar que os usuários do Xen podem configurar regras de firewall arbitrárias, desde roteamento e pontes de interfaces hospedes virtuais de rede. Foi acrescentado um suporte para volumes LVM (Logical Volume Management) de cópia durante gravação bem como para arquivos de retorno (Loopback) para manter imagens de discos de sistemas operacionais hóspedes. Nesta versão ainda podemos falar do suporte a multiprocessamento simétrico, embora imagens de hospedes continuem com processadores únicos. Mas o que mais impressionava nesta versão do Xen foi a adição de um recurso chamado de Live Migration ou simplesmente Migração Ativa, um recurso que faz que um sistema hóspede que esta em um hardware diferente

28 28 seja migrada via rede para outro hardware em execução sem interrupções notáveis nos serviços. Essa tendência de virtualização era notável, pois no início de 2006 o Xen já tinha conseguido uma participação significativa nas virtualizações em uso, tanto no meio acadêmico como no empresarial. Foi neste ano que foi lançado a todos o Xen 3.0 que introduzia uma camada extra para as tecnologias de virtualização de hardware oferecidas pela INTEL com o VT-x e a AMD com o AMD-V, permitia que hóspedes sem alterações, os HVM (Hardware Virtual Machine) e hóspedes paravirtualizados se hospedassem no Xen. Além de outras características como o suporte para sistemas hóspede de multiprocessamento simétrico (SMP), com este suporte foi acrescentado um agendador para CPU s com limites de balanceamento de carga, foi incluindo CPU s virtuais de conexão dinâmica, suporte a grande quantidade de memórias e uma versão para a arquitetura IA64. Uma ferramenta que permite aos desenvolvedores aperfeiçoar o código para obter ainda mais desempenho do Xen, esta ferramenta se chama Xen-Oprofile. Em 2007, a Critrix comprou a XenSource e esta se tornou o Grupo do Produto XenServer Citrix, no mesmo ano foi lançado a versão 3.1. Com uma característica de dar suporte à XenAPI, uma interface de programação para comandos Xen que permitia a interação de ferramentas de gerenciamento de terceiros, incluindo as baseadas no Modelo Comum de Informações da Força Tarefa de Gerenciamento Distribuido (DMTF CIM), que está se tornando um padrão para gerenciamento de agrupamentos de maquinas heterogêneas. Também é capaz de salvar, restaurar, migrar e ter controle dinâmico de memória para hóspedes HVM. O hypervisor Xen 4.0 foi lançado em 7 de Abril de 2010, com comandos básicos e ferramentas de gerenciamento. Nele podemos usá-los com qualquer distribuição Linux, uma solução de virtualização de alto desempenho, podendo ser adicionadas ferramentas de terceiros para ter uma gestão muito mais eficaz. O Xen 4.0 constrói e inclui um novo pvops ou dom0 (domínio 0) que ajuda no gerenciamento das máquinas virtuais que se denominam domu, a partir do Kernel

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