No
dicionário, o adjetivo virtual é explicado como "o que não existe como
realidade, mas sim como potência ou faculdade" e também como "o que
equivale a outro, podendo fazer às vezes deste, em virtude ou
atividade".
Na
área de Tecnologia de Informação o termo é frequentemente utilizado no
sentido de indicar dispositivos de hardware, programas de computador ou
uma combinação destes que substituem outros dispositivos ou programas,
de maneira a obter-se seu funcionamento equivalente. Assim, virtualizar é
o ato de criação de uma versão virtual de algo, como uma plataforma de
hardware, um servidor, um sistema operacional, um dispositivo de
armazenamento ou uma rede de computador.
Os softwares ou frameworks de virtualização podem, entre outras capacidades, atuar de duas maneiras distintas:
- Dividir um recurso para prover seu uso em múltiplos ambientes de execução;
- Consolidar múltiplos recursos de maneira que sejam tratados como algo único.
Cada um destes modos tem aplicações bastante convenientes e específicas.
Por
exemplo, o simples particionamento de uma unidade de disco rígido pode
ser considerado como uma operação de virtualização porque a unidade
particionada dá origem a duas
ou mais unidades lógicas (isto é, que não são físicas). Mas, em algum
sistemas, também é possível fazer o oposto, ou seja, configurar duas ou
mais unidades físicas para que operem como uma unidade lógica dotada de
maior capacidade. Então divisão e consolidação são estratégias que se
aplicam a um grande número de situações.
Muitos
ambientes de desenvolvimento voltados para a construção de aplicativos
móveis incluem emuladores de modelos genéricos ou específicos para
possibilitar o teste destes softwares em um ambiente semelhante onde
serão utilizados, mas sem a necessidade do programador dispor de um
dispositivo físico.
A
configuração de uma Virtual Private Network (VPN) é também uma operação
de virtualização, pois com o uso de uma infraestrutura pública de
comunicação (a internet, por exemplo) é possível a construção de uma
rede privativa, que oferece grande segurança para o tráfego de seus
dados, que opera transparentemente na rede pública. O efeito de uma rede
privada "dentro" da infraestrutura pública de comunicação é a
virtualização de uma rede.
Um
framework de virtualização pode também ofertar um ambiente composto de
diversos dispositivos, simulando um sistema completo por meio de outro.
Assim, dispositivos, aplicações e usuários são capazes de interagir com
recursos virtuais, isto é, providos pela plataforma de virtualização,
como se fossem recursos reais. Técnicas de virtualização muitas vezes são empregadas na emulação e na simulação (a primeira procura representar exatamente um sistema ou dispositivo - como os emuladores de telefones, enquanto a segunda pode oferecer um subconjunto específicos de funcionalidades associado a um ou mais sistemas e dispositivos).
Hoje
são relativamente comuns os frameworks de virtualização que empregam
uma ou mais metodologias de divisão dos recursos de um computador em
múltiplos ambientes de execução por meio da aplicação de conceitos e
tecnologias de particionamento de hardware e software, compartilhamento
de tempo (time-sharing), simulação de máquina parcial ou completa,
emulação, qualidade de serviços (QoS) e muitas outras.
Origem
As
técnicas de virtualização surgiram na década de 1960 para prover a
operação mais eficiente de mainframes, pois devido a seu altíssimo
custo, todos os recursos sistêmicos deveriam ser intensamente utilizados
para tornar seu uso mais competitivo.
Inicialmente
possibilitava a divisão lógica dos recursos físicos do mainframe em
múltiplos sistemas lógicos, os quais podiam ser usados para aplicações
distintas e com operação independente. Além de flexibilizar a utilização
do sistema, um mesmo mainframe poderia até ser compartilhado por
organizações distintas quando tecnologias de acesso remoto eram
empregadas para conectar os terminais de usuário ao computador
principal.
Um caso de sucesso foi o IBM CP (Control Program) um dos primeiros software comerciais de virtualização e também o IBM VM (Virtual Machine), uma evolução do CP de enorme sucesso, ambos voltados para operação de mainframes.
Na
última década a virtualização tornou-se uma estratégia fundamental para
organizar os datacenters (as novas versões dos antigos centros de
processamento de dados). Um servidor tradicional trabalha com grande
ociosidade na maior parte do tempo, pois é dimensionado para atender os
horários de pico. Assim o consumo de energia é maior do que efetivamente
necessário. Com a virtualização, um servidor de capacidades maiores
pode hospedar vários servidores (máquinas) virtuais, o que é denominado
consolidação de servidores, explorando melhor os recursos disponíveis,
reduzindo a ociosidade e o consumo total de energia, além de requisitar
menos espaço físico e esforço de manutenção. Tudo sem redução do
desempenho fornecidos aos aplicativos dos servidores, de maneira
imperceptível para os usuários destas aplicações.
