O que é hypervisor na virtualização?

A ineficiência causada pela incapacidade de usar os recursos e ativos de tecnologia disponíveis sempre foi uma preocupação em grandes ambientes computacionais.

Até algum tempo, quanto maior era a infraestrutura, maiores eram os desafios de gestão dos servidores físicos, tornando qualquer tarefa complexa e demorada, além de exigir muito esforço dos profissionais envolvidos.

Além disso, adicionar novas aplicações e serviços computacionais quase sempre exigia a aquisição e configuração de hardware adicional, aumentando assim os custos e o tempo de implementação de qualquer aplicação.

A chegada das plataformas de virtualização rompeu essas amarras, integrando os servidores físicos e criando ambientes virtuais, organizando e simplificando o uso dos recursos disponíveis.

Nesse cenário, um software hypervisor permite que múltiplas máquinas virtuais (VMs) sejam executadas em um único servidor físico, maximizando a utilização dos ativos e melhorando a eficiência operacional do ambiente.

O que é hypervisor?

Hypervisor é um software, firmware ou hardware que aloca e gerencia os recursos físicos subjacentes de um ambiente computacional, como CPUs, memórias e discos dentro de uma infraestrutura de TI, para a criação e execução de máquinas virtuais (VMs).

Também conhecido como monitor de máquina virtual (VMM), o hypervisor isola o sistema operacional e seus recursos, permitindo a criação de uma ou mais instâncias virtuais dos ativos físicos disponíveis.

Com ele, um único servidor físico pode criar, hospedar e executar múltiplas máquinas virtuais, cada uma com seu próprio sistema operacional, como se fossem computadores individuais e independentes.

O hardware físico que atua como hypervisor é chamado de host, enquanto as VMs que utilizam os recursos do servidor (host) são chamadas de guest.

Como o hypervisor trata os recursos físicos disponíveis?

Dentro da virtualização, o hypervisor trata os recursos físicos, como CPU, memória e armazenamento como “pacotes virtuais”, que podem ser facilmente movimentados entre os clientes existentes ou para novas máquinas virtuais.

Cada VM é configurada com uma quantidade específica de recursos, onde o hypervisor é o responsável pela coordenação do uso desses ativos, garantindo que cada instância virtual funcione corretamente.

Para executar as VMs, o hypervisor precisa de componentes no nível do sistema operacional, como gerenciador de memória, organizador de processos, stack de entrada/saída (E/S), drivers de dispositivos, gerenciador de segurança e stack de rede.

Embora o hardware físico seja o responsável pela execução das aplicações das VMs, é o hypervisor que controla e coordena o agendamento e a distribuição dos recursos, otimizando a performance e a utilização do hardware disponível.

Quais são os tipos de hypervisores disponíveis?

Os hypervisores mais conhecidos são o hypervisor de Tipo 1, também conhecido como bare-metal, e o hypervisor de Tipo 2, também conhecido como hosted.

Hypervisor Tipo 1: O hypervisor bare-metal roda diretamente no hardware físico do servidor, sem a necessidade de um sistema operacional subjacente. Esse tipo de sistema gerencia diretamente os recursos de hardware e oferece maior performance e eficiência.

Alguns exemplos desse tipo de solução incluem o VMware ESXi, Microsoft Hyper-V e o Xen Server. A maioria desses sistemas são voltados para ambientes corporativos como datacenters devido sua capacidade de fornecer virtualização robusta e eficiente.

Hypervisor Tipo 2: Esse tipo de software roda sobre um sistema operacional convencional, utilizando os recursos do próprio sistema hospedeiro do servidor para gerenciar as máquinas virtuais.

Esse software é instalado como um aplicativo dentro de um sistema operacional host como o Microsoft Windows, Linux ou macOS. Os principais exemplos de hypervisores de Tipo 2 incluem o VMware Workstation, Oracle VirtualBox e Parallels Desktop.

Esses sistemas geralmente são mais encontrados em ambientes desktop e são frequentemente utilizados para desenvolvimento, testes e uso pessoal, onde a facilidade de uso e a flexibilidade são mais importantes do que a performance.

Quais são os principais hypervisores do mercado?

Hypervisores Tipo 1 (Bare-Metal)

1- VMware ESXi: Amplamente utilizado em ambientes corporativos e conhecido pela sua robustez, o software da Broadcom performance e suporte a uma ampla gama de recursos para virtualização e gerenciamento de VMs.

2- Microsoft Hyper-V: Integrado ao Windows Server e também disponível como versão autônoma, o software oferece ótima integração com outros produtos Microsoft e é popular em ambientes Windows.

3- Citrix XenServer: Um hypervisor de código aberto usado por grandes provedores de nuvem, como Amazon Web Services (AWS), suporta uma ampla gama de sistemas operacionais e é conhecido pela sua flexibilidade e segurança.

KVM (Kernel-based Virtual Machine): Parte do kernel do Linux que transforma o sistema em um hypervisor e é popular em ambientes de código aberto. O KVM é usado por provedores de nuvem como Google Cloud Platform (GCP).

Hypervisores Tipo 2 (Hosted)

1- VMware Workstation: Utilizado para virtualização em desktops, principalmente para desenvolvimento, teste e demonstração de software. Suporta múltiplos sistemas operacionais e oferece funcionalidades avançadas de integração e gerenciamento.

2- Oracle VirtualBox: Hypervisor de código aberto e gratuito que suporta diversos sistemas operacionais. Ambiente amplamente usado para testes e desenvolvimento devido sua facilidade de uso e versatilidade.

