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Computação em nuvem e virtualização
No tópico anterior, você aprendeu sobre serviços de nuvem e modelos de nuvem. Este tópico explicará a virtualização. Os termos “computação em nuvem” e “virtualização” são freqüentemente usados alternadamente; no entanto, eles significam coisas diferentes. A virtualização é a base da computação em nuvem. Sem ela, a computação em nuvem, da forma como é mais amplamente implementada, não seria possível.
A virtualização separa o sistema operacional (SO) do hardware. Vários provedores oferecem serviços de nuvem virtual que podem provisionar servidores dinamicamente conforme necessário. Por exemplo, Amazon Web Services (AWS) fornece uma maneira simples para os clientes provisionarem dinamicamente os recursos de computação de que precisam. Essas instâncias virtualizadas de servidores são criadas sob demanda. Conforme mostrado na figura, o administrador de rede pode implantar uma variedade de serviços do AWS Management Console, incluindo máquinas virtuais, aplicativos da web, servidores virtuais e conexões para dispositivos IoT.
Servidores dedicados
Para apreciar totalmente a virtualização, primeiro é necessário entender um pouco da história da tecnologia de servidor. Historicamente, os servidores corporativos consistiam em um sistema operacional de servidor, como Windows Server ou Linux Server, instalado em um hardware específico, conforme mostrado na figura. Toda a RAM do servidor, poder de processamento e espaço no disco rígido foram dedicados ao serviço fornecido (por exemplo, Web, serviços de e-mail, etc.).
O maior problema com essa configuração é que, quando um componente falha, o serviço fornecido por esse servidor fica indisponível. Isso é conhecido como um único ponto de falha. Outro problema era que os servidores dedicados eram subutilizados. Os servidores dedicados costumam ficar inativos por longos períodos de tempo, esperando até que haja a necessidade de fornecer o serviço específico que eles fornecem. Esses servidores desperdiçavam energia e ocupavam mais espaço do que o garantido pela quantidade de serviço prestado. Isso é conhecido como expansão de servidores.
Virtualização de servidor
A virtualização de servidor aproveita os recursos ociosos e consolida o número de servidores necessários. Isso também permite que vários sistemas operacionais existam em uma única plataforma de hardware.
Por exemplo, na figura, os oito servidores dedicados anteriores foram consolidados em dois servidores usando hipervisores para oferecer suporte a várias instâncias virtuais dos sistemas operacionais.
O uso de virtualização normalmente inclui redundância para proteger de um único ponto de falha. A redundância pode ser implementada de maneiras diferentes. Se o hipervisor falhar, a VM pode ser reiniciada em outro hipervisor. Além disso, a mesma VM pode ser executada em dois hipervisores simultaneamente, copiando as instruções de RAM e CPU entre eles. Se um hipervisor falhar, a VM continua em execução no outro hipervisor. Os serviços em execução nas VMs também são virtuais e podem ser instalados ou desinstalados dinamicamente, conforme necessário.
O hipervisor é um programa, firmware ou hardware que adiciona uma camada de abstração ao hardware físico. A camada de abstração é usada para criar máquinas virtuais que têm acesso a todo o hardware da máquina física, como CPUs, memória, controladores de disco e NICs. Cada uma dessas máquinas virtuais executa um sistema operacional completo e separado. Com a virtualização, as empresas agora podem consolidar o número de servidores de que precisam. Por exemplo, não é incomum que 100 servidores físicos sejam consolidados como máquinas virtuais em cima de 10 servidores físicos que usam hipervisores.
Vantagens da virtualização
Uma grande vantagem da virtualização é o custo geral reduzido:
- Menos equipamento é necessário – A virtualização permite a consolidação do servidor, o que requer menos servidores físicos, menos dispositivos de rede e menos infraestrutura de suporte. Isso também significa menores custos de manutenção.
- Menos energia é consumida – A consolidação de servidores reduz os custos mensais de energia e resfriamento. O consumo reduzido ajuda as empresas a obter uma pegada de carbono menor.
- Menos espaço é necessário – A consolidação do servidor com virtualização reduz a pegada geral do data center. Menos servidores, dispositivos de rede e racks reduzem a quantidade de espaço necessário.
Estes são os benefícios adicionais da virtualização:
- Prototipagem mais fácil – Laboratórios independentes, operando em redes isoladas, podem ser criados rapidamente para teste e prototipagem de implantações de rede. Se for cometido um erro, um administrador pode simplesmente reverter para uma versão anterior. Os ambientes de teste podem ser online, mas isolados dos usuários finais. Quando o teste é concluído, os servidores e sistemas podem ser implantados para os usuários finais.
- Provisionamento de servidor mais rápido – Criar um servidor virtual é muito mais rápido do que provisionar um servidor físico.
- Aumento do tempo de atividade do servidor – A maioria das plataformas de virtualização de servidor agora oferece recursos avançados de tolerância a falhas redundantes, como migração ao vivo, migração de armazenamento, alta disponibilidade e agendamento de recursos distribuídos.
- Recuperação de desastres aprimorada – A virtualização oferece soluções avançadas de continuidade de negócios. Ele fornece capacidade de abstração de hardware para que o site de recuperação não precise mais ter hardware idêntico ao hardware do ambiente de produção. A maioria das plataformas de virtualização de servidor corporativo também possui software que pode ajudar a testar e automatizar o failover antes que um desastre aconteça.
- Suporte legado – A virtualização pode estender a vida útil dos sistemas operacionais e aplicativos, proporcionando mais tempo para as organizações migrarem para soluções mais novas.
Camadas de abstração
Para ajudar a explicar como a virtualização funciona, é útil usar camadas de abstração em arquiteturas de computador. Um sistema de computador consiste nas seguintes camadas de abstração, conforme ilustrado na figura:
- Serviços
- SO
- Firmware
- Hardware
Em cada uma dessas camadas de abstração, algum tipo de código de programação é usado como uma interface entre a camada abaixo e a camada acima. Por exemplo, a linguagem de programação C é freqüentemente usada para programar o firmware que acessa o hardware.
Um exemplo de virtualização é mostrado na figura. Um hipervisor é instalado entre o firmware e o sistema operacional. O hipervisor pode oferecer suporte a várias instâncias de sistemas operacionais.
Hipervisores Tipo 2
Um hipervisor Tipo 2 é um software que cria e executa instâncias de VM. O computador, no qual um hipervisor oferece suporte a uma ou mais VMs, é uma máquina host. Os hipervisores tipo 2 também são chamados de hipervisores hospedados. Isso ocorre porque o hipervisor é instalado sobre o sistema operacional existente, como macOS, Windows ou Linux. Em seguida, uma ou mais instâncias adicionais do sistema operacional são instaladas na parte superior do hipervisor, conforme mostrado na figura.
Uma grande vantagem dos hipervisores Tipo 2 é que o software do console de gerenciamento não é necessário.
Os hipervisores tipo 2 são muito populares entre os consumidores e organizações que estão fazendo experiências com virtualização. Os hipervisores tipo 2 comuns incluem:
- PC virtual
- Estação de trabalho VMware
- Oracle VM VirtualBox
- VMware Fusion
- Mac OS X Parallels
Muitos desses hipervisores Tipo 2 são gratuitos. No entanto, alguns hipervisores oferecem recursos mais avançados por uma taxa.
Nota: é importante certificar-se de que a máquina host seja robusta o suficiente para instalar e executar as VMs, para que não fique sem recursos.
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