Virtualização: A evolução

O que há em software e hardware para a simplificação da infraestrutura das empresas?

Existem muitas tecnologias de Virtualização de armazenamento que têm evoluído, incluindo soluções de banda interna e externa (in-band e out-band), com base em armazenamento e em hospedagem. As primeiras tecnologias de Virtualização que surgiram foram soluções com base em armazenamento. Elas permitem que vários servidores compartilhem o acesso a dados em um único array, variável que armazena um conjunto de valores do mesmo tipo. O lado negativo, no entanto, é que esses servidores não podem acessar os dados além de seu próprio array.

Além disso, os usuários estão arriscados a ficar limitados a soluções que dependam dos fabricantes, com base nas restrições de compatibilidade de hardware do array mais amplo ou dos servidores diretamente conectados. A Virtualização com base no armazenamento pode então ser mais dispendiosa do que outras alternativas de menor prioridade.

Já as soluções baseadas em hospedagem permitem aos discos alocados nos vários arrays, de diversos fabricantes, apresentarem-se como um agrupamento virtual para um único servidor host. Isso possibilita mais flexibilidade para habilitá-los a ser completamente independentes dos fabricantes de soluções de armazenamento, embora ainda desfrutem dos benefícios da administração de armazenamento centralizada a partir de um único console.

Embora os dados estejam concentrados para acesso apenas por meio de um único servidor, esse pode se tornar altamente disponível, garantindo a utilização dos dados. A desvantagem em potencial dessa solução surge quando vários servidores exigem o acesso compartilhado aos mesmos dados. Assim, podem ser considerados a duplicação dos dados ou outros métodos de Virtualização de armazenamento.

A arquitetura in-band insere o dispositivo de Virtualização na rede de dados entre o host e o array. Esses dispositivos oferecem volume de gerenciamento e outras funcionalidades complementares como movimento de dados e serviço de cópias. Ele faz a substituição dos controladores de storage para os dispositivos que estão sendo virtualizados.

A primeira vantagem dessa abordagem é a simplicidade. Um novo dispositivo próprio pode ser desenvolvido para atuar como um ponto central de gerenciamento para múltiplos sistemas conectados. A recente aparição em larga escala de arrays monolíticos de alta performance em dispositivos in-band de virtualização evidencia essa vantagem.

Em um dado momento, para grandes ambientes, até mesmo a estratégia de escalabilidade pode se provar insuficiente e será necessário desenvolver um novo dispositivo in-band. Cada um desses dispositivos tem responsabilidade de domínios de virtualização separados, resultando na necessidade de gerenciar ilhas independentes de Virtualização. A conseqüência disso pode potencializar e “pesar” nos benefícios originais de redução da complexidade e da simplificação do gerenciamento proporcionados pela Virtualização.

Arquitetura Out-of-Band

A abordagem out-of-band foi desenvolvida para evitar os desafios de performance inerentes à arquitetura in-band, separando o gerenciamento da informação do data flow. Na arquitetura out-band, um pedaço separado do hardware, chamado de servidor de metadado, que contém informação sobre as relações lógicas e físicas da Virtualização do storage, comunica-se com cada servidor. Essa comunicação é dada em uma rede separada independente da Fibre Channel, usada no tráfego de dados.

Como as demandas do host para a Virtualização do storage vão direto para o dispositivo para o qual ele é destinado, a performance fica livre da latência adicional ou de problemas de banda. Ou seja, a abordagem out-of-band é teoricamente mais desejável para aplicações de alta performance. Ela também evita problemas com a integridade do dado, inerente à in-band. As diferentes versões do dado sempre causam problemas para a rede. Mas quando o dado é eficientemente armazenado no array, o host recebe a informação que o trabalho já está completo.

Esse tipo de abordagem out-of-band introduz algum nível de flexibilidade no sistema baseado em host. Há, entretanto, uma abordagem mais refinada do out-of-band para solucionar esse desafio de gerenciamento e flexibilidade. Essa abordagem foi alavancada pelos switches inteligentes de SAN (Storage Area Networks), como uma plataforma para o desenvolvimento da rede baseada na Virtualização do storage.

A abordagem do switch baseado no out-of-band é também mais acessível à estratégia de escalabilidade. A maioria dos processos de entrada e saída é gerenciada diretamente pelo processador no switch inteligente, incrementando a escalabilidade. Podem ser acrescentados, conforme a necessidade, mais processadores. Isso pode ser concluído adicionando outro switch no sistema ou outro processador blade.

Em resumo, teoricamente essa arquitetura é capaz de escalar um grande número de configurações e possui escalabilidade necessária para estender os benefícios da Virtualização do storage a grandes data centers.

Fornecedores aprimoram produtos

A baixa utilização dos sofisticados ambientes de armazenamento de dados, que cresceram nas corporações nos últimos anos, não é uma surpresa nos departamentos de Tecnologia da Informação. Baseados em múltiplas plataformas, de diferentes fornecedores, esses sistemas acabam dando muito trabalho aos gestores, quando gerenciam e planejam as novas necessidades de armazenamento.

