Hypervisors

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Hypervisors

A computação em cloud não seria possível sem a virtualização. A virtualização não seria possível sem o hypervisor. Essa fina camada de software oferece suporte para todo o ecossistema de cloud.

O que são hypervisors?

Antes dos hypervisors virarem tendência, a maioria dos computadores físicos só conseguia executar um sistema operacional (S.O.) por vez. Isso gerava estabilidade porque o hardware de computação só precisava lidar com solicitações daquele único S.O. O lado negativo dessa abordagem era o desperdício de recursos, pois o sistema operacional nem sempre podia usar toda a potência computacional.

Um hypervisor soluciona esse problema. Ele é uma pequena camada de software que possibilita que diversos sistemas operacionais sejam executados ao mesmo tempo, compartilhando os mesmos recursos físicos de computação. Esses sistemas operacionais são fornecidos como máquinas virtuais (VMs), ou seja, arquivos que imitam todo um ambiente de hardware de computação em software.

O hypervisor, também conhecido como monitor de máquina virtual (VMM), gerencia essas VMs à medida que elas são executadas ao mesmo tempo. Ele separa as VMs umas das outras logicamente, designando a cada uma delas a porção própria da potência, da memória e do armazenamento da computação subjacente. Isso evita interferências entre as VMs. Assim, se um S.O. sofrer um travamento ou tiver a segurança comprometida, os outros sobrevivem.

Para saber mais sobre a virtualização e as máquinas virtuais, confira "Virtualization: A Complete Guide" e " What is a Virtual Machine?"

Para obter informações adicionais sobre como os hypervisors gerenciam VMs, confira este vídeo, "Virtualização explicada" (5:20):

Características dos hypervisors

Há diferentes categorias e diferentes marcas de hypervisors em cada categoria. O mercado amadureceu para tornar os hypervisors um produto de commodity no espaço corporativo, mas ainda há fatores diferenciadores que devem orientar sua escolha. Estes são os pontos importantes:

  • Desempenho: procure dados de referência que mostrem o desempenho do hypervisor em um ambiente de produção. Idealmente, os hypervisors em servidores bare metal devem oferecer suporte ao desempenho do S.O. guest próximos de velocidades nativas.
  • Ecossistema: será necessário ter um suporte técnico e de documentação eficaz para implementar e gerenciar hypervisors em diversos servidores físicos em escala. Além disso, procure uma comunidade saudável de desenvolvedores terceirizados que possam oferecer suporte ao hypervisor com seus próprios agentes e plug-ins que oferecem recursos, como análise de capacidade de backup e restauração e gerenciamento de failover.
  • Ferramentas de gerenciamento: a execução de VMs não é a única coisa que deve ser gerenciada ao usar um hypervisor. Deve-se provisionar, manter, auditar e limpar as VMs em caso de desuso para evitar a expansão desordenada delas. Certifique-se de que o fornecedor ou a comunidade de terceiros ofereça suporte à arquitetura do hypervisor com ferramentas de gerenciamento mais abrangentes.
  • Migração em tempo real: isso possibilita mover VMs entre hypervisors em diferentes máquinas físicas sem interrompê-las, o que pode ser útil para o balanceamento de carga de trabalho e também para o failover.
  • Custo: considere a estrutura de custo e taxas envolvidas na tecnologia de hypervisor de licenciamento. Não pense somente no custo do próprio hypervisor. O software de gerenciamento que o torna escalável para oferecer suporte a um ambiente corporativo pode frequentemente ser caro. Por último, examine a estrutura de licenciamento do fornecedor, que pode mudar se a implementação for local ou em cloud.

Tipo 1 vs. Tipo 2

Há duas categorias amplas de hypervisors: Tipo 1 e Tipo 2.

Hypervisor do tipo 1

Um hypervisor do tipo 1 é executado diretamente no hardware físico do computador subjacente, interagindo diretamente com a CPU, a memória e o armazenamento físico. Por essa razão, os hypervisors do tipo 1 também são chamados de hypervisors bare metal.Um hypervisor do tipo 1 assume o lugar do sistema operacional host.

  • Prós: hypervisors do tipo 1 são altamente eficientes porque têm acesso direto ao hardware físico. Isso também aumenta a segurança deles, pois não há nada entre eles e a CPU que um invasor poderia comprometer.
  • Contras: um hypervisor do tipo 1 muitas vezes precisa de uma máquina de gerenciamento separada para administrar diferentes VMs e controlar o hardware do host.

Hypervisor do tipo 2

Um hypervisor do tipo 2 não é executado diretamente no hardware subjacente. Em vez disso, ele é executado como um aplicativo em um S.O. Os hypervisors do tipo 2 raramente aparecem em ambientes com base em servidor. Em vez disso, eles são adequados para usuários de PC individuais para executar diversos sistemas operacionais. Exemplos incluem engenheiros, profissionais de segurança analisando malwares e usuários de negócios que precisam de acesso a aplicativos somente disponíveis em outras plataformas de software.

