VIRTUALIZAÇÃO VERDE SOBRE A PLATAFORMA X86: Estudo De Caso Jornal O IMPARCIAL

IGOR ALLEN BEZERRA DE MAGALHÃES RITZMANN1 José Mendes2

RESUMO

O uso de ferramentas e técnicas de virtualização para se consolidar cargas ociosas de trabalho dos servidores subutilizados, tem sido bastante requisitado por empresas e profissionais de TI (tecnologia da informação), para solucionar problemas que demandam esforços e poupar em custos. Alguns destes problemas são: Aquisições de hardware, consumo de energia e administração da infraestrutura. Apresentaremos no decorrer do artigo aspectos teóricos pertinentes a virtualização e consolidação de servidores com nível crítico baixo, como também o nascer de práticas de TI verde. Veremos um caso de uso aplicando a virtualização na estrutura do parque tecnológico de servidores da empresa O IMPARCIAL como solução verde fornecida pela Empresa VMware e seu produto VMware ESXi 4.0.

Palavras-chave: Virtualização. VMware. Servidores. TI Verde.

ABSTRACT

The use of tool and virtualization’s techinicals to consolidate server’s workload, in the last years, has been used in practice to professional IT. hardest works to save cost, energy’s consume, infrastructure and others cases to better technical virtualization. Presentation in this article, theory about virtualization and your use in care consolidation servers and the born of the green IT. Have too one use case from enterprise O IMPARCIAL how Green IT solution from VMware an your Products disponible. Keywords: Virtualization. VMware. Servers. Green IT.

1 INTRODUÇÃO

Evidenciamos no mundo Globalizado um mercado capitalista mais competitivo tanto internamente quanto externamente. Para uma empresa manter a continuidade nos negócios e atender necessidades que exigem serviços transparentes, confiáveis e de alta disponibilidade, será necessário que a infraestrutura tecnológica mantenha-se atualizada com novas tecnologias e ferramentas.

Mesmo em pequenas e médias empresas, a necessidade de se manter o negócio full time, ou seja, plugado o tempo todo, vem crescendo nos ambientes corporativos. Ter disponível no sentido da empresa, tecnologia para produção de bens e serviços a baixo custo e no sentido do cliente, produtos e serviços disponíveis sempre que necessário. No contexto acima, é onde a virtualização entra em cena ajudando a resolver os problemas de forma confiável e eficaz.

Segundo o Gartner Group (2010), em 2013 a infraestrutura para virtualização de servidores atingirá receita de 1,5 bilhão de dólares, com taxa composta de crescimento de 11,7% (http://www.gartner.com).

1 Aluno do Curso de Sistemas de Informação do Centro Universitário do Maranhão – UniCEUMA. e-

mail: igor.ritzmann@live.com. 2 Orientador. Mestre em Ciência da Computação Prof. José Mendes do Curso de Sistemas de

Informação do UniCEUMA.

Fazendo uma busca investigativa sobre a virtualização no site do Google, podemos observar que 11.700.000 (onze milhões e setecentos mil) resultados são obtidos com o termo “virtualization”, uma estatística bastante interessante que não podemos deixar passar despercebido como mostra a figura 1:

Figura 1: Página da internet mais utilizada como site de busca. Fonte: www.google.com.br

A demanda por virtualização pode ser explicada simplesmente pelo custo mínimo e o ROI3 que as empresas tanto procuram. Os benefícios proporcionados ao adotar a virtualização em data centers irão da “simples” consolidação de cargas ociosas de trabalho dos servidores subutilizados ao corte substancial do consumo de energia elétrica do parque tecnológico das organizações, garantindo um bom retorno para qualquer estrutura corporativa.

CAPPUCCIO (2008) constatou que existem muitos Data Centers4 operando de forma obsoleta, e andam sobrecarregados, superaquecidos e superlotados, onde qualquer pane pode comprometer os dados e as aplicações, complicando seu avanço com segurança e maturidade.

Como a tendência é aumentar o número de equipamentos físicos e ter necessidade de novos sistemas para tarefas especificas, teremos novos problemas como: o ambiente de TI heterogêneo, maiores chances de ocorrer problemas físicos quanto lógicos e até falha humana.

