FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI DE DESENVOLVIMENTO
GERENCIAL - FATESG
CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM REDE DE
COMPUTADORES
Diogo Ezídio da Silva
Gilberto Lima de Oliveira
Leandro de Sousa Rangel
Lucas Timm Florão
VIRTUALIZAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA AMBIENTE DE
SERVIDORES
Goiânia
2008
Diogo Ezídio da Silva
Gilberto Lima de Oliveira
Leandro de Sousa Rangel
Lucas Timm Florão
VIRTUALIZAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA AMBIENTE DE
SERVIDORES
Trabalho de Conclusão de Curso – TCC
apresentado á Faculdade de Tecnologia
SENAI DE Desenvolvimento Gerencial –
FATESG, para a obtenção do título de
Graduado em Tecnologia em Redes de
Computadores.
Orientador: Prof. Msc. Mauricio Severich
Goiânia
2008
CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM REDE DE COMPUTADORES
Diogo Ezídio da Silva
Gilberto Lima de Olivera
Leandro de Sousa Rangel
Lucas Timm Florão
Virtualização como alternativa para ambiente de servidores
Trabalho de Conclusão de Curso – TCC apresentado á Faculdade de Tecnologia
SENAI DE Desenvolvimento Gerencial – FATESG, para a obtenção do título de
Graduado em Tecnologia em Redes de Computadores.
Aprovada em _______ de _____________________________ de 2008
Banca Examinadora
Professor Msc. Maurício Severich
Professor Msc. Rafael Leal Martins
Professora Msc. Ana Flávia Marinho de Lima Garrati
Dedicamos este trabalho de conclusão de curso a todos os
nossos familiares que nos apoiaram, à FATESG por ter acreditado
no Curso Superior em Tecnologia em Rede de Computadores e
ao orientador, Professor que, com dedicação e conhecimento,
orientou-nos no decorrer deste trabalho.
Agradecemos, primeiramente a DEUS, que nos deu saúde e
disposição nestes anos, aos colegas que contribuíram e
incentivaram para realização desse trabalho e também aos
professores que com sabedoria nos acompanharam nesses anos em
que decorreu o curso e, em especial ao nosso orientador que nos
acompanhou em todas as etapas desse trabalho. Também aos
amigos e a família pela compreensão de nossa ausência para a
elaboração do mesmo.
“Uma mente que se abre a uma nova idéia
jamais volta ao seu tamanho original”.
(Albert Einstein)
RESUMO
Este trabalho apresenta uma visão geral da virtualização para uso em servidores. A
virtualização perante a tecnologia da informação consiste em utilizar um único host
físico para a criação de dois ou mais sistemas operacionais que funcionam
simultaneamente. Neste documento, a virtualização foi utilizada para criação de um
ambiente computacional de servidores comparando três softwares utilizados para tal
finalidade: O Xen, Vmware Server e Linux KVM. Testes foram realizados visando
obter resultados práticos da virtualização de servidores como forma de diminuir
custos em TI através do melhor aproveitamento de hardware, bem como o
detalhamento de informações sobre esta tecnologia que se torna a cada dia mais
presente no cenário de TI das grandes empresas.
PALAVRAS-CHAVE: Virtualização, Xen, VMware, Linux
ABSTRACT
This paper shows a general visualization of virtualization for servers’ use. The
virtualization at the Information Technology scene is consisted in the use from a
single physichal host to install and creation of two or more operational systems that
runs simultaneously. In this document, the virtualization was used to simulate a
server data-center comparing three softwares commonly used to this end: Xen,
VMware Server and Linux KVM. Tests was ran to take practical results of server
virtualization, as a way to reduce IT coasts and to get a better hardware utilization,
also the technical information about this technology, which everyday becomes more
and more present on the IT scene of big employments.
KEY-WORDS: Virtualization, Xen, Vmware, Linux
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Emulação de Hardware..............................................................................22
Figura 2: Virtualização Completa ..............................................................................23
Figura 3: Hypervisor ..................................................................................................24
Figura 4: Instruction Set Virtualization.......................................................................25
Figura 5: Linux KVM..................................................................................................31
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Comparativo de Processos......................................................................41
Gráfico 2 - Operações com Inteiros...........................................................................42
Gráfico 3 - Operações com Floats.............................................................................43
Gráfico 4 - Operações com Doubles .........................................................................44
Gráfico 5 - Context Switching ....................................................................................45
Gráfico 6 - Latência de Comunicação Local..............................................................46
Gráfico 7 - Latência de Sistema de Arquivos ............................................................47
Gráfico 8 - Largura de Banda para Comunicação Local ...........................................48
Gráfico 9 - Comparativo de Latência de memória .....................................................49
Gráfico 10 - Média de Latência de Memória..............................................................50
Gráfico 11 - Transferência de Arquivos em NFS.......................................................52
Gráfico 12 - Codificação de vídeo .............................................................................53
Gráfico 13 - Connection Times para 100 requisições por rajada...............................55
Gráfico 14 - Porcentagem de Requisições por Tempo..............................................56
Gráfico 15 - Connection Times para 200 requisições por rajada...............................58
Gráfico 16 - Porcentagem de Requisições por Tempo..............................................59
LISTA DE ABREVIATURAS SIGLAS E SÍMBOLOS
AMD - Advanced Micro Devices
ARM – Advanced Risc Machine
BARE METAL – Software instalado diretamente em hardware
BSD – Berkeley Software Distribution
CPU – Central Processing Unit
CTSS - Compatible Time-Share System
DMA – Direct Memmory Access
DOUBLE – Número de tamanho duplo
FLOAT – Número fracionado (com ponto flutuante)
HCL - Hardware Compatible List - Lista de Hardware Compatível
I/O – Input/Output
IDC – International Data Corporation
INTEGER – Número inteiro
Intel VT – Intel Virtualization Technology
KVM – Kernel-based Virtual Machine
MIPS – Microprocessor without interlocked pipeline stages
MIT – Massachusetts institute of Technology
MRTG – Multi-Router Traffic Grapher
NFS – Network File System
PAE – Phisical Addressing Extentions
POWER – Power Optimization Enhanced Risc
PowerPC - Power Optimization With Enhanced RISC - Performance Computing
Pseudo-Hardware – Hardware visualizado pela máquina virtual.
QEMU-DM – QEMU Device-Manager
SCSI - Small Computer Systems Interface - Interface para Sistemas de Pequenos
Computadores
SMB – Service Message Blocks
SMP - Symmetric multiprocessing - Multi Processamento Simétrico.
SNMP – Simpe Network Manage Ment Protocol
SPARC – Scalable Processor Architecture
USB - Universal Serial Bus
VMM – Virtual Machine Monitor
Vmotion – Migração viva
VT - Intel Virtualization Technology – Tecnologia de Virtualização Intel
SUMÁRIO
SUMÁRIO .................................................................................................................12
1 INTRODUÇÃO......................................................................................................15
1.1 OBJETIVO..........................................................................................................16
2 METODOLOGIA...................................................................................................17
2.1 DETALHAMENTO TEÓRICO.............................................................................17
2.2 AMBIENTE DE TESTES REALIZADOS.............................................................17
3 VIRTUALIZAÇÃO.................................................................................................18
3.1 A ORIGEM DA VIRTUALIZAÇÃO ......................................................................18
3.1.1 Visão Histórica da Virtualização ..................................................................18
3.1.2 A Virtualização na Plataforma X86...............................................................19
3.2 A IMPORTÂNCIA DA VIRTUALIZAÇÃO ............................................................20
3.3 TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO .............................................................................21
3.3.1 A Emulação de Hardware .............................................................................21
3.3.2 A Virtualização Completa .............................................................................22
3.3.3 A Paravirtualização .......................................................................................24
3.3.4 Instruction Set Virtualization – Virtualização de Instruções .....................25
4 IMPLEMENTAÇÕES PARA VIRTUALIZAÇÃO ...................................................27
4.1 QEMU.................................................................................................................27
4.2 XEN ....................................................................................................................28
4.2.1 Sistemas Operacionais Suportados ............................................................29
4.2.2 Hardware requerido ......................................................................................30
4.3 LINUX KVM ........................................................................................................30
4.3.1 Componentes do KVM ..................................................................................32
4.3.2 Gerenciamento ..............................................................................................32
4.4 VMWARE SERVER............................................................................................33
4.4.1 Novos recursos no VMware Server 2 ..........................................................33
4.5 VMWARE ESX SERVER....................................................................................34
4.5.1 VMware ESXi .................................................................................................35
4.6 VMWARE WORKSTATION................................................................................35
4.7 SUN XVM, ..........................................................................................................35
4.7.1 Suporte a guests ...........................................................................................36
4.8 QUADRO COMPARATIVO DAS FERRAMENTAS ............................................36
5 EXPERIMENTOS E RESULTADOS.....................................................................38
5.1.1 Descrição do Ambiente ................................................................................38
5.1.2 Análise de Desempenho...............................................................................38
5.2 LMBENCH ..........................................................................................................39
5.2.1 Manipulação de Processos ..........................................................................40
5.2.2 Operações com Números Inteiros ...............................................................41
5.2.3 Operações com Números fracionários (Floats) .........................................42
5.2.4 Operações com Números Dobrados (Double)............................................44
5.2.5 Context Switching – Troca de Contexto......................................................45
5.2.6 Latência para Comunicação Local ..............................................................46
5.2.7 Latência de sistema de arquivos .................................................................46
5.2.8 Largura de banda para comunicação local.................................................47
5.2.9 Latência de Memória.....................................................................................48
5.2.10 Média de Latência de Memória ....................................................................49
5.3 TRANSFERÊNCIA DE ARQUIVOS ...................................................................50
5.3.1 SMB ................................................................................................................51
5.3.2 NFS .................................................................................................................51
5.4 CODIFICAÇÃO DE VÍDEO.................................................................................52
5.5 BENCHMARK DE SERVIDOR WEB..................................................................53
5.5.1 100 requisições por rajada ...........................................................................54
5.5.2 200 requisições por rajada ...........................................................................57
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS..................................................................................60
6.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS.....................................................................61
6.2 LIMITAÇÕES......................................................................................................62
6.3 EXPERIMENTOS FUTUROS.............................................................................62
6.4 CONCLUSÕES ..................................................................................................63
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................64
ANEXO A: ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO PARA INSTALAÇÃO COM XEN .....66
ANEXO B: ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO APÓS A INSTALAÇÃO COM XEN..67
ANEXO C: CRIAÇÃO DE MÁQUINA VIRTUAL COM KVM ....................................68
ANEXO D: REDE BRIDGE DO QEMU-KVM............................................................69
ANEXO E: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO KVM ....................................70
ANEXO F: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO XEN.....................................72
ANEXO G: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO VMWARE SERVER............74
ANEXO H: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO KVM........76
ANEXO I: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO XEN..........77
ANEXO J: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO VMWARE 78
ANEXO K: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO KVM..............................................79
ANEXO L: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO XEN...............................................81
ANEXO M: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO VMWARE SERVER .....................83
ANEXO N: SAÍDA DE EXECUÇÃO DAS CÓPIAS DE ARQUIVO POR NFS..........85
15
1
INTRODUÇÃO
Através de uma definição livre, virtualização é o processo de executar
vários sistemas operacionais em um único equipamento. Uma máquina virtual é um
ambiente operacional completo que se comporta como se fosse um computador
independente. Com a virtualização, um servidor pode manter vários sistemas
operacionais em uso.
Segundo GOLDEN & SCHEFFY (2008), a criação de um ambiente data
center demanda recursos, que devem ser bem direcionados. A cada servidor
adquirido é necessária a adequação do espaço físico, verificação do circuito elétrico
de alimentação e recabeamento nos ativos de rede, assim como a avaliação do
custo do equipamento com gasto de energia e manutenção por toda a sua vida útil.