Os hypervisors do tipo 2 frequentemente apresentam kits adicionais de ferramentas para que os usuários possam instalar no S.O. guest. Essas ferramentas fornecem conexões aprimoradas entre o S.O. host e o S.O. guest, permitindo muitas vezes que o usuário recorte e cole entre os dois ou acesse arquivos e pastas do S.O. host de dentro da VM convidada.

  • Prós: um hypervisor do tipo 2 possibilita acesso rápido e fácil a um S.O. guest alternativo ao mesmo tempo que ao primário que está em execução no sistema host. Isso aprimora a produtividade do usuário final. Um consumidor pode usá-lo para acessar ferramentas preferenciais de desenvolvimento com base em Linux enquanto utiliza um sistema de ditados de fala encontrado somente no Windows, por exemplo.
  • Contras: um hypervisor do tipo 2 deve acessar recursos de computação, memória e rede por meio do S.O. host, que tem acesso primário à máquina física. Isso introduz questões de latência, afetando o desempenho. Ele também introduz riscos de segurança em potencial, caso um invasor comprometa o S.O. host, pois seria possível manipular qualquer S.O. guest em execução no hypervisor do tipo 2.

Exemplos

Hypervisors do VMware

  • Hypervisor ESXi: o VMware ESXi (Elastic Sky X Integrado) é um hypervisor do tipo 1 (ou bare metal) que visa a virtualização de servidor no data center. O ESXi gerencia coleções de máquinas virtuais do VMware.
  • Hypervisor VShere: os clientes podem usar o VMware ESXi sem custo, como parte do hypervisor do vSphere também sem custo, que é uma solução básica de virtualização de servidor. Empresas com ambientes de cloud corporativa licenciarão o vSphere, um sistema mais completo que inclui uma licença para o vCenter Server da VMware. Ele é um servidor separado que é usado para administrar ambientes do vSphere executados em hosts físicos. O VSphere pode ser executado em um ambiente de cloud on-premiss privado ou em uma configuração de cloud hospedada.

A VMware também oferece duas famílias principais de produtos de hypervisor do tipo 2 para usuários de desktop e laptop:

  • VMware Fusion: é a solução focada em MacOS da empresa, que permite que os usuários do Mac executem uma grande variedade de sistemas operacionais guests.
  • Workstation: a plataforma da VMware focada em Linux e em Windows é fornecida em dois tipos diferentes: Pro, que é uma versão paga, e Player, que é gratuita para uso pessoal. A versão Pro permite que os usuários executem diversos sistemas operacionais em um único PC e se conectem ao VMware vSphere exatamente como ao Fusion. O Workstation Player só oferece suporte a um único S.O. guest.
  • VirtualBox: um hypervisor tipo 2 em execução nos sistemas operacionais Linux, Mac OS e Windows. A Oracle herdou o produto quando comprou a Sun Microsystems em 2010.

"VMware: A Complete Guide" oferece muito mais detalhes sobre todas as soluções e os serviços da VMware.

Hypervisor Hyper-V

Hyper-V é o hypervisor da Microsoft que foi projetado para uso em sistemas Windows. Ele foi lançado em 2008 como parte do Windows Server, o que significa que os clientes precisavam instalar todo o sistema operacional Windows para usá-lo. Posteriormente, a Microsoft fez uma versão dedicada chamada Hyper-V Server que estava disponível para execução no Windows Server Core. Isso permitiu que os administradores executassem o Hyper-V sem instalar a versão completa do Windows Server. O Hyper-V também está disponível em clientes Windows.

A Microsoft designa o Hyper-V como um hypervisor de tipo 1, apesar da execução ser diferente de muitos concorrentes. O Hyper-V é instalado no Windows, mas é executado diretamente no hardware físico, inserindo-se no S.O. host. Assim, todos os sistemas operacionais guests são executados por meio do hypervisor, mas o sistema operacional host obtém acesso especial ao hardware, o que fornece a ele uma vantagem em desempenho.

Citrix XenServer

O XenServer, agora conhecido como Citrix Hypervisor, é um hypervisor comercial do tipo 1, que oferece suporta aos sistemas operacionais Linux e Windows. O XenServer nasceu do Xen open source project (link externo à IBM).

Hypervisors de software livre

Alguns hypervisors, como o KVM, surgiram de projetos de software livre. Os laços da Red Hat com a comunidade de software livre fizeram do KVM a base de todas as principais distribuições de virtualização OpenStack e Linux.

Os hypervisors de software livre também estão disponíveis em configurações sem custo. O KVM pode ser transferido por download por conta própria ou como parte da solução de virtualização de software livre oVirt, para a qual a Red Hat oferece suporte há anos.

Outra opção é o Xen, que é um hypervisor de software livre de tipo 1 executado nas arquiteturas Intel e ARM. Ele começou como um projeto na University of Cambridge e a equipe o comercializou posteriormente, fundando a XenSource, que a Citrix comprou em 2007.