Um bom planejamento com ferramentas para uso eficiente dos equipamentos presentes aumentará o desempenho e a confiabilidade do que se quer alcançar com as prática de virtualização e consolidação de servidores.

Em contrapartida, a TI verde permitirá a redução do espaço físico e do consumo de energia e refrigeração como veremos adiante neste artigo.

Veremos as tecnologias oferecidas pela VMware, utilizando a consolidação de servidores com práticas verdes, garantindo o uso racional dos recursos ambientais e tecnológicos.

Com todas estas vantagens, nosso foco será utilizar as técnicas de virtualização para a consolidação dos servidores de baixa carga de trabalho de O Imparcial com direito a TI verde e redução de gastos em TI.

3 É o retorno do investimento na aquisição de bens ou serviços. 4 Local onde são concentrados os computadores e sistemas confiáveis.

2 TI VERDE

Sobre TI verde HESS (2010) diz que: “A TI verde é um conjunto de práticas para tornar mais sustentável e menos prejudicial o nosso uso da computação” (http://br.hsmglobal.com).

Pablo Hess cita como exemplo, a redução do consumo de energia como prática de TI verde principal, a redução de resfriamento artificial e menor dissipação de calor causado pelas máquinas, que processam mais nos dias atuais e dissipam menos energia do que anteriormente.

O software também tem participação como prática de TI Verde, desde que seja otimizado para tal, realizando menos operações para executar tarefas. Pablo (2010) complementa ao falar que estas práticas verdes, fazem parte de todas as grandes empresas de TI da atualidade.

Segundo entrevista com CAPPUCCIO (2008), umas das grandes preocupações estão associadas à redução do consumo de energia elétrica na manutenção dos servidores, pois em pouco tempo não terá energia suficiente para suportar o grande número de equipamentos de alta densidade que hospedam.

Um dos maiores gastos com TI depois da aquisição do equipamento dá-se com o consumo energético dos equipamentos, ou seja, na aquisição de um servidor para uma determinada aplicação, teremos o custo de aquisição somado ao gasto com a energia demandada pelo equipamento durante sua vida útil. Com a técnica de virtualização e consolidação de servidores, teremos corte de TCO5 de pelo menos 30% em relação à prática não virtualizada. Se colocarmos a economia em determinado período de tempo, como exemplo: seis meses, teremos dinheiro para investir em equipamentos mais eficientes e menos poluentes e consumidores de energia elétrica. Ajudar a poluir menos está nas metas de grandes corporações.

Sobre a poluição gerada em TI nas empresas, uma pesquisa da Universidade Cidade de São Paulo, concluiu que “os equipamentos de TI já são responsáveis por 2% das emissões de CO26 em todo mundo, correspondendo à quantidade emitida por todos os aviões que existe no mundo”. LUCAS (http://www.cidadesp.edu.br).

Entretanto, a prática de virtualização e consolidação de servidores é uma forte aliada para o sucesso e sustentabilidade da organização, onde a TI verde acaba sendo uma consequência da adoção de virtualização no ambiente computacional, obtendo uso dos recursos computacionais disponíveis e utilizados de maneira racional e eficiente.

Podemos calcular a média de poluição em emissão de CO2 e o consumo de energia dos servidores através da ferramenta de software Server Energy Savings Calculator7, disponibilizado pela empresa Microsoft, onde podemos elaborar um caso para O Imparcial onde: dos doze servidores físicos da Empresa O IMPARCIAL existentes, se consolidarmos para 08 servidores físicos, a economia de energia será no valor estimado de R$ 2.551, com redução de CO2 estimado em 20,37 toneladas por ano e se comparável à poluição de um carro, daria para remover três carros de uma estrada como mostra a figura 2:

5Custo total de posse. 6Dióxido de Carbono. 7 Calculo de energia economizada por servidor.

Figura 2: Página do site da Microsoft utilizada para medir o consumo de energia dos servidores.

Fonte: www.microsoft.com

3 HISTÓRIA

Pode parecer novo o assunto sobre a virtualização no ambiente computacional, mas ela está presente entre os servidores desde a década de 1960, especificadamente nos mainframes8 com o objetivo de resolver problemas de incompatibilidade entre sistemas de arquitetura heterogênea e legados9 existente.

