O que é uma Virtual Machine (VM)?

Ao usar os recursos de uma única máquina física, como memória, CPU, interface de rede e armazenamento, as VMs permitem que as empresas executem várias máquinas virtualmente com diferentes sistemas operacionais em um único dispositivo.

As VMs são normalmente chamadas de convidadas, com uma ou mais máquinas "convidadas" sendo executadas em uma máquina física chamada de máquina "hospedeira". A tecnologia de VM inclui servidores virtuais, instâncias de servidor virtual (VSIs) e servidores virtuais privados (VPSs).

Em um relatório da Global Market Insights (GMI), o tamanho do mercado de virtual machines ultrapassou US$ 9,5 bilhões em 2023. A GMI projeta que este mercado se expandirá a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de cerca de 12% entre 2024 e 2032, impulsionada pela adoção constante da computação em nuvem. À medida que as empresas migram para a nuvem devido à sua escalabilidade, flexibilidade e eficiência de custos, os provedores de nuvem continuam integrando virtual machines e outras tecnologias críticas (por exemplo, contêineres) para fornecer uma infraestrutura de TI consistente.

As VMs funcionam usando a virtualização, um processo de criação de versões virtuais ou baseadas em software de recursos (computador, armazenamento, rede, servidores) ou aplicações.

A virtualização permite o uso mais eficiente do hardware físico do computador e é fundamental para a computação em nuvem.

A virtualização é possível com um hipervisor, também conhecido como monitor de virtual machines (VMM). Essa camada de software leve gerencia as virtual machines à medida que elas são executadas lado a lado.

O nascimento da virtualização remonta a 1964, quando a IBM projetou e apresentou o CP-40, um projeto experimental de pesquisa de compartilhamento de tempo para o IBM System/360. O CP-40, que mais tarde evoluiu para o CP-67 e depois para o Unix, fornecia um hardware de computador compatível com vários usuários simultâneos e abriu caminho para as virtual machines.

Em 2 de agosto de 1972, a IBM lançou o que muitos consideram a primeira virtual machine, o VM/370, e o primeiro mainframe System/370 compatível com memória virtual.

Em 1998, a VMware (link externo a ibm.com) desenvolveu o sistema operacional x86, que permitiu que uma única máquina fosse segmentada em várias virtual machines, cada uma com 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.

Atualmente, a virtualização é uma prática padrão para a infraestrutura de TI de nível empresarial e uma força motriz na economia da computação em nuvem, permitindo que as empresas aumentem a utilização da capacidade e reduzam os custos. Toda a infraestrutura de TI pode ser virtualizada, incluindo ambientes de desktop, sistemas operacionais, hardware de armazenamento, data centers e muito mais.

A virtualização depende da tecnologia de hipervisor. Essa camada de software colocada em um computador físico ou servidor (também conhecido como bare metal server) permite que o computador físico separe seu sistema operacional e aplicações do hardware. Essas virtual machines podem executar seus sistemas operacionais e aplicações de forma independente, enquanto ainda compartilham os recursos originais (memória, RAM, armazenamento e assim por diante) do servidor, que o hipervisor gerencia. Em essência, o hipervisor atua como um guarda de trânsito, alocando recursos para virtual machines e garantindo que elas não atrapalhem umas às outras.

Existem dois tipos principais de hipervisores:

• Os hipervisores do tipo 1 são executados diretamente no hardware físico (geralmente um servidor), substituindo o sistema operacional. Normalmente, você usa um produto de software separado para criar e manipular VMs no hipervisor. Algumas ferramentas de gerenciamento, como o vSphere da VMware, permitem que você selecione um sistema operacional convidado para instalar na VM. Você pode usar uma VM como modelo para outras e duplicá-la para criar novas. Dependendo de suas necessidades, você pode criar vários modelos de VMs para diferentes finalidades, como testes de software, bancos de dados de produção ou ambientes de desenvolvimento. Uma virtual machine baseada em kernel (KV) é um exemplo de hipervisor do tipo I.
  
