O que é virtualização de servidores?

A virtualização de servidores é uma função fundamental da TI empresarial moderna. Por exemplo, quando você reserva um voo, transmite um evento de música ao vivo ou acessa uma aplicação da empresa remotamente, os aplicativos executados por trás dessas experiências são invariavelmente hospedados em servidores virtualizados. Essa infraestrutura permite que as organizações executem milhares de cargas de trabalho e reduzam o uso de hardware físico.

Em um ambiente de servidor tradicional, as organizações dedicam um servidor físico a uma aplicação, deixando os servidores em grande parte subutilizados. A virtualização de servidores muda isso. Várias máquinas virtuais (VMs) compartilham um único servidor físico, cada uma com seus próprios recursos dedicados e isoladas das demais. O resultado é uma infraestrutura mais barata de operar, com escalabilidade mais rápida e gestão mais eficiente.

Atualmente, a virtualização de servidores é fundamental para a computação em nuvem e para as operações modernas de data center. Um estudo da SkyQuest estima que o mercado global de virtualização de servidores atingirá USD 9 bilhões em 2024. O relatório prevê que esse valor atingirá USD 13,96 bilhões até 2033, com uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 5,0%.¹

À medida que as organizações consolidam data centers e gerenciam ambientes de multinuvem híbrida, as demandas sobre a infraestrutura virtualizada aumentam. A virtualização de servidores também oferece às organizações a flexibilidade necessária para suportar cargas de trabalho de inteligência artificial (IA) e atender aos requisitos de soberania de dados para o gerenciamento de infraestrutura em diferentes regiões.

Para entender a virtualização de servidores, é importante analisar algumas tecnologias relacionadas que sustentam a infraestrutura de TI moderna:

• Virtualização
• Contêineres
• Kubernetes
• Serviços baseados na nuvem

A virtualização usa software para criar uma camada de abstração sobre o hardware físico, dividindo os recursos de um único servidor (por exemplo, CPU, memória,armazenamento e rede) em várias máquinas virtuais (VMs).

Cada VM executa seu próprio sistema operacional independente e se comporta como um servidor separado, mesmo compartilhando o mesmo hardware subjacente.

À medida que as organizações modernizaram sua infraestrutura, contêineres surgiram junto com as máquinas virtuais como uma parte fundamental para que as equipes construam e implementem aplicações.

Enquanto as VMs virtualizam o hardware, os contêineres virtualizam o sistema operacional, empacotando apenas a aplicação e suas dependências, tornando-os mais leves e rápidos para implementar.

O Kubernetes tornou-se a plataforma padrão para orquestrar contêineres em escala, automatizando implementação, escalabilidade e gerenciamento em ambientes de nuvem híbrida e multinuvem.

O Kubernetes é comumente usado com microsserviços, o que permite à organização dividir aplicações em serviços menores e independentes, mais fáceis de implementar e gerenciar.

Provedores de serviços de nuvem como Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, Microsoft Azure e IBM Cloud fornecem serviços de infraestrutura e software por meio de três modelos primários desenvolvidos em servidores virtualizados:

• A infraestrutura como serviço (IaaS) fornece recursos virtualizados de computação, armazenamento e rede que as organizações podem configurar e provisionar em regime de autoatendimento. Os servidores virtuais privados (VPS), por exemplo, são uma oferta comum de IaaS, oferecendo recursos dedicados às empresas sem o custo de possuir um hardware físico.

• A plataforma como serviço (PaaS) oferece uma plataforma de nuvem sob demanda completa (por exemplo, hardware, software, infraestrutura) para desenvolver, executar e gerenciar aplicações.

• O software como serviço (SaaS), o modelo mais usado, oferece aplicações executadas inteiramente na nuvem (por exemplo, Zoom, Google Workspace).

