O que é virtualização?

Usando o software, a virtualização cria uma camada de abstração sobre o hardware de computador, dividindo os componentes de um único sistema, como processadores, memória, redes e armazenamento, em várias máquinas virtuais (VMs). Cada VM executa seu próprio sistema operacional (SO) e se comporta como um computador físico separado, apesar de compartilhar o mesmo hardware subjacente.

Hoje, a virtualização é uma prática fundamental na arquitetura de TI empresarial e um fator essencial para computação em nuvem. Ela permite que provedores de serviços de nuvem (CSPs), como IBM Cloud , Microsoft Azure, Google Cloud e Amazon Web Services (AWS), utilizem sua infraestrutura de TI de forma otimizada para fornecer Recursos escaláveis. Para as empresas, isso significa que elas compram apenas os recursos computacionais de que precisam e os escalam de forma econômica à medida que suas cargas de trabalho crescem, maximizando seu investimento.

O surgimento da tecnologia de virtualização remonta a 1964, quando a IBM lançou o CP-40, um projeto de pesquisa de compartilhamento de tempo para o IBM System/360. O CP-40 evoluiu posteriormente para o CP-67, que acabou influenciando o Unix, um dos primeiros sistemas operacionais de compartilhamento de tempo multiusuário que preparou o cenário para tecnologias modernas de virtualização, como máquinas virtuais. Em 1972, a IBM anunciou seu primeiro produto oficial de máquinas virtuais, o VM/370, para o System/370.

Em 1998, a VMware desenvolveu um sistema operacional x86 que permitia segmentar uma única máquina em várias máquinas virtuais, cada uma rodando seu próprio sistema operacional. Em 1999, a empresa lançou o VM Workstation 1.0, o primeiro produto comercial que permitia aos usuários executar vários sistemas operacionais como virtual machines em um único PC. Esse produto tornou-se popular entre os desenvolvedores de software devido à sua capacidade de testar e desenvolver facilmente aplicações em diferentes ambientes de sistema operacional.

De acordo com uma previsão da The Business Research Company, o mercado de software de virtualização crescerá de US$ 85,83 bilhões em 2024 para US$ 100,19 bilhões em 2025, a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 16,7%.¹

Os avanços na edge computing, conteinerização, na adoção nuvem híbrida e multinuvem , juntamente com o foco crescente em segurança e conformidade, estão impulsionando esse crescimento. Outras tendências emergentes que contribuem para o mercado de virtualização incluem a integração da Internet das coisas (IoT), inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML).

A virtualização oferece inúmeros benefícios para data centers locais e baseados na nuvem que permitem operações de TI, incluindo os seguintes:

• Eficiência dos recursos

• Gerenciamento mais fácil

• Downtime mínimo

• Provisionamento mais rápido

• Recuperação de desastres (DR)

• Eficácia em custo

Antes da virtualização, a equipe de TI alocava uma unidade central de processamento (CPU) física dedicada a cada servidor de aplicação, configurando um servidor separado para cada aplicação. Essa abordagem, que favoreceu uma aplicação e um sistema operacional por computador, foi adotada por sua confiabilidade. No entanto, cada servidor físico frequentemente seria subutilizado.

Em contraste, a virtualização de servidores permite executar várias aplicações, cada uma com sua própria VM e sistema operacional, em um servidor físico (tipicamente um X86 Server) sem sacrificar confiabilidade. Esse recurso maximiza o uso da capacidade de computação do hardware físico e otimiza a utilização dos Recursos.

Substituir computadores físicos por VMs definidas por software facilita o gerenciamento e a aplicação de políticas por meio de software. Isso permite a criação de fluxos de trabalho automatizados de gerenciamento de serviços de TI. Por exemplo, ferramentas automatizadas de implementação e configuração permitem que os administradores definam máquinas virtuais e aplicações como serviços em modelos de software, que podem ser implementados de forma consistente sem configuração manual.

Além disso, as políticas de segurança de virtualização podem impor configurações de segurança baseadas na função da máquina virtual. Essas políticas também podem aumentar a eficiência dos recursos, desativando máquinas virtuais não utilizadas, economizando espaço e poder de computação.

Falhas no sistema operacional e aplicações podem resultar em downtime, interrompendo a produtividade do usuário. A virtualização permite que os administradores executem várias VMs redundantes lado a lado e façam o failover entre elas quando ocorrem problemas. Executar vários servidores físicos redundantes seria muito mais caro.

A configuração do hardware para cada aplicação pode ser demorada. No entanto, se o hardware já estiver em funcionamento, o provisionamento de máquinas virtuais para executar aplicação é significativamente mais rápido. O software de gerenciamento de VM agora pode automatizar esse processo, otimizando os fluxos de trabalho.