Porém, uma vez estabelecido um ambiente de servidores, as circunstâncias podem
levar a necessidade de ampliação do mesmo, o que pode gerar transtornos caso
não sejam analisados os itens acima.
Através da virtualização, esta ampliação pode ser obtida sem a
necessidade real da aquisição de novo equipamento em hardware. Como
conseqüência, haveria a possibilidade de colocar vários servidores virtuais em
operação na mesma máquina física, usando os recursos de hardware de forma
otimizada e equilibrada. Assim, pode-se economizar gastos com energia,
refrigeração e espaço físico.
Atualmente, muitos data centers possuem servidores que utilizam apenas
10 ou 15% da capacidade total de processamento. Em outras palavras, 85
ou mais de 90% de toda a capacidade de cada servidor está em desuso.
Entretanto, ainda que um servidor esteja com baixa utilização de recursos,
ele continua ocupando espaço físico e desperdiçando energia elétrica,
gerando os mesmos custos operacionais que os de uma máquina com
100% de utilização em tempo total. (GOLDEN & SCHEFFY, 2008, p. 3)
A primeira e mais óbvia vantagem da virtualização é a redução de custos.
Com apenas uma máquina que possua os recursos suficientes é possível
montar uma estrutura com vários servidores virtuais, dispensando a
aquisição de várias máquinas. Operacionalmente também há vantagens,
pois a administração se torna centralizada e o tempo total de manutenção é
inevitavelmente reduzido. (SIQUEIRA, 2007, p. 4)
16
O pensamento de GOLDEN & SCHEFFY (2008) assinala também estar de
acordo com a proposição de SIQUEIRA (2007), quando cita que além de uma
grande conquista na redução de custos em data centers, a virtualização oferece a
oportunidade de reduzir largamente o custo com a administração dos sistemas, pois
reduzirá a quantidade de equipamentos físicos que necessitam de administração.
Várias tarefas associadas a administração dos servidores (como a instalação de
sistemas operacionais, aplicação de patches e a realização de backups) continuarão
existindo em ambientes virtualizados, mas poderão desaparecer nos servidores
físicos.
A virtualização proporciona novos recursos não convencionais, como a
migração em tempo real, que permite que um sistema virtualizado mude seu host
hospedeiro sem comprometer a produção, recurso imprescindível para ambientes
críticos com requerimento de alta disponibilidade.
1.1
OBJETIVO
A realização deste trabalho tem como objetivo principal explorar a
virtualização de servidores como forma de obter melhor aproveitamento de
hardware, comparando três softwares para tal finalidade: VMware Server, Xen
Hypervisor e Linux KVM.
17
2
METODOLOGIA
A construção do trabalho ocorreu através do levantamento bibliográfico a
respeito da origem, histórico e tipos existentes de virtualização, e de vários
softwares utilizados com essa finalidade.
Destes softwares, foram escolhidos três para experimentação e avaliação
de desempenho. Eles foram testados individualmente em cada modalidade.
Assim, a construção do trabalho foi feita em duas etapas principais,
descritas abaixo:
2.1
DETALHAMENTO TEÓRICO
Foram identificados conceitos teóricos sobre o assunto, bem como o
histórico
da
virtualização
desde
sua primeira
utilização.
Promoveu-se
os
levantamentos de informações técnicas sobre alguns tipos de virtualização, alguns
softwares utilizados atualmente para virtualizar e o comparativo de suas vantagens e
desvantagens.
2.2
AMBIENTE DE TESTES REALIZADOS
Os experimentos foram realizados em um ambiente de produção, para o
qual foram criadas máquinas virtuais utilizando os softwares VMware Server, Xen
Hypervisor e Linux KVM, nas quais serão executados testes com diferentes tipos de
cargas
simulando o uso prático das mesmas. Mais detalhes sobre o ambiente,
consulte o item 5.1.1 Descrição do Ambiente.
18
3
3.1
VIRTUALIZAÇÃO
A ORIGEM DA VIRTUALIZAÇÃO
O grande foco da virtualização, atualmente, é a chamada “virtualização de
servidores”, ou a hospedagem de múltiplos e independentes sistemas operacionais
em um único computador físico. Esta seção discorre sobre as raízes deste
procedimento.
3.1.1 Visão Histórica da Virtualização
O conceito de virtualização é antigo: Data os anos 60, com o uso mais
precoce realizado no antigo IBM 7044 CTSS (Compatible Time-Share System –
Sistema Compatível com Compartilhamento de Tempo); Segundo JONES (2006)
este equipamento foi denominado "Projeto Atlas", oriundo de um estudo realizado
em conjunto com o MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto de
Tecnologia do Massachusetts), a Ferranti Ltd. e a University of Manchester
(universidade de Manchester), no qual foi utilizado um mainframe IBM 704 M44/44X
com implementação de chamadas supervisoras.
O sistema operacional deste mainframe (na época chamado "Supervisor")
executava duas máquinas virtuais, uma para o sistema e uma para execução de
programas, servindo de base para outros computadores que viriam após ele.
Assim, com base nesta tecnologia, em 1966 foi lançado o mainframe IBM
System/360 modelo 67, onde o hardware do equipamento era inteiramente
acessado através de uma interface chamada VMM (Virtual Machine Monitor). O
VMM funcionava diretamente no hardware básico do equipamento, permitindo então
a execução de máquinas virtuais. Cada máquina virtual poderia ser uma nova
instância do mesmo sistema operacional base em prévia execução.
19
Com essa funcionalidade, o antigo termo "Supervisor" foi então
denominado "Hypervisor". Ou seja, um software que provê ambiente de virtualização
para o sistema operacional rodando acima dele.
No início da década de 70, a IBM anunciou a série de mainframes
System/370, e em 1972 anunciou o sistema operacional VM/370, que permitia a
criação de múltiplas máquinas virtuais para os mainframes desta série. O VM/370 foi
atualizado em conjunto com toda a linha de mainframes da IBM, e hoje é conhecido
como IBM z/VM, um dos sistemas operacionais para os mainframes da série
System/Z, e mantém compatibilidade total com os aplicativos desenvolvidos ainda
para o System/370.
3.1.2 A Virtualização na Plataforma X86
Segundo a VMware Inc. (2008), a virtualização perdeu forças nas décadas de
80/90 devido a criação de novas aplicações cliente/servidor e do declínio da
plataforma mainframe. Devido ao alto custo inicial de um mainframe, empresas
passaram a adquirir servidores de plataforma x86 de acordo com a demanda que
precisavam.
A larga ascensão da plataforma Linux nos servidores, assim como a adoção
do sistema operacional Windows em desktops e posteriormente em alguns
servidores nos anos 90, acabaram por consolidar a plataforma x86 como
1
alternativa viável para uso na virtualização. (VMware Inc. 2008)
Os mainframes tinham grande capacidade de processamento, o que não
existia no início da ascensão da plataforma x86. Os servidores x86 também não
eram projetados com foco em virtualização, como os mainframes foram nas décadas
passadas (e são até os dias atuais). Assim, de acordo com a IDC (International Data
Corporation, [1999?] apud VMware Inc, 2008) em cada implementação de algum
servidor x86 típico, o teto de uso das CPUs acaba entre 10 a 15% da capacidade
total deste servidor. Isso acontecia porque, para cada servidor x86, geralmente
1
Conteúdo disponível no endereço http://www.vmware.com/overview/history.html
20
utilizava-se uma única determinada aplicação, visando garantir boa margem de risco
contra problemas que possam comprometer a produção.
Segundo GOLDEN & SCHEFFY (2008), a virtualização quebra o molde
“uma aplicação, um servidor”, pois veio para suportar várias aplicações em um só
sistema físico. Então, em 1999, a VMware Inc. introduziu a virtualização na
plataforma x86 como uma maneira mais eficiente para utilizar o equipamento desta
plataforma, aproveitando servidores x86 de propósito geral para prover uma
estrutura compartilhada de hardware oferecendo isolamento completo, mobilidade e
liberdade de escolha para sistemas operacionais em ambientes de servidores.
3.2
A IMPORTÂNCIA DA VIRTUALIZAÇÃO
De uma perspectiva empresarial, existem muitas razões para utilizar a
virtualização, principalmente na chamada “Consolidação de Servidores”. Ao
virtualizar determinado número de sistemas sub-utilizados em um único servidor
físico, você economizará espaço em estrutura física, espaço em disco, refrigeração,
energia e centralizará o gerenciamento.
Para determinar quais servidores podem ou não ser virtualizados, deve-se
fazer uma avaliação de recursos utilizando-se de ferramentas como MRTG2 ou
Cacti3 (ambos utilizam SNMP4) para monitorar a performance e o uso de recursos
em cada servidor. Uma vez virtualizado, deve ser feito um acompanhamento,
verificando se o novo servidor físico também ficará sobrecarregado, é possível
migrar determinado servidor virtual para outro servidor físico com o mesmo em
produção – sem necessidade de reboot. Assim, pode ser feito o balanceamento de
carga entre vários servidores físicos hospedeiros sem afetar o funcionamento das
máquinas virtuais.
2
MRTG: Multi-Router Traffic Grapher. Software utilizado para gerar gráficos de determinados
equipamentos.
3
CACTI: Software utilizado para geração de gráfico e monitoramento de equipametnos.
4
SNMP: Simple Network Management Protocol, Protocolo Simples para Gerenciamento de Redes.
Protocolo utilizado para obter informações de dispositivos que o suportem para utilização por outras
aplicações.
21
A virtualização também é importante ao analisarmos a redundância em
data centers, item importantíssimo em ambientes 24 x 7 (24 horas por dia, sete dias
da semana). Com a migração em tempo real, uma vez identificada a possibilidade
de falha de determinada máquina física hospedeira (quebra de espelhamento, fonte
queimando, memória despejando etc), bastaria migrar as máquinas virtuais para
outros servidores físicos. Porém, se acontecer alguma falha não esperada em algum
servidor hospedeiro, todas as máquinas virtuais daquele equipamento podem ser
afetadas. Exemplo, se todas as fontes de um servidor queimarem ao mesmo tempo,
todas as máquinas virtuais dele desligarão. Ou, se acontecer alguma falha nos
discos do servidor – ou na storage de armazenamento -, todas máquinas virtuais
poderão ser corrompidas.
3.3
TIPOS DE VIRTUALIZAÇÃO
A virtualização é um conceito amplo e existem vários usos e categorias
para efetuá-la. As principais maneiras serão abordadas nesta seção.
3.3.1 A Emulação de Hardware
Segundo JONES (2006), a emulação de hardware é atualmente a forma
mais complexa de virtualização. Devido a sua complexidade, gera grandes
overheads5, prejudicando o desempenho do sistema operacional guest6. Nesse
método, todo o hardware de uma máquina virtual é criado via software no sistema
hospedeiro para emular o hardware proposto, conforme exibido na Figura 1. Ou
seja, até o processador da máquina virtual precisa ser criado via software, o que é
feito geralmente feito em assembly.
5
6
Overhead: Diferença de performance gerando latência no sistema operacional guest
Guest: Sistema operacional convidado.
22
Figura 1: Emulação de Hardware
Segundo GOLDEN & SCHEFFY (2008), a complexidade da técnica fere o
desempenho do guest. E, segundo JONES (2006), para emulações de altafidelidade, incluindo transições de informação entre registradores para memória
cache e criação de pipelines na CPU, a performance pode ser, facilmente, 1000
vezes menor.
Mas, a emulação de hardware também tem vantagens, Por exemplo,
usando emulação de hardware, é possível rodar um sistema operacional guest sem
qualquer modificação ou adaptação.
3.3.2 A Virtualização Completa
A virtualização completa, também conhecida como "virtualização nativa", é
outro método utilizado para virtualização. JONES (2006) cita que esse modelo usa
uma máquina virtual através da mediação entre o sistema operacional hospedeiro
(host) e o guest conforme mostrado na Figura 2. A palavra "mediação" é utilizada,
pois o VMM faz a troca entre o sistema operacional virtualizado e o hardware do
equipamento.