A técnica de virtualização foi uma forma aplausível para contornar o problema dos mainframes, mas o acesso em termos de aquisição dos mainframes eram caros e inviáveis para muitas empresas, onde a partir desta necessidade, nasce uma nova arquitetura, a arquitetura x8610.

Os sistemas e aplicações x86 formaram um legado próprio e até maior e mais heterogêneo se comparado com o dos mainframes, podendo ser explicado devido existirem diversos fabricantes de hardware e diversos produtores de software para a plataforma e pouca interligação.

Da mesma forma que aconteceu com os mainframes, tem-se a necessidade de usar uma tecnologia, que possa deixar os sistemas menos heterogêneos e aproveitar melhor a sua capacidade. Assim renasce a técnica da virtualização para a plataforma x86.

Atualmente conseguimos subutilizar a capacidade de processamento do processador dos micros computadores, pois a maior parte do tempo este dispositivo fica em estado ocioso.

8 Computador de grande porte. 9 Tecnologia obsoleta presente nas empresas. 10 Arquitetura dos computadores pessoais.

4 VIRTUALIZAÇÃO

Quando utilizamos um telefone móvel e navegamos até a lista dos contatos adicionados no equipamento e seleciono, por exemplo, o contato “Ana Paula Ritzmann”, este contato criado é uma camada de abstração entre a pessoa “Ana Paula Ritzmann” e o seu número de telefone “(98) 8891-3132”.

Sendo assim, quando criamos esta camada acima do número de telefone, reduzimos a complexidade, pois esta camada é mais fácil de lembrar e menos enfadonho do que ter que associar o número de dez dígitos a uma pessoa, assim, gastamos menos tempo para o procedimento de chamada telefônica.

Podemos também fazer uma analogia com um edifício contendo vários apartamentos onde o edifício seria o host e cada apartamento seria uma VM. A família presente no apartamento seria o sistema operacional convidado com seus aplicativos e o síndico seria o VMM.

Trazendo a ideia de virtualização em sistemas de computadores, adicionamos uma camada de abstração acima da camada de hardware, o qual esta fina camada de software irá nos permitir reduzir o complexo gerenciamento dos elementos tais como: a construção de novos ambientes virtuais e programar novos sistemas e aplicações.

A virtualização nos trás o suporte base para a implementação da consolidação de servidores.

4.1 Conceitos de elementos do universo da virtualização

No processo de consolidação de servidores, temos alguns conceitos e arquiteturas para analisarmos e entender do seu funcionamento.

4.1.1 Host

De acordo com o dicionário Aurélio (2004) a palavra inglesa host traduzida para o idioma Português, host significa anfitrião, ou seja, a entidade responsável por receber software e hardware de virtualização, o servidor físico em si, lugar a se aplicar a técnica de virtualização para consolidação de servidores.

4.1.2 VM

Máquina virtual ou ambiente virtual isolado, criado por técnica de virtualização onde temos um conjunto de recursos para rodar sistemas operacionais e aplicativos.

“O ponto chave é a relação entre os recursos da VM com os da máquina real host. A VM é uma réplica fiel de uma máquina real” GOLDBERG (1973).

4.1.3 VMM

Administra recursos para o ambiente virtualizado, sendo responsável por todo o controle do mapeamento, endereçamento e execução de instruções. Cria o ambiente virtual necessário para receber um sistema operacional comumente chamado de sistema operacional convidado e fazer a comunicação da VM com o hardware físico presente no host.

4.2 Categorias de Virtualização

Os sistemas operacionais desenvolvidos para a arquitetura x86, como por exemplo: o Microsoft Windows XP, distribuições Linux, entre outros, são projetados para rodarem diretamente em cima do hardware- Bare Metal, abstraindo todo o hardware para si. As categorias de virtualização são designadas para acrescentar uma camada de abstração acima do complexo existente. Focaremos sobre a categoria de virtualização de hardware.

4.2.1 Hypervisor

Envolve o conceito de uma camada de virtualização adicionada a um nível acima da camada de hardware, esta camada é comumente chamada de Hypervisor.

As VMs criadas no ambiente são isoladas, separadas uma das outras e cada VM desconhece a localização de outra VM dentro do computador host. (podem se comunicar através do protocolo TCP/IP11).

