O que é virtualização de hardware e quais são suas aplicações?

Imagine um datacenter onde cada servidor físico é dedicado apenas a uma única aplicação ou serviço. Ambientes como esse já existiram, onde um servidor executava apenas uma aplicação, utilizando apenas uma fração de sua capacidade total de processamento e armazenamento.

Assim, enquanto um servidor abrigava o software administrativo (ERP), outro equipamento possuía o sistema de e-mail, enquanto um terceiro, ainda mais subutilizado, era dedicado apenas as tarefas de backup.

A complexidade da administração de tantos servidores físicos aumentava muito o risco de falhas humanas e comprometia a eficiência operacional.

Apesar de parecer um cenário utópico, muitas empresas ainda sofrem com esse tipo de estrutura, onde a equipe de TI se encontra constantemente apagando incêndios, em vez de focar em projetos estratégicos que poderiam agregar valor ao negócio.

Ambientes desorganizados e ineficientes como o mencionado acima contrasta fortemente com as facilidades de um datacenter virtualizado, onde a consolidação de servidores e a administração centralizada transformaram a operação de TI, tornando-a mais ágil, econômica e escalável.

O que é virtualização de hardware?

Virtualização de hardware é a tecnologia que permite a criação de ambientes virtuais com dispositivos e recursos físicos existentes, como servidores, storages, HDs, redes e sistemas operacionais. Administrada por um software hipervisor, esse ambiente otimiza o uso dos ativos físicos existentes.

Assim, ao invés de cada equipamento ser dedicado a apenas uma tarefa ou sistema operacional, a virtualização de hardware permite que múltiplas instâncias virtuais compartilhem o mesmo recurso físico.

Quais são os principais conceitos que envolvem essa tecnologia?

Alguns conceitos-chave relacionados à virtualização de hardware são:

Hipervisor ou VMM (Virtual Machine Monitor): Hypervisor é um software que cria e gerencia máquinas virtuais (VMs). Existem dois tipos principais de hipervisores:

Tipo 1 (bare-metal): Executado diretamente sobre o hardware físico do equipamento que será utilizado, sem necessidade de um sistema operacional subjacente.

Nesse grupo encontramos sistemas como o VMware ESXi, Microsoft Hyper-V (no modo bare-metal), Citrix Hypervisor (anteriormente XenServer) e KVM (Kernel-based Virtual Machine).

Esses hipervisores oferecem alto desempenho e são amplamente utilizados em datacenters devido à sua eficiência e capacidade de gerenciar múltiplas máquinas virtuais diretamente no hardware físico.

Tipo 2 (hosted): Executado sobre um sistema operacional já instalado na máquina hospedeira, como o Windows. Exemplos desse tipo de aplicação incluem VMware Workstation, Oracle VirtualBox, Parallels Desktop e VMware Fusion.

Esses hipervisores, conhecidos como Tipo 2 ou “hosted”, são ideais para usuários finais e ambientes de desenvolvimento, permitindo a criação e gerenciamento de múltiplas máquinas virtuais em um ambiente de desktop ou servidor existente.

Máquinas Virtuais (VMs): Maquinas virtuais são ambientes independentes, geralmente criado em servidores, que funcionam como computadores reais. Cada VM pode executar seu próprio sistema operacional e aplicativos, isolados uns dos outros.

Virtualização de Servidores: A virtualização de servidores permite que um único servidor físico hospede múltiplos servidores virtuais, com sistemas operacionais diversos, maximizando assim o uso dos recursos do hardware físico.

A capacidade de clusterização da infraestrutura de TI otimizou ainda mais esse conceito, permitindo a agregação de vários servidores físicos em um único cluster virtual.

Isso não só melhora a disponibilidade, mas também facilita a escalabilidade do ambiente, garantindo que os recursos sejam eficientemente utilizados e que as aplicações continuem funcionando, mesmo em caso de falha de um ou mais servidores físicos.

Virtualização de Redes: Criação de redes virtuais que podem ser configuradas e gerenciadas independentemente da infraestrutura física.

Virtualização de Armazenamento: A virtualização dos storages combina múltiplos recursos de armazenamento físico em um único dispositivo virtual.

Isso significa que o espaço em disco pode ser gerenciado de maneira centralizada e alocado conforme necessário, independentemente da localização física dos discos.

