O que é um software de virtualização de servidor?

O software de virtualização de servidores permite a criação e o gerenciamento de máquinas virtuais (VMs) em um servidor físico, em que cada máquina virtual atua como um servidor de execução independente. A virtualização de servidores permite que a TI maximize todo o potencial dos poderosos servidores físicos atuais. Cada VM na máquina física opera de forma independente das outras VMs e executa seu próprio sistema operacional e aplicativos.

O software de virtualização de servidores atua como uma camada (geralmente chamada de hipervisor) entre o hardware físico e as VMs, abstraindo os recursos de hardware e apresentando-os às VMs como hardware virtualizado. O hipervisor aloca recursos de hardware como CPU, memória, armazenamento e recursos de rede para cada VM. Em geral, os hipervisores exigem de 5 a 10% dos recursos da máquina física para serem executados.

Tipos de hipervisor e casos de uso

Há dois tipos principais de hipervisor

Hipervisor tipo 1

Normalmente usados em ambientes corporativos e instalados diretamente no hardware físico (ou seja, "bare metal"), os hipervisores do tipo 1 fornecem às VMs acesso direto aos recursos de hardware, gerenciam dinamicamente a alocação de recursos de hardware e permitem que cada VM opere independentemente das outras. Os hipervisores do tipo 1 incluem o VMware ESXi™, o Microsoft® Hyper-V® e o Citrix Hypervisor™ (anteriormente XenServer®).

Os casos de uso dos hipervisores Tipo 1 incluem:

• Virtualização de servidores, em que uma máquina física executa várias VMs que atuam como servidores, melhorando a utilização de recursos de hardware e a implementação e o gerenciamento eficientes de servidores virtuais;
• Criação e gerenciamento de infraestruturas de grande escala em um data center, permitindo a utilização eficiente do hardware e a alocação flexível de recursos de computação;
• Computação em nuvem/Infraestrutura como serviço (IaaS), em que os hipervisores permitem que os provedores de IaaS criem e gerenciem ambientes de computação flexíveis e facilmente dimensionáveis;
• Alta disponibilidade e tolerância a falhas, em que os hipervisores permitem que os servidores virtuais sejam ativados rapidamente quando mais usuários estiverem ativos ou quando um host falhar;
• Desenvolvimento e teste de software, em que os desenvolvedores e/ou testadores de código de software podem replicar rapidamente um ambiente de produção e testar a compatibilidade do software em uma variedade de sistemas operacionais e configurações sem afetar o ambiente do host.

Hipervisores do tipo 2

Normalmente usados em ambientes de desktop ou estação de trabalho, os hipervisores Tipo 2 são executados sobre o sistema operacional host e fornecem recursos de virtualização para a máquina virtual convidada, que pode ser executada em um sistema operacional diferente da máquina física. Ao contrário dos hipervisores do Tipo 1, que ajustam dinamicamente os recursos de hardware para as VMs que gerenciam, com os hipervisores do Tipo 2, o usuário aloca recursos físicos como RAM para a VM; se a VM tiver problemas de desempenho, o usuário deverá ajustar a alocação de recursos. Os hipervisores do tipo 2 incluem o VMware® Workstation, o Oracle® VirtualBox e o Microsoft Virtual PC.

Os casos de uso dos hipervisores Tipo 2 incluem:

• Virtualização de desktop, em que um usuário executa uma VM em seu sistema local para usar aplicativos legados ou para isolar ambientes de computação (por exemplo, computação relacionada ao trabalho e computação pessoal);
• Desenvolvimento de software, em que um desenvolvedor escreve código em seu dispositivo local usando um sistema operacional diferente do sistema operacional em sua máquina física, ou quando um desenvolvedor deseja isolar sua máquina de desenvolvimento de sua máquina física;
• Teste e depuração de software, em que uma única máquina é adequada para fins de teste (ou seja, não é um ambiente de produção completo);
• Educação e treinamento, em que um aluno pode praticar e experimentar diferentes sistemas operacionais, configurações de software e configurações de rede sem precisar de hardware dedicado para cada um;
• Demonstração e apresentação, em que um apresentador ou representante de vendas pode executar demonstrações de software sob demanda usando uma única máquina física.

Observe que os hipervisores do Tipo 1, e não do Tipo 2, são usados para habilitar a virtualização de servidores em ambientes de produção devido à sua capacidade de ajustar dinamicamente a alocação de recursos.

Abordagens alternativas de software de virtualização de servidor

As abordagens alternativas de software de servidor virtual incluem a para-virtualização e a virtualização no nível do sistema operacional (também conhecida como conteinerização).