A virtualização de servidores depende de vários componentes trabalhando juntos para criar e gerenciar ambientes virtuais:

• Bare Metal Server: o hardware do servidor físico subjacente, também conhecido como Bare Metal Server, fornece os recursos que todos os servidores virtuais compartilham.

• Hipervisor: O hipervisor é a camada de software que fica diretamente no Bare Metal Server, gerenciando a alocação de recursos e mantendo cada VM isolada das demais. As principais plataformas de virtualização incluem VMware vSphere (Broadcom), Microsoft Hyper-V, IBM PowerVM, Red Hat KVM e Citrix.

• Máquinas virtuais (VMs): máquinas virtuais são ambientes virtuais individuais capazes de executar seu próprio sistema operacional e aplicações como se estivessem em um hardware dedicado.

• Sistema operacional convidado: máquinas virtuais no mesmo host físico podem executar um sistema operacional diferente. Por exemplo, uma VM pode executar o servidor Windows enquanto outra executa o Linux na mesma máquina bare metal.

• Interfaces de rede virtual: a rede definida por software (SDN) permite que as VMs se comuniquem entre si e com redes externas. Uma empresa de varejo, por exemplo, pode executar seu servidor da web, banco de dados e processamento de pagamentos em VMs separadas na mesma máquina física, cada uma com sua própria conexão de rede e políticas de segurança.

Na virtualização de servidores, não há uma abordagem universal única. O método certo depende dos requisitos de carga de trabalho, das necessidades de desempenho e do nível de isolamento e gerenciamento de recursos necessários. A seguir, apresentamos alguns dos principais tipos de virtualização de servidores: 

• Virtualização completa
• Para-virtualização
• Virtualização em nível de sistema operacional
• Virtualização assistida por hardware

A virtualização completa simula completamente o hardware subjacente, permitindo que os sistemas operacionais convidados sejam executados como seriam em uma máquina física dedicada. O hipervisor lida com todas as interações entre o sistema operacional convidado e o hardware.

Nesse caso, praticamente qualquer sistema operacional pode ser executado como convidado. Esse recurso faz da virtualização completa a abordagem mais usada em ambientes corporativos.

Com a para-virtualização, o sistema operacional convidado é modificado para se comunicar diretamente com o hipervisor em vez de usar simulação completa de hardware. Essa abordagem reduz o uso de recursos e melhora o desempenho, especialmente para cargas de trabalho intensivas de E/S.

Em vez de criar VMs separadas, a virtualização no nível do sistema operacional particiona um único sistema operacional em contêineres. Esses contêiner funcionam como instâncias de usuário isoladas que compartilham o kernel do host, tornando-os leves e rápidos de provisionar.

O Docker é a ferramenta mais popular para esse tipo de virtualização de servidor, comumente usada em ambientes de microsserviços e DevOps, em que os aplicativos se comunicam por meio de interfaces de programação de aplicativos (APIs).

A virtualização assistida por hardware usa extensões de processador (por exemplo, Intel VT-x e AMD-V) para lidar com tarefas de virtualização no nível de hardware, reduzindo a carga de trabalho no hipervisor e melhorando o desempenho geral.

Essa integração de hardware permite que processadores modernos suportem carga de trabalho virtualizada com mais eficiência, especialmente para aplicativos de computação intensiva, como IA e aprendizado de máquina (ML). Plataformas empresariais como IBM PowerVM e VMware ESXi utilizam integração de hardware para oferecer virtualização mais rápida para cargas de trabalho que exigem alta disponibilidade e desempenho.

Às vezes, a virtualização de servidores é confundida com a conteinerização. Embora ambas as tecnologias estejam relacionadas, elas adotam abordagens diferentes para executar cargas de trabalho eficientes.

• A virtualização de servidores reproduz um computador inteiro em software, com cada VM executando um sistema operacional separado em um hardware físico compartilhado.

• Os contêineres compartilham o kernel do sistema operacional subjacente e empacotam apenas a aplicação e suas dependências, tornando-as menores e mais rápidas para implementar.