Essa abordagem aumenta a eficiência do uso do espaço de armazenamento, além de simplificar a gestão, manutenção e permitir uma maior flexibilidade na expansão de capacidade do ambiente.

Além disso, a virtualização do armazenamento proporciona alta disponibilidade e maior facilidade na recuperação de desastres, além de simplificar a replicação e a migração de dados.

Quais são as principais vantagens da virtualização do hardware existente?

A virtualização de hardware oferece diversas vantagens que podem otimizar a eficiência, flexibilidade e economia de ambientes de TI. As principais são:

1. Melhor utilização de recursos - A virtualização permite que múltiplas máquinas virtuais (VMs) compartilhem os recursos de um único servidor físico, maximizando a utilização de CPU, memória e armazenamento.

Além disso, esse recurso também reduz a capacidade ociosa de outros ativos disponíveis, como servidores dedicados, storages, infraestrutura de rede e links de comunicação.

2. Redução de custos - Ao consolidar múltiplos servidores físicos em um número menor de hosts virtuais, as empresas podem economizar significativamente em custos de hardware, energia, refrigeração e espaço físico.

Menos servidores físicos também significa menor espaço em rack, menores custos de manutenção e de suporte do ambiente.

3. Facilidade de gerenciamento - A virtualização de hardware simplifica a administração de TI ao permitir o gerenciamento centralizado de VMs.

Ferramentas de gerenciamento de hipervisores facilitam a criação, configuração, monitoramento e manutenção de VMs a partir de uma única interface.

4. Alta disponibilidade e recuperação de desastres – Ambientes virtualizados oferecem recursos como a alta disponibilidade, migração ao vivo e failover automático, que mantêm as aplicações em funcionamento mesmo em caso de falhas de hardware.

Além disso, a replicação de VMs e sistemas de backup facilitam a recuperação rápida do ambiente e a restauração dos serviços em caso de desastres.

5. Flexibilidade e escalabilidade - A virtualização permite que as empresas escalem rapidamente suas infraestruturas de TI conforme necessário.

Novas VMs podem ser provisionadas em minutos, sem a necessidade de adquirir e configurar novos servidores físicos.

Esse recurso é ideal para ambientes que precisam se adaptar rapidamente a mudanças na demanda por serviços.

6. Isolamento e segurança - Cada VM opera de maneira isolada das outras, proporcionando um nível adicional de segurança.

Se uma máquina virtual for comprometida, as outras permanecem seguras. Esse isolamento também facilita o teste de novas aplicações e sistemas operacionais, sem colocar em risco o ambiente de produção.

7. Desenvolvimento e teste - Ambientes virtualizados são ideais para testes e desenvolvimento, pois permitem a criação rápida de ambientes virtuais que replicam as condições de produção.

Qualquer máquina virtual pode ser facilmente revertida para seu estado anterior em caso de falha, facilitando assim a resolução de problemas.

8. Mobilidade das cargas de trabalho - A virtualização permite a migração ao vivo de máquinas virtuais entre servidores físicos sem que seja necessária a interrupção dos serviços.

Esse recurso facilita o balanceamento de carga, a manutenção dos servidores e simplifica a otimização do uso dos recursos disponíveis.

9. Eficiência Energética - Ao consolidar servidores físicos, a virtualização de hardware contribui para a redução do consumo de energia e das necessidades de refrigeração, resultando em um ambiente de TI mais ecológico e sustentável.

10. Suporte a Legados – Ambientes virtualizados geralmente permitem que sistemas operacionais e aplicações legadas continuem a ser executados em hardware moderno, protegendo assim os investimentos feitos em softwares existentes e garantindo a continuidade dos negócios.

Quais são as principais aplicações para usar esse tipo de tecnologia?

Existem várias aplicações para fazer a virtualização de hardware. As mais populares são:

VMware vSphere/ESXi: Uma das soluções de virtualização mais robustas e amplamente utilizadas no mercado, oferecendo virtualização de servidores, redes e armazenamento.

Microsoft Hyper-V: Uma plataforma de virtualização integrada ao Windows Server, que permite a criação e gestão de máquinas virtuais.

Oracle VirtualBox: Uma aplicação de virtualização de código aberto que permite a criação e gerenciamento de máquinas virtuais em sistemas operacionais Windows, macOS, Linux e Solaris.

