VirtualBox Mario Hato Instituto de Computação UNICAMP VirtualBox

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Júlio César Bernardes Pinheiro
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1 Mario Hato Instituto de Computação UNAMP 1

Motivação Infraestrutura de computação - 2000 1 PC 1 SO Vários Aplicativos Utilização Baixa < 25% App App App App App App App App X86 Windows

2 Motivação Infraestrutura de computação PC 1 SO Vários Aplicativos Utilização Baixa < 25% App App App App App App App App X86 Windows XP X86 Windows 2003 X86 Suse X86 Red Hat 12% Hardware Utilization 15% Hardware Utilization 18% Hardware Utilization 10% Hardware Utilization 2

Windows XP X86 Windows 2003 X86 Suse X86 Red Hat 12% Hardware

3 Desafios Baixa utilização da Infraestrutura Aumento do Custo da Infraestrutura física Aumento do Custo em gerenciamento Baixa proteção a falhas e desastres Solução: Virtualização 3

4 Sistema Virtualizado Cada aplicação roda em seu SO Cada SO não sabe que compartilha recursos com outros SO's App. A App. B App. C App. D X86 Windows XP X86 Windows 2003 X86 Suse Linux X86 Red Hat Linux X86 Multi-Core, Multi Processor 70% Hardware Utilization 4

5 Porque a virtualização é útil? Executar múltiplos SO's simultaneamente Facilitar instalações de software Testes e recuperação de desastres Consolidação de Infraestrutura 5

6 Evolução da Virtualização 1º Geração: Full Virtualization 2º Geração: ParaVirtualization 3º Geração: Hardware-Assisted Virtualization Virtual Virtual Machine Machine Dynamic Translation Operating System VM Hypervisor VM Virtual Virtual Machine Machine Hypervisor Hardware Hardware Time Hardware Virtualization Logic 6

Machine Machine Dynamic Translation Operating System VM Hypervisor VM Virtual

7 Solução Full Virtualization Open Source Multiplataforma Hosted Hypervisor Portável arquivos de configuração em XML Não necessita de Virtualização em Hardware 7

8 Guest Additions Pastas compartilhadas Seamless windows Virtualização 3D Grande suporte de hardware Guest multiprocessing (SMP) Suporte a dispositivos USB Compatibilidade de Hardware 8

9 Suporte em hardware(cont.) Suporte ACPI total Múltiplas resoluções de tela Suporte a iscsi embutido Boot em rede (PXE) Snapshots Extremamente Modular Acesso remoto (VRDE RDP) 9

10 Plataformas Host e Guest 10

11 História Innotek Jan-2007 Sun Fev-2008 Oracle Jan

12 Arquitetura 12

13 Camada de Gerenciamento Web Service Fácil de usar Acesso remoto Overhead no empacotamento do XML Component Object Model COM/XPCOM Restrito a algumas linguagens Cliente deve ser executado no mesmo Sistema do Host Baixo overhead 13

Model COM/XPCOM Restrito a algumas linguagens Cliente

14 Componentes IPRT Portable Runtime Library VMM Virtual Machine Monitor EM Execution Manager REM Recompiled Execution Monitor TRPM Trap Manager HWACCM Hardware Acceleration Manager PDM Pluggable Device Manager 14

Recompiled Execution Monitor TRPM Trap Manager

15 Componentes PGM Page Manager PATM Patch Manager TM Time Manager CFGM Configuration Manager SSM Saved State Manager VUSB Virtual USB DBGF Debug Facility 15

16 Virtualização Permitir executar softwares diretamente no processador. Software Suporte a processadores antigos Hardware Intel VT-x AMD AMD-V Diferentes em detalhes, mas com princípios iguais 16

17 Virtualização em Software Tarefa complexa Desempenho reduzido Emulação completa ou Paravirtualização VVM roda em Ring0 SO Guest roda em Ring1 App Guest roda em Ring3 17

18 Virtualização em Software Ring1 não permite a execução de instruções privilegiadas Certas instruções não geram excessões em Ring1 System Calls Task Priority Register (TPR) Instruções que mostram o verdadeiro estado da máquina (CPUID) 18

excessões em Ring1 System Calls Task Priority Register

19 Virtualização em Software Code Scanning and Analysis Manager CSAM Patch Manager PATM Em tempo de execução Análise em ocorrência de excessões 19

20 Virtualização em Software Utilizado em muitos cenários Raros SO's que utilizam instruções esotéricas. Ex.: OS/2 Em sistemas guest de 64 bits Em sistemas multiprocessados SMP 20

21 Intel VT-x Virtualização em Hardware VMX modo root Funcionamento antigo 4 Rings VMX modo não root Execução do sistema Guest Virtual Machine Control Structure VMCS VM Entry e VM Exit 21

22 AMD-V Virtualização em Hardware Ambiente de virtualização mais completo VT-x requer paginação habilitada Impede código em modo real e software em modo protegido não paginado Firmware e SO loader Não complica a implementação do VMM Overhead ainda relativamente alto 22

23 Virtualização em Hardware Nested Paging AMD Rapid Virtualization Indexing RVI Barcelona (K10) Intel Extended Page Tables EPT Corei7 (Nehalem) Tradução para endereços guest physical primeiro. Intel VPIDs Acelera a troca de contexto, reduz o flush da TLB 23

24 Memory Overcommitment Muitas VM's Menos memória Permitir a execução de mais VM's 2 técnicas implementadas: Memory balloning Page Fusion 24

25 Memory Ballooning Mudança da quantidade de memória reservada para o guest Normalmente se faz com a VM desligada Virtualbox Guest Additions aloca e bloqueia a memória no SO guest Esta memória pode ser utilizada por outra VM. 25

26 Memory Ballooning Somente em Host de 64 bits, exceto Mac OS X A memória liberada não é vista como livre Muito útil em casos que envolvem necessidade temporária de memória. Ex: Inicialização da VM. 26

27 Page Fusion Evita a duplicação de páginas de memória em sistemas similares Identifica páginas de memórias semelhantes Realiza o compartilhamento de páginas. Escrita em página compartilhada Cópia da página. 27

28 Page Fusion Abordagem tradicional Page sharing ou Same Page Merging (CheckSums) Alto consumo de CPU e overhead de 10-20% Utiliza a lógica do Guest Additions Somente em hosts de 64 bits com Windows guests. 28

29 Obrigado! Dúvidas? 29

30 Referências tation Manual do usuário SDK urses/n2/virtualization-introduction.ppt iscutindo_virtualização_parte_1 30

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