A maioria das organizações utiliza ambas as tecnologias, com o Kubernetes orquestrando contêineres entre elas.

A virtualização de servidores oferece benefícios operacionais e financeiros, incluindo os seguintes:

• Otimização de recursos: a virtualização de servidores permite que várias cargas de trabalho sejam executadas em uma única máquina, permitindo que as organizações aproveitem melhor o hardware existente.

• Relação custo-benefício: consolidar a carga de trabalho em um número menor de servidores físicos gera economia de custos em hardware, energia, refrigeração e espaço no data center, reduzindo tanto o investimento inicial quanto os custos operacionais.

• Escalabilidade: a virtualização de servidores permite que as organizações aumentem ou diminuam o uso de recursos com base na demanda real, evitando o custo de provisionamento excessivo de hardware para cargas de trabalho que apresentam picos ocasionais.

• Maior produtividade: o provisionamento de um novo servidor físico pode levar dias ou semanas, enquanto o provisionamento de uma VM leva apenas alguns minutos. A gestão centralizada de ambientes virtuais ajuda as equipes de TI a responder a mudanças com mais agilidade, criar ambientes sob demanda e automatizar tarefas, entregando resultados mais rápidos.

• Resiliência empresarial: a virtualização de servidores oferece suporte à resiliência empresarial, permitindo que as empresas repliquem e migrem máquinas virtuais entre hosts físicos com o mínimo de interrupção. Se um host físico falhar, as VMs passam automaticamente para outro e a migração em tempo real mantém as aplicações em execução durante a manutenção planejada ou falhas inesperadas.

• Sustentabilidade: a consolidação de servidores reduz as demandas de fabricação de hardware e diminui os requisitos de resfriamento. Para organizações com compromissos de sustentabilidade ou requisitos de relatórios ESG, essa mudança se traduz em redução do consumo de energia do data center e um menor impacto ambiental.

• Segurança aprimorada: a virtualização do servidor cria um isolamento entre as cargas de trabalho. Por exemplo, um incidente de segurança em uma VM não afeta automaticamente outras no mesmo host. As organizações podem aplicar políticas de segurança de dados no nível da VM e usar o monitoramento para sinalizar atividades incomuns em toda a rede.

A virtualização de servidores oferece uma ampla variedade de casos de uso empresarial, desde operações de TI cotidianas até estratégias de infraestrutura mais complexas:

• Backup e recuperação de desastres (BDR)
• DevOps e ambientes de teste
• Virtualização de desktop
• Migração para a nuvem
• Computação de alto desempenho
• Soberania digital

A IA está mudando a forma como as organizações utilizam a virtualização de servidores. À medida que as empresas migram de pilotos de IA para a produção completa, servidores virtualizados têm maiores demandas, que incluem mais cargas de trabalho, maior uso de recursos e poder de processamento e menos tolerância a downtime.

Os data centers virtualizados modernos utilizam cada vez mais IA para gerenciar os recursos do servidor de maneira mais eficiente. Em vez de depender da configuração manual, as organizações podem monitorar o uso da CPU, o consumo de memória, os gargalos de armazenamento e a expansão de VMs em tempo real, reequilibrando as cargas de trabalho conforme as condições mudam. O planejamento preditivo de capacidade leva essa abordagem ainda mais longe, antecipando a demanda antes que ela atinja o pico, em vez de reagir depois que ela já ocorreu.

A IA também está impactando a segurança da virtualização de servidores. Monitorando constantemente o tráfego entre VMs e analisando padrões comportamentais, as organizações podem identificar ameaças mais cedo e responder mais rapidamente do que as ferramentas tradicionais baseadas em regras.

Para organizações que gerenciam cargas de trabalho de IA confidenciais, a virtualização de servidores apoia a soberania da IA, mantendo essas cargas de trabalho na infraestrutura que a organização controla.