CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA

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1 CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA FACULDADE DE TECNOLOGIA DE LINS PROF. ANTONIO SEABRA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM REDES DE COMPUTADORES JAIRO MIRIEL ANTONUCCI IMPLEMENTAÇÃO DE UM AMBIENTE DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM UTILIZANDO OPENSTACK LINS/SP 1º SEMESTRE / 2015

2 CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA FACULDADE DE TECNOLOGIA DE LINS PROF. ANTONIO SEABRA CURSO DE TECNOLOGIA EM REDES DE COMPUTADORES JAIRO MIRIEL ANTONUCCI IMPLEMENTAÇÃO DE UM AMBIENTE DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM UTILIZANDO OPENSTACK Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Lins para obtenção do Título de Tecnólogo em Redes de Computadores. Orientador: Prof. Me. Marcel Santos Silva LINS/SP 1º SEMESTRE / 2015

3 JAIRO MIRIEL ANTONUCCI IMPLEMENTAÇÃO DE UM AMBIENTE DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM UTILIZANDO OPENSTACK Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Lins, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Tecnólogo em Redes de Computadores sob orientação do Prof. Me. Marcel Santos Silva. Data de aprovação: 23 de junho de 2015 Orientador (Prof. Me. Marcel Santos Silva) Examinador 1 (Prof. Me. Alexandre Ponce de Oliveira) Examinador 2 (Prof. Me. Julio Fernando Lieira)

4 Dedico a minha família, em especial a minha mãe que sempre me ensinou o caminho certo e a buscar e conquistar meus sonhos. A minha esposa Liliane, pelo amor, carinho, paciência e principalmente por estar sempre ao meu lado. Jairo Miriel Antonucci

5 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me dado mais essa vitória. Agradeço ao meu orientador Professor Me. Marcel Santos Silva pela grande ajuda no desenvolvimento da monografia e especialmente pela paciência que teve comigo. A todos os meus amigos e professores que me ajudaram diretamente ou indiretamente e em especial aos grandes amigos Cesar e Mauricio que estiveram comigo durante todos esses anos da faculdade e com certeza continuarão para sempre. Agradeço a minha esposa, um presente dado por Deus, que me apoio em todos os momentos. A faculdade foi uma fase de grandes aprendizagens, e cada momento, cada experiência me fez crescer mais e mais. Cada momento ficará gravado em minha mente e coração para sempre.

6 RESUMO A Tecnologia da Informação surgiu para auxiliar as organizações e usuário com o objetivo de agilizar e facilitar seus serviços. A tecnologia de computação em nuvem é mais uma ferramenta que tem proporcionado a seus usuários tais benefícios. O presente trabalho tem como objetivo, implementar um ambiente de computação em nuvem, seguindo alguns conceitos, como modelo de serviço, no qual utiliza uma Infraestrutura como um Serviço, além da utilização do modelo de implementação em nuvem privada. Para desenvolvimento deste trabalho foi necessário realizar um estudo sobre o conceito de virtualização, tecnologia está que surgiu a muitos anos atrás e é de grande importância para o funcionamento de um ambiente em nuvem. Realizou-se também um estudo sobre o conceito de computação em nuvem. Foi realizada uma análise comparativa entre as principais ferramentas de computação em nuvem, Eucalyptus, OpenNebula e OpenStack, está análise foi baseado em estudos realizados por autores já consagrados. Neste projeto, optou-se pela utilização de softwares livres, no qual, será a ferramenta OpenStack, que orquestra o ambiente em nuvem, que tem evoluído e ganhado mercado, motivada pela união de diversos colaboradores por todo o mundo, que mantêm essa ferramenta. Foi realizada ainda, a implementação da ferramenta OpenStack, via script DevStack e por fim, foram criadas e personalizadas imagens de Sistemas Operacionais com serviços pré-configurados, no qual os mesmos são disponibilizados no ambiente de nuvem OpenStack. O ambiente em nuvem demonstra-se estável, provisionando-se um pool de recursos sob a demanda, necessária para instanciar tais imagens de forma ágil, flexível e de acordo com a necessidade do usuário. Palavras-Chave: Virtualização. Cloud computing. Computação em nuvem. Openstack. Devstack.

7 ABSTRACT Information technology has emerged to help organizations and users in order to speed up and facilitate their services. Cloud computing technology is another tool that has provided its users with such benefits. This work aims to implement a cloud computing environment by following some concepts, such as service model, in which uses an Infrastructure as a Service, besides the use of the implementation model in private cloud. For development of this work was necessary to conduct a study on the concept of virtualization technology it is that arose many years ago and is of great importance for the functioning of a cloud environment. It held also a study on the concept of cloud computing. A comparative analysis was performed between major cloud computing tools, Eucalyptus, OpenNebula and OpenStack is analysis was based on studies by authors already established. In this project, we opted for the use of free software, which will be the OpenStack tool that orchestrates the cloud environment, which has evolved and gained market, motivated by the union of several collaborators throughout the world, keeping this tool. Still it took place, the implementation of OpenStack tool, via DevStack script and finally were created and customized images of operating systems with pre-configured services in which they are available on the OpenStack cloud environment. The cloud environment demonstrates stable, provisioning up a pool of resources in the demand needed to instantiate such images in a fast, flexible and according to the user's needs. Keywords: Virtualization. Cloud Computing. OpenStack. DevStack.