  
• Os hipervisores do tipo 2 são executados como uma aplicação em um sistema operacional hospedeiro e geralmente têm como alvo plataformas de desktop ou notebook de usuário único. Com um hipervisor do tipo 2, você cria manualmente uma VM e instala um sistema operacional convidado dentro dela. Você pode usar o hipervisor para alocar recursos físicos na sua VM, definindo manualmente o número de núcleos de processador e de memória que ele pode usar. Dependendo dos recursos do hipervisor, você pode definir opções como aceleração 3D para gráficos. Os hipervisores do tipo 2 incluem VMware Workstation e Oracle VirtualBox.

Além da classificação de acordo com o gerenciamento do hipervisor, as virtual machines se enquadram em duas categorias principais: virtual machines de sistema (também conhecidas como máquinas de virtualização completa) e virtual machines de processo.

As VMs do sistema permitem o compartilhamento de recursos de máquinas físicas subjacentes entre diferentes máquinas virtuais, cada uma executando seu próprio sistema operacional. Por outro lado, as máquinas virtuais de processo (também chamadas de máquinas virtuais de aplicações) executam uma aplicação dentro de um sistema operacional e oferecem suporte a um único processo. As máquinas virtuais Java, que executam programas compilados em Java, são exemplos de VMs de processo.

As VMs oferecem inúmeras vantagens em relação ao hardware físico tradicional.

Embora as VMs tenham muitos benefícios, elas têm algumas desvantagens a serem consideradas.

As VMs têm uma ampla variedade de usos para administradores e usuários de TI corporativos, incluindo os seguintes:

• Habilitação da computação baseada em nuvem: as VMs são a unidade fundamental da computação em nuvem, permitindo que dezenas de aplicações e cargas de trabalho sejam executadas e escaladas com sucesso.
  
  
• Aceleração da migração de cargas de trabalho: devido à sua portabilidade, as VMs ajudam a acelerar a migração de cargas de trabalho de configurações no local para configurações baseadas em nuvem.
  
  
• Aceleração das jornadas na nuvem híbrida: as VMs fornecem a infraestrutura para criar ambientes de nuvem híbrida que combinam ambientes no local, de nuvem privada e nuvem pública em uma única infraestrutura de TI flexível.
  
  
• Apoio a DevOps: as VMs são uma ótima maneira de apoiar as equipes de DevOps e outros desenvolvedores corporativos, permitindo que configurem modelos de VMs com as configurações de seus processos de testes e desenvolvimento de software. Elas podem criar VMs para tarefas como testes de software estáticos, incluindo essas etapas em um fluxo de trabalho de desenvolvimento automatizado. Essas funções ajudam a simplificar a cadeia de ferramentas de DevOps.
  
  
• Testes de um novo sistema operacional: uma VM permite que você teste um novo sistema em seu desktop sem afetar seu SO principal.
  
  
• Investigação de malware: as VMs são úteis para pesquisadores de malware que frequentemente precisam de máquinas novas para testar programas maliciosos.
  
  
• Execução de software incompatível: alguns usuários precisam usar um SO enquanto ainda precisam de um programa que só está disponível em outro.
  
  
• Navegação segura: o uso de uma virtual machine para navegação permite que você visite sites sem se preocupar com infecções. Você pode tirar um instantâneo de sua máquina e voltar para ela após cada sessão de navegação. Os usuários podem configurar esse cenário de navegação usando um hipervisor de desktop do tipo 2. Ou então, um administrador pode fornecer um desktop virtual temporário no servidor.
  
  
• Suporte à recuperação de desastres (DR): com um ambiente virtualizado, fica fácil provisionar e implementar recursos, permitindo replicar ou clonar a máquina virtual quando necessário. Esse processo acontece em minutos, em vez das muitas horas necessárias para provisionar e configurar um novo servidor físico, o que é crucial para a recuperação de desastres (DR).

A VMware é a primeira empresa a comercializar com sucesso a virtualização da arquitetura de microprocessadores x86, líder no mercado de virtualização. A VMware fornece o hipervisor do tipo 1 e tipo 2 e software de VM para clientes empresariais.

A maioria dos hipervisores oferece suporte a VMs executando o sistema operacional Windows como convidado. O hipervisor Hyper-V da Microsoft faz parte do sistema operacional Windows. Quando instalado, ele cria uma partição principal que contém a si mesmo e o sistema operacional Windows principal, cada um com acesso privilegiado ao hardware. Outros sistemas operacionais, incluindo os convidados do Windows, são executados em partições secundárias e se comunicam com o hardware por meio da partição principal.