Cada VM quando requisitam recursos do sistema como memória RAM12, espaço em disco, CPU, é entregue estas requisições para o Hypervisor, onde a VM acredita ser seu hardware físico. O que ocorre é das requisições serem recebidas pelo Hypervisor que gerencia através do VMM e repassa para o hardware físico do host e vice-versa.

GOLDBERG (1973) classifica o Hypervisor em dois tipos: Bare Metal ou nativo e Full virtualization ou convidado. 4.2.2 Bare metal

Executa o VMM em uma camada de abstração acima do hardware, conseguindo se comunicar diretamente no hardware do servidor ou host, idêntico a forma de se instalar um Sistema Operacional x86.

Como a VM estará um nível acima do hardware físico, teremos um desempenho maior neste tipo de Hypervisor, pois a VMM não irá depender de um sistema operativo ou converter códigos binários para drivers de dispositivo de um sistema para outro. A figura 3 nos mostra esta diferença:

Figura 3: Tipos de Hypervisor arquitetura x86

Fonte: MAZIEIRO (2008)

4.2.3 Full virtualization

Executa o VMM em uma camada de abstração acima de um sistema operacional que está ligado diretamente sobre o hardware físico. A VM estará dois níveis acima do hardware físico recebendo do VMM um hardware completamente emulado13, fazendo com que o Guest14 não perceba estas ações através de técnicas de tradução binária nível zero. Logicamente teremos uma pequena “perda” de performance se comparado ao Hypervisor tipo 1.

11 Protocolo utilizado para que ocorra comunicação entre computadores na internet. 12 Memória principal de um computador. 13Software que reproduz as funções de um determinado ambiente, a fim de, permitir a execução de

outros softwares. 14 Sistema Operacional convidado.

Com a técnica Full virtualization temos a melhor isolação, segurança, migração e portabilidade de VM como mostra a figura 3: 4.2.4 Paravirtualization De acordo com a ferramenta de tradução da empresa Google Inc. (www.google.com) a palavra inglesa “Para” que deriva do Latim, significa beside, along. Em português significa “junto a” ou “ao lado de”, dando o sentido “ao lado da Virtualização” em nosso contexto. Paravirtualização se refere à comunicação entre o sistema operacional convidado e o gerenciador VMM para melhorar o desempenho e a eficiência da virtualização.

O sistema operacional nativo é modificado, onde fica sabendo que está rodando um

ambiente virtualizado, para poder gerenciar os recursos entre as VMs e suas requisições

que podem ser confirmados na figura 4 abaixo:

Figura 4: White Paper VMware.

Fonte: VMware

4.2.5 Hardware assisted virtualization

Permite ao VMM privilégios em nível root abaixo do Ring 0, remover a necessidade

da tradução de binários e técnica de Paravirtualização como mostra a figura 5.

Figura 5: White Paper VMware.

Fonte: VMware

4.3 Benefícios práticos

Podemos listar diversos benefícios com o uso de virtualização e consolidação de servidores, tanto diretos quanto indiretos.

Consolidar o número de servidores físicos também reduz o hardware necessário para operar um serviço ou conjunto de aplicações. Este, por sua vez, reduz os custos operacionais da manutenção deste equipamento, que pode contribuir para melhorar a qualidade global do serviço. A organização como um todo se beneficia na padronização dos sistemas operacionais, melhor utilização dos sistemas e recursos, uma redução do espaço físico necessário para conter os servidores, gerenciamento mais fácil, e um aumento na segurança. O resultado é um ambiente mais pró-ativo, e mais tempo disponível para se concentrar no fornecimento de valor para o negócio. (MULLER, AL & MULLER, AL (EDT), WILSON, SEBURN, HAPPE, DON, HUMP, 2005).

4.3.1 Rapidez na recuperação de desastres

Desastres em TI podem ser tanto da natureza física quanto lógica. E para recuperar desastres em sistemas virtualizados, basta em média de 15 a 45 minutos, enquanto que no modo tradicional, levariam em média 45 minutos a 2 horas, dependendo da gravidade do desastre para ambos os casos, como por exemplo, ataques externos, arquivos e serviços danificados do sistema, defeito físico de hardware, falta de alimentação do equipamento entre outros. 4.3.2 Consolidação de servidores

A consolidação dos servidores traz flexibilidade permitindo operar múltiplos sistemas operativos em um mesmo hardware físico e o isolamento de aplicações e melhor uso dos recursos do hardware, isolamento de sistemas legados, aproveitamento otimizado da CPU.