8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura Virtualização do Tipo I Figura Virtualização do Tipo II Figura Virtualização do hardware Figura Virtualização do sistema operacional Figura Virtualização de linguagem de programação Figura Representação da virtualização total Figura Representação da paravirtualização Figura Modelo de serviço Figura Arquitetura conceito do OpenStack Figura Resumo OpenStack Figura 4.2- Tela login do Horizon Figura Tela inicial OpenStack Figura Criar uma Imagem Figura Janela Disparar Instância Figura Atribuindo IP Flutuante Figura Regras do Grupo de Segurança Figura Adicionar Regra Figura Servidor Web Figura Servidor FTP Figura Servidor Samba... 53

9 LISTA DE QUADROS Tabela Versões do OpenStack Tabela Configurações dos equipamentos... 40

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CPU Central Processing Unit DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol FTP - File Transfer Protocol HTTP - Hypertext Transfer Protocol IAAS Infrastructure as a Service ICMP - Internet Control Message Protocol IP Internet Protocol KVM Kernel-based Virtual Machine LDAP - Lightweight Directory Access Protocol NASA National Aerorautics and Space Administration NIST National Institute of Standards and Technologys PAAS Platform as a Service SAAS Software as a Service SERPRO Serviço Federal de Processamento de Dados SO Sistema Operacional SSH Secure Shell TCP Transmission Control Protocol TI Tecnologia da Informação TIC Tecnologia da Informação e Comunicação VM Virtual Machine VMM Virtual Machine Monitor

11 SUMÁRIO INTRODUÇÃO VIRTUALIZAÇÃO DEFINIÇÃO DE VIRTUALIZAÇÃO HISTÓRICO DA VIRTUALIZAÇÃO EMULADORES E MÁQUINA VIRTUAIS TIPOS DE MÁQUINAS VIRTUAIS FORMAS DE VIRTUALIZAÇÃO Virtualização de Hardware Virtualização de Sistema Operacional Virtualização de Linguagem de Programação TÉCNICAS DE VIRTUALIZAÇÃO Virtualização Total Paravirtualização FERRAMENTAS DE VIRTUALIZAÇÃO VMWare Virtual Box XEN KVM QEMU COMPUTAÇÃO EM NUVEM DEFINIÇÃO DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM CARACTERÍSTICAS DA COMPUTAÇÃO EM NUVEM Autoatendimento sob demanda Amplo acesso a serviços de rede... 26

12 2.2.3 Pool de recursos Elasticidade rápida Serviços mensuráveis MODELOS DE SERVIÇO Software as a Service (SaaS) Platform as a Service (PaaS) Infrastructure as a Service (IaaS) MODELO DE IMPLANTAÇÃO FERRAMENTAS DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM Eucalyptus OpenNebula OpenStack ANÁLISE COMPARATIVA ANÁLISE OPENSTACK ARQUITETURA OpenStack Dashboard (Horizon) OpenStack Compute (Nova) OpenStack Image Service (Glance) OpenStack Object Storage (Swift) OpenStack Identity Service (Keystone) OpenStack Networking (Neutron) OpenStack Block Storage (Cinder) OpenStack Telemetry (Ceilometer) OpenStack Orchestration (Heat) Database Service (Sahana) MPLEMENTAÇÃO... 40

13 4.1 CENÁRIO DEVSTACK OpenStack em VMs OpenStack em Hardware INSTALAÇÃO E CONFIGURAÇÃO DO OPENSTACK Guia DevStack All-In-One PERSONALIZAÇÃO DAS IMAGENS DEMONSTRAÇÃO Acessando o OpenStack Criação de uma imagem Lançamento de uma instância Atribuição de Flouting IP Acessar uma instância CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE APÊNDICE A - CRIAR IMAGEM MANUALMENTE... 59

14 13 INTRODUÇÃO Desde o início da década de 1990, com o surgimento da era da informação, as organizações sofreram um grande impacto proporcionado pela Tecnologia da Informação (TI). (CHIAVENATO, 2004). Desde então, TI proporciona as organizações a realização de serviços com maior eficiência e eficácia, economia, organização entre outras vantagens. Por conta da necessidade constante de melhoria das organizações, a TI evolui constantemente, uma das tecnologias que surgiu a alguns anos e tem ganho muito mercado, a cloud computing ou computação em nuvem. No conceito de computação em nuvem os dados, aplicativos e serviços de uma pessoa ou organização, não estarão mais em computadores pessoais e sim, na computação em nuvem, ou seja, em servidores dentro da própria empresa ou em servidores distribuídos pelo mundo. Assim, as empresas terão flexibilidade e comodidade para acessar seus dados de qualquer lugar, desde que tenham acesso à Internet. Segundo pesquisa realizada pela empresa de consultoria Gartner (GIGAOM, 2013), a computação em nuvem está em forte crescimento, tendo uma expectativa de que o mercado de nuvem pública terá um investimento de $ 131bilhões de dólares nos próximos anos. Visto a relevância do tema, este trabalho tem como objetivo implementar um ambiente de Infrastructure as a Service (IaaS) de uma nuvem privada, através de uma ferramenta de orquestração de nuvem OpenStack. Além de, com a necessidade de ganho de produtividade dos usuários e corporações, para validação deste trabalho, foram criadas imagens de Sistemas Operacionais (SO) préconfiguradas com alguns serviços específicos. Tais imagens, foram providas aos usuários no ambiente de nuvem implementado. Para isso, foi estudada a tecnologia de virtualização, de grande importância na computação em nuvem, além do próprio conceito de computação em nuvem. Esta pesquisa está estruturada em quatro capítulos: O primeiro capítulo, apresenta o conceito de virtualização, abordando-se alguns conteúdos históricos. Nele, diferencia-se os emuladores de máquinas

15 14 virtuais, os tipos de máquinas virtuais, formas e técnicas de virtualização e por fim, algumas ferramentas de virtualização mais utilizadas no mercado atualmente. O segundo capítulo, apresenta o conceito de computação em nuvem, suas arquiteturas, características, modelos de serviços, modelos de implantação e algumas ferramentas de gestão deste ambiente. No terceiro capítulo, foi realizada uma análise comparativa entre três ferramentas de gestão de ambientes de computação em nuvem, tal comparação está baseada em estudos realizados por autores já consagrados. A ferramenta que mais se destacar, é a utilizada para implementar este ambiente. E por fim, no quarto capítulo será apresentada a implementação do ambiente de computação em nuvem, no qual, serão desenvolvidas as práticas apresentadas anteriormente.