23
Figura 2: Virtualização Completa
Segundo JONES (2006), a virtualização completa é mais rápida que a
emulação de hardware, mas a performance também é menor do que a do mesmo
sistema operacional rodando nativamente. A grande vantagem da virtualização
completa é que o sistema operacional pode rodar sem modificações. A desvantagem
é que a máquina guest não pode rodar em host de arquitetura diferente.
Segundo à VMware Inc. (2008), um grande obstáculo para a virtualização
completa foi o fato de que, 17 instruções específicas dos processadores da
plataforma x86 geravam erros quando essa camada de interpretação era criada, o
que fazia o sistema operacional guest gerar erros críticos durante sua execução.
Esses erros variavam desde informações no sistema operacional até a finalização
inesperada da aplicação.
Assim, essas 17 instruções foram apontados pela mesma empresa como
um importante marco para a criação do primeiro ambiente de virtualização completa
da plataforma x86, o VMware Workstation em sua primeira versão, lançado em
1999.
24
3.3.3 A Paravirtualização
A paravirtualização é uma técnica que tem poucas semelhanças com a
virtualização completa. Esse método usa o hypervisor para acesso compartilhado ao
hardware do equipamento, e também integra códigos de virtualização dentro do
sistema operacional nativo, agregando nele as funções de gerenciamento do
hypervisor, como exibido na Figura 3.
GOLDEN & SCHEFFY (2008) cita que através da paravirtualização, o
hypervisor é criado como uma camada abaixo do sistema operacional, que por sua
vez, multiplexa o acesso dos guests ao hardware do equipamento. Assim, o próprio
sistema operacional nativo (e, neste caso, de gerenciamento) é transformado em
máquina virtual.
Figura 3: Hypervisor
Segundo SIQUEIRA (2007), este modelo como hypervisor obtém
preferência para os ambientes virtualizados, pois, os hóspedes sabem perfeitamente
25
que rodam em um ambiente virtual. Para isso, os guests precisam ser corrigidos, o
que só é possível de conseguir em sistemas de código aberto7.
Uma vez que os sistemas operacionais sejam adaptados, a interação
entre as máquinas virtuais e a máquina física é otimizada, o que aumenta o
desempenho. Porém, a grande desvantagem deste modelo continua sendo a
dependência da alteração do sistema operacional de gerenciamento e dos guests,
para que possam interagir com o hypervisor ao invés do hardware físico.
3.3.4 Instruction Set Virtualization – Virtualização de Instruções
Outro aspecto mais recente da virtualização é chamado Instruction Set
Virtualization (Virtualização de Instruções). Neste modelo, segundo JONES (2006),
um conjunto de instruções virtuais é traduzido para uma instrução física destinada à
camada de hardware do equipamento. Assim, com o código original sendo
executado dentro de uma máquina virtual, a tradução ocorre do primeiro (set de
instruções) para um segundo seguimento de código, efetuando a mediação entre a
aplicação e o sistema operacional conforme exibido na Figura 4.
Figura 4: Instruction Set Virtualization
Um exemplo recente deste modelo é utilizado no processador Crusoe, da
Transmeta. A arquitetura implementa tradução de binários com o nome Code
7
Código Aberto: Programas que possuem o código de fonte disponível para verificação e/ou estudo.
26
Morphing. O mesmo processo também é utilizado para execução de binários de
diferentes arquiteturas em um sistema operacional de outra plataforma, como por
exemplo, para rodar binários de um sistema Linux plataforma PowerPC em um Linux
plataforma x86 com o software “nspluginwrapper”.
27
4
IMPLEMENTAÇÕES PARA VIRTUALIZAÇÃO
Foram analisados os aspectos relevantes de vários softwares utilizados
para virtualização.
Os softwares descritos a seguir, foram escolhidos por serem largamente
utilizados na virtualização para desktop (com usuários que desejam testar outros
sistemas operacionais e simularem ambientes) e também para virtualização de
servidores. Eles pertencem a distintas categorias, conforme está descrito a seguir:
4.1
QEMU
O QEmu é dos virtualizadores mais complexos hoje existentes, mas que
suporta várias maneiras de execução. Por padrão, é um emulador de hardware (e
sofre com a baixa performance), mas também suporta emulação de processadores
de outras arquiteturas, como ARM, MIPS, Sparc e PowerPC. Em modo de emulação
de um computador x86, o QEMU disponibiliza os seguintes componentes de
hardware:
- Chipset Intel i440FX/PIIX3
- Placa de vídeo Cirrus 446 PCI
- Teclado e mouse PS/2
- 2 PCI IDEs com suporte a CD-Rom
- Disquete 3 ½ polegadas
- Porta serial
- Placa de som Creative SoundBlaster 16, ENSONIQ AudioPCI ES1370
Yamaha YM3812.
- Suporte a USB.
Ele também pode ser apenas um emulador de binários, e nesse modelo é
chamado “User Mode Emulation”. Dessa forma, ele pode permitir que um binário
28
compilado para Linux em plataforma x86 rode em plataforma PowerPC, por
exemplo. Outras funcionalidades são agregadas a ele com o módulo KQEMU, que
garante maior aceleração ao host em execução quando este é um x86.
4.2
XEN
O Xen é um hypervisor que trabalha tanto em modo de paravirtualização
como em modo de virtualização completa. Está localizado abaixo do sistema
operacional. Ele permite que os recursos de hardware de uma máquina sejam
dinamicamente distribuídos entre as máquinas virtuais. E nele, as máquinas virtuais
são denominadas Domains.8 O próprio sistema operacional nativo (que é utilizado
para gerenciamento) é referenciado como um Domain.
Ao
contrário
do
VMware
Workstation/Server,
em
modo
de
paravirtualização, ele não tenta virtualizar completamente as chamadas do sistema
operacional guest para a camada de hardware. Assim, partes do sistema
operacional guest são modificadas para trabalharem em interação direta com ele, ao
invés do hardware nativo do equipamento, conforme descrito em Xen Interfaces’
Manual.
Por isso, o Xen em modo paravirtualizado não disponibiliza pseudo9
hardware para a máquina virtual. Nada é exibido nos comandos lspci e lsusb; No
comando dmesg, os dispositivos xenblk, xen_mem e xenfb apenas indicam que o
kernel foi preparado para integração direta com o hypervisor.
Quando utilizada a virtualização completa no Xen, o hardware encontrado
na máquina virtual é criado através da modificação do software QEMU, e o hardware
disponibilizado para o sistema operacional guest é o mesmo exibido por este, exceto
o processador.
8
9
Domains: Nomenclatura adotada no Xen para denominar suas máquinas virtuais.
Pseudo-Hardware: Hardware visualizado pela máquina virtual.
29
Em ambos os casos, o pseudo-hardware exportado para as máquinas
virtuais (CPU, memória, rede e dispositivos de bloco) é gerado através de uma
interface de controle utilizada para gerenciamento no Xen. Assim, para a abstração
de hardware das máquinas virtuais (nos dois modos), fica em constante execução o
daemon xend na máquina de gerenciamento.
O acesso a essa interface de controle é restrito: Ela pode ser acessada
por uma única máquina virtual privilegiada, conhecida como Domain 0 (Domínio 0).
As operações como a criação de um novo domínio, desligamento e até migração de
um domínio em execução para outro host físico, são disparadas diretamente pelo
Domain 0 (máquina de gerenciamento) para o hypervisor através do comando xm,
que executa a solicitação.
O Domain 0 é criado automaticamente quando o sistema executa o boot10.
Durante isso, o Xen agrega os privilégios de gerenciamento para este domínio, de
modo que ele possa interagir diretamente com o hypervisor executando, também, as
tais tarefas administrativas.
4.2.1 Sistemas Operacionais Suportados
Segundo o Manual do Usuário do Xen a paravirtualização permite uma
performance excelente durante o processo de virtualização, uma vez que a
arquitetura x86 só recebeu aperfeiçoamentos (instruções específicas) para tal uso a
partir de 2006. Então, para executar um domínio em modo de paravirtualização, é
necessário que o sistema operacional seja portado para o Xen. Atualmente, os
sistemas operacionais portados para o Xen são o Linux, NetBSD e o Solaris. Esses
sistemas podem ser executados no Xen em modo paravirtualizado.
Para utilizar virtualização completa no Xen, é necessário o suporte para
virtualização via hardware. Esse suporte é garantido pelas instruções VT nos
processadores Intel e SVM nos processadores da AMD. Existindo essas extensões,
10
Boot: Processo de inicialização do sistema.
30
é possível que o Xen crie Domains sem necessidade alguma de modificação do
sistema operacional, podendo assim ser instalado qualquer outro guest.
4.2.2 Hardware requerido
Atualmente, o Xen roda nos computadores da plataforma x86, sendo
necessário algum processador P6 (de sexta geração), como um Pentium Pro,
Celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Xeon, AMD Athlon (Duron), Athlon 64 e
Opteron. Multi-processamento é suportado, e existem portes em andamento para as
plataformas Intel IA64 (processador Itanium) e Power (processadores PowerPC e
POWER).
O Xen, por padrão, suporta até de 4GB de memória RAM em modo de
execução 32 bits. Como é uma quantidade pequena para os servidores nos dias
atuais, existe o suporte para as extensões PAE11, da Intel, que permite que sistemas
operacionais x86 de 32bits possam endereçar até 64GB de memória Ram. O Xen
3.0 também suporta as arquiteturas x86/64 bits.
4.3
LINUX KVM
Segundo a Qumranet Inc, desenvolvedora do KVM, adicionando a
capacidade de virtualização no kernel Linux, é possível aproveitar todo o código já
escrito do para a criação de um ambiente de virtualização completo nativo. Integrado
ao kernel, o KVM automaticamente suporta todos os dispositivos de hardware que
funcionam com Linux.
Com o VMM integrado ao kernel, e não abaixo dele (exemplo do Xen),
cada máquina virtual é um processo normal no sistema operacional, acessada
11
PAE: Phisical Addressing Extensions. Extensões de Endereçamento Físico.
31
através do módulo KVM, módulo este que executará o papel de hypervisor, como
exibido na figura 5.
Figura 5: Linux KVM
Um processo normal, rodando em Linux, possui dois modos de execução:
Kernel Mode (modo kernel) e User Mode (modo usuário). Porém, por uma máquina
virtual precisar de mais prioridade do que um processo normal, e por ser, também,
bem mais complexa que um aplicativo comum, é adicionado um terceiro modo de
execução: O guest mode (modo Convidado).
Na terminologia KVM, os guests são máquinas virtuais comuns, e o
privileged-guest é a máquina destinada ao gerenciamento, equivalente ao Dom0 do
Xen.
Uma das vantagens ao modelo com um hypervisor tradicional é que o
KVM é um sistema enxuto e minimalista. Sua programação consiste em apenas
alguns milhares de linhas de código. E, como módulo do kernel, é possível
manipulá-lo em tempo de execução, como se fosse um dispositivo qualquer. Seus
guests tem acesso a todo sistema de memória através de chamadas de hardware ou
32
mesmo de DMA12 (DMA: Direct Memmory Access - Acesso direto a memória). E, o
acesso dos guests ao resto do hardware é ilimitado.
Assim como o Xen, o KVM também utiliza o QEMU para promover a
abstração de hardware na máquina virtual. Assim, exceto o processador, o hardware
simulado é o mesmo do QEmu
4.3.1 Componentes do KVM
Os dois componentes principais do KVM são explicados abaixo:
- Um driver de dispositivos para gerenciamento do hardware virtualizador.
Este driver trabalha utilizando o dispositivo /dev/kvm.
