DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÃO PARA CONFIGURAÇÃO DE SERVIÇOS CLOUD COMPUTING BASEADO EM VIRTUALIZAÇÃO.

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1 0 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Engenharia de Computação CARLOS EDUARDO XAVIER DUARTE DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÃO PARA CONFIGURAÇÃO DE SERVIÇOS CLOUD COMPUTING BASEADO EM VIRTUALIZAÇÃO. Itatiba

2 CARLOS EDUARDO XAVIER DUARTE RA: DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÃO PARA CONFIGURAÇÃO DE SERVIÇOS CLOUD COMPUTING BASEADO EM VIRTUALIZAÇÃO. Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Computação da Universidade São Francisco, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Computação. Orientador: Prof. Fábio Andrijauskas Itatiba 2011

3 2 Carlos Eduardo Xavier Duarte Desenvolvimento de aplicação para configuração de serviços Cloud Computing baseado em virtualização. Orientador: Prof. Fábio Andrijauskas 65 páginas Palavras-chave: Virtualização, Nuvem, GNU/Linux

4 A família de um homem é sua base, seu conforto e sua fortaleza. 3

5 4 AGRADECIMENTOS Aproveito para registrar aqui o quanto prezo o amor materializado em gentilezas, agradecendo. Primeiramente meus pais, Carlos Antonio e Maria Imaculada, pela educação e pelas oportunidades. Ao Prof. Fábio Andrijauskas, que desde o inicio compreendeu minha ideia. Principalmente, agradeço pela torrente inesgotável de ideias, pelo rigor científico, pela conduta acadêmica, pela curiosidade científica e pelo exemplo inesquecível de professor, pesquisador e orientador. Ao Prof. Dr Marcos Henrique Degani, mais que um professor, um amigo que compartilhou comigo seus conhecimentos ao longo de minha vida acadêmica, sem isso tudo seria mais difícil. A Ana Cláudia, minha esposa, pelo incentivo no ingresso desta longa jornada, pela colaboração em meus estudos, pelas sugestões e críticas a este trabalho. A ela e aos meus filhos, Murillo Henrique e Maria Eduarda, agradeço por toda a compreensão de minhas ausências. E finalmente a Deus, nosso Pai, e a Jesus, nosso mestre, pela oportunidade do trabalho, pela vitalidade, habilidade, tempo e ferramentas a mim concedidas para dizer o já dito sob um novo prisma e experimentar o doce sabor do acréscimo.

6 5 RESUMO Este trabalho visa elucidar os conceitos de cloud computing e virtualização, explorando os tipos, provedores de nuvem e softwares de virtualização, além de abordar exemplos de serviços e empresas que fazem seu uso, o objetivo é desenvolver uma aplicação para configurar servidores e desktops no processo de cloud computing, utilizando a virtualização, tendo como foco a facilidade de configuração e administração, com todos os softwares e pacotes necessários. A linguagem utilizada foi o Python em conjunto com a framework Django, as bibliotecas que fizeram parte deste trabalho foram a Libvirt e o Boto, para administração do banco de dados foi utilizado o MySql, todas as ferramentas são open source. Palavras chave: cloud computing, softwares, bibliotecas, Django e administração.

7 6 ABSTRACT This work aims to elucidate the concepts of cloud computing and virtualization exploring types, cloud providers and software virtualization and also covers services and examples of companies that make their use, the purpose is developing an application to configure servers and desktops in the process of cloud computing, using virtualization, focusing on the facility of setup and administration, with all required software and packages. The language used was in conjunction with the Python Django framework, the libraries that were part of these works were libvirt and the boto, for administration of the database was used MySql. All tools are open source. Key words: cloud computing, softwares, libraries and administration.

8 7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1 Crescimento do uso da TI FIGURA 2 DATACENTERS alocado nas empresas FIGURA 3 Desafios e oportunidades para os desenvolvedores: Integração de todas as nuvens de forma simples e segura FIGURA 4 Cloud Computing FIGURA 5 Mainframes IBM serie Z FIGURA 6 Mainframes na década de 60, seus recursos eram virtualizados através do software VM CMS.html FIGURA 7 SaaS, Software as a Service FIGURA 8 Serviços oferecidos por empresas que exploram o conceito PaaS...22 FIGURA 9 Amazon Aws fonece soluções IaaS FIGURA 10 A Amazon AWS oferece o serviço chamado SimpleDB, no qual é possível armazenar suas informações na forma de banco de dados FIGURA 11 A Amazon Aws oferece um serviço chamado Amazon S3, no qual é possível armazenar informações na forma de backup FIGURA 12 Nuvem pública + Nuvem privada = Nuvem Hibrida FIGURA 13 - infraestrutura eucalyptus FIGURA 14 Amazon AWS FIGURA 15 Google App Engine FIGURA 16 Nuvem da IBM FIGURA 17 Ambiente virtualizado FIGURA 18 Esquema de virtualizado utilizando o QEMU FIGURA 19 Ambiente implementando com a virtualização completa...33 FIGURA 20 Ambiente paravirtualizado...34 FIGURA 21 virtualização em nível de sistema operacional...35 FIGURA 22 Hypervisors de virtualização Xen...37 FIGURA 23 Esquema do bytecode escrito em python...38 FIGURA 24 Arquitetura utilizando API Boto adaptado de...41 FIGURA 25 Arquitetura utilizando a API Libvirt adaptado de:...41 FIGURA 26 LCP Linux Cloud Platform...42 FIGURA 27 Framework Django...44

9 8 FIGURA 28 LCP Tela Inicial...48 FIGURA 29 Botão para Adicionar Máquinas Virtuais...49 FIGURA 30 Criação de máquinas virtuais(imagem esquerda), console em produção de vm (imagem direita) em um ambiente privado...51 FIGURA 31 Funções para o usuário interagir com a máquina virtual...52 FIGURA 32 Criação de novas chaves de conexão...53 FIGURA 33 Cria chave tccii-usf.pem no ambiente Amazon AWS...54 FIGURA 34 Imagens de Vms no ambiente Amazon AWS...54 FIGURA 35 Iniciando vm no ambiente Amazon Aws...55 FIGURA 36 Configuração da Vm criada no ambiente da Amazon EC FIGURA 37 Vm criadas no ambiente Amazon AWS...56 FIGURA 38 Conexão feita em uma máquina virtual...57 FIGURA 39 Comparação(ambiente privado): Shell, LCP, Virt-manager...59 FIGURA 40 Comparação entre ferramentas(ambiente público)...59

10 9 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS TI Tecnologia da informação VM Virtual Machine EC2 Elastic Cloud 2 SAAS Software as a Service PAAS- Platform as a Service DAAS Data Base as a Service BAAS- Backup as a Service AWS Amazon Web Service SO Operation System

11 10 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVO DESENVOLVIMENTO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Cloud Computing História PaaS - Platform as a Service - Plataforma como serviço IaaS - Infrastructure as a Service - Infraestrutura como serviço DaaS - Database as a Service - Banco de dados como serviço BaaS - Backup as a Service - Backup como serviço Nuvem pública, privada ou híbrida Software para Cloud Computing Tecnologias Provedores e Serviços Amazon AWS: Google: IBM: VIRTUALIZAÇÃO Conceitos História TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO Emuladores Virtualização Completa Paravirtualização Virtualização ao sistema operacional Software de Virtualização (Hypervisor) METODOLOGIA RESULTADOS LCP LINUX CLOUD PLATFORM Funcionalidades do LCP: Ambiente de desenvolvimento... 43

12 Aplicações Django Interface WEB TESTES REALIZADOS Introdução Ambiente de Testes Testes CONCLUSÃO TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 62