16 15 1 VIRTUALIZAÇÃO Este capítulo tem como objetivo descrever o conceito de virtualização, tecnologia esta, que tem ganhado muito espaço no mercado da TI nos últimos anos, mas que existe a mais de 50 anos. Serão abordados alguns conceitos históricos, tais como: emuladores de máquinas virtuais, tipos de máquinas virtuais, formas e técnicas de virtualização e por fim, algumas das ferramentas de virtualização mais utilizadas no mercado atualmente. 1.1 DEFINIÇÃO DE VIRTUALIZAÇÃO Com a evolução constante da TI, além da busca de empresas por redução de custo e aumento na disponibilidade, houve uma crescente necessidade do mercado em virtualizar seus servidores e desktops. Com o surgimento e amadurecimento da computação em nuvem, o uso desta tecnologia cresceu ainda mais. A seguir, será abordado com mais detalhes a tecnologia de virtualização. De acordo com Hagen (2008), virtualização é a separação, de forma lógica, do pedido de algum serviço, a partir dos recursos físicos que realmente oferecem este serviço. De uma forma mais simples, a virtualização proporciona a execução de aplicações, sistemas operacionais e serviços do sistema em um ambiente logicamente distinto e independente do sistema operacional e do hardware utilizado pelo sistema anfitrião (host system). Como a virtualização é executada em um ambiente lógico, ou seja, um software executado em uma máquina física, esse procedimento torna portátil as aplicações, serviços e instâncias de sistemas operacionais, podendo executar a virtual machine (VM) em qualquer plataforma ou sistema operacional. Uma máquina virtual (Virtual Machine - VM) pode ser definida como uma duplicata eficiente e isolada de uma máquina real. A IBM define uma máquina virtual como uma cópia isolada de um sistema físico, e essa cópia está totalmente protegida. (LAUREANO, 2006, p. 17). Outra visão que se pode apresentar é a da Red Hat, empresa de software de código aberto na qual acredita que, por meio da virtualização, várias instâncias do sistema operacional sejam executadas em um único computador. Essas instâncias são gerenciadas por um Virtual Machine Monitor (VMM), também conhecido como

17 16 hypervisor. O ambiente de virtualização atua entre os sistemas convidados (guest system) e o hardware, assim é possível controlar o uso da Central Processing Unit (CPU), da memória e armazenamento, por meio do hypervisor. Como os sistemas convidados são independentes entre eles e também do hardware do sistema anfitrião, é possível migrá-los de uma máquina para outra. (RED HAT, 2013). 1.2 HISTÓRICO DA VIRTUALIZAÇÃO Conforme descrito por Laureano (2006), o conceito de máquina virtual não é novo, surgiu no início da história dos computadores, no final dos anos de 1950 e início de Naquela época, as máquinas virtuais foram desenvolvidas para centralizar os sistemas de computadores utilizados no ambiente VM/370 da IBM. A máquina virtual simulava uma réplica da máquina física, assim o usuário tinha a ilusão de que o sistema estava disponível exclusivamente para ele. 1.3 EMULADORES E MÁQUINA VIRTUAIS Segundo Laureano (2006), o emulador executa todas as instruções realizadas pelo sistema anfitrião em um ambiente lógico de software, que proporciona a execução de um aplicativo de uma determinada plataforma, em outra. Ainda segundo o autor Laureano (2006), o emulador é um software que simula um computador real, assim o emulador engana, fazendo com que as operações da máquina real sejam implementadas em um software. Como o emulador é totalmente independente do sistema anfitrião, ele perde muito em eficiência ao traduzir cada instrução da máquina real. Segundo Carissimo (2008), emulador é um software capaz de imitar outro software. Ele é capaz de criar uma camada de software entre uma plataforma hóspede e a plataforma hospedeira a ser imitada. Assim, separando as camadas, o emulador é capaz de executar os mesmos programas do sistema anfitrião sobre outro sistema convidado. Segundo Laureano (2006), a VM atua em uma posição intermediária entre uma máquina real e um emulador, pois os recursos de hardware e de controle são abstraídos da máquina real e usados pelas aplicações. A VM é um ambiente criado por um VMM. O VMM pode criar uma ou mais VM s sobre uma única máquina real.

18 17 Segundo Carissimo (2008), a virtualização é definida como uma técnica que possibilita particionar um único Sistema Operacional em vários outros sistemas separados. Esses sistemas são denominados máquinas virtuais, que é capaz de oferecer seu próprio ambiente. 1.4 TIPOS DE MÁQUINAS VIRTUAIS Segundo Laureano (2006), existem duas maneiras de se construir sistemas de máquina virtual: Sistema em que o VMM atua entre o hardware e os sistemas convidados. O VMM tem o controle do hardware e cria um ambiente de máquina virtual em que cada VM se comporta como uma máquina física completa, em que executa seu próprio sistema operacional, conforme ilustra a Figura 1.1. Figura Virtualização do Tipo I Fonte: Laureano, 2006, p. 22 O VMM é executado como um processo de um sistema anfitrião. Seu funcionamento é igual a forma anterior, porém, a maior diferença é a existência de um sistema abaixo dele, conforme ilustra a Figura 1.2.

19 18 Figura Virtualização do Tipo II Fonte: Laureano, 2006, p FORMAS DE VIRTUALIZAÇÃO Segundo Laureano (2006), a virtualização é uma forma de fazer os recursos parecerem diferentes do que realmente são. Com essa tecnologia é possível dividir os recursos de um computador em múltiplos ambientes de execução. Existem três formas de virtualização: virtualização de hardware, de sistema operacional e de linguagem de programação Virtualização de Hardware Segundo Laureano (2006), a virtualização exporta o sistema físico da máquina hospedeira, como uma abstração do hardware, conforme demonstrado pela figura 1.3. Neste modelo, qualquer software escrito para a arquitetura exportada (x86, por exemplo) irá funcionar na máquina virtual. Esse foi o modelo adotado na década de 1960 para VM/370 nos mainframes IBM, e é a tecnologia de virtualização utilizada pelo VMware na plataforma x86.

20 19 Figura Virtualização do hardware Fonte: Laureano, 2006, p Virtualização de Sistema Operacional Segundo Laureano (2006), a camada de virtualização exporta um sistema operacional como abstração de um sistema específico, conforme exibido pela figura 1.4. A máquina virtual executa aplicações ou conjuntos de aplicações de um sistema operacional específico. O FreeBSD Jail e o User Mode Linux são exemplos dessa tecnologia. Figura Virtualização do sistema operacional Fonte: Laureano, 2006, p. 25

21 Virtualização de Linguagem de Programação Para Laureano (2006), neste modelo uma aplicação é criada no topo do sistema operacional. As máquinas virtuais neste modelo são desenvolvidas para computadores fictícios, projetados para um objetivo específico. A camada de máquina virtual exporta uma abstração para execução de programas escritos para essa virtualização, conforme apresentado pela figura 1.5. As linguagens Java e Smalltalk, são exemplos desse tipo de virtualização. Figura Virtualização de linguagem de programação Fonte: Laureano, 2006, p TÉCNICAS DE VIRTUALIZAÇÃO Segundo Laureano (2006), as técnicas utilizadas para virtualização atualmente são a virtualização total e a paravirtualização Virtualização Total Na virtualização total, o hardware é totalmente virtualizado, deste modo, o sistema convidado, que será virtualizado, não precisa sofrer nenhum tipo de alteração, a figura 1.6, ilustra esse conceito.