- Um componente no user-space para emulação do hardware de um PC
comum. Para isso, é utilizada uma versão modificada do QEMU.
O QEmu modificado roda como processo no sistema, e cria uma camada
de hardware para a máquina virtual, mapeando a memória física e as chamadas do
kernel (especificamente do módulo KVM) para a execução do guest. O I/O das
máquinas virtuais é diretamente derivado do QEMU, onde existe o suporte a todos
os tipos de imagem de disco que o mesmo oferece.
4.3.2 Gerenciamento
A partir do ponto que uma máquina virtual é simplesmente um processo,
todas as ferramentas de gerenciamento de processo do sistema Linux são
reaproveitadas. É possível pausar, desligar e restaurar uma máquina virtual
diretamente com o comando kill (ou usando os atalhos de teclado, como CTRL + C e
12
DMA: Direct Memmory Access - Acesso direto a memória. Provê acesso a memória sem a
necessidade de interrupção da CPU.
33
CTRL + Z), assim como é possível verificar a alocação de recursos com o comando
top.
4.4
VMWARE SERVER
Segundo o VMware Server Product Datasheet, o mesmo é instalado como
aplicação no topo de um sistema operacional host, seja ele Windows ou Linux, e cria
um hypervisor que traduz as chamadas do sistema guest para o host. Os recursos
de um mesmo servidor físico são tratados e distribuídos uniformemente entre todas
as máquinas virtuais.
O pseudo-hardware virtual criado pelo VMware para abstração dos guests
constituído dos seguintes ítens:
- Placa de rede AMD PCnet32 Accelerated
- Placa de som Ensoniq ES1371 WDM
- Controladora SCSI a escolher (LSI Logic ou BusLogic)
- Chipset Intel 430VX
O VMware também instala drivers adicionais no sistema operacional guest
e host para otimizar o acesso dos recursos nas máquinas físicas e virtuais. Na
máquina guest, esses drivers são conhecido como VMware Tools, e conclui a
instalação dos dispositivos faltantes (driver de vídeo, por exemplo).
4.4.1 Novos recursos no VMware Server 2
Com o VMware Server 2, novos recursos foram adicionados; Ele oferece
suporte aos sistemas operacionais Windows Server 2008, Windows Vista, RedHat
Enterprise Linux 5 e Ubuntu 8.04. Foi acrescentado o suporte aos sistemas
operacionais 64 bits (caso o hardware seja 64 bits) para Linux de mesma
arquitetura.
34
Foi incluída, também, uma nova interface web para gerenciamento das
máquinas virtuais. E este serviço de virtualização, oferecido pelo VMware Server,
também pode ser acessado através do software VMware Virtual Infrastructure Client,
que unifica o acesso a plataformas de virtualização da mesma empresa.
O VMware Server também oferece recursos para que as máquinas virtuais
possam ter até 8GB de memória RAM, 10 interfaces de rede virtuais, USB 2.0 e
duas opções de discos SCSI.
4.5
VMWARE ESX SERVER
Segundo o VMware ESX 3.5 Product Datasheet, o VMware ESX Server foi
criado para possibilitar a criação de um ambiente de TI virtual, dinâmico e otimizado;
Ele é um sistema operacional, baseado no kernel Linux, que cria uma camada de
abstração para acesso aos recursos do sistema (processadores, memórias,
storages13 e dispositivos de rede) por máquinas virtuais.
Por ser um sistema operacional completo, o VMware ESX é instalado
diretamente no hardware (bare-metal14) do servidor, e traz consigo seu hypervisor
(denominado VMkernel), que provê os recursos para execução das máquinas
virtuais. Assim, ele precisa ser acessado através do software VMware Virtual
Infrastructure Client para que possam ser criadas as configurações no mesmo
servidor;
13
Storage: Equipamento que agrega determinadas quantidades de HDs de alta perfomance para
serem acessados através do meio externo, muitas vezes através de múltiplos servidores;
14
Bare-metal: “Metal nu” (tradução livre); Instalado diretamente no equipamento;
35
4.5.1 VMware ESXi
Com base no VMware ESX, a VMware lançou a versão gratuita do
produto, o VMware ESXi Server; O ESXi não possui os recursos de VMotion (live
migration) nem suporte da empresa, mas pode ser utilizado gratuitamente. Recursos
adicionais, como o próprio VMotion, podem ser comprados adicionalmente e
inseridos no VMware ESXi.
O VMware ESXi também possui uma versão embbeded15 chamada
VMware ESXi Small Footprint, de apenas 32MB, que está sendo integrada em várias
placas mães de servidores de terceiros, fabricados por empresas parceiras da
VMware.
4.6
VMWARE WORKSTATION
Solução de virtualização para desktops da VMware, o mesmo é instalado
como aplicação no topo de um sistema operacional host, seja ele Windows ou Linux,
e cria um hypervisor que traduz as chamadas do sistema guest para o host, tal qual
ao VMware Server. Porém, esta versão é utilizada para desenvolvimento e para
testes de aplicativos locais, e não para uso em produção.
4.7
SUN XVM,
O xVM (anteriormente chamado "Virtualbox") é um virtualizador completo,
que utiliza partes do QEMU e do BOCHS como base para seu funcionamento
(incrementando outros recursos), e é destinado a virtualização de sistemas
operacionais na plataforma x86. Atualmente o Sun xVM roda nativamente nos
sistemas operacionais Windows, Linux, Mac OS X e OpenSolaris.
15
Embedded: Embarcado;
36
O xVM também suporta tecnologias de virtualização via hardware, tanto da
Intel (Intel VT) quanto da AMD (AMD-V). A utilização dessas tecnologias de
virtualização é opcional para cada maquina virtual, podendo ser incluída/removida
facilmente. Porém, ela é necessária nos seguintes casos:
- Ao virtualizar um sistema operacional raro, como o IBM OS/2, que desde
sua concepção (apesar de descontinuado desde 1996) utiliza instruções complexas
da plataforma x86 que não são suportadas com virtualização diretamente em
software.
- Ao virtualizar um sistema operacional guest com suporte a 64 bits.
4.7.1 Suporte a guests
O xVM pode executar todos os sistemas operacionais x86 como por
exemplo DOS, Windows (todas as versões para x86) , FreeBSD, OpenBSD, Linux e
Solaris.
4.8
QUADRO COMPARATIVO DAS FERRAMENTAS
O quadro a seguir exibe uma comparação entre as ferramentas utilizadas na
virtualização destacando as principais características de cada uma delas.
37
FERRAMENTA DESENVOLVEDOR
QEmu
XEN
Hypervisor
VMware
Server
VMware
ESX/ESXi
Server:
Linux KVM
16
Fabrice Bellard
Citrix Technologies
VMware Inc.
VMware Inc.
RedHat17
PLATAFORMA
SISTEMAS
OPERACIONAL OPERACIONAIS
SUPORTADOS
-Windows
-MS Dos
-Linux e Unix
x86, PowerPc
(FreeBSD,
NetBSD, Solaris)
- etc.
-Linux
-NetBSD
x86
-Solaris
-Windows
-Linux
x86
-Windows
-Unix
TECNOLOGIAS
UTLIZADAS
Emulação de
Hardware e
Virtualização
Completa
Paravirtualização
e Virtualização
completa
Virtualização
Completa
x86
-Linux
-Windows
-Unix
Paravirtualização16
e Virtualização
completa
x86
-Linux,
-Windows
-Unix (FreeBSD
e Solaris)
Virtualização
Completa18
A Paravirtualização no VMware ESX/ESXi se aplica apenas a guests com sistema Linux.
RedHat: A RedHat adquiriu a Qumranet, desenvolvedora original do KVM em 4 de setembro de
2008.
18
Está sendo adicionado recurso de paravirtualização ao KVM.
17
38
5
EXPERIMENTOS E RESULTADOS
5.1.1 Descrição do Ambiente
Foi instalado na máquina física o sistema operacional CentOS 5.2 Linux
64 bits, com kernel 2.6.18, e 3GB de memória Ram, sendo que desta memória, 1GB
foi destinado inteiramente para a máquina virtual em execução. Devido a
divergências de cada uma das tecnologias, cada máquina virtual foi executada
individualmente. O processador utilizado foi um Intel Core 2 Duo E6420, sendo
disponibilizados apenas um núcleo para as máquinas virtuais. Foi utilizada uma
partição com 49GB em um HD de 160GB, destinando 8GB para cada máquina
virtual.
As tarefas designadas para cada servidor virtualizado, na criação de um
ambiente de produção, foram máquinas virtuais configuradas adequadamente com
as finalidades de testar o desempenho individual com softwares para benchmark,
codificação de vídeo e testes com aplicativos simulando servidores reais.
5.1.2 Análise de Desempenho
Cada máquina foi submetida a testes de processamento, de I/O e de
conectividade, analisando a performance de cada uma como um todo. As tarefas
submetidas foram:
a)
Codificação de vídeo utilizando o software Transcode;
b)
Análise de performance geral com o software LMBench.
c)
Transferência de arquivo com 4GB via NFS (cliente Linux) e SMB (cliente
Windows);
d)
Inundação de requisições simultâneas para o servidor web utilizando o
software AB (Apache Benchmark).
39
Todos os testes do tipo cliente/servidor realizados (transferência de arquivos
e benchmark com AB) foram executados a partir de outro host na rede, utilizando o
sistema operacional Microsoft Windows XP SP3 para transferência de arquivos via
SMB, e o sistema operacional Fedora Linux versão 8 para transferência de arquivos
por NFS. A inundação de requisições para os servidores Apache de cada máquina
virtual, realizada pelo AB, também foi feita a partir deste host Linux. A rede entre as
duas máquinas foi estabelecida através de um switch Encore 3NH908, operando a
100Mbps em modo full duplex.
Os testes de performance individuais (como a codificação de vídeo e análise
de desempenho com o LMBench) foram realizados com o sistema operacional host
em IDLE19, evitando assim a influencia nos testes de cada uma delas.
5.2
LMBENCH
A execução do LMBench versão 3 Alpha, nas máquinas virtuais testou os
seguintes itens em cada uma delas:
- Manipulação de Processos;
- Operações com números do tipo integer - inteiro;
- Operações com números do tipo float – ponto flutuante;
- Operações com números do tipo double – números duplos;
- Context Switching – Troca de Contexto;
- Latência de comunicação local;
- Latência em sistema de arquivos (e manipulação destes) e memória
virtual;
- Largura de banda para comunicação local;
- Latência de memória.
19
IDLE: Stand-By. Equipamento em espera sem aplicação específica em operação.
40
O detalhamento completo de cada um dos subtestes realizados pode ser
obtido, em uma máquina com o sistema operacional Linux que possua o LMBench
instalado, através do comando man lmbench, e não é o objetivo deste documento. O
LMBench foi executado por aproximadamente 26 horas em cada máquina virtual até
a obtenção do resultado. O resultado escrito devolvido pelo LMBench em cada host
está anexo neste documento.
A versão utilizada era a última disponível nos repositórios da distribuição
adotada pelo grupo, e apesar de ser uma versão Alpha, não foi demonstrado
qualquer sinal de instabilidade durante toda a realização dos testes citados.
5.2.1 Manipulação de Processos
O Gráfico 1 abaixo representa o comparativo entre o tempo de
manipulação de processos em cada máquina virtual. Quanto menor o resultado
obtido, maior a eficiência do virtualizador.
41
Gráfico 1 - Comparativo de Processos
5.2.2 Operações com Números Inteiros
O Gráfico 2 representa o comparativo de tempo para realização de cada
uma das operações descritas utilizando números inteiros. Quanto menor o resultado
obtido, maior a eficiência em cada máquina virtual.
42
Gráfico 2 - Operações com Inteiros
5.2.3 Operações com Números fracionários (Floats)
O Gráfico 3 representa o comparativo de tempo para realização de cada
uma das operações descritas utilizando números fracionados (tipo float). Quanto
menor o resultado obtido, maior a eficiência em cada máquina virtual.