13 em % INTRODUÇÃO Na medida em que as atividades das empresas e da sociedade em geral passam a depender em escala crescente dos sistemas de informação, as questões de seu desempenho e continuidade se tornam sinônimos de sobrevivência das organizações. O autor Cezar Taurion (2009), faz analises de vários provedores brasileiros e estrangeiros e constata que o Universo On-line(UOL) por exemplo, recentemente incorporou seu data center com novos servidores blades(servidores com design modular e otimizado para minimizar o uso de espaço físico e energia), redundância de energia e segurança para suprir a demanda de hospedagem, acessos e outros serviços. A última consulta realizada no site¹ mostra que o data center UOL foi construído sob os mais modernos conceitos tecnológicos e estruturais, incluindo os parâmetros de Green Computing(refere-se a TI ecologicamente sustentável) para garantir o menor consumo de energia e a redução na emissão de resíduos. A figura 1 mostra este crescimento em vários segmentos segundo Gartner no período de 2010 a Crescimento do uso de TI Bancos Saúde Governo Nac/Inter Governos Locais Transporte Comércio Crescimento Figura 1 - Crescimento do uso da TI. Fonte: Segundo Dr. Manoel Veras (2009), o avanço acontece também nas empresas cujo foco principal não é o sistema de informação, mas precisam dessa tecnologia. Essa evolução também se reflete no aumento contínuo dos dispêndios com a infraestrutura e operações de TI, colocando para os administradores sérios desafios de eficiência e eficácia na alocação dos recursos. ¹Seu projeto atende com excelência a todas as demandas do mercado e as rígidas normas de segurança, disponibilidade, densidade e conectividade. Disponível em :<http://www.uolhost.com.br/data-center/data-center-uol.html>.acesso em 16 de junho de 2011

14 14 Em um ambiente de rápida evolução tecnológica, esse desafio é ampliado, de um lado, pelos riscos de obsolência e, por outro, da ameaça de perda de competitividade se os investimentos não acertarem a qualidade e o tempo adequado. Se não bastassem essas dificuldades o contínuo aumento da dimensão e da complexidade das infraestruturas de redes, bem como da necessidade de convivência com grandes sistemas legados (sistemas computacionais que fornecem serviços essenciais de gerenciamento de informações), impõe requisitos de interoperabilidade e escalabilidade importantes. O cloud computing, ou computação nas nuvens em tradução livre, é uma tecnologia que promete ajudar os administradores de TI, na infraestrutura de redes, sistemas legados e distribuídos, grandes organizações e o usuário final. Em contra partida é uma tecnologia recente, citada em 2006, em uma palestra de Eric Schimidt do Google, descrevendo como sua empresa gerenciava seus próprios data centers. Alguns meses depois é que o termo cloud tornou-se mais popular, quando a Amazon anunciou sua oferta de EC2(Elastic Computing Cloud) Taurion (2009, p.10). Taurion enfatiza que cloud não é apenas um avanço tecnológico, mas uma mudança de paradigma em como fornecemos e utilizamos recursos computacionais dos data centers. Hoje provisionamos e utilizamos servidores, no modelo baseado em nuvem, o servidor é uma central de dados completa, ou seja, nele podemos concentrar diversos serviços administrativos que são essenciais em uma infraestrutura de TI. Cloud computing implica uma mudança significativa na maneira como vendemos e consumimos produtos e serviços de tecnologia da informação. Em contrapartida, as decisões de quando adotar o modelo baseado em nuvem demanda uma análise dos benefícios versus riscos e os efeitos da tecnologia na empresa que pretende fazer seu uso. A decisão tem relação direta com o grau de maturidade da tecnologia disponível no mercado, da organização e cultura da empresa. Segundo Cezar Taurion (2009), se por um lado as decisões para adoção dos modelos demandam tempo, por outro as empresas podem tirar vantagem do Cloud Computing. Analisando o modelo baseado em nuvem, a entrega de recursos de TI se assemelha ao modo como era a energia elétrica no princípio do século passado. As indústrias tinham que construir e manter suas fontes geradoras de energia, que não eram seu negócio. Hoje a maioria mantém seu próprio data centers (um exemplo pode ser visto na figura 2), mesmo que não seja seu campo de expertise.

15 15 Figura 2 - DATACENTERS alocado nas empresas. Fonte: Segundo Veras (2009), muitos data centers são ineficientes., o modelo de computação em nuvem pode, potencialmente, mitigar essa ineficiência, permitindo que recursos como servidores e storage sejam entregues e usados como serviços, assim como a energia elétrica. Outro fator de relevância das empresas é a cultura: migrar suas informações para as nuvens nem sempre é visto de forma positiva, acessar outras plataformas para interagir com seus dados em outro ambiente na maioria das vezes, é contra a cultura da empresa. Cada provedor de cloud computing possui suas interfaces, gerenciamentos próprios. Os desafios encontrados pelos administradores de TI e desenvolvedores de aplicações para infraestrutura é tão grande quanto as oportunidades de negócios. Para Taurion (2009, p.24) é preciso que uma aplicação para nuvens tenha foco na automação, precisam ser federadas e integradas a diversos provedores e serviços de forma simples e com segurança. A figura 3 mostra esses novos desafios encontrados pelos administradores, integração das nuvens com os provedores e também com a infraestrutura de uma empresa.

16 16 Figura 3 - Desafios e oportunidades para os desenvolvedores: Integração de todas as nuvens de forma simples e segura. Fonte: adaptado de OBJETIVO Desenvolver uma aplicação para configurar servidores e desktops com os serviços de cloud computing, utilizando a virtualização, focando a facilidade de configuração e administração, como objetivo final, implementar uma ferramenta para criação, monitoramento e gerencia de máquinas virtuais em um ambiente público e privado.

17 17 2 DESENVOLVIMENTO Uma tecnologia que aos poucos vem sendo adotado pelas empresas é a computação em nuvem, sua forma simples de operação faz com que vários serviços e produtos sejam oferecidos. 2.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Cloud Computing Cloud computing é o conceito simples de transferir para a nuvem os mesmos dados, serviços e aplicativos que atualmente estão parados nos computadores ou servidores de TI. Contudo, essa nuvem não está no céu, trata-se de uma rede de servidores em todo o mundo, cada um deles detendo fragmentos de informações, os quais se juntam apenas quando se entra no sistema (Sosinsky, 2011, p.55). Segundo Cezar Taurion (2009) é uma maneira bastante eficiente de maximizar e flexibilizar os recursos computacionais. Além disso, uma nuvem computacional é um ambiente redundante (capacidade de um sistema superar falhas computacionais com a adição de componentes espelhos) e resiliente por natureza, que pode ser definido como a capacidade de um sistema de informação continuar a funcionar corretamente, apesar do mau funcionamento de um ou mais dos seus componentes, a figura 4 mostra dispositivos, aplicações, banco de dados e servidores sendo movidos para nuvem no sentido de armazenar suas informações em data centers espalhados pelo mundo. Fonte: Figura 4: Cloud Computing

18 18 Em uma infraestrutura de TI a redundância dos equipamentos, a capacidade de planejamento, a consolidação de servidores, manutenção, disponibilidade, elasticidade, provisionamento, desperdício e custo são fatores estudados em seu projeto de implementação. O cloud computing é uma tecnologia que veio para ajudar os administradores de TI a solucionar este problema. Em uma implementação convencional todos esses fatores consomem tempo para conclusão do projeto. Com a tecnologia podemos por exemplo locar servidores virtuais que rodam na infraestrutura de terceiros e agregarmos a rede da empresa. Quando contratamos este serviço alguns fatores não são preocupações da empresa pois o provedor é responsável pela infraestrutura e possui recursos para solução de problemas tais como redundância de energia, manutenção, etc. Por se tratar de uma tecnologia recente, o assunto é muito relevante e existem várias definições a seu respeito porém todas definem que cloud computing é um modelo conveniente de fornecimento sob demanda de acesso via rede a um conjunto configurável de recursos computacionais(tais como redes, servidores, armazenamento, aplicativos e serviços), que podem ser rapidamente provisionados e descartados com mínimo esforço ou de interação com o provedor de serviços.(national Institute of Standards and Technology NIST) (Guia de TI 2011). Na verdade, o conceito de computação em nuvem vem se aprimorando ao longo do tempo, mas essencialmente refere-se à mesma ideia básica: processar aplicações e armazenar os dados fora do ambiente corporativo. As instituições financeiras, como bancos, utilizam esses conceitos há tempos para armazenar e processar informações de seus clientes (Taurion, 2009, p.2). Quando pensamos em cloud computing, a virtualização de servidores é uma ferramenta muito usada para fazer sua implementação, principalmente na infraestrutura de redes no ambiente de TI. Esta tecnologia é o elemento chave dessa nova forma de computação. O objetivo é que as máquinas virtuais possam rodar em qualquer parte da nuvem, buscando a otimização do ambiente em relação ao uso dos recursos: contudo ela vem sendo resgatada pois sua origem foi na década de 60, nos mainframes da IBM. Com a virtualização podemos consolidar milhares de servidores em poucas dezenas de máquinas virtuais. Um exemplo é o da IBM, com seu projeto de consolidação dos seus quase servidores usados nas aplicações internas em pouco mais de 20 mainframes, rodando basicamente Linux (Taurion, 2009, p.84), A figura 5 mostra um Mainframe da IBM serie Z