KVM (Kernel-based Virtual Machine): Uma solução de virtualização open source para Linux, que transforma o kernel Linux em um hipervisor.

Citrix Hypervisor (anteriormente XenServer): Uma plataforma de virtualização de servidores que oferece suporte para várias cargas de trabalho e é conhecida pela sua alta performance e escalabilidade.

Proxmox VE: O Proxmox é uma plataforma de virtualização open source baseada em Debian, que combina virtualização de contêineres (LXC) e hipervisor (KVM) em uma única solução.

Red Hat Virtualization (RHV): Uma solução de virtualização baseada em KVM, desenvolvida pela Red Hat, voltada para ambientes empresariais.

Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud): Parte da AWS, oferece instâncias de servidores virtuais na nuvem, permitindo escalabilidade sob demanda.

Google Compute Engine: Parte do Google Cloud Platform, oferece instâncias de máquinas virtuais na infraestrutura do Google.

Microsoft Azure Virtual Machines: Oferece máquinas virtuais na nuvem como parte da plataforma Azure, permitindo a execução de uma ampla gama de cargas de trabalho.

Docker: Embora seja mais conhecido por contêineres do que pela virtualização tradicional, o Docker permite a execução de aplicativos em contêineres isolados, que são uma forma de virtualização a nível de sistema operacional.

Parallels Desktop: Uma solução popular para executar máquinas virtuais em macOS, permitindo a execução de sistemas operacionais como Windows e Linux em Macs.

QEMU: Um emulador e virtualizador open source que pode executar sistemas operacionais e programas para uma máquina diferente daquela para a qual foram originalmente destinados.

A virtualização de storages

Qualquer arranjo de discos pode ser adicionado ao ambiente de virtualização, seja através de uma conexão direta (DAS), ou endereçado através de protocolos como o iSCSI (Internet Small Computer System Interface).

Esse protocolo de comunicação baseado em IP permite o transporte de dados pela rede, simplificando o acesso aos sistemas de armazenamento localizados em diferentes partes de uma rede (NAS), como se eles estivessem conectados localmente.

A virtualização de storage é uma técnica que permite criar várias instâncias virtuais de armazenamento e agrupar vários dispositivos físicos para que sejam gerenciados como um único recurso virtual.

Essa tecnologia utiliza uma camada de software que abstrai os detalhes físicos do ambiente de armazenamento, permitindo gerenciamento centralizado, provisionamento dinâmico de espaço, maior desempenho e alta disponibilidade.

Essa abordagem também proporciona maior independência do hardware utilizado, facilita a alocação de recursos, escalabilidade e reduz custos do ambientes de TI.

A evolução dos datacenters

A evolução das tecnologias de informação e a crescente demanda por serviços digitais têm levado todas as empresas a expandirem constantemente suas infraestruturas de TI.

No entanto, na maioria das pequenas e médias empresas, essa expansão ainda significa a aquisição e subutilização de novos servidores ou sistemas de armazenamento físicos, onde cada equipamento executa apenas uma única aplicação ou serviço.

Essa ineficiência no uso do hardware não só desperdiça capacidade computacional, mas também aumenta a complexidade e os custos associados à administração de múltiplos computadores.

Como cada servidor físico necessita manutenção, atualizações e monitoramento individuais, esse tipo de instalação intensifica o trabalho dos administradores de TI e aumenta o risco de erros humanos.

Além disso, instalar servidores físicos para novos serviços ou escalar as aplicações existentes pode ser um processo demorado e dispendioso, exigindo investimento adicional em hardware e mais tempo para implementação.

Esses custos associados incluem não apenas o custo de aquisição do hardware, mas também o custo operacional contínuo, como energia elétrica, espaço físico, treinamento, manutenção e a refrigeração do ambiente.

Nessa hora a virtualização de hardware surge como uma solução eficaz para esses problemas, permitindo a consolidação de múltiplos servidores ou dispositivos físicos em um único ambiente virtualizado.

Nesse tipo de ambiente, qualquer empresa pode gerenciar múltiplas máquinas virtuais (VMs) de maneira centralizada, melhorar a flexibilidade e a escalabilidade de seus ambientes de TI, e responder de maneira mais ágil às demandas do negócio.

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