Para cada funcionalidade ou serviço no ambiente de TI, precisa-se de um servidor dedicado para a tarefa especifica, a consolidação de servidores ajuda a otimizar o ambiente.

4.3.3 Uso eficiente de recursos energéticos

Com a consolidação de servidores, podemos ter alguns servidores rodando dentro de um servidor virtualizado, tendo menor consumo de energia elétrica, menos servidores físicos, menor dissipação de calor, menor demandada no condicionamento por parte dos equipamentos de ar-condicionado. 4.3.4 Redução de custos com espaço físico

Com a técnica de virtualização e consolidação de servidores, reduz-se o espaço físico alocado as máquinas servidoras, fazendo o mesmo trabalho, ajudando o meio ambiente no reaproveitamento do espaço.

4.3.5 Flexibilidade no gerenciamento

Traz um melhor planejamento para a equipe de TI, tendo mais tempo para as atividades que precisam ser feitas e planejadas com menos tempo para ficar “apagando incêndios”. Proporciona um ambiente para testes nos dando possibilidades para fazer testes em ambiente idêntico ao original do qual terá que fazer, por exemplo, uma atualização ou troca de hardware, nos livrando de qualquer erro inesperado e possível causa do sistema principal ficar inoperante por questões de incompatibilidade ou vírus de computador.

5. CASO DE USO

O estudo de caso permite uma investigação para se preservar as características significativas de eventos reais. O estudo de caso é uma importante estratégia de pesquisa, representa uma maneira de se investigar um tópico empírico seguindo um conjunto de procedimentos pré-especificados segundo Ribas que citou (apud 2001, YIN).

A essência de um estudo de caso, a principal tendência em todos os tipos de estudo de caso, é que ela tenta esclarecer uma decisão ou um conjunto de decisões: o motivo pelo qual foram tomadas, como foram implementadas e com quais resultados. (SCHRAMM, 1971).

5.1 Agente de estudo

Este estudo de caso será realizado na empresa Pacotilha Ltda. (O imparcial),

fundada em 1925, onde faz parte do grupo Diários Associados. Localizada no município de São Luís do Maranhão, tendo um quadro de funcionários

de 150 trabalhadores, sendo destes cinco são da equipe de TI dois de suporte técnico, um analista, um administrador de redes e um gerente de tecnologia.

O parque tecnológico do ambiente de servidores de O Imparcial é composto por doze servidores, cada um com seu próprio hardware, software e serviços. Veremos o mapeamento da estrutura física e lógica na figura 6 abaixo:

Figura 6: Estrutura da rede e servidores do ambiente computacional.

5.2 Metodologia

A VMware, é uma empresa situada em Palo Alto, Califórnia nos Estados Unidos e foi

adquirida pela empresa de software EMC, no qual é líder global em software de infraestrutura virtual. Muitas das grandes empresas utilizam as soluções VMware. (www.wikpedia.com)

Dos produtos fornecidos pela VMware, utilizaremos o VMware ESXi 4.0 voltado ao uso em servidores, virtualizaremos os servidores menos críticos de O Imparcial, reduzindo o número de servidores e cargas de trabalho ociosa.

O sistema de virtualização para servidores, ESXi 4.0, nos auxilia a obter os requisitos necessários para o objetivo da virtualização e consolidação dos recursos computacionais de missões não críticas.

De acordo com BRITO (2007), o critério para saber o que vai ser virtualizado é: “tudo aquilo que não consome processamento em nível extremo e com uso de memória moderado é candidato”.

Ou seja, em vez de consumir todo o servidor com um serviço em específico, o servidor compartilhará espaço com diversos outros servidores virtualizados e a economia nessa escala é bem expressiva.

Neste sentido, "um servidor custa de R$15.000 a R$ 30.000. Se der para multiplicá-lo por 20, economizaremos 19 servidores. A virtualização traz vantagens em confiança, escalabilidade, memória e facilidade de backup". Brito (2007). 5.3 Planejamento

Planejar é um instrumento importante na hora de se consolidar servidores, auxiliando na coleta de informações relevantes e aperfeiçoar o processo de consolidação de servidores. Utilizaremos ferramentas disponíveis pela VMware e Microsoft. 5.3.1 VMware Capacity Planner Tool

Permite simplificar o processo de avaliação e fornecer dados que permitem definir o cenário ideal para a consolidação de servidores de O Imparcial. 5.3.2 Aceleradores de Solução MAP.