Esse problema recorrente tem sido a justificativa de empresas do mundo inteiro para aderirem às novidades sobre Virtualização dos sistemas de armazenamento de dados que chega ao País. Os fornecedores de soluções de Virtualização, como EMC, Hitachi, Storagetek, HP e IBM acreditam que seus produtos precisam ter o objetivo de superar dificuldades de gerenciamento de ambientes heterogêneos de storage e reduzir a escalada de custos.

Não é uma simples questão de marketing. Para os fornecedores, a Virtualização é hoje uma decisão estratégica. Há motivações para isso: o volume de dados está em explosão – segundo analistas, cresce até 400% ao ano com a utilização de novas aplicações nas áreas de comércio eletrônico, gestão da cadeia de fornecedores, mensagens eletrônicas, entre outras. Além disso, muitas empresas investiram excessivamente em múltiplas arquiteturas de storage para suportar essa gama variada de aplicações, acessada em diferentes bases de dados.

É uma exigência dos clientes que a EMC, fabricante norte-americana de sistema de storage, está procurando atender uma plataforma de Virtualização em rede SAN. O sistema integra hardware e software na arquitetura out-of-band, que coloca a inteligência de Virtualização na rede de armazenamento – e não nos dispositivos ou arrays – para eliminar impactos sobre a performance do servidor ou da aplicação.

Ao contrário da EMC, que investiu no out-band, a Hitachi Data Systems investiu na arquitetura in-band para virtualização do ambiente de armazenamento multifornecedor. A filial brasileira tem projetos que combinam hardware e software e trazem a virtualização para a controladora de storage, evitando sobrecarga da rede, servidores ou switches, permitindo acessar os dados em diferentes equipamentos de storage por meio de um único ponto de contato.

A HP incluiu em seu portfólio pelo menos cinco linhas de soluções: Virtualização via software no servidor; interna no disk array, em arquitetura in-band; em rede SAN de alta performance; e por meio de grid computing. Com presença muito forte no segmento high end, a HP investe forte também no segmento das pequenas e médias empresas com a família de sistemas EVA.

É uma solução de disk array virtual que pode atingir capacidades acima de 8 terabytes. O sistema faz a Virtualização dos discos, ou seja, a agregação das informações no storage. Impõe facilidades de criar caminhos de acesso aos dados e favorece o crescimento dinâmico dos volumes armazenados sem prejudicar as aplicações, além de implementar o espelhamento remoto.

No caso da IBM, a linha de Virtualização da empresa não se prendeu às nomenclaturas in-band ou out-of-band. São dois produtos, o SAN File Systems e o SAN Volume Controller, que trabalham em uma camada entre os servidores de aplicação e a SAN, dentro dos conceitos de Virtualização de arquivos e lógica.

Vários sistemas operacionais na mesma máquina

Conhecida como Vanderpool, a tecnologia de Virtualização da Intel permite que um único processador funcione como vários deles, trabalhando em paralelo, de modo a permitir que diversos sistemas operacionais sejam executados ao mesmo tempo em uma mesma máquina. Trata-se dos processadores Pentium 4 – 672 e 662 – com suporte à sua tecnologia de Virtualização (VT).

Com a técnica de Virtualização, um único processador pode funcionar como se fossem vários trabalhando em paralelo. Diferente de multitarefa ou Hyper-Threading, lançada em 2002 pela Intel, pois no primeiro caso, existe um único sistema operacional e vários programas trabalhando em paralelo. Já a tecnologia Hyper-Threading simula dois processadores lógicos em um único processador físico e distribui as tarefas entre eles usando o conceito SMP (multiprocessamento simétrico). Na tecnologia Hyper-Threading os processadores lógicos não podem ser usados de forma separada.

Já na Virtualização, são vários sistemas operacionais trabalhando em paralelo, cada um com diversos programas em execução. Cada sistema operacional roda em um “processador virtual” ou “máquina virtual”. Se um processador tem suporte a ambas as tecnologias, Hyper-Threading e Virtualização, cada processador virtual aparecerá para o sistema operacional como se fossem dois processadores disponíveis no micro para multiprocessamento simétrico.

Existe uma vantagem em implementar essa tecnologia no processador. O processador com tecnologia de Virtualização possui algumas novas instruções para controlar a Virtualização. Com essas instruções, o controle do software (chamado VMM, Virtual Machine Monitor) pode ser mais simples, o que resulta em um melhor desempenho se comparado a soluções baseadas apenas em software.

A tecnologia de Virtualização da Intel necessita de um computador com um único processador, chipset, BIOS, Virtual Machine Monitor (VMM) e em alguns casos, software de plataforma habilitado para ela. Funcionalidades, desempenho e outros benefícios irão variar de acordo com as configurações de hardware e software.