Funcionamento de um Servidor Virtual

A virtualização não representa um conceito novo. Há décadas, os cientistas da computação vem criando máquinas virtuais em supercomputadores, mas há a apenas alguns anos a virtualização se tornou possível em servidores. No mundo da tecnologia da informação (TI), a virtualização de servidores é assunto quente. A tecnologia é jovem e diversas empresas oferecem diferentes abordagens.

Os servidores - máquinas que hospedam arquivos e aplicativos em redes de computadores - precisam ser poderosos. Algumas dessas máquinas dispõem de unidades de processamento central (CPUs) com múltiplos processadores que dão a elas a capacidade de executar com facilidade tarefas complexas. Muitas dessas tarefas não funcionam bem quando realizadas em companhia de outras - cada uma precisa de uma máquina exclusiva. Uma aplicação por servidor também torna mais fácil encontrar os problemas quando eles surgem. É uma maneira simples de criar uma rede de computadores enxuta, do ponto de vista técnico.

Mas existem problemas quanto a essa abordagem. Um deles é que ela não aproveita o poder de processamento dos servidores modernos. A maioria dos servidores emprega apenas uma fração de sua capacidade de processamento. Outro problema é que, à medida que uma rede de computadores se torna maior e mais complexa, os servidores começam a ocupar muito espaço físico. Um centro de dados pode ficar repleto de racks de servidores que consomem muita energia e geram calor.

Os servidores virtuais representam uma tentativa de resolver essas duas questões. Por meio de um software especializado, o administrador pode converter um servidor físico em múltiplas máquinas virtuais. Cada servidor virtual funciona como um aparelho físico único, capaz de operar seu próprio sistema operacional. Em teoria, seria possível criar número suficiente de servidores virtuais para usar todo o poder de processamento de uma máquina, ainda que nem sempre represente a melhor idéia em termos práticos.

Até pouco tempo, a única maneira de criar um servidor virtual era projetando um software especial que iludia a CPU do servidor a fim de fornecer poder de processamento para múltiplas máquinas virtuais. Hoje, fabricantes de processadores como a AMD oferecem processadores com a capacidade integrada de operar como servidores virtuais. O hardware não cria os servidores virtuais por si só - os engenheiros de software ainda precisam do software correto para criar o servidor virtual.

Qual a vantagem de se usar um servidor virtual?

Há muitos motivos para que empresas e organizações estejam investindo em virtualização de servidores. Algumas das razões são financeiras e outras se relacionam a questões técnicas. A principal delas é a economia de energia elétrica.

Servidores virtuais preservam espaço por meio de consolidação. É uma prática comum dedicar cada servidor a um único aplicativo. Caso diversos aplicativos empreguem apenas um baixo volume de poder de processamento, o administrador pode consolidar diversas máquinas em um único servidor que opere múltiplos ambientes virtuais. Para empresas que têm centenas ou milhares de servidores, isso pode reduzir significativamente a demanda por espaço físico, consequentemente redução de custos.

A virtualização de servidores oferece às empresas uma maneira de obter redundância sem que precisem adquirir um software adicional. Redundância significa operar o mesmo aplicativo em múltiplos servidores. É uma medida de segurança: caso um servidor falhe, por qualquer motivo, outro servidor que opere o mesmo aplicativo pode substituí-lo. Isso minimiza interrupções de serviço. Não faria sentido construir dois servidores virtuais operando com o mesmo aplicativo na mesma máquina física. Caso o servidor físico travasse, os dois servidores virtuais também o fariam. Na maioria dos casos, os administradores de redes criam servidores virtuais redundantes em máquinas físicas distintas.

Os servidores virtuais oferecem aos programadores sistemas isolados e independentes nos quais podem testar novos aplicativos ou sistemas operacionais. Em vez de adquirir uma máquina física específica, o administrador pode criar um servidor virtual em uma máquina existente. Como cada servidor virtual é independente de todos os demais servidores, os programadores podem operar o software sem se preocupar que isso afete outros aplicativos.

Um dia, o hardware dos servidores se tornará obsoleto e pode ser difícil passar de um sistema para outro. Para continuar proporcionando os serviços oferecidos por esses sistemas desatualizados (às vezes definidos como sistemas legados), um administrador de rede poderia criar uma versão virtual do hardware em servidores modernos. Do ponto de vista da aplicação, nada mudou. Os programas funcionam como se ainda estivessem rodando no hardware antigo. Isso pode oferecer à empresa tempo para uma transição para novos processos sem se preocupar com falhas de hardware, especialmente se a empresa que produzia o velho equipamento já não existe e não pode mais consertar máquinas com problemas.

Uma tendência crescente nos servidores virtuais é conhecida como migração, que significa transferir o ambiente do servidor de um lugar para outro. Com o hardware e o software corretos, é possível transferir um servidor virtual de uma máquina na rede para outra. Originalmente isso só era possível se as duas máquinas físicas tivessem o mesmo tipo de hardware, com o mesmo processador e o mesmo sistema operacional. Agora é possível migrar servidores virtuais de uma máquina física para outra mesmo que elas tenham diferentes processadores, mas os processadores precisam vir do mesmo fabricante.

Virtualização

Há três maneiras de criar servidores virtuais: virtualização plena, paravirtualização e virtualização em nível de sistema operacional. Todas elas têm traços comuns.

