Virtualização como alternativa na infraestrutura de servidores

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1 Virtualização como alternativa na infraestrutura de servidores Henio Akiyo Miyoshi 1, Alyrio Cardoso Filho 2 Departamento de Ciência da Computação Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT) Caixa Postal Barra do Bugres MT Brasil Aki0@live.com, alyriofilho@gmail.com Abstract. This article aims, conceptualize virtualization the feasibility of using a critical service to an organization in a virtualized environment, no order to determine the best virtualization tool. The research methodology was adopted, Library Research and Exploratory Research. Also it conducted a focused case study on the performance of virtualized environments with services essential for most organizations using hypervisors Microsoft Hyper -V, VMware vsphere and Citrix XenServer. Resumo. O presente artigo possui como objetivo, conceituar a virtualização, a viabilidade da utilização de um serviço crítico para uma organização em um ambiente virtualizado, porém não possui intuito de determinar qual a melhor ferramenta de virtualização. A metodologia de pesquisa adotada foi, Pesquisa Bibliográfica e Pesquisa Exploratória. Também foi realizado um estudo de caso com foco no desempenho de ambientes virtualizados com serviços essenciais para a maioria das organizações, utilizando hypervisores Microsoft Hyper-V, VMware vsphere e Citrix XenServer. 1. Introdução Segundo Veras [2011, p. 87] A virtualização é uma camada de abstração entre o hardware e o software que protege o acesso direto do software aos recursos físicos do hardware. A virtualização permite que a camada de software (aplicações e sistema operacional) seja isolada da camada de hardware. A virtualização normalmente é provida por um software, chamado de Hypervisor ou Monitor de Máquina Virtual (Virtual Machine Monitor - VMM), na qual é instalado sobre o hardware compatível denominado hospedeiro, ou host. Outro componente da virtualização é o guest ou convidado, que consiste no sistema operacional virtualizado instalado em uma máquina virtual e executado pelo hospedeiro. [ALECRIM, 2013 e VERAS, 2011]. Com o poder de processamento evoluindo rapidamente, em uma arquitetura tradicional 1:1, o hardware passa a ser subutilizado. A virtualização proporciona a criação de um ambiente mais ágil, flexível, econômico já que cria uma abstração do hardware possibilitando a execução de mais de uma máquina 39

2 virtual no mesmo servidor físico, utilizando de forma mais eficiente todo o potencial do hardware. [VMWARE, 2014a] Figura 1. Arquitetura tradicional x virtualizada 1 2. Desafio de implantar a virtualização Aplicativos de carga excessiva: algumas aplicações que podem ser críticas para a organização como SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados), por exemplo, demanda uma quantia considerável de recursos do hardware, tendo em vista que o hypervisor também consome uma parte dos recursos do hardware, utilizar aplicações críticas em um ambiente virtualizado pode ser um desafio. [VERAS, 2011] Planejamento: para que se possa obter o máximo de benefícios da virtualização é importante fazer um projeto bem elaborado, alguns fatores como redundância, dimensionamento do ambiente virtual e físico (armazenamento, processamento, entre outros), monitoramento e licenciamento, muitas vezes não são verificadas e aplicadas, seja por falta de conhecimento, medo de errar, ou até mesmo por distração, que pode ser cometido até por profissionais experientes. [SANTOS, 2014a] 3. Benefícios da virtualização A virtualização pode proporcionar diversos benefícios para a organização, dentre eles pode-se destacar: Recuperação de desastres: através da virtualização é possível recuperar ambientes de TI com um menor esforço operacional e menor tempo, consequentemente menor custo para a organização se comparado ao ambiente tradicional, os quais é necessário levantar todo o servidor novamente, aplicando as atualizações e instalações necessárias, a maioria dos hypervisores proporcionam recursos de HA (High Avaliability Alta Disponiblidade) os quais em caso de falha em algum host do cluster a máquina virtual é ligada novamente em outro host do cluster, muitas vezes de forma automática. [SANTOS, 2014b] Redução de custos: esta talvez seja uma das maiores preocupações de todos os membros da alta administração de qualquer organização, são vários fatores que impactam na redução de custos, tais como aquisição de ativos, licenciamento de software, refrigeração, consumo de energia, entre outros. O investimento em virtualização a curto prazo não parece muito interessante, porém, a médio e longo 1 Fonte: SILVA (2014) 40