22 21 Figura Representação da virtualização total Fonte: Laureano, 2006, p. 29 A principal vantagem da virtualização total é exatamente o fato de que o sistema a ser virtualizado não sofre nenhum tipo de alteração, porém, o sistema virtualizado executa de forma mais lenta e o VMM precisa implementar alternativas, para que as operações prioritárias, sejam executadas em processadores que não suportam a virtualização nativamente, como por exemplo, os processadores Intel 32 bits. Para Caríssimo (2008), como a virtualização total cria uma cópia sem modificações, é muito difícil implementar uma máquina virtual que imite o comportamento exato de cada dispositivo. Neste caso, é disponibilizado ao monitor um conjunto genérico de dispositivos. Além disso, como não podem ser modificadas, as instruções do sistema convidado são executadas e testadas pelo VMM, para determinar quais são sensíveis (instruções que alteram o estado do sistema), representando um custo de processamento Paravirtualização Segundo Laureano (2006), na paravirtualização o sistema que será virtualizado sofre algumas modificações, para que a interação com o monitor seja mais eficiente, conforme representado pela figura 1.7.

23 22 Figura Representação da paravirtualização Fonte: Laureano, 2006, p. 30 Como o sistema é modificado para uma situação específica, ele consegue ter acesso direto aos recursos do hardware. O monitoramento deste acesso é feito pelo VMM, que fornece ao sistema convidado todos os limites do sistema, por exemplo, os endereços de memória que podem ser utilizados e endereçamento em disco. Alguns processadores não suportam virtualização nativa, mas com a paravirtualização reduz-se a complexidade do desenvolvimento das máquinas virtuais. Esta é a principal razão para se utilizar a paravirtualização. Porém, como o sistema convidado é modificado, sua portabilidade diminui. Para Carissimo (2008), a paravirtualização é uma forma alternativa para contornar os problemas da virtualização total. O sistema convidado é modificado para chamar o VMM sempre que for executar uma instrução ou ação considerada sensível. Assim, o teste por instrução não é mais necessário, reduzindo o custo de processamento. 1.7 FERRAMENTAS DE VIRTUALIZAÇÃO A virtualização trouxe uma grande revolução na área de TI. O investimento das empresas nesta tecnologia tem crescido muito, paralelamente a quantidade de

24 23 empresas que oferecem soluções de virtualização também tem aumentado. Atualmente, existem diversas soluções de virtualização, tanto proprietárias quanto gratuitas. Muitos Sistemas Operacionais são lançados com software de virtualização nativo. (CARISSIMO, 2008) A seguir são abordados alguns exemplos de ferramentas de virtualização, disponíveis no mercado VMWare A VMWare é líder no segmento de virtualização para plataforma x86, desde que ingressou neste mercado na década de (VMWARE, 2015) Segundo Carissimo (2008), a VMWare é uma infraestrutura de virtualização completa, com vários produtos, desde desktops a datacenters. Seus produtos são divididos em três categorias: gestão e automação, infraestrutura virtual e virtualização de plataformas Virtual Box Virtual Box é um software livre de virtualização da Oracle, utilizado tanto em corporações, quanto uso doméstico. Este software está disponível para plataformas X86, AMD/64 e Intel/64, e pode ser instalado em diversos sistemas operacionais, como, Windows, Linux, Macintosh e Solaris. Ele suporta os seguintes sistemas operacionais hóspedes: Windows (98, XP, Seven, Server), várias distribuições Linux, Solaris, BSDs entre outros. (VIRTUALBOX, 2015) XEN Segundo Carissimo (2008), o Xen é um monitor de VM ou VMM para arquiteturas x86. É um software livre, que permite vários sistemas operacionais convidados serem executados em um único sistema hospedeiro. O Xen surgiu de um projeto de pesquisa da Universidade Cambridge, sendo adquirido, em outubro de 2007, pela empresa Citrix System.

25 24 A primeira versão do Xen lançada em outubro de 2003 foi desenvolvida usando a técnica de paravirtualização, ou seja, os sistemas operacionais convidados deveriam ser modificados. A partir da versão 3, o Xen passou a oferecer virtualização total, permitindo o uso de sistemas operacionais não modificados. Todavia, isso só é possível em processadores que suportam virtualização KVM Máquina Virtual baseada em Kernel (KVM) é uma solução de virtualização de código aberto para Linux em plataforma x86, e para processadores que ofereçam suporte a hardware Intel VT ou AMD V. O KVM possibilita a execução de várias VM s de sistemas operacionais Linux ou Windows, sob Linux. O código fonte do KVM está incluso no kernel do Linux, desde a versão (KVM, 2013) QEMU O QEMU é um software emulador de máquinas, que possibilita executar sistemas operacionais e programas desenvolvidos para uma arquitetura, em uma arquitetura diferente. Para tal, é utilizada tradução dinâmica, onde uma parte do código é traduzida para que o processador execute as instruções. Assim ele atinge um bom desempenho. Quando utilizado como virtualizador, o QEMU consegue performance nativa, pois os códigos do cliente hóspede são executados diretamente na CPU do hospedeiro. O QEMU suporta a virtualização ao atuar sob o Xen hypervisor e o KVM. (QEMU, 2013) Como mencionando acima, a virtualização proporciona um melhor aproveitamento dos recursos de hardware de um servidor, pois, em um servidor é possível hospedar diversas VM s simultaneamente, compartilhando seus recursos de processamento e armazenamento. Esta consolidação de recursos proporciona uma redução de custo, com o consumo de energia, com o parque de servidores, equipamentos de refrigeração, melhor administração e gerenciamento, além de

26 25 proporcionar ao administrador e ao cliente fornecimento de recursos e serviços conforme demanda. No capítulo seguinte, será possível verificar que os recursos da virtualização são primordiais para a utilização de um ambiente de computação em nuvem, pois, o usuário deve ter a impressão de que os recursos providos à ele são infinitos, ou seja, de acordo com a demanda do cliente.