19 19 Fonte: Figura 5: Mainframes IBM serie Z Computação em nuvens ainda tem muito a amadurecer, os provedores precisam o oferecer segurança e disponibilidade. Em contra partida, pode ser vista como o estágio mais evoluído do conceito da virtualização, a virtualização do próprio data center História O conceito de cloud pode se arremeter a algum tempo passado, Barrie Sosinsky (2011) define que, o termo cloud computing surgiu em 2006, porém na década de 60 quando os mainframes eram utilizados com frequência pela IBM essa tecnologia era notada e assim surgiu a virtualização. Na utilização dos mainframes a virtualização era empregada para criar diversas máquinas virtuais utilizando dessa maneira todo o recurso oferecido por eles. Este processo pode ser considerado uma forma de cloud computing, Segundo Manoel Veras (2009). Na figura 6 operadores trabalham em um mainframes nos anos 60. Figura 6 - Mainframes na década de 60, seus recursos eram virtualizados através do software VM CMS.html Fonte:

20 20 Hoje o conceito já é comum em algumas empresas mais famosas da Internet como o Google, Amazon e o Yahoo, que mantêm parques computacionais com centenas de milhares de máquinas, completa o autor, citado acima. De acordo com Taurion (2009, p.154), estima-se que, o Google tenha cerca de uma dúzia de data centers espalhados pelo mundo e que sua infraestrutura, chamada de gooplex, compreenda mais de 200 petabytes de disco em cerca de servidores, que conseguem processar mais de 100 milhões de queries por dia. A tecnologia oferece diversas formas de comunicação que utilizam a rede, dessa forma existe uma taxonomia especifica para classificar cada tipo Tipos de CLOUD COMPUTING Os tipos variam muito para cada aplicação, sendo necessária a compreensão de cada um deles, pois cada uma apresenta características diferentes que levam a usos e diversas implementações SaaS - Software as a Service - Software como serviço SaaS é um modelo que entrega software como serviço, de forma diferente do modelo tradicional, no qual a empresa adquire uma licença de uso e instala o software nos seus próprios servidores, em saas a aplicação está prevista para o cliente através de uma interface (um navegador, geralmente) (Sosinsky, 2011, p.10). SaaS, refere-se à troca de um modelo baseado em venda de licenças, por um modelo baseado no uso do software como serviço, em um ambiente operacional completo, com aplicações, gerenciamento e interface para o usuário. Transformando a maneira como o software é comercializado, também não são mais necessários os contratos de manutenção, pois estas atividades ficam a cargo do provedor e não mais da empresa. O usuário passa apenas a usar software, sem se preocupar com as atividades de instalação, manutenção e upgrades. As aplicações são acessíveis a partir de diversos dispositivos, ate mesmo através de uma interface como um navegador web, por exemplo. A mudança para a computação em nuvem é interessante por vários fatores, iniciando pela simplicidade de acesso (tudo que você precisa é de um navegador), a facilidade de gestão (um usuário com pouca experiência é capaz de operar um modelo baseado em saas), o investimento é reduzido (solução empresarial acessível implantado na forma de: pague aquilo

21 21 que você usa). Esse conceito é aplicado para hardware e software de sistemas fornecidos pelos prestadores de cloud computing, completa Sosinsky. Além disso, a computação em nuvem oferece muitas vantagens para aos provedores de acesso, como a infraestrutura facilmente gerenciada, possível por conta de o data center ter hardware e software de sistemas homogêneos. A figura 7 mostra um exemplo de uma tecnologia de nuvem saas, vários serviços que normalmente rodam e armazenam informações da forma convencional são transferidos para a nuvem saas. Figura 7: SaaS, Software as a Service Fonte:http://blog.redehost.com.br/dicas/saas-em-cloud-server-redehost.html PaaS - Platform as a Service - Plataforma como serviço O modelo PaaS se propõe a criar uma plataforma para o desenvolvimento de aplicações já voltadas para o cloud computing, diz Sosinsky (2011). A sua definição é uma plataforma para criar e operar aplicações incluindo ferramentas de desenvolvimento, administração e gerenciamento além dos serviços runtime, tudo na modalidade paas completa o autor. Em contrapartida o modelo pass é uma camada de tecnologia incipiente, explica Sosinsky, suas ofertas ainda representam restrições significativas, tal como a linguagem de programação para a aplicação gerada que só funciona na nuvem do provedor de serviço paas. A plataforma como serviço, refere-se ao uso de ferramentas de desenvolvimento de softwares gratuitas, oferecidas por provedores de serviços, onde os desenvolvedores criam aplicações e as desenvolvem utilizando a internet, utilizando máquinas virtuais, sistemas operacionais, aplicações, serviços, ferramentas de desenvolvimento, operações e estruturas de controles. Ainda pode-se implementar suas aplicações na infraestrutura de cloud computing e os aplicativos rodam utilizando linguagens e ferramentas que são oferecidas pelo provedor de serviços paas.

22 22 O provedor de cloud computing gerencia a infraestrutura e os sistemas de operações e o desenvolvedor é responsável por instalar e gerenciar a aplicação que está sendo implementada. Um exemplo da arquitetura paas é mostrado na figura 8, provedores de serviços baseado em nuvem oferecem sua infraestrutura. Figura 8: Serviços oferecidos por empresas que exploram o conceito PaaS Fonte: Google, Microsoft, SalesForce, são empresas que apostam nessa tecnologia, oferecendo aos desenvolvedores serviços e plataformas para rodar e implementar suas aplicações IaaS - Infrastructure as a Service - Infraestrutura como serviço Segundo Curtis Franklin Jr.(2009), é o conceito de fornecer máquinas virtuais, armazenamento virtual, infraestrutura virtual, ativos de hardware e outros recursos que são necessidades do cliente final. O prestador de serviços iaas gerencia toda a infraestrutura do cliente, enquanto ele é responsável por todos os outros aspectos da implantação. Isso pode incluir o sistema operacional, aplicativos e interações do usuário com o sistema. Suas principais características, segundo Taurion (2009), são: O cliente não precisa dispor de hardware e software nos moldes tradicionais, ou seja, em seu data center. As capacidades de processamento e de armazenamento são obtidas remotamente na nuvem. Todos os recursos computacionais estão na nuvem do provedor, que os alocará de forma dinâmica e elástica, para atender ás demandas de flutuação do cliente. O acesso á nuvem é via internet. Portanto, banda larga é fundamental. Todo o pagamento é pelo volume de utilização. Usou pagou pelo que foi usado.

23 23 A oferta de acesso é baseada na web para armazenamento e poder computacional. O cliente não precisa gerenciar ou controlar a infraestrutura baseada em cloud computing, mas tem controle sobre os sistemas de operações, armazenamento e aplicativos implantados. Uma arquitetura baseada em iaas é mostrada na figura 9, no exemplo a infraestrutura do provedor Amazon é oferecida para seus clientes rodar e locar suas aplicações. Figura 9: Amazon Aws fonece soluções IaaS Fonte: DaaS - Database as a Service - Banco de dados como serviço Refere-se ao uso de uma nuvem para armazenar e acessar informações usando infraestrutura de terceiros, que vai suportar um banco de dados SGBD(Sistema de gerenciamento de banco de dados). No modelo daas segundo Brian J. S. Chee (2009), uma empresa pode por exemplo usar uma nuvem para armazenar e acessar informações sem se preocupar com a infraestrutura que vai suportar os bancos de dados. Neste modelo o usuário paga pelo volume de dados armazenado e pela quantidade de dados transmitidos para a nuvem. Os custos de infraestrutura e suporte ficam a cargo do provedor da nuvem que mantém o daas. Outra atratividade dessa tecnologia é que o usuário pode facilmente utilizar este modelo como a cópia de seu banco de dados e o provedor oferece processos de backups automáticos, a figura 10 mostra este ambiente, no exemplo um serviço oferecido pela Amazon Aws o SimpleDB é instanciado na forma de gerenciar os dados do usuários como:

24 24 armazenar as informações, escalabilidade dos dados, organização em forma de tabelas e através de uma API é possível a interação com esses serviços e informações. Figura 10: A Amazon AWS oferece o serviço chamado SimpleDB, no qual é possível armazenar suas informações na forma de banco de dados Fonte: BaaS - Backup as a Service - Backup como serviço É a execução de uma cópia de segurança dos dados de uma empresa ou organização, armazená-la na nuvem do provedor e ter acesso para resgate somente quando for necessário. A tecnologia, conforme aponta-nos Franklin (2009), é parecido com o conceito daas, quando o pagamento é feito em relação aos quantidade de dados armazenados, se houver 100 GB de cópia, por exemplo, a cobrança é feita em cima desse tamanho. Em contrapartida, a segurança também será realizada sobre 100 GB de dados armazenados, a tecnologia baas e mostrada na figura 11, os dados do cliente são armazenados na infraestrutura do provedor. Figura 11: A Amazon Aws oferece um serviço chamado Amazon S3, no qual é possível armazenar informações na forma de backup. Fonte:

25 Nuvem pública, privada ou híbrida. Nuvem pública não significa necessariamente uma nuvem gratuita, mas uma nuvem que pode ser acessada pela internet. A gratuidade ou não vai depender do modelo de negócios do provedor de nuvem, que pode subsidiar seus serviços para oferecê-los gratuitamente em troca de receitas de outras fontes, diz Taurion (2009). As nuvens privadas são aquelas em que toda a infraestrutura pertence à empresa, a principal, e diferença com a nuvem publica é que a própria empresa é responsável pela manutenção, gerenciamento e instalação da nuvem Brian J. S. Chee(2009). Sendo assim, a nuvem privada oferece maior segurança, porém exige maiores investimentos. As nuvens híbridas combinam os modelos das nuvens públicas e privadas, permitindo que uma nuvem privada possa ter seus recursos ampliados a partir da reserva de recursos de uma nuvem pública. Essa característica possui a vantagem de manter os níveis de serviço mesmo que haja flutuações rápidas na necessidade dos recursos. A conexão entre as nuvens pública e privada pode ser usada até mesmo em tarefas periódicas que são facilmente implementadas nas nuvens públicas, por exemplo. O termo computação em ondas é, em geral, utilizado quando se refere às nuvens híbridas, completa Sosinsky. Um exemplo de uma nuvem híbrida pode ser visto na figura 12, uma empresa conecta seus serviços em provedores e em sua infraestrutura privada. Figura 12: Nuvem pública + Nuvem privada = Nuvem Hibrida Fonte: adaptado de

26 26 A diversidade tecnológica é uma enorme barreira para o mundo de TI, o cloud computing apresenta uma tipagem que tende a resolver diversos problemas encontrados. Problemas com infraestrutura, energia, espaço, pessoas e processos são os maiores desafios Software para Cloud Computing Existem diversos softwares e produtos baseados e que são utilizados em computação nas nuvens, seguir existem diversos exemplos de implementações que usam os conceitos explicados anteriormente. Tecnologias Segundo Dr. Manoel Veras (2009) com ela é possível a criação máquinas virtuais e armazenamentos virtuais para rodar as aplicações necessárias. Um exemplo do uso da virtualização para criação de um ambiente em nuvem é o eucalyptus. Uma plataforma de software baseada em GNU/Linux para criar sistemas de computação em nuvem na tecnologia dos conceitos IAAS. O projeto tem uma interface que pode conectarse a sistemas de computação e armazenamento da Amazon Cloud (EC2 e S3), por exemplo, e manter uma nuvem privada como proteção para os desenvolvedores trabalharem dentro das técnicas oferecidas pela plataforma com um número de tecnologias para a virtualização de sistema, incluindo vmware, xen e kvm. O eucalyptus é uma sigla tirada da expressão "elastic utility computing architecture for linking your programs to useful systems." (arquitetura de computação elástica com utilidade para a ligação de seus programas e sistemas, em tradução livre). A maioria dos distribuidores linux apoia este projeto, que é baseado na obra original de Rick Wolski, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, os sistemas da empresa de eucalyptus foram formados em 2009 para apoiar a comercialização da plataforma de computação em nuvem. A iniciativa da empresa não é de forma única, vários outros projetos estão em andamento para criar plataformas em nuvem open source. A figura 13 mostra a infraestrutura eucalyptus, diversos hypersors rodam em sua infraestrutura oferecem flexibilidade e segurança a empresa que faz seu uso.

27 27 Figura 13: infraestrutura eucalyptus Fonte: Provedores e Serviços A disseminação das nuvens afetará o mercado de servidores, segundo Cezar Taurion (2009). As principais empresas de software têm o desafio de preservar o seu negócio já estabelecido, ao mesmo tempo que buscam se posicionar na liderança dos novos modelos. O Cloud Computing abre grandes oportunidades, mas também oferece grandes desafios para as empresas provedoras de serviços e tecnologias. Amazon AWS: A Amazon criou uma subsidiária chamada Amazon Web Services para disponibilizar serviços de computação em nuvem. Segundo Barrie Sosinsky (2011), a Amazon oferece o EC2(Elastic Computing Cloud), para locação de máquinas virtuais Linux, nas quais o usuário possa alugar dezenas, centenas ou até milhares de CPU s; o S3, serviço de armazenamento(storage) em nuvem, o SimpleDB, oferta de Database-as-a-Service e o SQS(Simple Queue service) para serviços. Com o S3 e EC2, o objetivo é que os usuários possam operar seus negócios sem ter a necessidade de investir em infraestrutura, como servidores e storage. A plataforma computacional oferecida é a própria plataforma que roda os aplicativos da Amazon, uma infraestrutura de tecnologia que inclui dezenas de milhares de servidores e que levou anos para ser construída e ajustada. A tecnologia de cloud computing oferecida é a IaaS e o usuário faz seu uso da forma adequada ás suas necessidades. A figura 14: logotipo dos serviços oferecido pela empresa Amazon o AWS, Amazon Web Service.

28 28 Fonte: Figura 14: Amazon AWS Google: Dr Manoel Veras (2009) afirma que uma simples consulta no Google demanda o acesso a milhares de megabytes e consome dezenas de bilhões de ciclos de processador. Na verdade, o google mantém em seus data centers uma cópia de grande fração da internet, cópia esta continuamente atualizada através de software spiders que percorrem a rede, link por link, vasculhando o conteúdo das bilhões de páginas, uma nuvem computacional que é utilizada frequentemente e que passa despercebida. Outro exemplo de uso de computação em nuvem é o Google AppEngine, o qual permite que o desenvolvedor crie sua própria aplicação sem necessidade de possuir infraestrutura e software específicos para isso. Todo tratamento é feito na nuvem e a aplicação resultante também é projetada para rodar especificamente no Google. Uma restrição era que o AppEngine suportava apenas linguagens Python, contudo recentemente foi projetado suporte também para Java. Outra restrição é que as bases de dados são criadas no bigtable, sistema de armazenamento de dados de propriedade do Google. A figura 15 mostra serviços _IM_le app engine. Figura 15: Google App Engine Fonte :

29 29 IBM: A IBM entrou no setor de computação em nuvem em novembro de 2007 com uma oferta diferenciada, chamada Blue Cloud, Segundo Cezar Taurion (2009). Esta oferta é um conjunto de tecnologias, algumas proprietárias como o Tivoli Provisioning Manager e outras open source como o Xen e o Haddop ( versão open source do ambiente de computação paralela do Google, o MapReduce), que permitem a uma organização construir sua própria infraestrutura de nuvem. Com ela, a empresa pode utilizar o conceito de computação em nuvem para o uso interno ou prover serviços para clientes externos. A figura 16 mostra um exemplo de nuvem da IBM. Figura 16: Nuvem da IBM Fonte: Autores de obras sobre cloud computing abrem uma discussão em relação aos desafios encontrados pelas empresas e provedores de nuvem. A computação em nuvem abre grandes oportunidades, mas também oferece imensos desafios para as empresas provedoras de serviços e tecnologias _IM Mather (2009, p.109). Por exemplo, a disseminação de nuvens afetará o mercado de servidores, também as principais empresas de software têm o desafio de preservar o seu negocio já estabelecido, ao mesmo tempo em que buscam se posicionar na liderança dos novos modelos de negócios. O cloud computing possui tipos muito bem definidos e cada um tem uma finalidade apropriada. A Virtualização também possui uma taxonomia característica. Na teoria de Gatner (2011), o cloud computing junto da virtualização será a tecnologia com maior impacto em operações e infraestrutura de TI até 2012, mudando drasticamente como o departamento de TI gerencia, compra, desenvolve, planeja e cobra por seus serviços. Todos esses serviços e produtos têm como base a virtualização de sistemas operacionais, essa tecnologia garante diversas vantagens.