Em 2013, o projeto de sofware livre se tornou colaborativo sob a direção da Linux Foundation. Muitos provedores de serviços de cloud usam o Xen para aprimorar suas ofertas de produtos.

O Xen oferece suporte a diversos tipos de virtualização, incluindo ambientes assistidos por hardware, usando o Intel VT e o AMD-V. Também oferece suporte à paravirtualização, que ajusta o S.O. guest para funcionar com um hypervisor, promovendo ganhos em desempenho.

Hypervisor KVM

O Linux também conta com recursos de hypervisor desenvolvidos diretamente no kernel do S.O. A máquina virtual com base em kernel (KVM) tornou-se parte da linha principal do kernel Linux em 2007 e complementa o QEMU, que é um hypervisor que emula o processador da máquina física inteiramente em software.

O KVM suporta extensões de virtualização que a Intel e a AMD integraram em suas arquiteturas de processador para oferecer o melhor suporte aos hypervisors. Essas extensões, chamadas Intel VT e AMD-V respectivamente, permitem que o processador ajude o hypervisor a gerenciar diversas máquinas virtuais. Sempre que essas extensões estão disponíveis, o kernel do Linux pode usar o KVM. Caso contrário, ele usa o QEMU como alternativa.

Saiba mais em more about KVM (link externo à IBM) da Red Hat.

Hypervisor Red Hat

A Red Hat baseia seu Red Hat Enterprise Virtualization Hypervisor no hypervisor KVM. A solução de virtualização cria funcionalidades adicionais com relação ao hypervisor. Isso inclui um gerenciador de virtualização que fornece um sistema de gerenciamento centralizado com uma interface gráfica com o usuário que é orientada a procuras e tecnologias de virtualização seguras que aprimoram as defesas do hypervisor contra ataques voltados ao host ou às máquinas virtuais. O hypervisor da Red Hat pode executar muitos sistemas operacionais, incluindo o Ubuntu.

Integração de área de trabalho virtual (VDI)

Os hypervisors do tipo 1 podem virtualizar mais do que somente sistemas operacionais de servidor. Eles também podem virtualizar sistemas operacionais de área de trabalho para empresas que desejam gerenciar centralmente seus recursos de TI de usuário final.

A integração de área de trabalho virtual (VDI) permite que os usuários trabalhem em áreas de trabalho em execução dentro de máquinas virtuais em um servidor central, o que facilita para a equipe TI a administração e manutenção dos S.O.s.

Nesse ambiente, um hiypervisor executará diversas áreas de trabalho virtuais. Cada uma delas está na própria VM, que está em coleções conhecidas como conjuntos de área de trabalho virtual. Cada VM atende a um único usuário que a acessa por meio da rede.

O terminal do usuário pode ser um cliente thin relativamente barato ou um dispositivo móvel. Isso fornece a vantagem de um acesso consistente ao mesmo S.O. de área de trabalho. É possível obter os mesmos dados e aplicativos em qualquer dispositivo sem mover dados sensíveis para fora de um ambiente seguro.

Os usuários não se conectam ao hiypervisor diretamente. Em vez disso, eles acessam um broker de conexão que coordena com o hiypervisor para fornecer uma área de trabalho virtual apropriada do conjunto.

Produtos como o VMware Horizon fornecem toda essa funcionalidade em um único produto entregue por seu próprio serviço on-premises ou por meio de um provedor de serviços de cloud hospedado.

Resolução de problemas

Como há muitos tipos diferentes de hiypervisor, a solução de problemas de cada um deles envolverá uma visita às páginas de suporte do próprio fornecedor, além de uma correção específica do produto. No entanto, alguns problemas comuns incluem não ser capaz de iniciar todas as VMs. Isso pode acontecer quando os recursos de hardware físico do host estão esgotados. Para corrigir esse problema, é possível incluir mais recursos no computador host ou reduzir os requisitos de recursos da VM usando o software de gerenciamento do hiypervisor.

Outro problema comum para os hypervisors que impede o início de VMs é a corrupção de um ponto de verificação ou de uma captura instantânea de uma VM. É por isso que os backups de VM são uma parte essencial de uma solução de hypervisor corporativa, mas seu software de gerenciamento de hypervisor pode permitir que você reverta o arquivo para o último ponto de verificação válido e inicie-o dessa forma. No entanto, isso pode significar perder um pouco do seu trabalho.

Hypervisors e IBM

A IBM inventou o hypervisor na década de 1960s para seus computadores mainframe. Hoje, o IBM z/VM, um hypervisor para mainframes IBM z Systems, pode executar milhares de máquinas virtuais Linux em um único mainframe. O IBM PowerVM fornece sistemas operacionais AIX, IBM i e Linux em execução no IBM Power Systems.

A IBM suporta uma variedade de produtos de virtualização em cloud. Os IBM Cloud Virtual Servers são totalmente gerenciados e customizáveis, com opções de ajuste de escala conforme necessário para o crescimento da computação.

Para executar a virtualização on-premises, confira as soluções da parceria entre a IBM e a VMware.

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