27 26 2 COMPUTAÇÃO EM NUVEM Este capítulo aborda a nova tendência do mercado da tecnologia da informação. Apresenta-se a Cloud Computing ou Computação em Nuvem, suas características, modelo de serviços oferecidos, modelos de implantação e algumas ferramentas de gerenciamento da computação em nuvem. 2.1 DEFINIÇÃO DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM Segundo o National Institute of Standards and Technologys (NIST), um setor do Departamento de Comércio do governo norte-americano, responsável por elaborar normas e diretrizes, a computação em nuvem é um modelo que permite o acesso de qualquer lugar, a rede sob demanda para compartilhamento de recursos computacionais como rede, servidores, armazenamento, aplicações e serviços, que podem ser rapidamente disponibilizados com o mínimo gerenciamento ou interação do cliente, com o provedor de serviço. Além disso, eles definem que este modelo é composto por cinco características importantes, três modelos de serviços e quatro modelos de implementação. (MELL; GRANCE, 2011) 2.2 CARACTERÍSTICAS DA COMPUTAÇÃO EM NUVEM Segundo Mell e Grance (2011) a computação em nuvem possui as seguintes características essenciais: Autoatendimento sob demanda Disponibiliza ao cliente recursos computacionais, como, tempo de servidor e armazenamento em rede, de forma automática e sob demanda do cliente, ou seja, de acordo com a sua necessidade. Tais recursos devem ser providos sem a necessidade da interação com o provedor de serviço Amplo acesso a serviços de rede

28 27 Os recursos computacionais oferecidos pelo provedor devem estar disponíveis na rede, seja na Internet ou na rede privada, via mecanismos padronizados, possibilitando ao cliente acessá-los por quaisquer dispositivos, seja por thin client, smartphone, tablet, notebook ou desktop Pool de recursos Os recursos computacionais (físicos ou virtuais), armazenamento, processamento, memória, largura de banda e máquinas virtuais, são utilizados para servir múltiplos clientes, tais recursos são dinamicamente alocados de acordo com a demanda do cliente. Geralmente os clientes não têm controle, nem conhecimento sobre a localização exata dos recursos providos, mas, podem especificar o país, estado ou datacenter Elasticidade rápida Possibilita ao cliente prover recursos elasticamente e rapidamente, em alguns casos, automaticamente. Tais recursos devem ser rapidamente escalados, caso a demanda do cliente aumente, e retirados, caso diminua. O cliente deve ter a impressão de que a capacidade disponível pareça ser ilimitada, podendo ser contratado em qualquer quantidade e a qualquer momento Serviços mensuráveis Os sistemas de gerenciamento da computação em nuvem controlam e monitoram os recursos utilizados pelo cliente. Desta forma, existe uma transparência do consumo dos recursos tanto ao provedor, quanto ao cliente. 2.3 MODELOS DE SERVIÇO Software as a Service (SaaS) Segundo Mell e Grance (2011), o cliente utiliza aplicativos disponibilizados pelo provedor em uma infraestrutura em nuvem. Esses aplicativos como, e

29 28 google doc, por exemplo, são acessíveis por meio de dispositivos como, interface thin client, softwares e principalmente via navegador web. Neste modelo, o cliente não gerencia a infraestrutura em nuvem e nem os aplicativos a serem contratados. O controle, manutenção e atualização é responsabilidade do provedor. Para Miller (2009), SaaS é o modelo mais comum de serviço em nuvem. Com o SaaS, os clientes não pagam pela licença do aplicativo contratado, mas sim, pelo que for usado. Os servidores dos provedores utilizam-se de virtualização, para criar uma instância do aplicativo personalizado para cada cliente. Este modelo proporciona muitas vantagens aos clientes, pois, não será necessário investir em servidores e licenças de softwares. SaaS é um dos modelos mais utilizados atualmente, pois proporciona aos clientes o acesso à sua aplicação de qualquer lugar, desde que tenha acesso à Internet. Por conta desta mobilidade, o uso deste modelo cresce a cada dia nas corporações. Segundo pesquisas, até 2020, grande parte dos usuários terá acesso a aplicativos nas nuvens, isso graças a mobilidade, por meio dos tablets, smartphones, notebooks e também a necessidade de trabalhar a distância. (SERVIÇOS, 2013) Platform as a Service (PaaS) Segundo Mell e Grance (2011), no modelo PaaS, o cliente utiliza uma infraestrutura em nuvem para desenvolver ou adquirir aplicações, usando linguagens de programação, bibliotecas, serviços e ferramentas disponibilizadas pelo provedor contratado. O cliente não gerencia a infraestrutura em nuvem, mas tem controle sobre as aplicações implementadas por ele. Neste modelo, o cliente também pode hospedar seus sites e aplicações. Para Miller (2009), na PaaS um ambiente de desenvolvimento é fornecido ao cliente. O provedor disponibiliza blocos predefinidos de códigos, onde o cliente desenvolve seus aplicativos com mais facilidade, porém, o aplicativo pode ser um pouco limitado pelos recursos oferecidos pelo provedor. A PaaS é um ambiente de computação, como um esqueleto que possibilita ao cliente criar, testar, implantar e manter soluções e serviços personalizados, como, e- commerce, sites ou aplicativos corporativos. É um serviço utilizado principalmente por desenvolvedores, pois, é uma ferramenta que auxilia a implementação de

30 29 projetos, facilitando o desenho do software e automação do processo. (SERVIÇOS, 2013) Infrastructure as a Service (IaaS) Segundo Mell e Grance (2011), no modelo IaaS, o cliente utiliza a infraestrutura em nuvem para processamento, armazenamento, rede e outros recursos computacionais. Neste modelo é possível implementar e executar softwares, sistemas operacionais e serviços. O cliente não controla a infraestrutura em nuvem, porém, pode controlar o sistema operacional, o armazenamento e os serviços utilizados. A IaaS é uma solução indicada para empresas pequenas e novas no mercado, assim, têm-se uma economia com equipamentos, além de ser ideal para empresas com demanda sazonal, ou seja, possui alto pico de uso em determinada época, por exemplo, e-commerce no mês de dezembro, onde há um fluxo maior de vendas. (SERVIÇOS, 2013) A Figura 2.1 ilustra a interação entre o fornecedor dos modelos de serviços e seus respectivos consumidores. No qual percebe-se que o desenvolvedor interage com os modelos IaaS e PaaS, no entanto, o usuário final só interage com o SaaS. Figura Modelo de serviço Fonte: Ventura, 2012, p. 19.