O sistema operacional Android de código aberto do Google é comum em dispositivos móveis e dispositivos domésticos conectados.

O sistema operacional Android é executado apenas na arquitetura de processador ARM típica desses dispositivos, mas entusiastas, jogadores de Android ou desenvolvedores de software podem querer executá-lo em PCs. Essa situação pode ser problemática porque os PCs são executados em uma arquitetura de processador x86 totalmente diferente e um hipervisor de virtualização de hardware só transmite instruções entre a VM e a CPU. Ele não as traduz para processadores com conjuntos variados de instruções.

Vários projetos, como o Shashlik ou o Genymotion, podem lidar com esse problema usando um emulador que recria a arquitetura ARM no software. O projeto Android-x86, uma alternativa, transporta o Android para a arquitetura x86. Para executá-lo, você deve instalar o programa Android-x86 como uma máquina virtual que usa o hipervisor VirtualBox do tipo 2. Outra alternativa, o Anbox, executa o sistema operacional Android no kernel de um sistema operacional Linux hospedeiro.

A Apple permite que seu sistema macOS seja executado somente em um hardware da Apple. Isso significa que você não pode executá-lo em um hardware que não seja da Apple como uma VM ou sob seu contrato de licença de usuário final. No entanto, você pode usar hipervisores do tipo 2 em um hardware Mac para criar VMs com um convidado no macOS.

Atualmente, é impossível executar o iOS em uma VM porque a Apple controla rigorosamente seu sistema operacional iOS e só permite que ele seja executado em dispositivos iOS.

O que mais se aproxima de uma VM do iOS é o simulador do iPhone que vem com o ambiente de desenvolvimento integrado Xcode, que simula todo o sistema do iPhone em um software.

A plataforma Java é um ambiente de execução para programas que são escritos na linguagem de desenvolvimento de software Java. A promessa do Java "escreva uma vez, execute em qualquer lugar" significa que qualquer programa Java pode ser executado em qualquer plataforma Java, e é por isso que a plataforma Java incluiu uma máquina virtual Java (JVM).

Os programas Java contêm bytecode, que é uma forma de instrução destinada à JVM. A JVM compila esse bytecode para código de máquina, que é a linguagem de nível mais baixo usada pelo computador hospedeiro. A JVM na plataforma Java de uma plataforma de computação cria um conjunto diferente de instruções de código de máquina para a JVM de outra, com base no código de máquina que o processador espera.

Portanto, a JVM não executa um sistema operacional inteiro e não usa um hipervisor como outras VMs fazem. Em vez disso, ele traduz programas de software em nível de aplicação para serem executados em um hardware específico.

Como a JVM, a VM do Python não é executada em um hipervisor nem contém um sistema operacional convidado. É uma ferramenta que permite que programas escritos em Python sejam executados em várias CPUs.

Semelhante ao Java, o Python traduz seus programas em um formato intermediário chamado bytecode e os armazena em um arquivo pronto para execução. Quando o programa é executado, a VM Python traduz o bytecode em código de máquina para uma execução rápida.

O Linux é um sistema operacional convidado típico usado em muitas VMs. É também um sistema operacional hospedeiro típico usado para executar VMs e até tem seu próprio hipervisor, a máquina virtual baseada em kernel (KVM). Embora seja um projeto de código aberto, a Red Hat é proprietária da KVM.

Ubuntu é uma distribuição Linux produzida pela Canonical. Está disponível nas versões desktop e servidor, que você pode instalar como uma VM. Os usuários podem implementar o Ubuntu como sistema operacional convidado no Microsoft Hyper-V. Ele fornece uma versão otimizada do Ubuntu Desktop que funciona bem no modo de sessão aprimorada do Hyper-V, proporcionando uma forte integração entre o hospedeiro Windows e a VM Ubuntu. Ele inclui suporte para integração da área de transferência, redimensionamento dinâmico da área de trabalho, pastas compartilhadas e movimentação do mouse entre as áreas de trabalho hospedeira e convidada.

Em ambientes de computação em nuvem, as máquinas virtuais vêm em variações de locatário único e multilocatário.