Visão conceitual
Sua organização tipicamente envolve três camadas:
- Camada de hardware
Composta dos dispositivos do hardware que, de fato, existem no sistema. Pode agregar um sistema operacional (SO).
- Camada de virtualização
Sistema/programa
de virtualização, que particiona e administra a camada de hardware para
prover serviços de virtualização ou suporte para máquinas virtuais. É o hipervisor, hypervisor ou Monitor das Máquinas Virtuais (Virtual Machine Monitor).
- Camada de aplicaçãoPartições que constituem as máquinas virtuais específicas para operação de diversos SO e aplicações isoladas.
O próprio hipervisor pode ser de dois tipos:
- Bare Metal (ou Nativo)
Situação onde o hipervisor é instalado diretamente sobre o hardware do sistema, controlando-o, sem necessidade de um sistema operacional previamente instalado. O papel dos bare metal hypervisor é particionar o hardware em múltiplas máquinas virtuais onde serão configurados as aplicações hospedeiras (guests). Oferecem o melhor desempenho possível.
- Hosted (ou Hospedado)
Caso onde o hipervisor é instalado sobre um sistema operacional, tal como uma aplicação qualquer. Também permite a criação de máquinas virtuais, com diferentes configurações de hardware, mas que competirão por recursos do sistema, incluindo outras aplicações existentes além do próprio hipervisor. Oferece grande flexibilidade, principalmente na constituição de ambientes de teste e simulação.
A ilustração que segue mostra a organização de hipervisores bare metal (Type 1) e hosted (Type 2).
Aplicações da Virtualização
A virtualização tem inúmeras aplicações. Algumas das mais comuns são:
- Virtualização de armazenamento,
onde múltiplas unidades de armazenamento, locais e remotas, são
operadas de maneira combinada e distribuídas dinamicamente como unidade
virtuais reconfiguráveis.
- Virtualização de servidores, na qual um servidor físico pode ser particionado em vários servidores virtuais de menor capacidade.
- Virtualização de sistemas operacionais,
que é um tipo de virtualização, ocorrida no kernel do SO, para prover
múltiplas instâncias de um mesmo ou diferentes sistemas operacionais
numa mesma máquina.
- Virtualização de redes,
onde torna-se possível o uso seletivos dos recursos de uma rede física
por meio de sua segmentação lógica, por exemplo, numa VPN.
- Virtualização de aplicativos,
na qual a operação de sistemas de software ocorre em sistemas
virtualizados e cujo acesso se dá por meio de redes, como na computação
em nuvem (cloud computing).
Vantagens e Desvantagens
A virtualização é uma tecnologia que tem potencial para proporcionar um grande conjunto de vantagens.
Exemplos
clássicos são a possibilidade de uso de múltiplos SOs simultaneamente
num mesmo host; e a consolidação de servidores subutilizados num menor
número de máquinas, proporcionando economia no hardware, no espaço
físico, na operação, na gerência, nos custos e também permitindo a
redução dos impactos ambientais.
O
uso da virtualização permite a continuidade de aplicações legadas que
requerem hardware antigo; pode prover ambientes seguros e isolados
(sandboxes) para operar aplicações não confiáveis ou constituir
ambientes de teste e depuração; permite configurar ambientes com
limitações específicas de recursos, sendo conveniente para sistemas
habilitados para QoS (Quality of Service). A recuperação de desastres é
grandemente facilitada pela re-instalação de sistemas virtualizados, ao
invés de re-instalação e reconfiguração tradicional de sistemas.
Outros
aspectos positivos do emprego da virtualização são: a possibilidade de
empacotar e distribuir instalações ou aplicações complexas; facilitam a
migração de software; facilitar o balanceamento de carga de trabalho;
sem contar que pode constituir um infraestrutura mais adequada para
atendimento flexível das demandas de sistemas de computação em nuvem.
Mas
como toda e qualquer tecnologia, também existem desvantagens. Uma delas
é que o hardware requisitado é, de fato, mais sofisticado, pois deve
ser bastante mais robusto para suportar, sem comprometimento de
desempenho e disponibilidade, a consolidação de servidores. Também
existe mão de obra especializada, por requer novos conhecimentos e
experiência na condução das etapas de adoção de tecnologia, migração de
sistemas e operação contínua. Os custos adicionais de licenças de
produtos específicos é outra consideração que não pode ser esquecida.
Conclusões
A
virtualização é, do ponto de vista técnico, uma alternativa muito
interessante e flexível para operação de sistemas sofisticados, mas
também pode ser empregada com vantagens no âmbito pessoal. Uma análise
cuidadosa do cenário de sua adoção pode determinar sua conveniência e
viabilidade econômica em qualquer segmento de negócio. Mas a
considerar-se sua larga adoção, por companhias de todos os tamanhos e em
todos os ramos de atividade, constitui a maior prova que seu uso
cuidadoso permite alcançar grandes ganhos.
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