31 MODELO DE IMPLANTAÇÃO Antes de o cliente aderir a computação em nuvem, deve-se escolher o tipo de nuvem a ser implementada, tal qual, se adeque a sua necessidade. (SERVIÇOS, 2013) Apresentam-se a seguir, os modelos de implantação. Nuvem pública: adequada às empresas de pequeno porte, que visam a economia. Este modelo é baseado em padrões da Internet, ou seja, disponibilizado por provedores de serviços em nuvem, via Internet (SERVIÇOS, 2013). Buyya, Broberge e Goscinski, (2011, p. 98) acrescentam que, a nuvem pública geralmente utiliza um modelo de consumo pay-per-use, onde o cliente pagará apenas pelo que for usado. Os recursos da nuvem estão hospedados nas instalações do prestador de serviço; Nuvem privada: indicada para clientes com necessidade específica, que visam maior controle e segurança. Neste modelo, a infraestrutura é implementada e gerenciada em uma rede privada (SERVIÇOS, 2013). Buyya, Broberge e Goscinski, (2011, p. 98) acrescentam que os órgãos governamentais e as empresas privadas estão adotando este modelo de nuvem privada para explorar seus benefícios, como flexibilidade, redução de custo, agilidade, entre outros; Nuvem Comunitária: neste caso, a infraestrutura é compartilhada por diversas organizações que possuam os mesmos interesses, como, missão, requisitos de segurança, politica, etc. Tal modelo pode ser gerenciado por uma ou mais representantes das organizações (BUYYA; BROBERG; GOSCINSKI, 2011, p. 98); Nuvem híbrida: este modelo é a união dos modelos, público e privado, citados anteriormente, aproveitando o melhor de cada um. Tal arquitetura é implementada em uma única entidade por meio de tecnologias padronizadas, que

32 31 possibilite a compatibilidade dos dados e aplicações. (BUYYA; BROBERG; GOSCINSKI, 2011, p. 98) 2.5 FERRAMENTAS DE COMPUTAÇÃO EM NUVEM Atualmente existem diversas ferramentas e projetos em desenvolvimento, que visam facilitar o gerenciamento de ambientes de computação em nuvem. A seguir são abordados alguns exemplos de ferramentas utilizadas para implementar ambientes de computação em nuvem disponíveis no mercado Eucalyptus O Eucalyptus é um software livre para criação e gestão de IaaS de computação em nuvem, que pode ser implantado em ambiente privado e público. Teve início no ano de 2007, em um projeto de pesquisa do Departamento de Ciência da Computação da Universidade da Califórnia Santa Barbara. A ferramenta oferece suporte aos hypervisors Xen, KVM e VMWare. Eucalyptus é composto por cinco componentes principais, sendo eles, Controlador de Nuvem, Controlador de Cluster, Controlador de Nó e Controlador de Armazenamento. (EUCALYPTUS, 2013) OpenNebula O OpenNebula, é um projeto de código aberto licenciado pelo apache 2, que oferece uma solução IaaS simples, e ao mesmo tempo rica em recursos e flexibilidade para criar e gerenciar um ambiente de nuvem, empresariais e data centers virtualizados. Teve início como um projeto de pesquisa no ano de 2005 e sua primeira versão foi disponibilizada em Esta ferramenta pode ser implementada em ambiente de nuvem privado, público e híbridos. A mesma pode gerenciar os hypervisors Xen, KVM e VMWare. O projeto amadureceu graças a milhares de usuários, colaboradores e simpatizantes que colaboraram para seu crescimento. O projeto tem como um de

33 32 seus patrocinadores a empresa BlackBerry, que atua no ramo de smartphones e tablets. (OPENNEBULA, 2014) OpenStack O OpenStack é um projeto de código aberto licenciado pelo apache 2, utilizado para orquestrar, ou seja, configurar e gerenciar um ambiente IaaS de computação em nuvem. Podendo ser implantado em ambiente privado e público. Este projeto surgiu no ano de 2010 com a união da Rackspace Hosting, um provedor de serviços para Internet americana e a National Aeronautics and Space Administration (NASA). Ambas se uniram, com o objetivo de criar uma plataforma de nuvem opensource que suportasse uma arquitetura de milhares de servidores. (OPENSTACK, 2015a) A ferramenta suporta vários hypervisors, como, KVM, LXC, QEME, UML, VMWare ESX/ESXi, Xen, Power VM e Hyper-V. O projeto OpenStack é formado por alguns projetos principais, como: Compute, responsável pelo controle da nuvem; Storage, um sistema de armazenamento; e Networking, que fornece e configura a rede entre os dispositivos. A comunidade OpenStack é composta por mais de pessoas e 125 empresas, tais como: DELL, NASA, Rackspace, Canonical, entre outros. (OPENSTACK, 2015b) Nos capítulos anteriores foram abordados alguns conceitos de virtualização e computação em nuvem, além da apresentação de algumas ferramentas de virtualização e gerenciadores de ambiente de computação em nuvem. Tais conceitos são importantes para o desenvolvimento deste projeto, no qual, seu foco é implementar um ambiente de computação em nuvem. No terceiro capítulo, será realizada uma análise para definir qual dessas ferramentas deverá ser usada no desenvolvimento desta pesquisa.