30 VIRTUALIZAÇÃO A virtualização de servidores vem ganhando espaço com o passar do tempo, acompanhado também da virtualização de desktops. Com isso é preciso diversos tipos de softwares que atendam suas reais necessidades tais como disponibilidade e provisionamento de hardware em um curto espaço de tempo Conceitos Segundo Luciano Siqueira Jeans (2008), a virtualização é o processo que permite a execução de vários SO (Sistema operacional) operando em um único servidor ou desktop, através do compartilhamento de hardware. É a junção de ambientes operacionais físicos e virtualizados, através da transformação de hardware em software, ou seja, em um único servidor podemos criar e administrar vários outros servidores virtuais com sistemas operacionais distintos. Figura 2: Ambiente virtualizado Fonte: A figura 17, mostra um ambiente virtualizado, 7 máquinas virtuais, operando em um único servidor acompanhado de uma unidade de armazenamento(storage). Tradicionalmente, os servidores x86 são executados em um único sistema operacional e em um único aplicativo, diz Jeanna N. Mathews (2009). A virtualização quebra essa barreira e permite que um servidor seja executado de forma segura em várias máquinas virtuais ao mesmo tempo, cada uma com seu próprio sistema operacional e aplicativo, completa a autora citada acima. A virtualização é uma tecnologia de software comprovada que está transformando o cenário de TI e alterando a forma na qual a computação é tratada. Para oferecer uma alta disponibilidade de serviços flexíveis e, devido à maturidade da tecnologia de virtualização, as máquinas virtuais são utilizados como padrão para a

31 31 implantação de um objeto na nuvem. As máquinas virtuais separaram a infraestrutura virtualizada da física. Além disso, as máquinas virtuais permitem a personalização da plataforma para atender às necessidades do usuário final. Por exemplo, no amazon elastic compute cloud (EC2), o cliente escolhe a sua imagem preferida vm (máquina virtual) em uma lista de várias versões de servidores Gnu/Linux e windows configurado para atender diversos servidores web e/ou bancos de dados. Alternativamente, eles podem personalizar um sistema para melhor atender às suas necessidades e implantar o novo aplicativo nesse ambiente virtualizado Dr. Manoel Veras (2010, p.204). A amazon oferece um conjunto básico de serviços web que podem ser criados para suportar a demanda, conforme necessário, mas isso requer mais administração e gestão do sistema. Assim, algumas organizações desenvolvem ferramentas para infraestrutura virtual a fim de gerenciar e monitorar as máquinas virtuais em um pool de recursos distribuídos. A aplicação de terceiros, empresas de hospedagem de serviços surgiu para proporcionar maior nível de ferramentas de implementação do aplicativo em cima do EC2, reduzindo assim os encargos administrativos para o cliente. Atualmente, o conceito de virtualização vem sendo e aplicado praticamente em todos os data centers, as empresas de tecnologia e ás que fazem o seu uso, para minimizar custos com equipamentos e garantir uma eficiência energética, ações que veem sendo resgatadas conforme a necessidade tecnológica. Assim como Cloud Computing, a virtualização também possui diversos tipos e software que variam de acordo com a aplicação, sendo possível escolher uma ferramenta que se encaixe à necessidade História A virtualização é a ideia de separação ou divisão dos recursos de um único servidor em vários segregados de máquinas virtuais. A tecnologia de virtualização tem sido proposto e desenvolvido a um período relativamente longo. O primeiro uso da virtualização foi realizado pela IBM em 1960, destinada a alavancar os investimentos em computadores mainframe expansivos Jeanna N. Mathews (2009, p.103). A ideia era permitir a multitarefa e executar várias aplicações e processos para diferentes usuários simultaneamente. Robert P. Goldberg (1974) descreve a necessidade de máquinas virtuais: Os sistemas de máquinas virtuais foram originalmente desenvolvidas para corrigir algumas das

32 32 deficiências da típica arquitetura de terceira geração e exploração de multiprogramação e sistemas operacionais. Durante os anos 1980 e 1990, a abordagem predominante para a computação foi distribuído a sistemas, aplicações cliente servidor, e o servidor x86 de baixo custo. Recentemente, devido ao rápido crescimento da infraestrutura, temos visto o surgimento de processadores multicores e uma grande variedade de hardwares, sistemas operacionais, e softwares. Segundo, Gillam Lee (2010) neste ambiente, a virtualização tem tido um ressurgimento da popularidade. Ela proporciona grandes benefícios para um sistema de computação, incluindo o aumento da utilização, eficiência energética, implementação rápida, melhor capacidade de manutenção, isolamento e encapsulamento. Sendo assim, oferece gerenciamento de carga flexível e de alta disponibilidade durante a manutenção planejada ou eventos não planejados. A virtualização por muitos é considerada uma nova tecnologia, porém em tempos antigos da computação já se utilizava esses apetrechos por diversas aplicações. 2.3 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO De acordo com uma das autora do livro: Executando o Xen, um guia prático para a arte de virtualização Jeanna N. Mathews (2008), Muitos detalhes técnicos a respeito de virtualização são similares, e ainda assim existem muitas abordagens para resolver problemas associados com diferentes implementações. Quatro principais arquiteturas para virtualização na computação moderna permitem a ilusão de sistemas isolados: emuladores, virtualização completa, paravirtualização e virtualização em nível de sistema operacional Emuladores Nos emuladores, a máquina virtual simula todo o conjunto de hardware necessário para executar hóspedes sem que nenhuma modificação seja necessária, para diferentes arquiteturas de hardware. Segundo Eli M. Dow (2008), os emuladores são usados para criar novos sistemas operacionais ou microcódigos para novos projetos de hardware, antes que estes estejam disponíveis fisicamente. Exemplos incluem PearPC, Bochs e as formas não aceleradas do QEMU, a arquitetura da tecnologia é vista na figura 18.

33 33 Figura18: Esquema de virtualizado utilizando o QEMU Fonte: Virtualização Completa A virtualização completa (também chamada de virtualização nativa) é semelhante aos emuladores. Como neles, sistemas operacionais sem modificação, executam dentro de uma máquina virtual. De acordo com Jeanna N. Mathews (2008), a diferença em relação aos emuladores é que sistemas operacionais e aplicativos são projetada para executar na mesma arquitetura de hardware presente na máquina física subjacente. Isso permite que um sistema em virtualização completa, execute muitas instruções diretamente no hardware bruto. O hypervisor, neste caso, vigia o acesso ao hardware subjacente e dá a cada sistema operacional hóspede, a ilusão de ter sua própria cópia desse hardware. Não é preciso usar software para simular uma arquitetura básica diferente. A figura 19 mostra uma infraestrutura do hypervisor xen em funcionamento.

34 34 Figura19: Ambiente implementando com a virtualização completa Fonte: Paravirtualização Uma terceira técnica comum é conhecida como paravirtualização. Em alguns lugares ela é também chamada de iluminação (enlightenment). Nela, o hypervisor exporta uma versão modificada do hardware físico subjacente. Segundo Eli M. Dow (2008), a máquina virtual exportada é da mesma arquitetura, o que não é necessariamente o caso dos emuladores. A figura 20 mostra um ambiente virtualizado usando a paravirtualização. Figura 20: Ambiente paravirtualizado Fonte: Virtualização ao sistema operacional Uma quarta técnica é a virtualização em nível de sistema operacional (também chamada de (paenevirtualização) para refletir o fato de que ela é quase virtualização ), nessa técnica não existe monitor de máquina virtual. De acordo com Jeanna N. Mathews (2008), tudo é feito inteiramente com uma única imagem tradicional de sistema operacional. Os SOs que suportam essa técnica, são de propósito geral e compartilhamento de tempo, com a capacidade de garantir fortemente espaços de nome e isolamento de recursos. Os hóspedes, criados em tais condições, ainda são percebidos como se fossem máquinas separadas com seus próprios sistemas de arquivos, endereços IP e configurações de software. A figura 21 mostra um ambiente ao SO.

