Virtualização é o ato de criar uma versão virtual de um recurso físico de TI, como um servidor ou um desktop. Uma máquina virtual (VM) é criada em um dispositivo host físico. A VM se comporta exatamente como um dispositivo físico e pode executar diferentes sistemas operacionais do host. Elas também são chamadas de máquinas convidadas. Várias VMs convidadas podem ser executadas em um dispositivo host.
Por exemplo, você pode criar um servidor virtual executando Windows em um dispositivo físico executando Linux. A VM é um servidor Windows totalmente funcional que utiliza recursos do host. No mesmo servidor host, você pode executar mais servidores Windows, Linux e assim por diante.
A virtualização como prática começou na década de 1960 em mainframes como forma de provisionar recursos do sistema. Hoje em dia, é amplamente adotada em TI, e há uma tendência de consolidar ou convergir dispositivos físicos volumosos em equivalentes virtuais organizados.
Aprofundando-nos, discutiremos:
Como funciona a virtualização?
Ela funciona particionando os recursos do dispositivo host entre VMs. Esse particionamento é realizado por um software conhecido como hipervisor. Existem dois tipos de hipervisores: os bare-metal, que são instalados diretamente no hardware do host, e os hospedados, que precisam de algum tipo de sistema operacional para rodar no host.
Um hipervisor atua como intermediário entre as VMs e o dispositivo host. Quando uma VM é criada ou iniciada, o hipervisor aloca alguns recursos do host, como CPU e memória, a ela. Se a VM precisar de mais recursos durante a operação, o hipervisor aloca mais recursos do host.
Da mesma forma, o armazenamento em disco do dispositivo host é simulado como armazenamento virtual na VM. Quando a VM tenta localizar algum arquivo em seu armazenamento virtual, o hipervisor traduz essa solicitação para localizar os arquivos no armazenamento físico real do host.
Um hipervisor pode gerenciar várias VMs dessa forma, distribuindo recursos do host ad hoc. As VMs podem ser iniciadas ou desativadas facilmente. Eles também podem ser migrados de um host para outro e operar como antes.
Virtualization architecture
A base da arquitetura de virtualização é o hardware host. Isso inclui recursos do sistema, como CPU, memória e espaço em disco. No caso da virtualização bare-metal, o hipervisor não precisa de nenhum sistema operacional host e pode operar diretamente sobre o hardware host. No caso de hipervisores hospedados, o hipervisor opera sobre um sistema operacional host.
O hipervisor extrai recursos das camadas abaixo e os particiona em instâncias virtuais. Por esse motivo, ele também é conhecido como camada de virtualização. Os sistemas operacionais convidados operam sobre o hipervisor. Frequentemente, os sistemas operacionais convidados não têm consciência de si mesmos e se comportam como dispositivos independentes. As aplicações são hospedadas em cada sistema operacional convidado em uma VM. Essa camada é conhecida como camada de aplicação.
No caso da virtualização aninhada, os sistemas operacionais convidados têm outro conjunto de hipervisores em execução acima deles, e assim por diante.
Quais são as vantagens da virtualização?
Dispositivos virtualizados são mais versáteis e eficientes em comparação com seus equivalentes físicos tradicionais. Eles também são convenientes para serem ativados, movidos e desativados conforme necessário. Algumas das vantagens da virtualização são:
- Maior eficiência: Os servidores são projetados para lidar com um pico de desempenho esperado. No entanto, eles operam com cargas significativamente menores durante a maior parte de sua vida útil. Quando várias VMs habitam um host, elas compartilham os recursos do host conforme necessário. Isso resulta em utilização eficiente de espaço e recursos.
- Capacidade de executar vários softwares: Como cada VM é um componente independente, você pode executar vários sistemas operacionais, softwares e aplicativos para diferentes VMs a partir de um único dispositivo host. Em vez de comprar vários servidores para executar softwares diferentes, um único cluster virtualizado seria suficiente.
- Snapshots de VM: Um snapshot de uma VM é uma cópia dessa VM naquele instante. Você pode tirar snapshots da VM como backups, executá-los em outro lugar ou restaurá-los conforme necessário. Isso é útil antes de realizar operações arriscadas. Se algo der errado, a versão anterior pode ser restaurada facilmente.
- Migração de VMs: Você pode mover VMs de um host para outro e retomar suas operações. Há muitas possibilidades para isso. Você pode habilitar um sistema de failover, no qual os snapshots das VMs são copiados com frequência para outro host. Se o host principal falhar, a VM pode alternar para o host secundário sem problemas.
- Operações isoladas: Uma VM é essencialmente uma sandbox. Ou seja, é um sistema isolado que pode ser usado para testar softwares, executar programas suspeitos e assim por diante. Elas podem ser ativadas ou desativadas facilmente, permitindo que você ative uma VM, realize testes e a desative conforme necessário.