A virtualização otimiza a recuperação de desastres por meio da restauração rápida dos serviços com tempo de inatividade mínimo. Como as máquinas virtuais podem ser facilmente migradas, replicadas ou feitas backup, restaurar os sistemas para o status operacional é mais rápido e eficiente em comparação com servidores físicos tradicionais.

A virtualização ajuda a reduzir os custos de aquisição de hardware, manutenção e consumo de energia. A consolidação de servidores físicos em máquinas virtuais reduz a necessidade de hardware adicional, economizando despesas operacionais e de capital.

Para uma análise mais aprofundada dos benefícios da virtualização, consulte "Cinco benefícios da virtualização".

A virtualização depende de vários componentes importantes para criar e gerenciar ambientes virtuais. Cada um desempenha um papel vital na garantia da alocação eficaz de recursos para que várias VMs possam ser executadas simultaneamente sem interferência.

• Máquina física (servidor/computador)

• Máquina virtual (VM)

• Hipervisor

A máquina física, também chamada de "máquina hospedeira", é o hardware (por exemplo, servidor ou computador) que fornece CPU, memória, armazenamento e recursos de rede para as máquinas virtuais.

Uma máquina virtual (VM) é um ambiente virtual que simula um computador físico em forma de software. As VMs são geralmente chamadas de convidadas, com uma ou mais máquinas "convidadas" sendo executadas em uma máquina hospedeira.

As máquinas virtuais normalmente consistem em vários arquivos, incluindo a configuração, o armazenamento para o disco rígido virtual e outras dependências. Ao compartilhar recursos do sistema entre máquinas virtuais, a virtualização oferece escalabilidade, eficiência e economia de custos on demand.

Um hipervisor é a camada de software que coordena as VMs. Ele serve como uma interface entre a VM e o hardware físico subjacente, garantindo que cada um tenha acesso aos recursos físicos de que precisa para executar. Ela também garante que as VMs não interfiram umas nas outras, afetando o espaço de memória ou os ciclos de computação umas das outras.

Existem dois tipos de hipervisores:

• Hipervisores de tipo 1: os hipervisores de tipo 1, ou "bare metal", interagem com os Recursos físicos subjacentes, substituindo completamente o sistema operacional tradicional. Eles são mais comuns em cenários de virtual servers, nos quais um servidor baseado em software é criado a partir do particionamento de um servidor físico em segmentos menores e independentes, cada um capaz de executar seu próprio sistema operacional e aplicação.

• Hipervisores do tipo 2: os hipervisores do tipo 2 são executados como uma aplicação em um sistema operacional existente. Mais comumente usados em dispositivos de endpoint para executar sistemas operacionais convidados, eles carregam uma sobrecarga de desempenho porque devem usar o sistema operacional host para acessar e coordenar os recursos de hardware subjacentes.

Os hipervisores do tipo 2 são executados como uma aplicação em um sistema operacional existente. Mais comumente usados em dispositivos de endpoint para executar sistemas operacionais alternativos, eles carregam uma sobrecarga de desempenho porque devem usar o sistema operacional host para acessar e coordenar os recursos de hardware subjacentes.

Além da virtualização de servidores, muitos tipos diferentes de infraestruturas de TI podem ser virtualizados para oferecer vantagens significativas aos gerentes de TI em particular e à empresa como um todo. Esses tipos de virtualização incluem o seguinte:

• Virtualização de desktop

• Virtualização de rede

• Virtualização do armazenamento

• Virtualização de dados

• Virtualização de aplicações

• Virtualização do data center

• Virtualização da CPU

• Virtualização da GPU

• Virtualização do Linux

• Virtualização em nuvem

A virtualização de desktop permite executar vários sistemas operacionais de desktop, cada um em sua própria VM, no mesmo computador.

Existem dois tipos de virtualização de desktop:

• Infraestrutura de desktop virtual: a infraestrutura de desktop virtual (VDI) executa vários desktops em VMs em um servidor central e os transmite para os usuários que fazem login em dispositivos de thin client. Dessa forma, a VDI permite que uma organização forneça aos seus usuários acesso a vários sistemas operacionais de qualquer dispositivo (por exemplo, notebook, computador desktop), sem a necessidade de instalar o sistema operacional localmente em cada dispositivo.

• Virtualização de desktop local: a virtualização de desktop local executa um hipervisor em um computador local, permitindo que o usuário execute um ou mais sistemas operacionais adicionais nesse computador e alterne de um sistema operacional para outro conforme necessário, sem alterar nada no sistema operacional principal.

Para obter mais informações sobre desktops virtuais, confira “O que é desktop como serviço (DaaS)?”