35 35 Figura 21: virtualização em nível de sistema operacional. Fonte: Software de Virtualização (Hypervisor) Os hypervisores foram originalmente desenvolvidos no princípio dos anos 70 quando, para reduzir custos, se consolidavam vários computadores isolados de diferentes departamentos da empresa em um sozinho e maior o mainframe, capaz de servir a múltiplos setores. Segundo Dr. Manoel Veras (2009), ao executar múltiplos SO ao mesmo tempo, o hypervisor permite uma consolidação, dando robustez e estabilidade ao sistema; se um sistema operacional parar, os outros continuam trabalhando sem interrupção. A imensa maioria dos vendedores de sistemas Unix, incluindo Sun Microsystems, HP, IBM e SGI estão vendendo hardware virtualizado desde o ano Estes sistemas são eficientes, mas extremamente caros. A arquitetura x86 usada na maioria dos sistemas de PC, é particularmente difícil de virtualizar. Mas as grandes companhias, como AMD e Intel, estão a implementar extensões que redirecionam as partes ineficientes ou deficientes da virtualização de x86, proporcionando um apoio adicional ao hypervisor. Isto permite um código de simples virtualização e um melhor rendimento para uma virtualização completa O hypervisor situa entre os domínios hóspedes e o hardware físico, alocando e controlando recursos, garantindo proteção e isolamento (Eli M. Dow,2008, p.167). XEN O hypervisor do Xen se originou no laboratório de computação da universidade de Cambridge como parte do projeto XenoServer em andamento em Esse projeto tinha como objetivo criar uma infraestrutura pública para computação distribuída por amplas áreas. A intenção do projeto era criar um sistema onde plataformas de execução do XenoServer estariam espalhadas pelo planeta para uso por qualquer membro no público-alvo. Quando a infraestrutura do XenoServer estiver completa, seus usuários enviarão um código

36 36 para ser executado e serão cobrados posteriormente pelos recursos utilizados durante a execução. Garantir que cada um dos nós físicos seja usado em sua máxima capacidade possível exige um hypervisor de alto desempenho, capaz de hospedar múltiplos sistemas operacionais comuns num único servidor baseado em x86. Para cumprir tal papel, o Xen foi criado para ser o núcleo de cada nó do XenoServer. Ele permite estabelecer a responsabilidade pelo consumo de recursos, auditoria e, o mais importante, o gerenciamento de recursos necessário para a infraestrutura do XenoServer. Segundo Jeanna N. Mathews (2008), o Xen foi apresentado ao público pela primeira vez num artigo acadêmico aceito nos procedimentos de 2003 da Associação de Equipamentos de Computação (ACM, Association for Computing Machinery) para o Simpósio de Princípios em Sistemas Operacionais (SOSP, Symposium on Operating System Principles). A afirmação de ter a capacidade de executar virtualização rápida em máquinas x86 comuns criou um grande interesse na comunidade acadêmica. Essa afirmação foi verificada independentemente em ambientes acadêmicos, o que serviu para fortalecê-la. Em seguida, um grande número de grupos se interessou por essa nova abordagem de virtualização. Nos anos seguintes a essa publicação inicial do Xen, muitas atualizações significativas ocorreram no projeto, permitindo melhorias na funcionalidade, confiabilidade e performance. É digno de nota que, durante o desenvolvimento do Xen 1.x, a divisão de Pesquisas Microsoft, em colaboração com a Universidade de Cambridge, desenvolveu parte do Windows XP para o Xen. Essa adaptação se tornou possível, em parte, por causa do programa de licenciamento acadêmico da Microsoft. Infelizmente, devido aos termos dessa licença, a adaptação nunca foi publicada, embora tenha sido mencionada no artigo original na SOSP sobre o Xen. O hypervisor Xen se situa acima do hardware físico é apresenta aos domínios hospedes uma interface de hardware virtual. Dessa forma, ele define a máquina virtual que os domínios hospedes percebem no lugar do hardware físico (Eli M. Dow,2008, p.199). Ele dá a cada domínio hospedes uma porção de todos os recursos da máquina física, exportando dispositivos simplificados. O hypervisor não esta sozinho em sua tarefas de administrar os domínios hóspedes no sistema. Um domínio privilegiado chamado de Domain0 serve como uma interface administrativa para o Xen. Ele é o primeiro domínio ativado quando o sistema é inicializado e pode ser usado para criar e configurar outros domínios hóspedes comuns. O Domain0 é responsável por executar as requisições de hardware e software vindo dos domínios comuns. Um domínio de driver é o DomU que executa um kernel mínimo e um

37 37 backend para um dispositivo particular. Esse processo tem a vantagem de mover a complexidade e risco de gerenciamento de dispositivo para fora do Domain0. A figura 22 da um exemplo da dom0 em atendendo a requisitos das domus. Figura 22: Hypervisors de virtualização Xen Fonte: 3 METODOLOGIA A linguagem escolhida para seu desenvolvimento será o python pode ser encontrado em _in.python.org, segundo Osvaldo Santana (2011), sua construção começou em 1989 pelo holandês Guido Van Rossum. Seu nome origina-se do nome da série humorística britânica Monty Python s Flying Circus, do grupo humorístico britânico Monty Python. Guido queria uma linguagem de altíssimo nível, que agregasse características importantes de diversas linguagens de programação. Além disso, queria que essa linguagem de programação mantivesse uma sintaxe simples e clara, completa Santana. A linguagem de programação python é hoje usada pela maioria dos desenvolvedores e organizações por ter seu foco a legibilidade, coerência e qualidade do software em geral, o

38 38 distingues de outras linguagem (MARK LUTZ,2003, p.121). O código em Phyton é projetado para ser legível e, portanto, fácil de manter. Mais que as linguagens de scripts tradicionais, o phyton também tem excelente suporte para o mecanismos de reutilização de código, como a programação orientada a objetos(poo). A figura 23 mostra estágios do bytecode python. Figura 23: Esquema do bytecode escrito em python Fonte: O código-fonte da linguagem em geral corresponde de 1/3 a 1/5 do tamanho do código das linguagens equivalentes(c++ ou Java por exemplo) (MARK LUTZ,2003, p.63). O que significa menos digitação, menos depuração e uma menos manutenção após seu completo desenvolvimento. Algumas ferramentas conhecidas como frameworks são integradas a linguagem para oferecer flexibilidade ao desenvolvedor. O Django pode ser encontrado em _in.djangoproject.com.é uma delas, uma ferramentas para desenvolvimento web, escrito em Python, que foi criado pelo grupo editorial The Wold Company para criação da versão web dos seus jornais. Posteriormente, em 2005, foi liberado sob licença BSD, tornando-se assim um software de código aberto. Osvaldo Santana (2011), um dos autores do livro Python e Django desenvolvimento ágil de aplicações web, afirma que o django como outros frameworks ágeis para desenvolvimento web, utiliza o conceito de DRY Don t reapeat youself (não se repita), que trabalha com a _inux de utilizar convenções em substituições ás configurações. O autor define que, se seguirmos determinadas convenções na maneira de organizar seu código, não será preciso configurar as características especificas de seu software. Uma ferramenta bastante ágil para o desenvolvimento, é necessário que o desenvolvedor utilize configurações complexas somente em situações nas quais o comportamento padrão do django não é o esperado ou quando não é possível seguir as convenções criadas pelo framework, completa o autor.

39 39 O autor considera o django um superframework, pois é composto de vários frameworks (componentes menores): ORM Object- relational mapper (Mapeador de objeto relacional): Permite o desenvolvedor utilizar objetos sem se preocupar com a persistência desses dados no seu banco de dados relacional. Template System : Fornece uma linguagem para criação de templates(html, XML, JSON) usados na geração de páginas dinâmicas. Sistema de Administração: O Django é um framework web que disponibiliza uma interface, gerada automaticamente, que permite a administração dos objetos de negócios da aplicação em desenvolvimento. URL dispatcher : Cuida do processamento das URLs do sistema executando funções especificas pelo desenvolvedor e possibilitando o uso de URLs amigáveis pelo usuário. Internacionalização : Facilita a internacionalização de seu sistema, permitindo que ele funcione corretamente com diversos idiomas. Formulários : Geração automática de formulários e facilitação na manipulação dos dados enviados por meios deles. Segurança : Gerenciamento de autenticação de usuários e controle de permissões. Com todos esses recursos, não nos resta dúvida adotar essa ferramenta para o desenvolvimento e confecção da nossa aplicação voltada para cloud computing. A linguagem oferece também APIs para desenvolvimentos que são bibliotecas de ferramentas integradas, segundo Daniel Berrange (2010), o libvirt é uma delas, um kit de