Os Aceleradores de Solução MAP15 fazem a tarefa pesada e demorada ao administrador, poupando centenas de horas em planejamento. Este tempo pode ser usado, por exemplo, para implantar o VMware ESXi 4.0. 5.3.3 Consolidação de servidores:

Planejaremos a consolidação dos servidores menos críticos e com baixo nível de carga de trabalho, consumindo em média 20% de processamento.

Os candidatos para a consolidação de servidores de O Imparcial consta na tabela 1:

15Microsoft Assessment and Planning Toolkit

Tabela 1: Informações dos Servidores e serviços de O Imparcial.

5.4 Ferramentas para a migração

Com o ambiente de virtualização instalado, precisaremos migrar os servidores

físicos. Para esta tarefa, temos a disposição ferramentas fornecidas pela VMware para a migração dos servidores físicos para o ambiente virtual consolidado. Veremos as técnicas para que a migração ocorra:

5.4.1 P2V

O processo envolve ferramentas que apontam para o servidor que queremos virtualizar e depois apontamos para o servidor host que queremos hospedar o servidor e começar o processo de conversão.

A ferramenta P2V copia arquivos, chaves de registro e todas as configurações necessárias da mesma forma como é feito no processo da criação de imagem de um servidor utilizando uma aplicação que cria imagem do disco, como exemplo, o Acronis Server.

P2V faz as conversões necessárias para suportar o ambiente virtualizado, a conversão dos drivers de dispositivos para os padrões corretos de acordo com o HCL16. O que diferencia a ferramenta dos criadores de imagem é um processo altamente automatizado.

16 Lista contendo a compatibilidade de Hardware.

5.4.2 V2V

Copia e cola as propriedades das máquinas virtuais. Esta habilidade de clonar, copiar é um benefício associado à migração de máquinas virtuais, tendo uma grande disposição de ferramentas V2V. 5.4.3 V2P

Ocasionalmente se precisarmos desvirtualizar um servidor que foi virtualizado, pode-se voltar o servidor para o seu estado anterior através do V2P.

Após a migração dos servidores de O Imparcial, nosso parque tecnológico ficará com

os Servidores de atividades menos criticas virtualizados em três máquinas físicas, dentro de um ambiente virtualizado com o VMware ESXi 4.0 e os servidores de uso critico não participarão da virtualização. O layout ficará como mostra a figura 7 abaixo:

Figura 7: Estrutura da rede e ambiente computacional virtualizada.

6 CONCLUSÃO

Entender os benefícios e soluções que a virtualização poderá trazer para a TI de uma empresa, de pequeno a grande porte é um passo importante, visto que, com o seu uso, tem-se diversos tipos de melhoramento nos processos e corte de custos diretos e indiretos, além de melhorar o gerenciamento das atividades pela equipe de TI. Pode-se criar um novo servidor para um serviço especifico de modo rápido, ou um novo servidor, para testar uma nova aplicação. Podem-se isolar sistemas legados, que são importantes para manter serviços antigos em funcionamento, aumentando a segurança e o tempo gasto com remanutenções, pode ser utilizado para planejamento do parque tecnológico, enfim, benefícios para um melhor gerenciamento e aproveitamento dos recursos disponíveis.

É importante ressaltar a melhora no uso dos recursos naturais com a prática de virtualização e práticas verdes, obtendo melhores resultados sem acrescentar custos para a empresa.

Propostas e medidas sustentáveis têm sido buscadas ultimamente por empresas que visam ser competitivas, gastando menos, consumindo racionalmente seus recursos disponíveis como fontes de energia, reaproveitando de materiais, diminuição de emissão de gás carbônico no planeta dentre outros fatores, que fazem destas praticas a sustentabilidade nascer.

A tendência é que a prática de virtualização e consolidação de servidores cresçam junto com a TI verde. Administrar a TI de forma responsável e sustentável é pensar no futuro com otimismo e consciência de estar contribuindo para o sucesso individual e coletivo das empresas e pessoas.

7 REFERÊNCIAS

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