A virtualização de rede usa software para criar uma "visão" da rede que um administrador pode usar para gerenciar a rede a partir de um único console. Ele abstrai elementos e funções de hardware (por exemplo, conexões, switches, roteadores) e os abstrai em software executado em um hipervisor. O administrador da rede virtual pode modificar e controlar esses elementos sem tocar nos componentes físicos subjacentes, o que simplifica muito o gerenciamento da rede.

Os tipos de virtualizações de rede incluem:

• Rede definida por software (SDN): a abordagem de arquitetura de rede a rede definida por software virtualiza o hardware que controla o roteamento do tráfego de rede. Ele faz isso por meio de uma plataforma centralizada chamada de plano de controle, que ajuda a gerenciar a infraestrutura de TI e direcionar o tráfego de rede.

• Network Functions Virtualization: a Network Functions Virtualization virtualiza um ou mais dispositivos de hardware que fornecem uma função de rede específica (por exemplo, firewall, balanceador de carga, analisador de tráfego), tornando esses componentes mais fáceis de configurar, provisionar e gerenciar.

A virtualização de armazenamento permite que todos os dispositivos de armazenamento na rede, estejam eles instalados em servidores individuais ou unidades de armazenamento independentes, sejam acessados e gerenciados como um único dispositivo de armazenamento. Especificamente, a virtualização de armazenamento consolida todos os blocos de armazenamento em um único pool compartilhado, do qual eles podem ser atribuídos a qualquer VM na rede, conforme necessário. A virtualização de armazenamento facilita o provisionamento de armazenamento para VMs e utiliza ao máximo todo o armazenamento disponível na rede.

Os provedores de serviço de nuvem confiam na virtualização de armazenamento para oferecer serviços de armazenamento em nuvem, incluindo block storage, object storage e file storage.

As empresas modernas armazenam dados de várias aplicações utilizando vários formatos de arquivo em vários locais, desde a nuvem até sistemas de hardware e software locais. A virtualização de dados permite que qualquer aplicação acesse todos esses dados, independentemente da fonte, formato ou localização.

As ferramentas de virtualização de dados criam uma camada de software entre as aplicações que acessam os dados e os sistemas que os armazenam. A camada traduz a solicitação ou consulta de dados de uma aplicação conforme necessário e retorna resultados que podem abranger vários sistemas. A virtualização de dados pode ajudar a quebrar os silos de dados quando outros tipos de integração não são viáveis, desejáveis ou acessíveis.

A virtualização de aplicações executa o software da aplicação sem instalá-lo diretamente no SO do usuário. Essa tecnologia difere da virtualização completa de desktops porque somente a aplicação é executada em um ambiente virtual, o sistema operacional no dispositivo do usuário final é executado normalmente.

Há três tipos de virtualização de aplicações:

• Virtualização de aplicações locais: neste caso, toda a aplicação é executada no dispositivo de endpoint, mas é executada em um ambiente de tempo de execução em vez de no hardware nativo.

• Streaming de aplicações: com o streaming de aplicações, o aplicativo reside em um servidor que envia pequenos componentes de software para serem executados no dispositivo do usuário final quando necessário.

• Virtualização de aplicações baseada em servidor: aqui, a aplicação é executada inteiramente em um servidor que envia somente sua interface de usuário para o dispositivo do cliente.

A virtualização de data center abstrai a maior parte do hardware de um data center em software, permitindo efetivamente que um administrador divida um único data center físico em múltiplos data centers virtuais para diferentes clientes.

Cada cliente pode acessar sua própria infraestrutura como serviço (IaaS), que seria executada no mesmo hardware físico subjacente. Os data centers virtuais oferecem uma fácil transição para a computação baseada em nuvem, permitindo que uma empresa configure rapidamente um ambiente de data center completo sem comprar hardware de infraestrutura.

A virtualização da unidade central de processamento (CPU) é a tecnologia fundamental que possibilita hipervisores, máquinas virtuais e diferentes sistemas operacionais. Ela permite que uma única CPU seja dividida em várias CPUs virtuais para uso por várias VMs.

No início, a virtualização da CPU era totalmente definida por software, mas muitos dos processadores atuais incluem conjuntos de instruções estendidos compatíveis com a virtualização da CPU, o que melhora o desempenho da VM.

Uma unidade gráfica de processamento (GPU) é um processador especial multi-core que melhora o desempenho geral da computação ao assumir o processamento gráfico ou matemático pesado. A virtualização da GPU permite que várias máquinas virtuais usem todo ou parte do poder de processamento de uma única GPU para aplicações de vídeo, IA e outras aplicações com uso intensivo de gráficos ou matemática mais rápidas.