34 33 3 ANÁLISE COMPARATIVA Apresentam-se neste capítulo três ferramentas de gestão de ambientes de computação em nuvem, cujas descrições e análises comparativas são embasadas em estudos oriundos de práticas autorais, já consagradas. O resultado desta comparação aponta a ferramenta mais adequada a ser utilizada na implementação do ambiente da computação em nuvem deste projeto. Desta forma, objetiva-se não apenas alcançar a comparação entre ferramentas, e sim, implementar o mais adequado ambiente de computação em nuvem. 3.1 ANÁLISE As ferramentas de gestão de nuvem possuem características e ambientes distintos de implantação. Para a escolha mais assertiva destas ferramentas, deve se optar pela que lhe garante uma melhor utilização. Diversas características devem ser consideradas como, hypervisor suportado, arquitetura a ser implantada, interface de acesso, métodos de autenticação entre outras. Cunha (2013), realizou uma análise entre as ferramentas Eucalyptus, OpenNebula e OpenStack, e chegou ao entendimento de que a ferramenta OpenStack é mais completa. Para chegar a tal conclusão foram analisadas diversas características como interfaces, hypervisors, autenticação, popularidade e documentação. No qual, OpenStack e OpenNebula estiveram à frente em quase todas características. Entretanto, OpenStack demonstrou-se mais popular e com uma documentação de melhor entendimento. Por sua vez, Dieder (2012), observa que o OpenStack é uma ferramenta de orquestração de nuvem de grande potencial, que tem atraído a atenção de grandes empresas mundiais como Dell, Cisco, NASA, Rackspace, entre outras. Ao observar outras ferramentas, ressalta que a OpenStack apresenta diferenciais superiores em relação às outras, tais como, ser novidade no mercado e mesmo assim, demonstrando ser promissora, porém, em paralelo está a ferramenta Eucalyptus que mais se assemelha ao projeto OpenStack, e também foi implementada, e utilizada como comparativo.

35 34 Em outra análise, Bachiega (2014) diz que dos três gestores analisados em laboratório. Eucalyptus, Nebula e o OpenStack, o Eucalyptus e o Nebula contêm as mesmas funcionalidades e limitações. No entanto, o OpenStack foi o que apresentou o melhor resultado como, documentação completa, comunidade ativa, correção de bugs, fácil instalação e uma variedade de imagens prontas para instâncias. Sendo assim, o mesmo fez uso do gestor OpenStack em seu projeto. Outro aspecto de relevância é a escolha do OpenStack como ferramenta de gestão de nuvem, pelo serviço público brasileiro. O Serviço Federal de Processamento de Dados (SERPRO), uma empresa pública vinculada ao Ministério da Fazenda, cujo negócio é a prestação de serviços em Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), apresentou no Fórum de Nuvem para o Governo, um novo projeto de nuvem computacional. No qual, tal projeto trata-se da primeira nuvem do Governo Federal, projetada em software livre, que abrigará soluções para programas como Cidades Digitais. O projeto é voltado para os modelos de serviços IaaS, PaaS e SaaS, iniciando-se com o IaaS, no qual, o cliente contrata uma infraestrutura de hardware e software disponíveis nos centros de dados da empresa, via Internet. O mesmo menciona que, com esta infraestrutura, o tempo de criação dos servidores virtuais é reduzido consideravelmente. Tal projeto utiliza este software como ferramenta de gestão de nuvem, por ser um software livre, que possibilita a alocação de servidores, plataformas e aplicações pelos próprios clientes, sem a intervenção das equipes do Serpro. (SERPRO, 2014). A implantação de um ambiente em nuvem com a ferramenta OpenStack pelo Serpro, demonstra mais um ponto relevante em relação a OpenStack: a maturidade de uma ferramenta de gestão de nuvem capaz de otimizar e preservar as informações nacionais. Com base nas conclusões dos autores citados e a adesão no mercado, a ferramenta de gerenciamento de ambiente de nuvem OpenStack foi utilizada neste projeto. No qual, foi implementado um ambiente IaaS de computação em nuvem, em uma rede privada. Em tal ambiente é oferecido um modelo de serviço IaaS, que proporciona um pool de recursos computacionais, com o objetivo de lançar instâncias de VM s. 3.2 OPENSTACK

36 35 Como já foi mencionado no capítulo anterior, o projeto OpenStack é uma plataforma de computação em nuvem de código aberto, que pretende ser simples de implementar, altamente escalável e rica em recursos. Esta ferramenta proporciona um modelo de serviço IaaS, por meio de um conjunto de subprojetos interrelacionados. Dependendo da necessidade, pode-se instalar alguns ou todos os serviços. Atualmente, na versão Kilo, o projeto é dividido em nove principais projetos inter-relacionados. A ferramenta OpenStack é desenvolvida na linguagem Python, sendo que até o momento foram liberadas onze versões. As versões são liberadas a cada seis meses, conforme apresentado na tabela 3.1, a seguir: Tabela Versões do OpenStack Nome do lançamento Versão Data do lançamento Liberty Em desenvolvimento 15 de outubro de 2015 Kilo de abril de 2015 Juno de outubro de 2015 Icehouse de abril 2014 Havana de outubro 2013 Grizzly de abril 2013 Folsom setembro 2012 Essex abril de 2012 Diablo de setembro de 2011 Cactus de abril de 2011 Bexar de fevereiro de 2011 Austin de outubro de 2010 Fonte: OPENSTACK, 2015c. 3.3 ARQUITETURA A Figura 3.1 demonstra os projetos que formam a arquitetura conceito de OpenStack. Além disso, ilustra as interações entre os projetos no momento em que se lança uma instância da imagem do SO.

37 36 Figura Arquitetura conceito do OpenStack Fonte: Openstack, 2015b, p OpenStack Dashboard (Horizon) É o projeto que proporciona aos administradores e usuários uma interface web, para manusear os recursos e serviços da nuvem sob demanda, possibilitando visualizar, criar, destruir e gerenciar VM s, instâncias, a rede entre outros recursos oferecidos pela nuvem. Este componente também possibilita um faturamento e monitoramento dos recursos utilizados. O usuário pode utilizar o componente OpenStack Dashborad para interagir com os outros recursos da OpenStack, sendo possível também utilizar uma integração com a API, compatibilidade EC2, que é o painel utilizado pela Amazon, empresa prestadora de serviços em nuvem. (OPENSTACK, 2015d)