- Desktop como Serviço: Com a virtualização, é possível acessar um servidor host a partir de outro dispositivo e acessar as VMs. Usuários de vários locais podem usar seus dispositivos pessoais para acessar o servidor host. O servidor host conecta as VMs aos seus dispositivos pela rede. Os dispositivos dos usuários podem ser mais baratos e utilizar menos recursos.
Quais são os diferentes tipos de virtualização?
A virtualização pode ser classificada com base na extensão da virtualização e na funcionalidade oferecida pela VM. A virtualização pode ser realizada para fornecer serviços ou simular hardware, dados, recursos do sistema, etc. Vejamos quais são os tipos mais importantes de virtualização.
Com base na extensão da virtualização
Podemos classificar três tipos de virtualização com base na extensão:
- Na virtualização completa, as VMs são completamente isoladas do hardware host. O hipervisor traduz as solicitações das VMs e gerencia a alocação de recursos. Esse tipo de virtualização é mais isolado e portátil, podendo ser implementado em qualquer sistema operacional. Mas também é mais lento em comparação com a paravirtualização.
- Na paravirtualização, as VMs não são completamente isoladas do servidor host. As próprias VMs cuidam da alocação de recursos. Os sistemas operacionais convidados têm consciência de si mesmos e se comunicam com o hipervisor e o sistema host. A paravirtualização é mais rápida, mas menos portátil. Além disso, os sistemas operacionais convidados precisam ser modificados, o que limita o número de sistemas operacionais nos quais isso pode ser implementado.
- Na virtualização de sistemas operacionais, o sistema operacional atua como um hipervisor e cria espaços virtuais dentro do sistema que são independentes uns dos outros. O sistema operacional particiona os recursos do sistema e forma múltiplas instâncias isoladas de espaço do usuário. Esses espaços virtuais isolados também são chamados de contêineres.
Com base na funcionalidade oferecida
A virtualização pode ser classificada em virtualização de hardware, virtualização de servidores, virtualização de redes, virtualização de armazenamento, virtualização de aplicações, virtualização de dados, virtualização de desktops e outras, com base na funcionalidade fornecida. Essas categorias são discutidas em detalhes a seguir.
Virtualização de servidores
Ela é um tipo de virtualização amplamente adotado, no qual um servidor completo é simulado para uso em um dispositivo host. Os servidores virtuais desempenham as mesmas funções que os servidores físicos. Eles hospedam sites e aplicativos, funcionam como bancos de dados, realizam cálculos e muito mais. Vários servidores virtuais são executados em um servidor físico e compartilham os recursos do sistema. Os servidores também podem ser implementados como um array com balanceamento de carga, onde as VMs são compartilhadas entre diferentes dispositivos host.
A virtualização de servidores é oferecida por fornecedores como VMware, Nutanix, Xen e Hyper-V. As organizações podem consolidar suas arquiteturas de servidores substituindo vários servidores físicos por um cluster virtualizado. Um ambiente virtualizado típico contém um servidor host, vários servidores virtuais e armazenamentos de dados virtuais.
Proliferação virtual
É uma situação em que os servidores virtuais estão consumindo muitos recursos do host. O hipervisor não consegue alocar recursos suficientes para todas as VMs, e os outros servidores virtuais apresentam problemas de desempenho devido à escassez de recursos. A proliferação de VMs pode ocorrer devido ao grande número de servidores virtuais em execução em um host. É fácil ativar VMs, mas se você perder o controle sobre elas, elas continuarão sendo executadas anonimamente e drenarão seus recursos. Eliminar a proliferação virtual garante um desempenho eficiente.
Virtualização de redes
Na virtualização de redes, as funcionalidades de uma rede (roteamento, comutação e transferência de dados) são virtualizadas usando componentes de hardware e software. Existem dois tipos de virtualização de rede: externa e interna.
Virtualização de redes externas
Nesse tipo, a mesma rede física é particionada para formar múltiplas redes virtuais. Um exemplo disso é uma rede local virtual (VLAN). Múltiplas VLANs compartilham os mesmos dispositivos de rede, switches, roteadores, controladores e pontos de acesso. Mas elas são virtualmente separadas e atuam como redes diferentes.
Outro exemplo desse tipo é uma rede virtual privada (VPN). Ela fornece acesso a redes locais privadas (LANs) pela internet usando protocolos de tunelamento e criptografia. Nesse caso, a mesma LAN existe em dispositivos de rede de vários locais.
Virtualização de redes internas
A virtualização de redes internas simula uma rede dentro de um único dispositivo host usando software. Esse servidor pode conter vários contêineres e outras instâncias virtuais. As conexões de rede entre elas são simuladas para formar uma rede virtual. Versões virtuais de dispositivos de rede de hardware, como roteadores e switches, são criadas.
Redes definidas por software
Redes definidas por software (SDN) são outra aplicação da virtualização de redes, projetada para tornar as operações de rede mais rápidas e eficientes. Em uma rede física tradicional, os dispositivos de rede, como roteadores e switches, realizam individualmente operações de controle, bem como operações de dados.