As máquinas virtuais públicas ou multilocatário são máquinas virtuais com vários usuários que compartilham uma infraestrutura física comum. Esse modelo é a abordagem mais econômica e escalável para o provisionamento de máquinas virtuais. No entanto, os ambientes multilocatários não têm algumas características de isolamento que as organizações com requisitos rigorosos de segurança ou conformidade podem preferir.

Dois modelos para as máquinas virtuais de locatário único são os hospedeiros dedicados e as instâncias dedicadas.

• Um host dedicado envolve alugar uma máquina física inteira, garantindo acesso contínuo e controle total sobre essa máquina. Este modelo oferece flexibilidade e transparência máximas de hardware, controle e posicionamento de cargas de trabalho e oferece algumas vantagens para software "traga sua própria licença".
  
  
• Uma instância dedicada oferece o mesmo isolamento de locatário único e o mesmo controle sobre o posicionamento da carga de trabalho, mas não está associada a uma máquina física específica. Assim, por exemplo, se uma instância dedicada for reinicializada, ela poderá acabar em uma nova máquina física, uma máquina dedicada à conta individual, mas uma nova máquina, possivelmente em um local físico diferente.

Os modelos de preços mais comuns para máquinas virtuais na nuvem são pagamento conforme o uso (por hora ou segundo), instâncias temporárias/pontuais, instâncias reservadas e hospedeiros dedicados.

Escolher uma máquina virtual em vez de um servidor bare metal tem menos a ver com recursos concorrentes e mais com saber o que você precisa e quando precisa.

Os servidores bare metal são sinônimos de hardware bruto, potência e isolamento. Eles são servidores físicos de locatário único, completamente desprovidos de ciclos de hipervisor (software de virtualização) e totalmente dedicados a um único cliente: você.

Cargas de trabalho que priorizam desempenho e isolamento, como aplicações com computação intensiva de dados e mandatos de conformidade regulatória, normalmente são mais adequadas para servidores bare metal, especialmente quando implementadas por períodos prolongados.

Programas de recursos empresariais (ERP), gerenciamento de relacionamento com o cliente (CRM), gerenciamento da cadeia de suprimentos (SCM), aplicações de comércio eletrônico e serviços financeiros são apenas algumas das cargas de trabalho ideais para bare metal servers.

Por outro lado, quando suas cargas de trabalho exigem o máximo de flexibilidade e escalabilidade, é melhor colocar um hipervisor no hardware bare metal para criar uma máquina virtual. As máquinas virtuais aumentam a capacidade e a utilização do servidor. Eles são ideais para migrar dados de uma VM para outra, redimensionar conjuntos de dados e dividir cargas de trabalho dinâmicas.

A maneira mais fácil de entender um contêiner é saber como ele difere de uma  virtual machine (VM) tradicional. Na virtualização tradicional, seja no local ou na nuvem, um hipervisor ajuda a virtualizar o hardware físico. Cada VM contém um sistema operacional convidado, uma cópia virtual do hardware do qual o sistema operacional precisa para ser executado e uma aplicação e suas bibliotecas e dependências associadas.

Em vez de virtualizar o hardware subjacente, os contêineres virtualizam o sistema operacional (normalmente Linux). Cada contêiner contém apenas a aplicação e suas bibliotecas e dependências. A ausência do sistema operacional convidado é o motivo pelo qual os contêineres são tão leves, rápidos e portáteis.

Contêineres e Kubernetes, a plataforma de orquestração de contêineres de código aberto que os gerencia, tornaram-se as unidades padrão das arquiteturas modernas nativas da nuvem e de microsserviços. Embora os contêineres sejam mais comumente associados a serviços sem estado, as organizações também podem usá-los para serviços com estado. Os contêineres são padrão nos cenários de nuvem híbrida porque podem ser executados de forma consistente na nuvem pública, nuvem privada e configurações no local tradicionais. Hoje, uma organização pode executar a aplicação em sua nuvem privada, mas amanhã poderá ser necessário implementá-la em uma nuvem pública de um provedor diferente. A conteinerização de aplicações oferece às equipes a flexibilidade necessária para lidar com os diversos ambientes de software da TI moderna.

É importante observar que as empresas podem coexistir com contêineres e máquinas virtuais. Por exemplo, é comum executar contêineres em VMs, já que muitas empresas têm uma infraestrutura baseada em VM.