3 prazo o custo/benefício favorece a utilização da virtualização. O custo para manter um ambiente virtualizado é menor se comparado a uma arquitetura tradicional. A redução de custos em um ambiente virtualizado pode gerar uma economia de 50% com custos operacionais e hardware e até 80% no consumo de energia. [VMWARE, 2014b] Recursos inexistentes em servidor físico: Alguns recursos que estão disponíveis em um ambiente virtual podem facilitar e automatizar o gerenciamento do ambiente, recursos como snapshots, que são uma marca no tempo que é possível utilizar como ponto de restauração, memória dinâmica, migrações ao vivo e balanceamento de carga dinâmico. [SANTOS, 2014b] 4. Desvantagens da virtualização Portabilidade: fornecedores como Intel e AMD possuem instruções especialmente projetadas para a utilização da virtualização, porém foram desenvolvidas separadamente, portanto não possuem compatibilidade entre si. [ALECRIM, 2013] Segurança: a virtualização é implementada por uma camada de software que pode possuir vulnerabilidades, portanto uma vulnerabilidade de segurança no hypervisor poderá afetar todas as máquinas virtuais no host. [ALECRIM, 2013] 5 Experimentos e resultados Nesta seção será abordado o experimento e resultados. Figura 2. Comparativos entre hypervisores 2 A figura 2, demonstra um comparativo entre os principais fornecedores da tecnologia da virtualização, comparando hardware suportados, recursos e ferramentas que são úteis na 2 Fonte: O autor (2015), informações retiradas nas documentações oficiais, disponíveis em: Windows 2008 R2: Windows 2012 : Citrix XenServer 6.2: /CTX137837_XenServer%206_2_0_Configuration%20Limits.pdf Citrix XenServer Configuration_Limits.pdf VMWARE vsphere 5.5: VMWARE vsphere 6: 41

4 administração ou migração para um ambiente virtualizado, está disponível um comparativo entre a versão mais recente e a anterior, demonstrando uma grande evolução da tecnologia envolvendo os recursos de VM (Virtual Machines - Máquinas Virtuais), hosts e cluster. Todas as ferramentas apresentadas, possuem capacidade para criar máquinas virtuais com grande capacidade de processamento e memória, estas máquinas virtuais são denominadas monster virtual machines [HARA, 2013] 5.1. Descrição do Cenário Nesta seção são apresentadas as configurações de hardware e software para o ambiente de testes realizados a fim de analisar a viabilidade da utilização de aplicações críticas em ambientes virtualizados Configuração de hardware O cenário para benchmark das soluções foi implementado visando condições iguais a todos os fornecedores sem desfavorecer nenhum hypervisor, as implementações foram realizadas em ambiente idêntico, no servidor físico foi realizada alteração no hardware para assemelhar a máquina virtual. Sendo assim, o ambiente de testes possui as seguintes configurações: Processador: Intel Core i5, 4570, 3.3 GHz (Giga Hertz); Núcleos: 4; Memória: 8 GB, 1600 MHz (Mega Hertz); Memória: 4 GB, 1600 MHz (Mega Hertz); Disco Rígido: 500GB (Giga Bytes), 7200 RPM (Rotações Por Minuto), sem RAID (Redundant Array of Independent Drives, em tradução livre, algo semelhante a Matriz Redundante de Discos Independentes); Interface de rede: 1 Gigabit Ethernet. As máquinas virtuais também são idênticas, utilizando as seguintes configurações: Processadores Virtuais: 4; Memória: 4 GB; Disco Rígido: 30GB; Interface de rede: 1 Gigabit Ethernet Configuração de software Os hypervisores utilizados são do tipo bare metal, ou seja, são instalados diretamente no hardware, que são comumente utilizados em ambientes em produção nas organizações, as versões utilizadas são as mais recentes disponíveis no mercado sendo: VMware vsphere 6; Citrix XenServer 6.5; 42

5 Microsoft Hyper-V Server 2012 R2. Os hypervisores Citrix XenServer e Hyper-V foram instalados com as configurações padrão e hypervisor da VMware houve a necessidade de modificação que será abordada na seção 5.5. Os sistemas operacionais utilizados nas máquinas virtuais são versões próprias para a utilização em servidores, ambas nas versões mais atuais que são: Windows Server 2012 R2 Datacenter; Ubuntu Server 15.04; Para a seleção do SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados), foi levado em consideração o licenciamento, a capacidade de uso em multiplataforma e o gerenciamento de dados, nesse sentido as melhores escolhas foram: PostgreSQL 9.4; Pgbench 9.4; Foram utilizados dois conjuntos de operações, as típicas que envolvem os comandos SELECT, UPDATE e INSERT e outra forma envolve somente o comando SELECT, o desempenho é medido através da quantidade de TPS (Transactions Per Second Transações Por Segundo), onde quanto maior a quantidade de TPS melhor o desempenho. [POSTGRESQL, 2015] Para a realização dos testes foi necessário utilizar o comando: pgbench -h IP_do_Servidor -c20 j2 -T 180 -S -U postgres postgres Os parâmetros utilizados são: -h = endereço do servidor. -c20 = Testa 20 conexões concorrentes. -j2 = Quantidade de threads por conexão. -T = Tempo de execução do teste. -S = Indica que será usada transações do tipo select. -U = Indica o usuário na qual será realizado o teste. O comando para a realizar o teste com transações típicas basta retirar o parâmetro -S. Após execução de cada teste o sistema operacional foi reiniciado para não deixar qualquer vestígio deixado pelos processos na memória Resultados e Discussão Nesta seção são apresentados e discutidos os resultados obtidos. 43

