Virtualizacao

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Vitor Barbosa Paiva
vitorbpaiva@hotmail.com
 O conceito de virtualização não é recente. Os 
primeiros passos na construção de ambientes de 
virtuais começaram no fim da década de 1950 e 
inicio da década de 1960. As maquinas virtuais 
foram originalmente desenvolvidas para 
centralizar os sistemas de computador utilizados 
no ambiente VM/370 da IBM. Apartir de então, a 
IBM desenvolveu vários sistemas comerciais que 
suportavam virtualização. Nestes sistemas, cada 
máquina virtual simula uma réplica virtual da 
maquina real e os usuários têm a ilusão de que o 
ambiente é mono-usuário, com seu próprio 
sistema completamente independente dos 
demais usuários.
 A utilização de máquinas virtuais está se 
tornando uma alternativa para muitos sistemas 
de computação, pois proporciona uma maior 
portabilidade, baixo custo, e maior segurança. A 
virtualização pode ser utilizada em servidores, 
indústrias de hospedam de páginas Web, 
linguagens de programação que são compiladas 
para maquinas virtuais. Maquinas virtuais 
também são utilizada por usuários finais que 
desejam executar dois ou mais sistemas 
operacionais ao mesmo tempo.
 Os sistemas de computadores são projetados 
com basicamente três componentes: 
hardware, sistema operacional e aplicações, 
assim como mostrado na figura:
 Cada sistema de computação possui sua
plataforma padrao de comunicação como
mostra a figura: 
 Plataformas são diferentes e não compatíveis 
ente si:
 A solução para esta incompatibilidade é o uso 
de maquinas virtuais:
 Uma máquina virtual pode ser definida como 
"uma duplicata eficiente e isolada de uma 
maquina real". A IBM define uma máquina 
virtual como uma "cópia isolada de um 
sistema físico, e essa cópia está totalmente 
protegida"
 Máquina virtual pode ser uma camada de 
software permitirá o acoplamento entre 
interfaces distintas, de forma que um 
programa desenvolvido para a plataforma A 
possa executar sobre uma plataforma distinta 
B: 
 A camada de virtualização constrói outra 
interface de mesmo nível, usando os serviços 
oferecidos por uma determinada interface de 
sistema, de acordo com as necessidades dos 
componentes de sistema que farão uso dela. 
A nova interface de sistema, vista através 
dessa camada de virtualização, é denominada 
máquina virtual. A camada de virtualização
em si é denominada hipervisor ou monitor de 
máquina virtual.
 Um ambiente de máquina virtual consiste de três 
partes básicas:
 O sistema real, nativo ou hospedeiro (host 
system), que contém os recursos reais de hardware e 
software do sistema;
 O sistema virtual, também denominado sistema 
convidado (guest system), que executa sobre o 
sistema virtualizado; em alguns casos, vários 
sistemas virtuais podem coexistir, executando 
simultaneamente sobre o mesmo sistema real;
 A camada de virtualização, hipervisor, ou monitor 
(VMM – Virtual Machine Monitor), que constrói as 
interfaces virtuais a partir da interface real.
 Existem várias formas de implementar a virtualização:
 Virtualização completa: um sistema operacional convidado 
e suas aplicações, desenvolvidas para uma plataforma de 
hardware A, são executadas sobre uma plataforma de hardware 
distinta B.
 Emulação do sistema operacional: as aplicações de um 
sistema operacional X são executadas sobre outro sistema 
operacional Y, na mesma plataforma de hardware.
 Tradução dinâmica: as instruções de máquina das 
aplicações são traduzidas durante a execução em outras 
instruções mais eficientes para a mesma plataforma.
 Replicação de hardware: são criadas várias instâncias 
virtuais de um mesmo hardware real, cada uma executando seu 
próprio sistema operacional convidado e suas respectivas 
aplicações.
 As formas de implementar a virtualização
citadas antes, são mostradas na figura 
seguinte:
 Existem dois tipos de hipervisores:
 Tipo 1 e Tipo 2:
 No hipervisor tipo 1 (ou monitor de maquina virtual), sua tarefa é 
gerenciar múltiplas cópias do hardware normal, denominadas 
máquinas virtuais, como processos que o sistema operacional 
gerencia.
 O Hipervisores tipo 1 funcionam em uma maquina convencional. 
A máquina virtual funciona como um processo de usuário no 
modo usuário e, como tal, não pode executar instruções 
sensíveis. Ela executa um sistema operacional hóspede que 
“acredita” estar no modo núcleo, embora, é claro, esteja de fato 
no modo usuário. Este é chamado de núcleo virtual. A máquina 
virtual também executa processos do usuário, que “acreditam” 
estar no modo usuário, de fato estão no modo usuário virtual.
 Executa diretamente sobre o hardware, sem um sistema 
operacional subjacente.
 O hipervisor tipo 2 que é completamente 
diferente do tipo 1. É simplesmente um 
programa do usuário funcionando sobre um 
sistema operacional, que funciona como um 
“interpretador” do conjunto de instruções da 
máquina nativa para o sistema hospede, e 
também cria uma máquina virtual. 
 Em ambos os casos, o sistema operacional 
funcionando sobre o hipervisor é denominado 
sistema operacional hóspede. No caso do 
hipervisor tipo 2 o sistema operacional sobre o 
hardware é denominado sistema operacional 
hopedeiro.