3- Parallels Desktop: Voltado principalmente para usuários Mac, permitindo rodar sistemas operacionais Windows e Linux em máquinas Apple.

4- QEMU: Emulador e hypervisor de código aberto que pode ser usado em conjunto com KVM para fornecer virtualização acelerada por hardware. Suporta uma ampla gama de arquiteturas de CPU e é usado tanto em ambientes de desenvolvimento quanto em produção.

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Quais são as principais vantagens de usar um hypervisor?

Melhor utilização de recursos: O hypervisor permite que múltiplas máquinas virtuais (VMs) rodem em um único hardware físico, maximizando a utilização dos recursos disponíveis, como CPU, memória e armazenamento.

Essa tecnologia reduz a necessidade da compra de hardware adicional (servidores, storages, componentes de rede, etc..) e diminui os custos operacionais.

Isolamento e segurança: Cada VM opera de forma isolada das outras, ou seja, problemas ou falhas de uma máquina virtual geralmente não afetarão as demais.

O isolamento do ambiente aumenta a segurança, pois ataques ou malwares direcionados para uma VM podem não se propagar facilmente para outras.

Flexibilidade e escalabilidade: Hypervisores permitem a rápida criação, configuração e gerenciamento de máquinas virtuais, facilitando a escalabilidade dos recursos de TI conforme as necessidades mudam.

Nesses ambientes é fácil adicionar ou remover VMs conforme necessário, permitindo uma gestão dinâmica da infraestrutura do datacenter.

Facilidade de teste e desenvolvimento: O uso de máquinas virtuais permite que desenvolvedores testem novos sistemas operacionais, aplicações e configurações sem a necessidade de hardware físico adicional.

Essa flexibilidade acelera o ciclo de desenvolvimento e minimiza os riscos associados a mudanças em ambientes de produção.

Recuperação de desastres e alta disponibilidade: Alguns hypervisores suportam funcionalidades avançadas como snapshots, backups e migrações ao vivo (live migration).

Essas características possibilitam a recuperação rápida de falhas e minimiza o tempo de inatividade, garantindo assim a continuidade dos negócios e a alta disponibilidade dos serviços.

Redução de custos: Ao consolidar múltiplos servidores em um menor número de máquinas físicas, a virtualização ajuda a economizar em hardware, energia, espaço físico, refrigeração e custos de manutenção, além de reduzir os custos associados ao licenciamento de software.

Gerenciamento centralizado: Ferramentas para gerenciamento centralizado permitem a administração otimizada de VMs e recursos físicos, facilitando o monitoramento, atualização e manutenção do ambiente de TI.

Isso resulta em operações empresariais mais eficientes, uma gestão mais simplificada e menor custo de propriedade (TCO).

A virtualização e os clusters

Em ambientes corporativos, o clustering associado à virtualização oferece várias vantagens para maior eficiência, resiliência e gestão da infraestrutura de TI.

Clustering é a técnica combina múltiplos servidores físicos (hosts) em um único sistema lógico. Quando associado à virtualização, permite que as máquinas virtuais (VMs) se beneficiem de uma série de funcionalidades avançadas.

Uma delas é a alta disponibilidade. Em ambientes clusterizados, se um host falhar, as VMs podem ser automaticamente migradas para outro host sem que haja inatividade.

Essa facilidade garante que os serviços críticos permaneçam operacionais, minimizando o impacto de falhas de hardware.

Outra vantagem importante é o balanceamento de carga. Um cluster permite distribuir a carga de trabalho entre múltiplos hosts, otimizando a utilização de recursos e evitando que qualquer host fique sobrecarregado.

Isso resulta em melhor desempenho geral e maior eficiência no uso dos recursos de hardware.

O gerenciamento centralizado é facilitado pelo clustering, pois as ferramentas de gerenciamento de virtualização podem monitorar e controlar todos os hosts e VMs no cluster a partir de uma única interface.

Isso simplifica as operações de manutenção, como atualizações de software e patches de segurança, que podem ser aplicados de forma coordenada em todo o cluster.

A escalabilidade é outra vantagem significativa. Com um cluster virtualizado, é fácil adicionar novos hosts e recursos ao sistema, permitindo que a infraestrutura cresça conforme as necessidades da empresa aumentam.

Isso proporciona uma flexibilidade considerável na gestão de recursos e na capacidade de resposta a demandas crescentes.

Além disso, a virtualização associada a ambientes clusterizados suporta migração ao vivo (live migration), uma funcionalidade que permite mover VMs entre hosts sem interromper suas operações.

Isso é particularmente útil para manutenção de hardware, balanceamento de carga dinâmico e otimização do desempenho, tudo sem impacto perceptível para os usuários finais.

A virtualização nas pequenas e médias empresas

Os silos de computação sem virtualização continuam sendo um grande obstáculo para o crescimento e a eficiência das pequenas e médias empresas.

Eles levam a uma infraestrutura de TI fragmentada, a um uso ineficiente dos recursos e a um aumento nos custos e no tempo de manutenção.

No entanto, plataformas mencionadas acima podem resolver esses desafios, utilizando de forma eficiente os ativos físicos disponíveis e simplificando o gerenciamento da infraestrutura.

Migrar para uma infraestrutura de TI virtualizada simplifica o datacenter e otimiza o investimento realizado, além de aumentar a eficiência e a produtividade.

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