Para-virtualização

Na para-virtualização, o sistema operacional (SO) convidado é modificado para se comunicar diretamente com o hipervisor subjacente, permitindo que o SO convidado saiba que está sendo executado em um ambiente virtualizado para que possa fazer chamadas oportunas ao hipervisor em relação às necessidades de recursos ao executar determinadas operações.

Ao se comunicar diretamente com o hipervisor, a paravirtualização reduz a sobrecarga associada a tarefas como gerenciamento de memória, operações de E/S e chamadas de sistema e, portanto, tem um desempenho melhor do que a virtualização completa em determinados cenários.

Como a paravirtualização exige que sejam feitas modificações no sistema operacional convidado, ela pode não ser compatível com todos os sistemas operacionais imediatamente. Duas plataformas de virtualização que suportam a paravirtualização são o VMware vSphere® e o Xen (que é gratuito e de código aberto). Como alternativa, o código-fonte do sistema operacional convidado pode ser modificado para permitir a paravirtualização.

Quando usada para virtualização de servidores, a para-virtualização tem o melhor desempenho para esses casos de uso:

• Cargas de trabalho com uso intensivo de E/S, em que os dados do aplicativo são frequentemente trocados com um dispositivo de armazenamento secundário;
• Onde é necessária uma alta taxa de transferência de rede (ou seja, aplicativos com muita largura de banda);
• Aplicativos em tempo real (videoconferência, VoIP, jogos on-line, alguns aplicativos de comércio eletrônico, mensagens instantâneas, colaboração em equipe);
• Computação de alto desempenho;
• Aplicativos legados.

Virtualização/containerização no nível do sistema operacional

A virtualização no nível do sistema operacional, também conhecida como conteinerização, permite a criação e o gerenciamento de vários contêineres isolados em uma única instância do sistema operacional. Esses contêineres não são VMs "verdadeiras" porque não incluem um sistema operacional. Em vez disso, cada contêiner fornece um ambiente separado com seu próprio aplicativo e recursos isolados, como CPU, memória e sistemas de arquivos, com todos os contêineres compartilhando o kernel do sistema operacional do host - diferentemente de uma VM "tradicional", em que as VMs em execução no host não precisam usar o mesmo sistema operacional do host.

Essa abordagem, que elimina a execução de vários sistemas operacionais em um único servidor físico, significa que os contêineres consomem menos recursos do que as VMs completas, mas não oferecem a mesma flexibilidade relacionada aos sistemas operacionais. O Docker®, uma das primeiras tecnologias de contêineres, é baseado em Linux, mas aborda essa flexibilidade reduzida provisionando contêineres em máquinas Windows® e MacOS® usando uma micro VM Linux que é executada na máquina física.

Os contêineres são comumente usados para implantar e executar aplicativos de forma portátil e dimensionável. Cada contêiner encapsula um aplicativo e suas dependências, facilitando o empacotamento, o gerenciamento e a implementação de software. Os contêineres também fornecem isolamento entre aplicativos, eliminando conflitos entre aplicativos, mesmo quando os aplicativos são executados no mesmo servidor host.

Quando usada para virtualização de servidores, a conteinerização tem o melhor desempenho para esses casos de uso:

• Atividades de DevOps, como teste e implantação de aplicativos;
• Implantação de aplicativos em ambientes de várias nuvens, permitindo que esses aplicativos sejam executados de forma consistente em cada ambiente;
• Otimização da infraestrutura com a eliminação de vários sistemas operacionais, permitindo maior escalabilidade e alocação mais eficiente de recursos;
• Teste e depuração de aplicativos;
• Suporte a aplicativos legados, incluindo migração e integração mais fáceis com sistemas modernos.

Qual é a melhor opção para aplicativos de usuário final?

Ao fornecer aplicativos aos funcionários, a virtualização de servidores usando um hipervisor Tipo 1 é a abordagem mais comum. Por quê? A tecnologia de desktop virtual foi criada especificamente para fornecer desktops virtuais contendo aplicativos de produtividade aos funcionários, com muitos recursos que permitem que as equipes de TI gerenciem os recursos do servidor e otimizem a experiência do usuário final.

A tecnologia virtual que utiliza um hipervisor Tipo 2 é geralmente usada por indivíduos para os casos de uso descritos nesta postagem.

A para-virtualização é mais frequentemente empregada em um ambiente corporativo para aplicativos específicos em que a resposta e o desempenho são fundamentais.

Os contêineres são usados principalmente por equipes de desenvolvimento de software e DevOps para ajudar a facilitar seu trabalho. Como as equipes de computação do usuário final fizeram um investimento significativo em tecnologia de virtualização usando hipervisores Tipo 1, há pouco incentivo para migrar para a tecnologia de contêineres, exceto em casos de uso incomuns, como aplicativos legados essenciais aos negócios.

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