* O servidor físico é conhecido como hospedeiro
* Os servidores virtuais são os hóspedes
* Os servidores virtuais se comportam como máquinas físicas
* Cada sistema utiliza uma abordagem diferente para alocar recursos do servidor físico às necessidades do    servidor virtual

A virtualização plena usa um tipo especial de software conhecido como hipervisor, que interage diretamente com a CPU e o espaço de disco do servidor físico. O hipervisor serve como plataforma para os sistemas operacionais dos servidores virtuais. Ele mantém cada servidor virtual completamente independente e desconhecedor dos demais que operem na mesma máquina física. Cada servidor hóspede utiliza seu sistema operacional próprio - é possível até ter um hóspede rodando em Linux e um outro em Windows.

O hipervisor monitora os recursos do servidor físico. À medida que os servidores virtuais operam aplicativos, o hipervisor transfere recursos da máquina física para o servidor virtual apropriado. Os hipervisores têm necessidades próprias de processamento, o que significa que o servidor físico precisa reservar algum poder de processamento e recursos para rodar o aplicativo do hipervisor. Isso pode afetar o desempenho geral do servidor e desacelerar as operações.

A abordagem da paravirtualização é um pouco diferente. Ao contrário da virtualização plena, no caso da paravirtualização, os servidores hóspedes sabem da existência uns dos outros. Um hipervisor de paravirtualização não precisa de tanto poder de processamento para administrar os sistemas operacionais hóspedes porque cada um deles conhece as demandas que os demais apresentam ao servidor físico. O sistema todo funciona como uma unidade coesa.

A virtualização em nível de sistema operacional não emprega hipervisores. Em vez disso, a capacidade de virtualização é parte do sistema operacional do hospedeiro que executa todas as funções de um hipervisor de virtualização plena. A maior limitação quanto a essa abordagem é que todos os hóspedes precisam funcionar com o mesmo sistema operacional. Cada servidor virtual continua independente dos demais, mas não se pode usar diferentes sistemas. Como os sistemas hóspedes precisam ser iguais, esse ambiente é definido como homogêneo.

Qual é o melhor método? Isso depende das necessidades do administrador de rede. Caso todos os servidores rodem com o mesmo sistema operacional, uma virtualização de sistema operacional pode funcionar melhor. Esses sistemas tendem a ser mais rápidos e mais eficientes que outros métodos. Por outro lado, se o administrador está operando servidores com diversos sistemas operacionais diferentes, a paravirtualização pode ser a melhor escolha. Um potencial obstáculo a esse sistema é o apoio, pois a técnica é relativamente nova e poucas empresas oferecem software. Mais empresas oferecem produtos para virtualização plena, mas o interesse em paravirtualização está em alta e o método pode suplantar a virtualização plena, com o tempo.

Limitações

Independente das limitações, muitas empresas estão investindo em servidores virtuais. À medida que a tecnologia de virtualização avança, a necessidade de grandes centrais de dados pode cair. O consumo de energia e a produção de calor pelos servidores também podem se reduzir, o que torna o uso dos servidores não só mais atraente do ponto de vista financeiro como mais ecológico. Conforme as redes começam a usar porção maior do potencial dos servidores, as redes de computadores poderão se tornar maiores e mais eficientes. Não é exagero dizer que os servidores virtuais podem resultar em uma completa revolução no setor de computação, mas teremos de esperar para ver.

Os benefícios dos servidores virtuais podem ser tão atraentes que é fácil esquecer que a técnica apresenta limitações. É importante que um administrador de rede pesquise a virtualização de servidores em relação à sua arquitetura de rede e necessidades, antes de tentar desenvolver uma solução.

Para os servidores dedicados a aplicativos com alta demanda de processamento, a virtualização não é uma excelente escolha. Isso acontece porque ela divide o poder de processamento do servidor entre os servidores virtuais. Quando o poder de processamento do servidor não é capaz de atender às demandas do aplicativo, o sistema inteiro perde velocidade. Tarefas que não deveriam demorar podem levar horas e o pior é que o sistema pode travar caso o servidor não atenda às demandas de processamento. Os administradores de redes devem estudar com atenção o nível de uso das CPUs antes de dividir um servidor físico em diversas máquinas virtuais.

Também é insensato sobrecarregar a CPU de um servidor pela criação de número exagerado de servidores virtuais em uma mesma máquina física. Quanto mais máquinas virtuais um servidor físico sustentar, menor o poder de processamento recebido pelos servidores virtuais. Além disso, os servidores físicos têm limites de espaço em disco. O número exagerado de servidores virtuais pode restringir a capacidade de armazenagem de dados.

Outro limite é a migração. Atualmente, só é possível migrar um servidor virtual de uma máquina física para outra, caso ambas as máquinas físicas utilizem processadores do mesmo fabricante. Caso uma rede use um servidor que opera com processador Intel e outro que opera com processador AMD, é impossível migrar com um servidor virtual de uma máquina para a outra.

Por que um administrador desejaria realizar uma migração de servidor virtual? Caso um servidor físico requeira manutenção, a migração de servidores virtuais para outras máquinas pode reduzir o período de inatividade de aplicativos. Se a migração não for possível, todos os aplicativos que operem nos servidores virtuais que uma máquina física hospeda estariam indisponíveis durante a manutenção.