38 OpenStack Compute (Nova) É o projeto responsável pelo gerenciamento da infraestrutura da nuvem OpenStack. Todo o gerenciamento do ciclo de vida das instâncias de máquinas virtuais controlada pelo Nova. Ele gerencia tais recursos como, recursos computacionais, rede, autorização e escalabilidade da nuvem. O Nova não é responsável pela virtualização das VM s. (VENTURA, 2012) OpenStack Image Service (Glance) É o projeto que gerencia as imagens dos SO s, controlando, armazenando e recuperando imagens de VM s, durante o provisionamento das instâncias. Ele suporta vários padrões de imagens, como VDI (VirtualBox), VHD (Microsoft Hyper- V), QCOW2 (QEMU/KVM), VMDK/OVF (VMWare), entre outros. (OPENSTACK, 2015f) OpenStack Object Storage (Swift) O projeto Swift implementa um sistema de armazenamento e recuperação de objetos, provendo redundância e tolerância a falhas, ele é extremamente escalável tanto no tamanho, como em capacidade. (OPENSTACK, 2015e) OpenStack Identity Service (Keystone) Este componente oferece um controle dos usuários definindo-se o que eles podem acessar. Ele atua como um sistema de autenticação dos usuários na nuvem OpenStack. Suporta várias formas de autenticação, incluindo username e password, além de possibilitar a integração do serviço Lightweight Directory Access Protocol (LDAP), um serviço de autenticação centralizada. (OPENSTACK, 2015f) OpenStack Networking (Neutron)

39 38 Este projeto é responsável pelo gerenciamento das redes e endereços Internet Protocol (IP) para as instâncias de VM s. O mesmo garante que a rede não será um gargalo ou um fator que limite a implantação do ambiente em nuvem. O Neutron pode atribuir dois tipos de IP s para as instâncias, um IP privado (fixo) ou um IP público, conhecido como IP flutuante. O IP privado é utilizado para comunicação interna, entre instâncias, e o IP flutuante, é utilizado para comunicação na Internet ou com uma rede privada. Quando uma instância é lançada, ela receberá um IP privado, no qual, permanecerá atribuído a instância até que a mesma seja encerrada. No caso do IP flutuante, o usuário poderá atribui-lo e desvinculá-lo da instância a qualquer momento. DIEDER (2012) OpenStack Block Storage (Cinder) Fornece armazenamento de blocos persistentes para as instâncias em execução. O sistema de armazenamento de blocos gerencia a criação, montagem e desmontagem dos dispositivos. O usuário pode utilizar o painel horizon para gerenciar suas próprias necessidades de armazenamento OpenStack Telemetry (Ceilometer) Este serviço realiza o monitoramento da nuvem OpenStack para faturamento, benchmarking e uso de estatísticas. Assim, auxilia os provedores de nuvem a visualizar as métricas globais ou por recursos do OpenStack. (OPENSTACK, 2015f) OpenStack Orchestration (Heat) Este serviço é um mecanismo que gerencia os recursos para automatizar a implantação da infraestrutura de nuvem. (OPENSTACK, 2015f) Database Service (Sahana) Este serviço tem o objetivo de permitir aos usuários de forma rápida e fácil a utilização de recursos de banco de dados relacional. O serviço oferece um

40 39 isolamento de recursos e administrar tarefas complexas, incluindo implementação, backups, restauração e monitoramento. (OPENSTACK, 2015f) Até o momento foram expostos conceitos sobre a ferramenta OpenStack. No capítulo seguinte será realizada a implementação do ambiente de computação em nuvem e implementação dos objetivos propostos.

41 40 4 MPLEMENTAÇÃO Este capítulo ilustra o cenário no qual foi implementado o ambiente de computação em nuvem. Apresenta ainda a instalação e as configurações da ferramenta OpenStack e, por fim, a criação e personalização das imagens de Sistemas Operacionais, com serviços pré-configurados que serão utilizados no ambiente de computação em nuvem. 4.1 CENÁRIO Para o desenvolvimento da pesquisa, foi utilizado um microcomputador, no qual foram instalados e configurados os projetos Identity (keystone), Object Storage (swift), Image Service (glance), Block Storage (cinder), Compute (nova), Networking (nova), Dashboard (horizon), Orchestration (heat) do OpenStack. As configurações dos equipamentos utilizados para a implementação do ambiente em nuvem, são descritas Tabela 4.1.1: Tabela Configurações dos equipamentos Descrição CPU Memória RAM Hard Disc (HD) Sistema Operacional Placa de Rede Roteador Wireless Fonte: Elaborado pelo autor, Modelos/Configurações Intel Pentium G bits 6 GB 360 GB Ubuntu Server bits Realtek 8111F Gigabit LAN D-link DI-524 Para criação da rede, foi utilizado um roteador com o modo Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) ativado, configurado para atuar na rede /24. E a faixa de atribuição de endereço IP é entre e DEVSTACK

42 41 Para instalação da ferramenta OpenStack foi utilizado o shell script DevStack. O script não é um instalador padrão do OpenStack, no entanto, foi desenvolvido com o intuito de auxiliar e agilizar a implementação do ambiente em nuvem OpenStack. Inicialmente, deve-se selecionar uma distribuição Linux para implementar o projeto. O DevStack oferece documentação para as distribuições Debian, Ubuntu e CentOS. Neste projeto foi utilizada a distribuição Ubuntu Server bits. (DEVSTACK, 2015a) O DevStack oferece guias de instalação, conforme apresentado a seguir. (DEVSTACK, 2015a) OpenStack em VMs. Esta opção é indicada caso não seja possível adquirir um hardware dedicado para o servidor gestor da nuvem. Assim, é possível realizar a instalação em máquinas virtuais. Porém, o desempenho será inferior OpenStack em Hardware. Este guia demonstra como implementar o ambiente em hardware real. Esta opção é dividida em duas guias: All-In-One: Nesta opção a implementação é realizada em um único computador. No qual, todos os serviços serão instalados; Multi-Node: Nesta opção é possível configurar um cluster, no qual, será necessário no mínimo duas máquinas, uma será o gestor da nuvem e a outra o nó, podendo ter vários nós, possibilitando assim a realização de balanceamento de carga. 4.3 INSTALAÇÃO E CONFIGURAÇÃO DO OPENSTACK Em virtude da utilização de somente um equipamento (microcomputador), a configuração de guia foi a All-In-One, ou seja, os componentes do OpenStack foram instalados em um único computador. (DEVSTACK, 2015b)