 Existem dois tipos de máquinas virtuais:
◦ Máquinas virtuais de aplicação : são ambientes de 
máquinas virtuais destinados a suportar apenas um 
processo ou aplicação convidada específica. A 
máquina virtual Java e o ambiente de depuração 
Valgrind são exemplos desse tipo de ambiente.
◦ Máquinas virtuais de sistema : são ambientes de 
máquinas virtuais construídos para suportar 
sistemas operacionais convidados completos, com 
aplicações convidadas executando sobre eles. 
Como exemplos, temos os ambientes VMware e 
VirtualBox.
 Virtualização Total
 A virtualização total reconstrói um ambiente virtual 
no qual o hardware fornecido aos sistemas hospede 
corresponde a um sistema real existente. 
 Toda a interface de acesso ao hardware é 
virtualizada, incluindo todas as instruções do 
processador e os dispositivos de hardware. 
 Desta forma, os sistemas convidados não precisam 
sofrer nenhum tipo de alteração ou ajuste para 
executar no ambiente virtual. Esta é a abordagem 
usada na maioria dos hipervisores de sistema 
clássicos, como VMWare. 
 Tradução dinâmica
 Nesta técnica, o hipervisor analisa, reorganiza 
e traduz as seqüências de instruções emitidas 
pelo sistema hospede em novas seqüências 
de instruções, à medida em que a execução 
do sistema hospede avança.
 Paravirtualização
 Possibilidade de modificar a interface entre o 
hipervisor e os sistemas convidados, 
oferecendo a estes um hardware virtual que é 
similar, mas não idêntico ao hardware real. 
 Permite um melhor acoplamento entre os 
sistemas convidados e o hipervisor, o que 
leva a um desempenho significativamente 
melhor das máquinas virtuais. 
 Atualmente existem varias aplicações para 
maquinas virtuais:
 Ensino
 Consolidação de servidores
 Planos de contingência
 Migrações de aplicações
 Confinamento de processos
 Segurança
 Virtualizaçao de sistemas
 VMWare
 VirtalBox
 Virtual PC
 QEMU
 Xen
 Virtualização de de Aplicações
 JVM – Java Virtual Machine
 Plataforma Microsoft .NET
 Todas as máquinas virtuais apresentadas 
permitem:
 Especificar o tamanho da memória na 
maquina virtual.
 O tamanho do HD virtual (dinâmico ou 
estático).
 Algumas até permitem especificar o número 
de núcleos do processador virtual.
Hipervisor tipo 2
 VMware Workstation: primeira versão comercial da 
máquina virtual, lançada em 1999, para ambientes 
desktop;
 VMware Fusion: versão experimental para o sistema 
operacionalMac OS com processadores Intel;
 VMware Player:versão gratuita do VMwareWorkstation, 
com asmesmas funcionalidades mas limitado a executar 
máquinas virtuais criadas previamente com versões 
comerciais;
 VMWare Server: conta com vários recursos do VMware
Workstation, mas é voltado para pequenas e médias 
empresas;
 Hipervisor tipo 1 (ou nativo)
 VMware ESX Server: para servidores de grande 
porte, possui um núcleo proprietário 
chamado vmkernel e Utiliza o Red Hat Linux 
para prover outros serviços, tais como a 
gerência de usuários.
 Instalação de sistemas mais prática.
 Mais rapida.
 Mais simples a comunicação entre os 
perifericos.
 VirtualBox é um software de virtualização
desenvolvido pela Oracle que, como o 
VMware Workstation, visa criar ambientes 
para instalação de sistemas distintos. Ele 
permite a instalação e utilização de um 
sistema operativo dentro de outro, assim 
como seus respectivos softwares, como dois 
ou mais computadores independentes, mas 
compartilhando fisicamente o mesmo 
hardware.
 O Microsoft Virtual PC 2007, da Microsoft, é 
um programa que emula um computador 
dentro do seu Windows. Assim sendo, em 
uma janela será possível abrir outro sistema 
operacional, como Windows, Linux, MS-DOS, 
e até criar um HD virtual, que será um 
arquivo salvo dentro da partição de seu 
Windows mesmo, podendo ser formatado 
com qualquer sistema de arquivos, sem 
interferir no sistema real.
 O QEMU é um hipervisor com virtualização
completa. Não requer alterações ou 
otimizações no sistema hospedeiro, pois 
utiliza intensivamente a tradução dinâmica 
como técnica para prover a virtualização. É 
um dos poucos hipervisores recursivos, ou 
seja, é possível chamar o QEMU a partir do 
próprio QEMU. O hipervisor QEMU oferece 
dois modos de operação:
◦ Emulação total do sistema
◦ Emulação no modo de usuário
 Java Virtual Machine é uma virtualização de 
aplicações.
 Possibilita a portabilidade de softwares, pois 
o software roda sobre a JVM.
 Foi contatado que a utilização de maquinas 
virtuais está se tornando uma alternativa para 
vários sistemas de computação pelas 
vantagens em custo e portabilidade. O 
desafios para a utilização de maquinas 
virtuais vêm sendo superados devidos às 
várias pesquisas que estão sendo realizadas.