40 40 ferramentas para interagir com as capacidades de virtualização das versões recentes do Gnu/_inux, suporta softwares livres sob a licença Pública Geral GNU Lesser, a ferramenta possui um conjunto de ligações para várias linguagens de programação. Como resultado, libvirt pode ser encontrado em deve fornecer todas as APIs necessárias para fazer a gestão, tais como: disposição, criar, modificar, monitorar, controlar, migrar e parar os domínios dentro dos limites do apoio do hypervisor para essas operações. Nem todos os Hypervisors fornecem as mesmas operações, mas, se uma operação é útil para a gestão do domínio de um mesmo Hypervisor específica vale a pena fazer o uso do libvirt, completa o autor. Vários nós podem ser acessados com o libvirt simultaneamente, mas as APIs estão limitados a operações de único nó. Operações de recursos nó que são necessários para a gestão e aprovisionamento de domínios e também estão no âmbito da API libvirt, como configuração de interface, regras de firewall, gerenciamento de armazenamento e APIs de provisionamento geral. O libvirt também irá fornecer as APIs do monitoramento do estado necessário para implementar políticas de gestão, obviamente, verificando o estado do domínio, mas também vai expor o consumo dos recursos locais do nó. Outra biblioteca também integrada ao python será utilizada no projeto, segundo Prabhakar Chaganti 2010, O Boto pode ser encontrado em é uma biblioteca de código aberto python para se comunicar com todos os serviços da Amazon AWS. Foi originalmente concebido por Mitch Garnaat e é atualmente mantida e reforçada por ele e uma comunidade de desenvolvedores. Uma interface totalmente integrada para os atuais serviços de infraestrutura oferecidos pelo provedor de nuvem, também existe uma lista crescente de opções de configuração para a biblioteca boto. Muitas dessas opções podem ser passados para os construtores para objetos de alto nível, tais como conexões. Algumas opções, tais como credenciais, também pode ser lida a partir de variáveis e ambiente (por exemplo, AWS_ACCESS_KEY_ID e AWS_SECRET_ACCESS_KEY ). A figura 24 mostra um ambiente com a python+django+boto em funcionamento.

41 41 Figura 24: Arquitetura utilizando API Boto adaptado de Fonte: A utilização da biblioteca libvirt acorre da mesma forma, uma combinação de códigos escritos em python com a ajuda da framework django se encarregam de executar a tarefa. A figura 25 mostra um exemplo em forma de diagrama. Figura 25: Arquitetura utilizando a API Libvirt adaptado de: Fonte:

42 RESULTADOS Os conceitos da computação em nuvem e virtualização serão incorporados nesta aplicação. A linguagem python em conjunto com framework django farão o trabalho de conexão com os hypervisors e gerenciamento das máquinas virtuais em funcionamento. 4 LCP LINUX CLOUD PLATFORM O LCP Linux Cloud Platform é uma aplicação que tem como objetivo oferecer ferramentas para o administrador de uma rede ou até mesmo um usuário avançado gerenciar de uma forma simples seus servidores e máquinas virtuais. 4.1 Funcionalidades do LCP: Este projeto propõe implementar conceitos estudados sobre a tecnologia de cloud computing e virtualização, tal como criação de vms, gerenciamento e monitoramento em uma infraestrutura privada, a também a mesma _déia para uma infraestrutura pública: criar, gerenciar e monitorar Vms em ambiente de terceiros, aplicando assim o conceito cloud computing. A aplicação da à possibilidade de integrar nuvens de vários provedores, a ferramenta terá acesso via browser a todos esses recursos. A figura 26 mostra aplicação em ambiente de produção. Figura 26: LCP Linux Cloud Platform

43 Ambiente de desenvolvimento A Framework Django possui comandos que facilitam a criação de uma aplicações web. O Código Fonte 1, mostra os passos para criação de um projeto django, com um exemplo na pratica. 1. startproject LCP init.py manage.py setting.py urls.py Código Fonte 1: Criação projeto Django. O comando #django-admin.py startproject LCP é responsável pela criação da aplicação, ele disponibiliza um conjuntos de arquivos que são de configurações e desenvolvimento do projeto, no exemplo LCP é nome do projeto em questão. Cada arquivo tem sua função especifica na aplicação: init : Arquivo vazio que indica ao python que o projeto pode ser usado como um pacote para outras aplicações; Manage.py: Utilitário usado para auxiliar nas tarefas específicas do projeto; settings.py: Arquivo de configuração do projeto. É aqui que o Django busca as informações de configurações de projeto. Informações sobre como conectar no banco de dados, como enviar , quais idiomas a nossa aplicação suporta, quais aplicações ela usará. Urls.py : definições de URLs do projeto. A figura 27 mostra uma arquitetura django, o exemplificando os passos de uma requisição.

44 44 Figura 27: Framework Django Fonte: A configuração de inicio que é feito no Django é a de banco de dados, diz Osvaldo Santana (2011).Como o projeto esta em fase de desenvolvimento o banco usado para a aplicação é o SQLite 3, que é contido nos pacotes do Python, o autor completa que para aplicações em operação é recomendado ou banco de dados como por exemplo o MySQL. O que será aplicado o projeto estiver em um ambiente de produção. Código Fonte 2, configurações do banco de dados no django, apresenta a configuração do banco de dados do projeto, nela são inseridos parâmetros de configurações para fazer conexão, com nome de usuário, senha, etc. 1. DATABASES = { 2. 'default': { 3. 'ENGINE': 'django.db.backends.sqlite3', # Add 'postgresql_psycopg2', 'postgresql', 'mysql', 'sqlite3' or 'oracle'. 4. 'NAME': '/home/useredu/projects/lcp/lpc.db', # caminho da base de dados. 5. 'USER': '', # parâmetro de usuário não usar para sqlite3. 6. 'PASSWORD': '', # parâmetro de senha não usar para sqlite3. 7. 'HOST': '', # parâmetro do servidor host da base de dados. não usar para sqlite3. 8. 'PORT': '', # parâmetro de porta de conexão. não usar para sqlite3. } } Código Fonte 2: Configuração do Banco de Dados no Arquivo settings.py.

45 Aplicações Django O Django divide cada projeto em aplicações: cada aplicação, dentro do seu projeto, pode ser estendida como um componente desse projeto. Cada componente deve possuir um conjunto bem definido de funcionalidades. O Projeto LCP de será composto de várias aplicações, por hora é feita a criação de uma aplicação inicial com o nome de lcp_manager e tem a seguinte forma: 1. manage.py startapp lcp_manager 2. manage.py startapp aws 3. init.py views.py models.py Código Fonte 3: Criação de aplicação Django. O comando manage.py startapp inicia uma nova aplicação a Código Fonte 3, criação de aplicações com o comando específico, um exemplo prático, com o seguintes arquivos: init : Diz que essa aplicação é um pacote Python. models.py: definição das tabelas de banco de dados da aplicação. views.py : Aonde é criada as e funções para nossa aplicação. Depois de criar a aplicação, e necessário ativar essa aplicação no projeto. Para tanto, é preciso adicioná-la à lista de INSTALLED_APPS do arquivo settings.py. Código Fonte 4 Liberação de aplicação no ambiente django, um exemplo da liberação das aplicações que compõe o projeto. 1. INSTALLED_APPS = ( 'django.contrib.messages', ##aplicação para envio de mensagem 4. 'lcp_manager', ##aplicação para infraestrutura privada 5. 'aws', )##aplicação para infraestruta pública Amazon Aws

46 46 Código Fonte 4: Configuração do Banco de Dados no Arquivo settings.py Segundo Osvaldo Santana (2011), as aplicações web funcionam sempre da mesma forma. O cliente (browser)faz uma requisição (request)para um servidor por meio de um endereço(url), e esse servidor devolve uma resposta(response) a essa requisição. Essa é a essência do funcionamento do protocolo HTTP. O Django possui um mecanismo que permite ao desenvolvedor criar mapas em que pode definir quais URLs chamarão quais funções(views) da sua aplicação. Tal mapeamento é feito dentro do arquivo urls.py, que foi criado anteriormente pelo comando django-admin. Código Fonte 5 Configurações das funcionalidades do projeto, um exemplo de como liberar tal funções para uso na aplicação. Que possui a seguinte forma: 1. ##Liberando as funções para o aplicativo lcp_manager 2. (r'^$', 'lcp_manager.views.index'), ##Liberação da função da pagina inicial da aplicação 3. (r'^vm/(?p<nr_vm>\d+)/$', 'lcp_manager.views.vm'),##liberação da função criar vm privada 4. (r'removevm/(?p<nr_vm>\d+)/$', 'lcp_manager.views.removevm'),##liberação da função remover vm privada 5. (r'suspendvm/(?p<nr_vm>\d+)/$', 'lcp_manager.views.suspendvm'),##liberação da função suspender vm privada ) Código Fonte 5: Configuração do URLs no Arquivo urls.py O arquivo views.py será composto com as seguintes funções: Nuvem Pública e privada : Funções que vão interagir com as máquinas virtuais criadas em um ambiente público e privado, uma empresa, um provedor de nuvem. LigarInst(): ligar uma instância(vm) selecionada na Amazon AWS. Após as definições das funções é possível criar interfaces robustas, seguras e eficientes, a Código Fonte 6 mostram um trecho de um código usado para ligar uma máquina virtual instanciada no ambiente da Amazon AWS. A simplicidade e a eficiência do código levam a aplicação a ser ágil.