43
Gráfico 3 - Operações com Floats
44
5.2.4 Operações com Números Dobrados (Double)
O Gráfico 4 representa o comparativo de tempo para realização de cada
uma das operações descritas utilizando números dobrados (tipo double). Quanto
menor o resultado obtido, maior a eficiência em cada máquina virtual.
Gráfico 4 - Operações com Doubles
45
5.2.5 Context Switching – Troca de Contexto
O Gráfico 5 abaixo representa o comparativo de tempo para realização de
troca de contexto em cada uma das operações descritas. Quanto menor o resultado
obtido, maior a eficiência em cada máquina virtual.
Gráfico 5 - Context Switching
46
5.2.6 Latência para Comunicação Local
O Gráfico 6 representa o comparativo de latência para comunicação local.
Quanto menor o resultado obtido, maior a eficiência em cada máquina virtual.
Gráfico 6 - Latência de Comunicação Local
5.2.7 Latência de sistema de arquivos
O Gráfico 7 representa o comparativo de sistema de arquivos. Quanto
menor o resultado obtido, maior a eficiência em cada máquina virtual.
47
Gráfico 7 - Latência de Sistema de Arquivos
5.2.8 Largura de banda para comunicação local
O Gráfico 8 representa o comparativo entre a largura de banda para
comunicação local de cada máquina virtual. Quanto maior o resultado obtido, maior
a eficiência em cada virtualizador.
48
Gráfico 8 - Largura de Banda para Comunicação Local
5.2.9 Latência de Memória
O Gráfico 9 representa o comparativo entre a latência de memória de cada
máquina virtual. Quanto menor o resultado obtido, maior a eficiência em cada
virtualizador.
49
Gráfico 9 - Comparativo de Latência de memória
5.2.10 Média de Latência de Memória
O Gráfico 10 representa o comparativo entre a latência média de memória
de cada máquina virtual. Este dado é exibido imediatamente após a finalização da
execução do LMBench. Quanto menor o resultado obtido, maior a eficiência em
cada virtualizador.
50
Gráfico 10 - Média de Latência de Memória
5.3
TRANSFERÊNCIA DE ARQUIVOS
Foi realizada cópia de uma imagem de DVD com 4GB através de um host de
rede, utilizando NFS (cliente Linux) e posteriormente Samba (cliente Windows).
51
5.3.1 SMB
Utilizando o Samba não houve diferença de performance entre os três
virtualizadores. A imagem foi transferida do servidor virtualizado para o cliente
Windows físico em 12 minutos.
5.3.2 NFS
Ocorreu diferença de tempo ao realizar a transferência da mesma imagem de
DVD a partir do servidor virtualizado para o cliente Linux físico. O Gráfico 11
demonstra o tempo que cada uma das ferramentas demorou para realizar a cópia do
arquivo. O log da STDOUT20 durante a transferência do arquivo está anexo neste
documento.
20
STDOUT: Fluxo padrão de saída de texto no sistema operacional Linux. Exibido na tela por padrão.
52
Gráfico 11 - Transferência de Arquivos em NFS
5.4
CODIFICAÇÃO DE VÍDEO
Foi realizada a codificação de um vídeo com 55 minutos e 439MB, alterando a
resolução para 800x362 e convertendo para o formato DivX utilizando o software
transcode. Houve diferença de performance entre os virtualizadores, e o log da
STDOUT está anexo neste documento.
53
Gráfico 12 - Codificação de vídeo
5.5
BENCHMARK DE SERVIDOR WEB
O AB faz parte da suíte Apache Web Server, e é recomendado para
realização de benchmarks de servidores web. Utilizando-o, foram realizadas duas
sessões de testes no servidor Apache de cada máquina virtual: Ambas com o total
de 200.000 requisições. Porém, na primeira sessão foram disparadas 100
54
solicitações simultâneas por rajada, e na segunda sessão, 200 solicitações
simultâneas por rajada.
5.5.1 100 requisições por rajada
Os Gráficos 13 e 14 comparam os tempos obtidos durante a realização da
primeira sessão dos testes com o AB. Quanto menor a quantidade de tempo para
atendimento de cada requisição, melhor a eficiência do virtualizador. Os logs com as
STDOUTs das sessões dos três virtualizadores, que originaram os gráficos, estão
anexos no documento.
Na análise a seguir, o gráfico 13 e 15 (Connection Times) analisa os
seguintes aspectos:
- Connect: Tempo estimado gasto para começar a atender a conexão.
- Proccessing: Tempo estimado gasto para realizar o processamento de
cada uma das conexões.
- Waiting: Tempo de espera gasto entre o último bit de requisição ser
enviado do cliente, e o primeiro bit de resposta do servidor ser disparado para
atendê-lo.
- Total: Tempo total para atender a requisição.
Gráfico 13 - Connection Times para 100 requisições por rajada
Gráfico 14 - Porcentagem de Requisições por Tempo
57
5.5.2 200 requisições por rajada
Os Gráficos 15 e 16 agora comparam os tempos obtidos durante a realização
da segunda sessão dos testes com o AB. Quanto menor a quantidade de tempo
para atendimento de cada requisição, melhor a eficiência do virtualizador. Os logs
com as STDOUTs das sessões dos três virtualizadores, que originaram os gráficos,
também estão anexos no documento.
O detalhamento de cada modalidade foi citado no item 5.5.1.
Gráfico 15 - Connection Times para 200 requisições por rajada
Gráfico 16 - Porcentagem de Requisições por Tempo
60
6
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O VMware Server 2 obteve desempenho equilibrado nas modalidades
testadas pelo LMBench, mas demonstrou excelente performance ao trabalhar com
arquivos grandes em rede. O mesmo também possui a melhor interface de
administração, que pode ser acessada através do browser e garante a mesma
funcionalidade do VMware Virtual Infrastructure Client, aplicação desktop da
VMware Inc. para gerenciamento unificado das plataformas da empresa.
O KVM apresentou uma grande diferença entre os resultados obtidos para
uso em produção e através da comparação de desempenho. Ele se sobressaiu em
quase todas as modalidades do LMBench mas deixou a desejar no uso em
produção, demorando mais tempo que os outros virtualizadores em quase todos os
testes realizados, principalmente no que tange a comunicação em rede. Este
problema aparenta ser causado pelo legado de rede contido no código do QEMU,
utilizado para criação de dispositivos na máquina virtual. Porém, por ser o mais
recente de todas as ferramentas testadas, mostrou estar no caminho certo para
obter boa competência no futuro.
A versão utilizada do Xen foi a 3.0.3, a última disponível no repositório da
distribuição escolhida pelo grupo para realização dos testes. A última versão do Xen
é a 3.3.0, que segundo o lançamento oficial, realizou grande avanço na parte de
comunicação de rede e I/O. Os resultados alcançados poderiam ser diferentes caso
a versão utilizada fosse a mais recente. Porém, esta versão ainda não foi
considerada estável pelos desenvolvedores da distribuição adotada pelo grupo, e
por isso não foi utilizada. Apesar disso, o Xen obteve os melhores resultados para
uso em produção comparado as outras ferramentas.
61
6.1
DIFICULDADES ENCONTRADAS
Os testes originalmente foram planejados utilizando configurações de
hardware virtual diferentes das apresentadas neste documento: Cada máquina
virtual, de acordo com o projeto original, funcionaria com dois processadores lógicos,
onde os resultados apresentados seriam diferentes dos expostos neste documento.
Porém, o KVM demonstrou não suportar corretamente as máquinas
virtuais com mais de um processador, e com a máquina virtual uma vez configurada
para utilizar dois processadores lógicos (SMP21), a mesma se tornava instável e
imprópria para uso comum, uso em produção e para realização de qualquer outro
teste. De modo que, quando a máquina virtual não carregava incorretamente o
sistema operacional, o sistema guest travava devolvendo o chamado Kernel Panic
após alguns minutos de uso banal.
O Kernel Panic é a falha irrecuperável de um sistema operacional Unix ou
Linux. Ela, geralmente, é apresentada em caso de falha de hardware (nesse caso,
virtual) ou exceção não tratada pelo sistema operacional.
Este comportamento foi relatado utilizando tanto a distribuição oficial
adotada (CentOS Linux 5.2 com kernel 2.6.18) quanto em outra distribuição sem
finalidades acadêmicas e inapropriada para testes realizados (Fedora 9 com kernel
2.6.25).
Por esse motivo, os testes que já haviam sido realizados com dois
processadores tanto no VMware Server quanto no Xen, foram descartados visando
a imparcialidade da comparação entre todas as ferramentas. Após o downgrade de
processador nas máquinas virtuais do Xen e do VMware Server, os testes foram
refeitos e a máquina virtual executada pelo KVM funcionou perfeitamente, sem
nenhuma das instabilidades antes apresentadas.
21
SMP: Symmetric Multi-Proccessing - Multi-processamento simétrico, procedimento que utiliza duas
ou mais CPUs.
62
O planejamento inicial deste documento também previa a utilização do
VMware ESXi Server como ferramenta da VMware Inc. em substituição ao VMware
Server. Porém, o VMware ESXi Server tem como exigência uma lista de hardware
compatível (HCL22) homologada pela empresa, e não foi possível a execução do
VMware ESXi Server no equipamento utilizado nos testes, pelo fato do hardware
pelo possuído pelo grupo ter pouquíssima similaridade com o exigido para o produto.
Por este motivo, foi utilizado o VMware Server 2 representando as ferramentas da
VMware Inc., e que se demonstrou bastante estável durante toda a bateria de testes
que o grupo realizou.
6.2
LIMITAÇÕES
Devido ao hardware utilizado para o ambiente de teste ser um computador
montado da plataforma x86, só foram testadas ferramentas que funcionam na
referida plataforma. Existem outras ferramentas de virtualização para uso específico,
de propriedade de empresas como a Sun e a IBM. Como, por exemplo, os
Conteiners e Zones, do sistema operacional Solaris, ou as LPars do sistema
operacional AIX.
6.3
EXPERIMENTOS FUTUROS
Fica para um próximo experimento a realização dos mesmos testes
utilizando um servidor de marca compatível com a HCL dos produtos VMware ESX
Server e VMware ESXi Server, da VMware Inc., que são mais apropriados que o
VMware Server para a utilização em data-centers.
22
HCL:Hardware Compatible List – Lista de Hardware Compatível.
63
6.4
CONCLUSÕES
Após abordada a origem da virtualização, foram realizados testes de
desempenho em máquinas virtuais análogas em hardware e software, mantendo sua
diferença apenas no virtualizador: Xen, VMware Server e Linux KVM.
Os resultados obtidos denotaram, para a maioria das modalidades
testadas, a proximidade de desempenho entre cada uma das ferramentas de
virtualização utilizadas neste documento.
Isso demonstra que, com o atual avanço no suporte à virtualização via
hardware através das extensões Intel VT e AMD-V, e que são utilizadas pelos três
virtualizadores, a proximidade entre as três ferramentas é bastante evidente. Ambas
as ferramentas analisadas se sobressaíram em determinados testes, e o grupo
elegeu ao Xen como melhor custo x benefício para virtualização de servidores
dentre os analisados. Porém, cabe ao administrador de sistemas escolher a que
mais lhe aprouver.
64
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21set.2008.
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65
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Virtualização. São Paulo: Linux New Media, 2007.
SUN xVM Virtualbox. Disponível em:
http://download.virtualbox.org/virtualbox/2.0.4/UserManual.pdf. Acesso em: 12
out.2008.
VIRTUALIZAÇÃO de Servidores. Disponível em:
http://www.intel.com/portugues/business/technologies/virtualization.htm. Acesso em:
21 set.2008.
VIRTUALIZATION history. Disponível em:
http://www.vmware.com/overview/history.html. Acesso em: 30 set.2008.