Uma empresa pode escolher um contêiner para executar uma aplicação e ter uma virtual machine para disponibilizar a infraestrutura subjacente. Esse método combina a portabilidade e a velocidade dos contêineres com a segurança das virtual machines. Em outro cenário, uma instituição financeira pode utilizar VMs para seus sistemas de banco de dados, garantindo uma maior segurança com isolamento de recursos, e utilizar contêineres para aplicações front-end, como aplicativos móveis voltados para o cliente.

A publicação do blog "Contêineres versus VMs: qual é a diferença?" explica melhor.

O vídeo a seguir detalha os fundamentos da conteinerização e como ela se compara ao uso de VMs:

A seleção de uma máquina virtual e de um provedor de nuvem começa com a análise de suas necessidades de carga de trabalho e de orçamento, além de outros fatores críticos. Veja abaixo 10 coisas a serem consideradas ao selecionar um provedor de serviços de máquina virtual.

1. Suporte confiável: certifique-se de que existe um suporte ao cliente 24 horas por dia, 7 dias por semana, por telefone, e-mail, chat etc. — ou desista. Você quer uma pessoa real do outro lado da linha para ajudar você em situações críticas de TI. Também é importante observar quais provedores de nuvem oferecem serviços adicionais para um suporte mais prático.
   
   
2. Opções gerenciadas: o provedor de nuvem oferece tanto soluções não gerenciadas quanto gerenciadas? Se você não estiver familiarizado com a tecnologia de virtualização, considere um provedor que será responsável pela configuração, manutenção e monitoramento contínuo do desempenho.
   
   
3. Integração de software: seu ambiente de virtual machines funcionará bem com outros ambientes? Sistemas operacionais, software de terceiros, tecnologia e aplicações de código aberto ajudam você a fornecer mais soluções para toda a sua empresa. Você precisará de um fornecedor de virtual machines com suporte e parcerias sólidas com os fornecedores de software mais usados do setor.
   
   
4. Rede e infraestrutura de alta qualidade: qual é o nível de atualização da infraestrutura em que sua nova virtual machine será executada? Essa infraestrutura inclui bare metal servers confiáveis, data centers modernos e a espinha dorsal da rede. Um provedor de nuvem deve ser capaz de cumprir sua parte no negócio com um hardware de última geração e tecnologia de rede de alta velocidade.
   
   
5. Localização: quanto mais próximos os dados estiverem de seus usuários, menos problemas você terá com latência, segurança e fornecimento de serviços em tempo hábil. Uma excelente rede global de data centers e pontos de presença espalhados é fundamental para ter os dados onde e quando você mais precisar.
   
   
6. Backup e recuperação: qual é o plano de seu provedor de nuvem para manter suas virtual machines funcionando diante de eventos inesperados? Eles também fornecem opções complementares de backup e redundância para seu ambiente virtualizado? A continuidade das operações é algo que você deve levar a sério.
   
   
7. Escalabilidade e facilidade: o quão rápido e fácil será para você ativar, desativar, reservar, pausar e atualizar sua virtual machine? A palavra que você mais quer ouvir sobre escalabilidade de virtual machines é "sob demanda".
   
   
8. Configurações variadas de CPU: quanto mais configurações, mais opções você terá. Nem toda configuração de virtual machines se adapta a todas as cargas de trabalho durante todas as épocas de uso. Certifique-se de procurar um provedor de virtual machines que ofereça pacotes de configuração variados para requisitos de locatário único e multilocatário.
   
   
9. Camadas de segurança: os dados da sua empresa são verdadeiras moedas de ouro, especialmente quando se trata de informações confidenciais dos clientes. Não deixe de perguntar ao provedor sobre linhas de rede privadas, opções de data center federais, funcionalidades de criptografia integradas e cumprimento das normas de conformidade regulatória, que são essenciais para proteger seu ativo mais valioso.
   
   
10. Suporte contínuo à migração: à medida que suas prioridades de TI evoluem, seu fornecedor de máquinas virtuais deve ser capaz de ajudar você a fazer uma transição sem dificuldades entre o local e o externo. Procure opções completas de ingestão de dados, migração pela rede e migração liderada por aplicações.