Os dois principais tipos de GPUs em ambientes virtualizados são:

• GPUs de passagem: essas GPUs disponibilizam toda a GPU para um único sistema operacional convidado.

• vGPUs compartilhadas: as vGPUs compartilhadas dividem os núcleos físicos da GPU entre várias GPUs virtuais (vGPUs) para uso por VMs baseadas em servidor.

O Linux inclui seu próprio hipervisor, a máquina virtual baseada em kernel (KVM), que é compatível com as extensões do processador de virtualização da Intel e da AMD para criar VMs baseadas em x86 a partir de um sistema operacional host Linux.

Como um sistema operacional de código aberto, o Linux é altamente personalizável. Você pode criar VMs executando versões do Linux adaptadas para cargas de trabalho específicas ou versões reforçadas para aplicações mais confidenciais.

Ao virtualizar servidores, armazenamento e outros recursos físicos do data center, os provedores de computação em nuvem podem oferecer uma variedade de serviços aos clientes, incluindo o seguinte: 

• Infraestrutura como serviço (IaaS): o modelo de entrega IaaS fornece um servidor virtualizado, armazenamento e recursos de rede que você pode configurar com base em seus requisitos.

• Plataforma como serviço (PaaS): o modelo de serviçoPaaS oferece ferramentas de desenvolvimento virtualizadas, bancos de dados e outros serviços baseados em nuvem que você pode usar para criar suas próprias aplicações e soluções baseadas na nuvem.

• Software como serviço (SaaS): software como serviço refere-se a aplicações hospedadas na nuvem. O SaaS é o serviço baseado em nuvem mais usado.  

Para saber mais sobre esses modelos de serviço de nuvem, consulte nossa página de tópicos: “IaaS versus PaaS versus SaaS”.

A virtualização de servidores reproduz um computador inteiro em hardware, que então executa um sistema operacional inteiro. O sistema operacional executa uma aplicação. Isso é mais eficiente do que nenhuma virtualização, mas ainda duplica código e serviços desnecessários para cada aplicação que você deseja executar.

Os contêineres adotam uma abordagem alternativa. Compartilham um kernel de sistema operacional subjacente, executando apenas a aplicação e suas dependências, como bibliotecas de software e variáveis de ambiente. Essa funcionalidade torna contêineres menores e mais rápidos para implementar.

Confira o post de blog “Contêineres versus VMs: qual é a diferença?” para uma comparação mais detalhada.

Este vídeo, "Containerization Explained", detalha os fundamentos da conteinerização e como ela se compara à virtualização por meio de VMs.

A virtualização oferece vários benefícios de segurança. Por exemplo, VMs infectadas com malware podem ser retrocedidas para um ponto no tempo (chamado de snapshot) em que a VM estava não infectada e estável; Eles também podem ser deletados e recriados com mais facilidade. Nem sempre é possível infectar um sistema operacional não virtualizado porque o malware geralmente está profundamente integrado aos principais componentes do sistema operacional, perdurando além das reversões do sistema.

As funcionalidades de segurança para proteger as VMs e seu hardware físico subjacente incluem controles de acesso, atualizações regulares, segmentação de rede e criptografia. Além disso, as soluções de segurança baseadas em software fornecem ferramentas de monitoramento de máquinas virtuais que lidam com a conformidade, fornecem detecção de ameaças em tempo real e muito mais.

Diversas empresas oferecem soluções especializadas em virtualização adaptadas a diferentes casos de uso, incluindo virtualização de servidores, desktop e aplicações. Veja abaixo algumas das soluções mais relevantes do mercado:

• VMware: líder em servidores, desktop, rede e virtualização de armazenamento, a VMware é famosa por sua confiabilidade e ferramentas repletas em funcionalidades. Seu hipervisor ESXi, em particular, tem sido amplamente adotado em ambientes corporativos.

• Oracle VirtualBox: o Oracle VirtualBox é uma plataforma de virtualização de desktop de código aberto, uma escolha popular para indivíduos e pequenas empresas que desejam executar vários sistemas operacionais em uma única máquina.

• Citrix: conhecida por sua força na virtualização de aplicações, a Citrix também oferece soluções para servidores e desktops virtuais, proporcionando uma plataforma para Organizações que precisam de acesso remoto e entrega centralizada de aplicativos.

• Microsoft Hyper-V: integrado ao Microsoft Windows, o Hyper-V oferece um produto econômico de virtualização de servidor e desktop.

• Red Hat Virtualization: desenvolvido no KVM, o Red Hat Virtualization oferece uma plataforma de nível empresarial para virtualização de servidores e desktops, com foco em plataformas de código aberto.