VMWARE Datasheet ESXI. Disponível em:
http://www.vmware.com/files/pdf/vmware_esxi_datasheet.pdf. Acesso em: 12
out.2008.
VMWARE Server. Disponível em:
http://www.vmware.com/br/pdf/server_datasheet_br.pdf. Acesso em: 12 out.2008.
XEN Interface’s Manual. Disponível em: http://www.xen.org/files/xen_interface.pdf .
Acesso em: 12 set.2008.
XEN Manual do usuário. Disponível em: http://bits.xensource.com/Xen/docs/user.pdf
. Acesso em: 12 set.2008.
66
ANEXO A: ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO PARA INSTALAÇÃO COM XEN
Tal arquivo de configuração foi usado para instalação CentOS 5.2 no Xen.
Primeiramente foram criado os HDs virtuais, com o comando:
# dd if=/dev/zero
# dd if=/dev/zero
count=512
of=/var/xen/Domain1.img bsize=1GB count=8
of=/var/xen/Domain1swap.img bsize=1024
Depois, foi elaborado um arquivo de configuração para efetuar a
instalação do CentOS como DomainU paravirtualizado do Xen.
kernel = "/mnt/cdrom/xen/vmlinuz"
ramdisk = "/mnt/cdrom/xen/initrd.img"
memory = "1024"
name = "Domain1"
disk = ['file:/var/xen/Domain1.img,xvda,w',
'file:/var/xen/Domain1swap.img,xvdb,w']
root = '/dev/xvda1 ro'
vif = [ 'bridge=xenbr0' ]
vcpus = 2
vfb = [ 'type=vnc, vncunused=1' ]
extra = 'video=xenfb'
Então, esse arquivo foi salvo com o nome de “Domain1-inst.conf”. Após
isso, ele foi inicializado com o comando:
# xm create –c Domain1-inst.conf
67
ANEXO B: ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO APÓS A INSTALAÇÃO COM XEN
Após instalação do sistema operacional, foi criado um novo arquivo de
configuração para o host para que este fosse inicializado.
memory = "1024"
bootloader = "/usr/bin/pygrub"
name = "Domain1"
disk = ['file:/var/xen/Domain1.img,xvda,w',
'file:/var/xen/Domain1swap.img,xvdb,w']
root = '/dev/xvda1 ro'
vif = [ 'bridge=xenbr0' ]
vcpus = 1
vfb = [ 'type=vnc, vncunused=1' ]
extra = 'video=xenfb'
Então, esse arquivo foi salvo com o nome de “Domain1-post-inst.conf”.
Após isso, ele foi startado com o comando:
# xm create –c Domain1-post-inst.conf
68
ANEXO C: CRIAÇÃO DE MÁQUINA VIRTUAL COM KVM
Procedimento adotado para instalação do CentOS na máquina virtual do
Linux KVM. Primeiramente foi ativado o módulo responsável pela virtualização:
# modprobe kvm
# modprobe kvm_intel
Após isso, foram criados os HDs virtuais, com os comandos:
# dd if=/dev/zero
# dd if=/dev/zero
of=/var/kvm/hd01.img bsize=1GB count=8
of=/var/kvm/swap.img bsize=1024 count=512
Por último, foi executado o software com a linha:
# QEmu-kvm -usb -hda /var/kvm/hd01.img
/var/kvm/swap.img
-hdb
\
-boot c -net nic \
-net tap,script=/etc/QEmu-kvm-ifup -m 1024 -smp 1
69
ANEXO D: REDE BRIDGE DO QEMU-KVM
Criado o script /etc/QEmu-kvm-ifup com a seguinte configuração:
#!/bin/sh
set -x
switch=virbr0
if [ -n "$1" ];then
/usr/sbin/tunctl -u `whoami` -t $1
/sbin/ip link set $1 up
sleep 0.5s
/usr/sbin/brctl addif $switch $1
exit 0
else
echo "Error: no interface specified"
exit 1
fi
Essa configuração bastou para que a máquina virtual KVM adquirisse um
IP e comunicação com a rede externa, a mesma da máquina física.
70
ANEXO E: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO KVM
L M B E N C H 3 . 0
S U M M A R Y
-----------------------------------(Alpha software, do not distribute)
Basic system parameters
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS Description
Mhz tlb cache mem
scal
pages line
par
load
bytes
--------- ------------- ----------------------- ---- ----- ----- ------ ---KVM.timm. Linux 2.6.18x86_64-linux-gnu 2136
8
128 1.3000
1
Processor, Processes - times in microseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS Mhz null null
open slct sig sig fork exec sh
call I/O stat clos TCP inst hndl proc proc proc
--------- ------------- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---KVM.timm. Linux 2.6.18- 2136 0.38 0.44 1.41 2.36 4.15 0.51 9.58 1066 2960 7714
Basic integer operations - times in nanoseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------Host
OS intgr intgr intgr intgr intgr
bit
add
mul
div
mod
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ -----KVM.timm. Linux 2.6.18- 0.5000 0.0100 0.2300
16.5
10.3
Basic uint64 operations - times in nanoseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------Host
OS int64 int64 int64 int64 int64
bit
add
mul
div
mod
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ -----KVM.timm. Linux 2.6.18Basic float operations - times in nanoseconds - smaller is better
----------------------------------------------------------------Host
OS float float float float
add
mul
div
bogo
--------- ------------- ------ ------ ------ -----KVM.timm. Linux 2.6.18- 1.4800 2.0000
10.2 8.4800
Basic double operations - times in nanoseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------Host
OS double double double double
add
mul
div
bogo
--------- ------------- ------ ------ ------ -----KVM.timm. Linux 2.6.18- 1.4700 2.4900
17.0
15.5
Context switching - times in microseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------------Host
OS 2p/0K 2p/16K 2p/64K 8p/16K 8p/64K 16p/16K 16p/64K
ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw
ctxsw
ctxsw
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ ------ ------- ------KVM.timm. Linux 2.6.18- 4.5600 5.0800 4.6800 5.9200 5.4000 5.71000 6.20000
71
*Local* Communication latencies in microseconds - smaller is better
--------------------------------------------------------------------Host
OS 2p/0K Pipe AF
UDP RPC/
TCP RPC/ TCP
ctxsw
UNIX
UDP
TCP conn
--------- ------------- ----- ----- ---- ----- ----- ----- ----- ---KVM.timm. Linux 2.6.18- 4.560 11.1 19.1 23.1 29.6 28.1 34.2 83.
*Remote* Communication latencies in microseconds - smaller is better
--------------------------------------------------------------------Host
OS
UDP RPC/ TCP
RPC/ TCP
UDP
TCP conn
--------- ------------- ----- ----- ----- ----- ---KVM.timm. Linux 2.6.18File & VM system latencies in microseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------------------Host
OS
0K File
10K File
Mmap
Prot
Page
100fd
Create Delete Create Delete Latency Fault Fault selct
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ ------- ----- ------- ----KVM.timm. Linux 2.6.1810.8 5.7202
30.0
13.4
27.5K 3.798
12.1 2.258
*Local* Communication bandwidths in MB/s - bigger is better
----------------------------------------------------------------------------Host
OS Pipe AF
TCP File
Mmap Bcopy Bcopy Mem
Mem
UNIX
reread reread (libc) (hand) read write
--------- ------------- ---- ---- ---- ------ ------ ------ ------ ---- ----KVM.timm. Linux 2.6.18- 1789 911. 1210 2102.2 3353.8 718.3 723.1 2604 842.5
Memory latencies in nanoseconds - smaller is better
(WARNING - may not be correct, check graphs)
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS
Mhz
L1 $
L2 $
Main mem
Rand mem
Guesses
--------- ----------------------------------------KVM.timm. Linux 2.6.18- 2136 1.4740 6.8950
87.2
164.7
x86_64-linux-gnu: lat_mem_rand = 164.651
72
ANEXO F: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO XEN
L M B E N C H 3 . 0
S U M M A R Y
-----------------------------------(Alpha software, do not distribute)
Basic system parameters
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS Description
Mhz tlb cache mem
scal
pages line
par
load
bytes
--------- ------------- ----------------------- ---- ----- ----- ------ ---Dom01.tim Linux 2.6.18x86_64-linux-gnu 2136
7
16 1.1700
1
Processor, Processes - times in microseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS Mhz null null
open slct sig sig fork exec sh
call I/O stat clos TCP inst hndl proc proc proc
--------- ------------- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---Dom01.tim Linux 2.6.18- 2136 1.35 1.49 3.44 5.79 4.82 1.27 3.15 755. 2624 5888
Basic integer operations - times in nanoseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------Host
OS intgr intgr intgr intgr intgr
bit
add
mul
div
mod
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ -----Dom01.tim Linux 2.6.18- 0.8300 0.0200 0.2700
18.7 9.4300
Basic uint64 operations - times in nanoseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------Host
OS int64 int64 int64 int64 int64
bit
add
mul
div
mod
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ -----Dom01.tim Linux 2.6.18Basic float operations - times in nanoseconds - smaller is better
----------------------------------------------------------------Host
OS float float float float
add
mul
div
bogo
--------- ------------- ------ ------ ------ -----Dom01.tim Linux 2.6.18- 1.7100 2.1400
10.3 8.7500
Basic double operations - times in nanoseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------Host
OS double double double double
add
mul
div
bogo
--------- ------------- ------ ------ ------ -----Dom01.tim Linux 2.6.18- 1.4600 2.4300
16.6
15.6
Context switching - times in microseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------------Host
OS 2p/0K 2p/16K 2p/64K 8p/16K 8p/64K 16p/16K 16p/64K
ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw
ctxsw
ctxsw
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ ------ ------- ------Dom01.tim Linux 2.6.18- 1.5500 3.4200 7.2900 6.9500 8.0500 6.83000 3.46000
*Local* Communication latencies in microseconds - smaller is better
---------------------------------------------------------------------
73
Host
OS 2p/0K Pipe AF
UDP RPC/
TCP RPC/ TCP
ctxsw
UNIX
UDP
TCP conn
--------- ------------- ----- ----- ---- ----- ----- ----- ----- ---Dom01.tim Linux 2.6.18- 1.550 15.6 37.2 21.6 29.8 25.2 35.9 82.