As operações de controle envolvem a criação da tabela de roteamento, a atualização da topologia, a modelagem do tráfego, etc. As operações de dados incluem o recebimento e a transmissão de pacotes de dados. Em um sistema SDN, um controlador SDN assume as operações de controle, enquanto os dispositivos de rede se preocupam apenas com as transferências de dados. Os administradores podem usar o controlador para moldar o tráfego de acordo com suas necessidades.
Virtualização de armazenamento
A virtualização de armazenamento envolve a simulação de unidades lógicas de armazenamento sobre o armazenamento físico. Na virtualização de armazenamento, as unidades individuais de armazenamento, como discos, são frequentemente agrupadas para formar uma rede de armazenamento. Essa rede é então gerenciada por software. A partir de uma rede de armazenamento, é possível criar unidades de armazenamento virtuais. A virtualização torna os sistemas de armazenamento mais rápidos, resilientes e confiáveis.
A virtualização de armazenamento tem múltiplas vantagens em relação aos sistemas de armazenamento convencionais. Como os sistemas de armazenamento físico são agrupados, os dados podem ser migrados de um local para outro enquanto a unidade de dados virtual permanece a mesma. Isso significa que a migração de dados não afetará as operações normais.
Semelhante à virtualização de servidores, a virtualização de armazenamento resulta em uso eficiente do armazenamento, pois toda a capacidade de armazenamento é agrupada. O armazenamento ocioso por disco é minimizado. Quando o armazenamento está prestes a se esgotar, você pode adicionar mais dispositivos de armazenamento heterogêneos para aumentar a capacidade. Em vez de lidar com vários dispositivos de armazenamento com diferentes capacidades, colocados em locais diferentes, os administradores de TI lidam com unidades de armazenamento virtual uniformes e ordenadamente classificadas.
RAID
Uma matriz redundante de discos independentes (RAID) é uma tecnologia de virtualização de armazenamento em que os discos são combinados para formar uma unidade de armazenamento virtual. Vários níveis de RAID estão disponíveis com diferentes níveis de velocidade, capacidade, tolerância a falhas e confiabilidade.
Redes de área de armazenamento
Uma rede de área de armazenamento (SAN) é uma rede dedicada que conecta dispositivos de armazenamento, servidores e dispositivos de rede. Uma SAN não está conectada a uma LAN, mas possui seu próprio conjunto de switches SAN para conectar dispositivos de armazenamento. As SANs são acessadas por meio de um servidor conhecido como camada de host.
Sistemas de computação unificados
Um sistema de computação unificado (UCS) é uma arquitetura convergente de data center que combina virtualização de servidores, virtualização de redes e virtualização de armazenamento. Um UCS geralmente possui um chassi energizado com uma unidade de resfriamento e slots para conectar servidores blade e servidores em rack. Hosts virtuais podem ser conectados aos slots de servidor e interconectados a uma rede virtualizada. Um UCS pode ser conectado a uma SAN para fornecer recursos de armazenamento virtualizado.
Um UCS permite que data centers sejam altamente convergentes e eficientes, com reduções significativas no cabeamento e na utilização de espaço. A Cisco lançou o primeiro UCS em 2009 e é o fornecedor de UCS mais popular do mercado. Os UCSs possuem softwares de gerenciamento que podem monitorar e gerenciar suas operações.
Monitoramento de desempenho de virtualização
A virtualização é uma tecnologia popular que tem sido adotada de diversas maneiras para simular diferentes componentes e serviços de rede. A maioria das infraestruturas de rede em todo o mundo possui um ou mais tipos de tecnologia de virtualização. É aqui que o monitoramento da virtualização se torna relevante.
A virtualização tem algumas desvantagens que podem causar problemas para as equipes de TI. As principais são a complexidade dos sistemas virtuais e a falta de visibilidade dos componentes virtuais. Ao contrário dos dispositivos físicos que podem ser verificados individualmente, as VMs são unidades lógicas sem distinção física.
Não há como monitorar VMs sem um software de monitoramento de rede. A maioria dos fornecedores de virtualização oferece software de gerenciamento dedicado à sua oferta de virtualização, mas lidar com várias ferramentas de monitoramento virtual para todos os componentes pode ser tedioso. Um software de monitoramento de virtualização unificado que pode monitorar componentes virtuais tão bem quanto componentes físicos é um exemplo.
Monitore a virtualização com o OpManager
O OpManager é um software de monitoramento de rede especializado no monitoramento de ambientes virtualizados, sejam servidores, redes, unidades de armazenamento ou outros componentes virtualizados, como UCSs. Ele descobre ambientes virtuais, coleta métricas de desempenho, analisa-as e as apresenta em gráficos e relatórios em um único e poderoso console.
Vamos discutir alguns dos recursos de monitoramento de virtualização do OpManager:
O OpManager fornece visibilidade da infraestrutura virtualizada, descobrindo hosts virtuais, VMs, repositórios de dados e muito mais, e listando-os em um inventário organizado. Ao definir alertas, você pode ficar ciente de eventos, problemas e quedas de desempenho em seus sistemas.