6 Gráfico 1. Resultados com transações do tipo select O gráfico 1, representa a quantidade de transações realizadas do tipo SELECT em máquinas virtuais e também nos servidores físicos, pode-se observar uma superioridade no desempenho no ambiente não virtualizado, na qual a quantidade de TPS é superior em quase todos os ambientes virtualizados, porém há ambiente virtualizado com desempenho superior, entretendo a maioria dos cenários virtualizados possuem desempenho inferior. Gráfico 2. Resultados com transações típicas O gráfico 2, representa as informações obtidas ao realizar transações típicas nos cenários propostos, o desempenho em ambiente não virtualizado mostra superioridade em comparação a ambientes virtualizados, porém é possível observar que diversos cenários com ambiente virtualizado possui superioridade em relação ao cenário não virtualizado, a superioridade obtida não mostra muito significativa, 44

7 5.5. Dificuldades encontradas Objetivando a imparcialidade para os experimentos é necessário a utilização de hardware e softwares idênticos. O valor elevado para aquisição de hardware homologado para utilizar como servidores, sendo possível somente realizar os testes utilizando estações de trabalho com as mesmas configurações. A utilização de hardware não homologados fez necessário modificar a imagem de instalação do hypervisor VMware vsphere 6. Foi necessário adicionar um driver de rede genérico para a instalação do mesmo. Em algumas máquinas virtuais com sistema operacional Linux não houve êxito na coleta de dados referentes a disco e rede, impossibilitando o comparativo de todos os componentes que podem influenciar no desempenho. Houve a necessidade de utilizar o SGBD x86 por dificuldades na instalação no sistema operacional Windows no Citrix XenServer. O SGBD não concluía a instalação, foram realizados diversos procedimentos a fim de solucionar o incidente, até a reinstalação do sistema operacional foi realizado, todos procedimentos sem sucesso. 6. Considerações finais A possibilidade da criação de monster virtual machines auxilia a equilibrar desempenho x disponibilidade, a virtualização vem reduzindo a diferença entre o desempenho se comparada a uma arquitetura tradicional, em alguns casos o ambiente virtualizado obteve desempenho superior. No ambiente de testes, diversos fatores podem ter sido determinantes no desempenho das aplicações, como modificação no hypervisor VMware vsphere e utilização de hardware não homologado. Para obter sucesso na implantação ambiente virtualizado é necessário realizar um planejamento e homologação da solução a ser utilizada, levando em consideração a demanda atual e futura para dimensionamento do hardware, orçamento, escolha do hypervisor que pode oferecer diversas funções a fim de atender diversos cenários e entre outros. Independente da solução adotada, a virtualização proporciona a organizações de todos os portes e otimizar o hardware, reduzir o tempo de ROI (Return On Investment Retorno Sobre Investimento) é capaz de proporcionar os benefícios que a tecnologia da virtualização é capaz de prover, dentre eles, recursos que proporcionam a continuidade do negócio, fator que é de suma importância para organizações. 7. Sugestão de trabalhos futuros Para complementar o estudo sobre utilização da virtualização no ambiente de TI, seguem sugestões para estudos futuros: Realizar um estudo sobre ferramentas de monitoramento para ambiente físico e virtual. Para manter um ambiente em plena conformidade é necessário realizar um monitora- 45

8 mento do uso dos recursos físicos e virtuais a fim de realizar as devidas manutenções preventivas e corretivas A segurança do ambiente, tanto para hypervisores e máquinas virtuais. As máquinas virtuais devem ser tratadas como uma máquina física, com implementações de técnicas de segurança tanto virtual quanto de acesso físico ao host. Experimentos com outros serviços de rede, outros sistemas operacionais e outros hypervisores. Realizar benchmark com outros serviços de rede para avaliar desempenho utilizando outros hypervisores. 8. Referências ALECRIM, E. (2013) O que é virtualização e para que serve? Disponível em: HARA, F. (2013) Virtualizando bancos de dados de alto desempenho. Disponível em: POSTGRESQL. (2015) PostgreSQL 9.5devel Documentation. Disponível em: SANTOS, F. (2014b) 12 benefícios da virtualização no datacenter. Disponível em: SANTOS, F. (2014a) Os 7 erros básicos que até profissionais cometem em projetos de virtualização Disponível em: SILVA, T. H. (2014) Virtualização de Servidores, Disponível em: VERAS, M. (2011) Virtualização: componente central do Datacenter. Rio de Janeiro: Brasport. VMWARE, (2014a) Virtualize sua infraestrutura de TI. Disponível em: VMWARE. (2014b) Consolidação de servidor: Reduza os custos de TI e aumente o controle com a virtualização de servidor. Disponível em: 46