*Remote* Communication latencies in microseconds - smaller is better
--------------------------------------------------------------------Host
OS
UDP RPC/ TCP
RPC/ TCP
UDP
TCP conn
--------- ------------- ----- ----- ----- ----- ---Dom01.tim Linux 2.6.18File & VM system latencies in microseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------------------Host
OS
0K File
10K File
Mmap
Prot
Page
100fd
Create Delete Create Delete Latency Fault Fault selct
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ ------- ----- ------- ----Dom01.tim Linux 2.6.1815.0
12.0
61.8
27.9
13.3K 1.516 4.18400 4.054
*Local* Communication bandwidths in MB/s - bigger is better
----------------------------------------------------------------------------Host
OS Pipe AF
TCP File
Mmap Bcopy Bcopy Mem
Mem
UNIX
reread reread (libc) (hand) read write
--------- ------------- ---- ---- ---- ------ ------ ------ ------ ---- ----Dom01.tim Linux 2.6.18- 1789 919. 1421 1980.2 3440.3 693.4 699.1 3183 859.5
Memory latencies in nanoseconds - smaller is better
(WARNING - may not be correct, check graphs)
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS
Mhz
L1 $
L2 $
Main mem
Rand mem
Guesses
--------- ----------------------------------------Dom01.tim Linux 2.6.18- 2136 1.4120 6.7260
78.7
145.6
74
ANEXO G: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO LBENCH NO VMWARE SERVER
L M B E N C H 3 . 0
S U M M A R Y
-----------------------------------(Alpha software, do not distribute)
Basic system parameters
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS Description
Mhz tlb cache mem
scal
pages line
par
load
bytes
--------- ------------- ----------------------- ---- ----- ----- ------ ---VMWARE.ti Linux 2.6.18x86_64-linux-gnu 2136
8
128 1.8800
1
Processor, Processes - times in microseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS Mhz null null
open slct sig sig fork exec sh
call I/O stat clos TCP inst hndl proc proc proc
--------- ------------- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---VMWARE.ti Linux 2.6.18- 2136 0.41 0.57 2.54 3.80 4.74 0.63 2.07 1023 2337 5695
Basic integer operations - times in nanoseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------Host
OS intgr intgr intgr intgr intgr
bit
add
mul
div
mod
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ -----VMWARE.ti Linux 2.6.18- 0.5500 0.0100 0.2500
19.9
11.1
Basic uint64 operations - times in nanoseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------Host
OS int64 int64 int64 int64 int64
bit
add
mul
div
mod
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ -----VMWARE.ti Linux 2.6.18Basic float operations - times in nanoseconds - smaller is better
----------------------------------------------------------------Host
OS float float float float
add
mul
div
bogo
--------- ------------- ------ ------ ------ -----VMWARE.ti Linux 2.6.18- 1.5800 2.1400
10.9 9.2000
Basic double operations - times in nanoseconds - smaller is better
-----------------------------------------------------------------Host
OS double double double double
add
mul
div
bogo
--------- ------------- ------ ------ ------ -----VMWARE.ti Linux 2.6.18- 1.6400 2.7100
17.9
16.7
Context switching - times in microseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------------Host
OS 2p/0K 2p/16K 2p/64K 8p/16K 8p/64K 16p/16K 16p/64K
ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw
ctxsw
ctxsw
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ ------ ------- ------VMWARE.ti Linux 2.6.18- 4.4300 5.8100 4.8400 5.7900 5.4300 5.63000 5.57000
*Local* Communication latencies in microseconds - smaller is better
---------------------------------------------------------------------
75
Host
OS 2p/0K Pipe AF
UDP RPC/
TCP RPC/ TCP
ctxsw
UNIX
UDP
TCP conn
--------- ------------- ----- ----- ---- ----- ----- ----- ----- ---VMWARE.ti Linux 2.6.18- 4.430 11.9 22.5 26.3 33.5 32.2 40.9
*Remote* Communication latencies in microseconds - smaller is better
--------------------------------------------------------------------Host
OS
UDP RPC/ TCP
RPC/ TCP
UDP
TCP conn
--------- ------------- ----- ----- ----- ----- ---VMWARE.ti Linux 2.6.18File & VM system latencies in microseconds - smaller is better
------------------------------------------------------------------------------Host
OS
0K File
10K File
Mmap
Prot
Page
100fd
Create Delete Create Delete Latency Fault Fault selct
--------- ------------- ------ ------ ------ ------ ------- ----- ------- ----VMWARE.ti Linux 2.6.1829.6
10.8
96.2 370.1
27.4K 0.650 9.38380 2.439
*Local* Communication bandwidths in MB/s - bigger is better
----------------------------------------------------------------------------Host
OS Pipe AF
TCP File
Mmap Bcopy Bcopy Mem
Mem
UNIX
reread reread (libc) (hand) read write
--------- ------------- ---- ---- ---- ------ ------ ------ ------ ---- ----VMWARE.ti Linux 2.6.18- 1663 810. 1071 1968.2 3105.7 718.2 715.0 2909 899.1
Memory latencies in nanoseconds - smaller is better
(WARNING - may not be correct, check graphs)
-----------------------------------------------------------------------------Host
OS
Mhz
L1 $
L2 $
Main mem
Rand mem
Guesses
--------- ----------------------------------------VMWARE.ti Linux 2.6.18- 2136 1.5300 7.0730
87.9
188.8
76
ANEXO H: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO KVM
[root@KVM ~]# date ; transcode -y xvid -j
64,0 -Z 800x368
-i
/Compartilhada/michael\
w\
smith\
and\
hillsong\
2007.avi
-o
/Compartilhada/final.avi ; date
Seg Nov 17 01:55:14 BRST 2008
transcode v1.0.5 (C) 2001-2003 Thomas Oestreich, 2003-2004 T. Bitterberg, 20042008 Transcode Team
[transcode] (probe) suggested AV correction -D 0 (0 ms) | AV 0 ms | 0 ms
[transcode] auto-probing source /Compartilhada/michael w smith and hillsong
2007.avi (ok)
[transcode] V: import format
| DivX RIFF data, AVI (V=ffmpeg|A=mp3)
[transcode] V: import frame
| 480x320 1.50:1
[transcode] V: clip frame (<-) | 480x192
[transcode] V: zoom
| 800x368 1.30:1 (Lanczos3)
[transcode] V: bits/pixel
| 0.245
[transcode] V: decoding fps,frc | 25.000,3
[transcode] V: Y'CbCr
| YV12/I420
[transcode] A: import format
| 0x55
MPEG layer-3 [22050,16,2]
96 kbps
[transcode] A: export format
| 0x55
MPEG layer-3 [22050,16,2] 128 kbps
[transcode] V: encoding fps,frc | 25.000,3
[transcode] A: bytes per frame | 3528 (3528.000000)
[transcode] A: adjustment
| 0@1000
[transcode] V: IA32/AMD64 accel | sse2 (sse2 sse mmxext mmx asm C)
[transcode] V: IA32/AMD64 accel | using sse2 memcpy
[transcode] V: video buffer
| 10 @ 800x368
[import_mp3.so] v0.1.4 (2003-08-04) (audio) MPEG
[import_ffmpeg.so]
v0.1.13
(2007-10-09)
(video)
ffmpeg:
MS
MPEG4v13/MPEG4/MJPEG
[export_xvid4.so] v0.0.6 (2007-08-11) (video) XviD 1.0.x series (aka API 4.0) |
(audio) MPEG/AC3/PCM
[import_mp3.so] MP3->PCM
[import_mp3.so] tcextract -a 0 -i "/Compartilhada/michael w smith and hillsong
2007.avi" -x mp3 -d 0 | tcdecode -x mp3 -d 0 -z 12000
[export_xvid4.so] Neither './xvid4.cfg' nor '~/.transcode/xvid4.cfg'
[export_xvid4.so] found. Default settings will be used instead.
Audio: using new version
Audio: using lame-3.98.2
[encoder.c] Delaying audio (0)
[mpeg4 @ 0x2aaaace36410]overreading 9 bitss, EMT: 0:00:30, ( 0| 0| 9)
[mpeg4 @ 0x2aaaace36410]concealing 600 DC, 600 AC, 600 MV errors
encoding frames [000000-082479], 21.85 fps, EMT: 0:54:59, ( 0| 0| 4)
clean up | frame threads | unload modules | cancel signal | internal threads |
done
[transcode] encoded 82480 frames (0 dropped, 0 cloned), clip length 3299.20 s
Seg Nov 17 02:58:09 BRST 2008
You have new mail in /var/spool/mail/root
[root@KVM ~]#
77
ANEXO I: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO XEN
[root@Dom01 Compartilhada]# date ; transcode -y xvid -j 64,0 -Z 800x368 -i
/Compartilhada/michael\
w\
smith\
and\
hillsong\
2007.avi
-o
/Compartilhada/final.avi ; date
Dom Nov 16 23:47:40 BRST 2008
transcode v1.0.5 (C) 2001-2003 Thomas Oestreich, 2003-2004 T. Bitterberg, 20042008 Transcode Team
[transcode] (probe) suggested AV correction -D 0 (0 ms) | AV 0 ms | 0 ms
[transcode] auto-probing source /Compartilhada/michael w smith and hillsong
2007.avi (ok)
[transcode] V: import format
| DivX RIFF data, AVI (V=ffmpeg|A=mp3)
[transcode] V: import frame
| 480x320 1.50:1
[transcode] V: clip frame (<-) | 480x192
[transcode] V: zoom
| 800x368 1.30:1 (Lanczos3)
[transcode] V: bits/pixel
| 0.245
[transcode] V: decoding fps,frc | 25.000,3
[transcode] V: Y'CbCr
| YV12/I420
[transcode] A: import format
| 0x55
MPEG layer-3 [22050,16,2]
96 kbps
[transcode] A: export format
| 0x55
MPEG layer-3 [22050,16,2] 128 kbps
[transcode] V: encoding fps,frc | 25.000,3
[transcode] A: bytes per frame | 3528 (3528.000000)
[transcode] A: adjustment
| 0@1000
[transcode] V: IA32/AMD64 accel | sse2 (sse2 sse mmxext mmx asm C)
[transcode] V: IA32/AMD64 accel | using sse2 memcpy
[transcode] V: video buffer
| 10 @ 800x368
[import_mp3.so] v0.1.4 (2003-08-04) (audio) MPEG
[import_ffmpeg.so]
v0.1.13
(2007-10-09)
(video)
ffmpeg:
MS
MPEG4v13/MPEG4/MJPEG
[export_xvid4.so] v0.0.6 (2007-08-11) (video) XviD 1.0.x series (aka API 4.0) |
(audio) MPEG/AC3/PCM
[import_mp3.so] MP3->PCM
[import_mp3.so] tcextract -a 0 -i "/Compartilhada/michael w smith and hillsong
2007.avi" -x mp3 -d 0 | tcdecode -x mp3 -d 0 -z 12000
[export_xvid4.so] Neither './xvid4.cfg' nor '~/.transcode/xvid4.cfg'
[export_xvid4.so] found. Default settings will be used instead.
Audio: using new version
Audio: using lame-3.98.2
[encoder.c] Delaying audio (0)
[mpeg4 @ 0x37f3fcd410]overreading 9 bitsfps, EMT: 0:00:30, ( 0| 0| 9)
[mpeg4 @ 0x37f3fcd410]concealing 600 DC, 600 AC, 600 MV errors
encoding frames [000000-082479], 23.61 fps, EMT: 0:54:59, ( 0| 0| 4)
clean up | frame threads | unload modules | cancel signal | internal threads |
done
[transcode] encoded 82480 frames (0 dropped, 0 cloned), clip length 3299.20 s
Seg Nov 17 00:45:54 BRST 2008
[root@Dom01 Compartilhada]#
78
ANEXO J: SAÍDA DE EXECUÇÃO DA CODIFICAÇÃO DE VIDEO NO VMWARE
[root@VMWARE timm]#
date ; transcode -y xvid -j
64,0 -Z 800x368
-i
/home/timm/michael\ w\ smith\ and\ hillsong\ 2007.avi -o /home/timm/final.avi
; date
Dom Nov 16 12:27:09 BRST 2008
transcode v1.0.5 (C) 2001-2003 Thomas Oestreich, 2003-2004 T. Bitterberg, 20042008 Transcode Team
[transcode] (probe) suggested AV correction -D 0 (0 ms) | AV 0 ms | 0 ms
[transcode] auto-probing source /home/timm/michael w smith and hillsong
2007.avi (ok)
[transcode] V: import format
| DivX RIFF data, AVI (V=ffmpeg|A=mp3)
[transcode] V: import frame
| 480x320 1.50:1
[transcode] V: clip frame (<-) | 480x192
[transcode] V: zoom
| 800x368 1.30:1 (Lanczos3)
[transcode] V: bits/pixel
| 0.245
[transcode] V: decoding fps,frc | 25.000,3
[transcode] V: Y'CbCr
| YV12/I420
[transcode] A: import format
| 0x55
MPEG layer-3 [22050,16,2]
96 kbps
[transcode] A: export format
| 0x55
MPEG layer-3 [22050,16,2] 128 kbps
[transcode] V: encoding fps,frc | 25.000,3
[transcode] A: bytes per frame | 3528 (3528.000000)
[transcode] A: adjustment
| 0@1000
[transcode] V: IA32/AMD64 accel | sse2 (sse2 sse mmxext mmx asm C)
[transcode] V: IA32/AMD64 accel | using sse2 memcpy
[transcode] V: video buffer
| 10 @ 800x368
[import_mp3.so] v0.1.4 (2003-08-04) (audio) MPEG
[import_ffmpeg.so]
v0.1.13
(2007-10-09)
(video)
ffmpeg:
MS
MPEG4v13/MPEG4/MJPEG
[export_xvid4.so] v0.0.6 (2007-08-11) (video) XviD 1.0.x series (aka API 4.0) |
(audio) MPEG/AC3/PCM
[import_mp3.so] MP3->PCM
[import_mp3.so] tcextract -a 0 -i "/home/timm/michael w smith and hillsong
2007.avi" -x mp3 -d 0 | tcdecode -x mp3 -d 0 -z 12000
[export_xvid4.so] Neither './xvid4.cfg' nor '~/.transcode/xvid4.cfg'
[export_xvid4.so] found. Default settings will be used instead.