47 47 1. import boto 2. import boto.ec2 3. from boto.ec2.connection import EC2Connection #Biblioteca boto 4. def ligarinst(request, nr_aws): 5. ec2 = boto.connect_ec2(aws_access_key_id, AWS_SECRET_ACCESS_KEY)#Conectando na Amazon AWS if request.method == "POST": 8. ligar = ec2.start_instances(instance_ids=instance)## ligando a Vm na Amazon 9. return HttpResponseRedirect("/listinstances/") 10. return render_to_response("ligarinst.html", c ) Código Fonte 6: Uso da biblioteca boto na aplicação LCP. As configurações ou parâmetros para criação das Vms serão armazenadas em forma de tabela que serão administrada por um SGBD, o SQLite que ao final do projeto será implementando em MySQL. De acordo com Osvaldo Santana (2011), uma classe que modele os dados de criação de Vms no ambiente público e privado (disco, memória, etc) é recomendado. As classes desse tipo são conhecidas como classe Model e ficam localizadas em um arquivo chamado models.py dentro do diretório de cada aplicação. Código Fonte 7 Modelagem de dados da aplicação, um exemplo prático para criação de tabelas com a framework django. Essa classe terá a seguinte forma: 1. # -*- coding: utf-8 -*- 2. from django.db import models 3. from django.contrib.auth.models import User 4. class ConfVmXen(models.Model): 5. hostname = models.charfield(max_length=50) #Hostname da VM 6. tam_men = models.charfield(max_length=20) #Tamanho da memória da VM... Código Fonte 7: Exemplo de configuração do Banco de Dados no Arquivo settings.py

48 Interface WEB Nesta etapa do projeto o objetivo é o desenvolvimento das telas para interação com usuário via web de forma simples, segura e eficiente. Elas irão auxiliar ao uso correto da aplicação, criar e gerenciar máquinas virtuais no ambiente público e privado. Figura 28: LCP Tela Inicial A aplicação LCP, possibilita identificação de usuário através da inserção de Username e Password para ingresso no sistema totalmente via browser. A figura 28 mostra este evento. O código para funcionalidade desta função é mostrado na Código Fonte 8, no exemplo a linha return render_to_response("index1.html", {}) retorna ao usuário a pagina mostrada na ilustração que tem o nome de index1.html. 1. ##Função da Pagina Index pedir login 3. def index(request): 4. return render_to_response("index1.html", {})Retorna a pagina index1.html ao usuário

49 49 Código Fonte 8: Função para autenticação de usuário. Apenas uma chamada garante com que a função estabelece conexão entre o usuário e a aplicação, a framework django oferece bibliotecas para garantir a autenticidade do usuário que irá interagir com a aplicação: from django.contrib.auth.decorators import A aplicação é dividida inicialmente em dois ambientes: público e privado. Ambiente Privado: No ambiente privado o usuário pode fazer a criação de sua máquina virtual apenas clicando em simples botão, como mostra a figura 29. Figura 29: Botão para Adicionar Máquinas Virtuais.

50 50 O código para criação desta tela pode ser visualizado nos Código Fonte 9 e <img src="/media/imagens/rodape.png" /> 2. <p><a href = "/">Início<a/></p> 3. <p><a href = "/logout/">logout</a></p> 4. <p><a href = "/addvm/">adicionar Máquinas Virtuais</a></p> 5. <p><a href = "/listhypersbd/">configurações do Hypervisor Xen</a></p> 6. <p><a href = "/">Ambiente KVM</a></p> Código Fonte 9: Códigos para listar máquinas virtuais criadas. A criação de máquinas virtuais é feita de forma simples, com a inserção das configurações básicas de um computador real é possível criar sua VM. A figura 30 mostra uma máquina virtual sendo criada logo após a confirmação de suas configurações. 1. {% for vm in lista_vm %} 2. <li> 3. <a href="/removevm/{{ vm.id }}"> 4. <img src="/media/imagens/lixeira2.png" /> 5. </a> 6. <a href="/vm/{{ vm.id }}"> 7. VM : {{ vm.hostname}} - {{ vm.tam_men }}b RAM 8. </a> 9. </li> Código Fonte 10: Códigos para listar máquinas virtuais criadas. Código Fonte 11 - Código para criação de máquinas virtuais, um exemplo de codificação.

51 51 Figura 30: Criação de máquinas virtuais(imagem esquerda), console em produção de vm(imagem direita) em um ambiente privado. O usuário clica no link Criar VM na tela que envia o usuário para a URLS /addvm. Isso gera uma requisição(get) que, por estar mapeada no url.py, executará a função addvm()(definida em views.py). A expressão : form = FormConfVmXen(request.POST, request.files), if form.is_valid(): e dados = form.cleaned_data, valida os parâmetros das máquinas virtuais e faz sua criação, armazenando suas configurações no dicionário form.cleaned_data. pedir login 2. def addvm(request): 3. if request.method == 'POST': #Máquina enviada a criação 4. form = FormConfVmXen(request.POST, request.files) 5. if form.is_valid(): 6. dados = form.cleaned_data 7. return render_to_response("salvo.html", {"vm" : vm}) 8. else:##acessada via link método GET 9. form = FormConfVmXen() 10. return render_to_response("addvm.html", {'form':form}, context_instance=requestcontext(request)) Código Fonte 11: Exemplo de função para criação de máquinas virtuais.

52 52 A linguagem python oferece uma ferramenta na qual é possível executar programas escritos em shell scripts(lotes de comandos que funcionam em linux)o Código Fonte 12 mostra o código do script criavm.sh. 1. #!/bin/bash 2. sudo xen-create-image --hostname=$nomevm --size=$diskvm --swap=$swapvm --dist=$distvm -- memory=$menvm --dhcp --lvm=$nomelvm 3. #Cria a VM propriamente dita 4. sudo xm create /etc/xen/$nomevm.cfg Código Fonte 12: Exemplo de código do script criavm.sh. Figura 31: Funções para o usuário interagir com a máquina virtual. Com a máquina virtual criada é possível fazer sua gerência como, ligar, desligar, salvar uma cópia desta máquina. Este processo é feito com ajuda da biblioteca libvirt que fornece funções escritas em python para essas tarefas, tornando a aplicação simples e ágil. A figura 31 mostra as para a tela com a máquina virtual e também. O Código Fonte 13 mostram o código das funções:

53 53 1. def suspendvm(request, nr_vm): 2. ## Conectando no Hypervisor Xen 3. conn = libvirt.open("xen:///") 4. domvm = conn.lookupbyname(vm.hostname) 5. if request.method == "POST": 6. domvm.suspend()/suspender VM, para ligar é usado o comando: domvm.resume() e para desligar: domvm.shutdown() 7. return HttpResponseRedirect("/lista/") 8. return render_to_response("vmsuspensa.html", c) Código Fonte 13: Exemplo de função para Hibernar máquina virtual. Ambiente público: No ambiente público, foi possível fazer a conexão com a infraestrutura da empresa Amazon AWS. Neste ambiente é necessário a criação de uma chave para identificação com o usuário e a máquina virtual criada no sistema, um arquivo no formato conexão.pem que incorporada ao protocolo de conexão remoto SSH(Security Shell), com isso pode-se interagir com a vm criada no ambiente da Amazon de forma simples e segura. A figura 32 mostra este evento. Figura 32: Criação de novas chaves de conexão.

54 54 Figura 33: Cria chave tccii-usf.pem no ambiente Amazon AWS. A criação desta chave é feita somente com inserção de seu nome no campo indicado e clicando no botão Criar chaves AWS EC2, a figura 33 mostra este evento. O LCP oferece uma função na qual carregamos todas as informações das imagens de máquinas virtuais que o provedor Amazon oferece, como por exemplo: tipo de sistema operacional, arquitetura, tamanho de memória etc. A ilustração 34 mostra a listagem dessas imagens: Figura 34: Imagens de Vms no ambiente Amazon AWS

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