Audio: using new version
Audio: using lame-3.98.2
[encoder.c] Delaying audio (0)
[mpeg4 @ 0x36979cd410]overreading 9 bitsfps, EMT: 0:00:30, ( 0| 0| 9)
[mpeg4 @ 0x36979cd410]concealing 600 DC, 600 AC, 600 MV errors
encoding frames [000000-082479], 21.42 fps, EMT: 0:54:59, ( 0| 0| 4)
clean up | frame threads | unload modules | cancel signal | internal threads |
done
[transcode] encoded 82480 frames (0 dropped, 0 cloned), clip length 3299.20 s
Dom Nov 16 13:31:20 BRST 2008
[root@VMWARE timm]#
79
ANEXO K: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO KVM
[root@lima ~]# ab -n 200000 -c 100 http://192.168.1.3/
This is ApacheBench, Version 2.0.40-dev <$Revision: 1.146 $> apache-2.0
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Copyright 2006 The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking 192.168.1.3 (be patient)
Completed 20000 requests
Completed 40000 requests
Completed 60000 requests
Completed 80000 requests
Completed 100000 requests
Completed 120000 requests
Completed 140000 requests
Completed 160000 requests
Completed 180000 requests
Finished 200000 requests
Server Software:
Server Hostname:
Server Port:
Apache/2.2.3
192.168.1.3
80
Document Path:
Document Length:
/
5043 bytes
Concurrency Level:
Time taken for tests:
Complete requests:
Failed requests:
Write errors:
Non-2xx responses:
Total transferred:
HTML transferred:
Requests per second:
Time per request:
Time per request:
Transfer rate:
100
253.772404 seconds
200000
0
0
200001
1048005240 bytes
1008605043 bytes
788.11 [#/sec] (mean)
126.886 [ms] (mean)
1.269 [ms] (mean, across all concurrent requests)
4032.91 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median
max
Connect:
0
0 35.5
0
3001
Processing:
15 125 138.6
123
20016
Waiting:
14 124 110.3
122
20014
Total:
18 126 143.0
123
20016
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%
123
66%
124
75%
125
80%
126
90%
131
95%
135
98%
160
99%
167
100% 20016 (longest request)
[root@lima ~]# ab -n 200000 -c 200 http://192.168.1.3/
80
This is ApacheBench, Version 2.0.40-dev <$Revision: 1.146 $> apache-2.0
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Copyright 2006 The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking 192.168.1.3 (be patient)
Completed 20000 requests
Completed 40000 requests
Completed 60000 requests
Completed 80000 requests
Completed 100000 requests
Completed 120000 requests
Completed 140000 requests
Completed 160000 requests
Completed 180000 requests
Finished 200000 requests
Server Software:
Server Hostname:
Server Port:
Apache/2.2.3
192.168.1.3
80
Document Path:
Document Length:
/
5043 bytes
Concurrency Level:
Time taken for tests:
Complete requests:
Failed requests:
Write errors:
Non-2xx responses:
Total transferred:
HTML transferred:
Requests per second:
Time per request:
Time per request:
Transfer rate:
200
255.577280 seconds
200000
0
0
200000
1048000000 bytes
1008600000 bytes
782.54 [#/sec] (mean)
255.577 [ms] (mean)
1.278 [ms] (mean, across all concurrent requests)
4004.41 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median
max
Connect:
0
78 1085.1
0
93000
Processing:
1 175 366.8
161
63855
Waiting:
1 173 337.3
160
63854
Total:
22 253 1173.1
161 105917
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%
161
66%
163
75%
168
80%
171
90%
176
95%
200
98%
406
99%
3162
100% 105917 (longest request)
[root@lima ~]#
81
ANEXO L: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO XEN
[root@lima ~]# ab -n 200000 -c 100 http://192.168.1.9/
This is ApacheBench, Version 2.0.40-dev <$Revision: 1.146 $> apache-2.0
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Copyright 2006 The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking 192.168.1.9 (be patient)
Completed 20000 requests
Completed 40000 requests
Completed 60000 requests
Completed 80000 requests
Completed 100000 requests
Completed 120000 requests
Completed 140000 requests
Completed 160000 requests
Completed 180000 requests
Finished 200000 requests
Server Software:
Server Hostname:
Server Port:
Apache/2.2.3
192.168.1.9
80
Document Path:
Document Length:
/
5043 bytes
Concurrency Level:
Time taken for tests:
Complete requests:
Failed requests:
Write errors:
Non-2xx responses:
Total transferred:
HTML transferred:
Requests per second:
Time per request:
Time per request:
Transfer rate:
100
140.361135 seconds
200000
0
0
200000
1048000000 bytes
1008600000 bytes
1424.90 [#/sec] (mean)
70.181 [ms] (mean)
0.702 [ms] (mean, across all concurrent requests)
7291.46 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median
Connect:
0
40 303.1
13
Processing:
1
29 31.1
23
Waiting:
0
28 31.0
23
Total:
2
69 304.9
39
max
9017
697
696
9042
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%
39
66%
45
75%
48
80%
51
90%
59
95%
69
98%
244
99%
290
100%
9042 (longest request)
[root@lima ~]# ab -n 200000 -c 200 http://192.168.1.9/
82
This is ApacheBench, Version 2.0.40-dev <$Revision: 1.146 $> apache-2.0
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Copyright 2006 The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking 192.168.1.9 (be patient)
Completed 20000 requests
Completed 40000 requests
Completed 60000 requests
Completed 80000 requests
Completed 100000 requests
Completed 120000 requests
Completed 140000 requests
Completed 160000 requests
Completed 180000 requests
Finished 200000 requests
Server Software:
Server Hostname:
Server Port:
Apache/2.2.3
192.168.1.9
80
Document Path:
Document Length:
/
5043 bytes
Concurrency Level:
Time taken for tests:
Complete requests:
Failed requests:
Write errors:
Non-2xx responses:
Total transferred:
HTML transferred:
Requests per second:
Time per request:
Time per request:
Transfer rate:
200
132.882846 seconds
200000
0
0
200000
1048000000 bytes
1008600000 bytes
1505.09 [#/sec] (mean)
132.883 [ms] (mean)
0.664 [ms] (mean, across all concurrent requests)
7701.80 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median
max
Connect:
0
74 396.6
34
21007
Processing:
1
56 61.5
46
3325
Waiting:
0
55 61.3
45
3324
Total:
5 131 400.8
84
21054
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%
84
66%
91
75%
95
80%
98
90%
110
95%
129
98%
330
99%
3069
100% 21054 (longest request)
[root@lima ~]#
83
ANEXO M: SAÍDA DE EXECUÇÃO DO AB NO VMWARE SERVER
[root@lima ~]# ab -n 200000 -c 100 http://192.168.1.7/
This is ApacheBench, Version 2.0.40-dev <$Revision: 1.146 $> apache-2.0
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Copyright 2006 The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking 192.168.1.7 (be patient)
Completed 20000 requests
Completed 40000 requests
Completed 60000 requests
Completed 80000 requests
Completed 100000 requests
Completed 120000 requests
Completed 140000 requests
Completed 160000 requests
Completed 180000 requests
Finished 200000 requests
Server Software:
Server Hostname:
Server Port:
Apache/2.2.3
192.168.1.7
80
Document Path:
Document Length:
/
5043 bytes
Concurrency Level:
Time taken for tests:
Complete requests:
Failed requests:
Write errors:
Non-2xx responses:
Total transferred:
HTML transferred:
Requests per second:
Time per request:
Time per request:
Transfer rate:
100
181.613557 seconds
200000
0
0
200000
1048000000 bytes
1008600000 bytes
1101.24 [#/sec] (mean)
90.807 [ms] (mean)
0.908 [ms] (mean, across all concurrent requests)
5635.25 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median
max
Connect:
0
0 32.2
0
3001
Processing:
47
89 173.9
87
31726
Waiting:
47
88 162.3
86
31723
Total:
50
90 176.8
87
31726
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%
87
66%
89
75%
91
80%
93
90%
100
95%
112
98%
129
99%
141
100% 31726 (longest request)
[root@lima ~]#
84
[root@lima ~]# ab -n 200000 -c 200 http://192.168.1.7/
This is ApacheBench, Version 2.0.40-dev <$Revision: 1.146 $> apache-2.0
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Copyright 2006 The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking 192.168.1.7 (be patient)
Completed 20000 requests
Completed 40000 requests
Completed 60000 requests
Completed 80000 requests
Completed 100000 requests
Completed 120000 requests
Completed 140000 requests
Completed 160000 requests
Completed 180000 requests
Finished 200000 requests
Server Software:
Server Hostname:
Server Port:
Apache/2.2.3
192.168.1.7
80
Document Path:
Document Length:
/
5043 bytes
Concurrency Level:
Time taken for tests:
Complete requests:
Failed requests:
Write errors:
Non-2xx responses:
Total transferred:
HTML transferred:
Requests per second:
Time per request:
Time per request:
Transfer rate:
200
181.529958 seconds
200000
0
0
200000
1048000000 bytes
1008600000 bytes
1101.75 [#/sec] (mean)
181.530 [ms] (mean)
0.908 [ms] (mean, across all concurrent requests)
5637.84 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median
max
Connect:
0
54 593.1
0
45001
Processing:
1 125 258.8
117
37988
Waiting:
0 124 237.1
116
33269
Total:
35 179 648.9
117
45176
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%
117
66%
120
75%
123
80%
125
90%
136
95%
158
98%
321
99%
3115
100% 45176 (longest request)
[root@lima ~]#
85
ANEXO N: SAÍDA DE EXECUÇÃO DAS CÓPIAS DE ARQUIVO POR NFS
Saída texto do procedimento de transferência de arquivos a partir de um
host Linux na rede via NFS no VMware.
[root@lima
[root@lima
Qui Nov 20
Qui Nov 20
[root@lima
home]# mount -t nfs 192.168.1.7:/Compartilhada /mnt/nfs
home]# date ; cp /home/centos.iso /mnt/nfs/ ; date
01:14:50 BRST 2008
01:21:47 BRST 2008
home]#
Saída texto do procedimento de transferência de arquivos a partir de um
host Linux na rede via NFS no Xen.
[root@lima
[root@lima
Qua Nov 19
Qua Nov 19
[root@lima
home]# mount -t nfs 192.168.1.9:/Compartilhada /mnt/nfs
home]# date ; cp /home/centos.iso /mnt/nfs/ ; date
00:40:23 BRST 2008
00:49:37 BRST 2008
home]#
Saída texto do procedimento de transferência de arquivos a partir de um
host Linux na rede via NFS no KVM.
[root@lima
[root@lima
Sex Nov 21
Sex Nov 21
[root@lima
home]# mount -t nfs 192.168.1.3:/Compartilhada /mnt/nfs
home]# date; cp /home/centos.iso /mnt/nfs/ ; date
21:29:03 BRST 2008
21:38:33 BRST 2008
home]#