Erivelto TSchoeke
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Máquinas virtuais
Emuladores
Propriedades
Benefícios
Futuro
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Os sistemas de computadores sãoprojetados com basicamente 3componentes:
hardware
sistema operacional
aplicações
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Cria uma “camada” para compatibilizardiferentes plataformas
Esta “camada” é chamada devirtualização
Softwares que podem ser utilizados parafazer os recursos parecerem diferentes doque realmente são.
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“Uma duplicata eficiente e isolada de umamáquina real”
A IBM define uma máquina virtual como umacópia totalmente protegida e isolada de umsistema físico
Na década de 60, uma abstração de softwareque enxerga um sistema físico (máquina real)
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É o oposto da máquina real;
Implementa todas as instruções realizadas pelamáquina real em um ambiente abstrato de software
“Engana”, fazendo com que todas as operações damáquina real sejam implementadas em um software
Interpreta um código desenvolvido para outraplataforma.
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A funcionalidade e o nível de abstração de umamáquina virtual encontra-se em uma posiçãointermediária entre uma máquina real e umemulador, na forma em que os recursos dehardware e de controle são abstraídos eusados pelas aplicações.
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É um ambiente criado por um monitor demáquina virtual;
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Sistema operacional para sistemasoperacionais;
Também conhecida como hypervisor;
O monitor pode criar uma ou mais máquinasvirtuais sobre uma única máquina real.
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Um emulador fornece uma camada de abstraçãocompleta entre o sistema em execução e o hardware;
Um monitor fornece uma interface (através damultiplexação do hardware) que é idêntica aohardware subjacente e controla uma ou maismáquinas virtuais;
Um emulador também fornece uma abstração dohardware idêntico ao que está em uso, mas tambémpode simular outros diferentes do atual;
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A abstração é uma forma simples de proveralguns recursos específicos de hardware paraum software, enquanto a virtualização provêum conjunto completo de recursos.
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Somente operações simples
Permite operações complexas
Firmware
Um firmware pode ser definido como Programaçãoem hardware;
Software
Toda a emulação é feita por software;
Combinação ou “emulação combinada” ou“combo”
O emulador é composto de hardware e software;
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Totalmente baseada em hardware;
Parcialmente baseado em hardware;
Parcialmente baseada em software;
Totalmente baseada em software.
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Emulação do processador;
Emulação de um sistema operacional;
Emulação de uma plataforma de (hardware)específico;
Consoles de videogames.
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Tipo I
o monitor é implementado entre o hardware e ossistemas convidados (guest system)
Tipo II
o monitor é implementado como um processo deum sistema operacional real subjacente,denominado sistema anfitrião (host system)
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Os monitores de tipo I e II raramente sãousados em sua forma conceitual emimplementações reais;
Várias otimizações são inseridas com oobjetivo principal de melhorar o desempenhodas aplicações nos sistemas convidados
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O sistema convidado (guest system) acessadiretamente o hardware.
Essa forma de acesso é implementada atravésde modificações no núcleo do sistemaconvidado e no monitor.
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O sistema convidado (guest system) acessadiretamente o sistema anfitrião (host system).
Essa otimização é implementada pelo monitor,oferecendo partes da API do sistema anfitriãoao sistema convidado.
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O sistema convidado (guest system) acessadiretamente o hardware.
Essa otimização é implementada parcialmentepelo monitor e parcialmente pelo sistemaanfitrião, através de um device driverespecífico.
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O monitor acessa diretamente o hardware.
Neste caso, um device driver específico éinstalado no sistema anfitrião, oferecendo aomonitor uma interface de baixo nível paraacesso ao hardware subjacente.
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É a interposição do software (máquina virtual)em várias camadas do sistema.
É uma forma de dividir os recursos de umcomputador em múltiplos ambientes deexecução.
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Virtualização do hardware
Virtualização do sistema operacional
Virtualização de linguagens de programação
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Exporta o sistema físico como uma abstraçãodo hardware;
Qualquer software escrito para a arquitetura(x86, por exemplo) irá funcionar.
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Exporta um sistema operacional comoabstração de um sistema específico;
A máquina virtual roda aplicações – ou umconjunto de aplicações – de um sistemaoperacional específico.
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Cria uma aplicação no topo do sistemaoperacional;
São desenvolvidas para computadores fictíciosprojetados para uma finalidade específica;
A camada exporta uma abstração para aexecução de programas escritos para estavirtualização.
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O uso das máquinas virtuais e emuladorespossibilitam:
Executar um sistema operacional (e suasaplicações) sobre outro;
Utilizar uma aplicação de outra plataformaoperacional;
Executar múltiplos sistemas operacionais;
Flexibilizar uma plataforma complexa de trabalho.
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Virtualização total (full virtualization)
Paravirtualização (paravirtualization)
Re-compilação dinâmica (dynamicrecompilation)
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Uma estrutura completa de hardware évirtualizado;
Sistema convidado não precisa sofrer qualquertipo de alteração;
Grande compatibilidade;
Perda de velocidade.
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O sistema que vai ser virtualizado (sistemaconvidado) sofre modificações para que ainteração com o monitor de máquinas virtuaisseja mais eficiente;
Perda de compatibilidade;
Ganho de velocidade.
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Exploração de informações que normalmentenão estão disponíveis para um compiladorestático tradicional.
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1. Agrupamento de bits: Usando o conhecimentosobre o formato do executável e técnicas heurísticas,conjuntos de bits são recuperados do executável e re-ordenados;
2. Desmontagem (disassembling): Os bits sãodesmontados e transformados para um conjunto deinstruções e operadores ordenados em pares;
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3. Geração intermediária do código: Asinstruções são transformadas para umarepresentação de máquina independente;
4. Decompilação: A representação gerada étransformada em uma linguagem de alto nível(como o código na linguagem C);
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5. Compilação: O código gerado é novamentecompilado para a nova plataforma;
6. Montagem (assembling): Os códigos sãonovamente montados;
7. Armazenagem dos bits: Os bits sãoagrupados de forma a gerar o novo executável.
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Isolamento
Inspeção
Interposição
Eficiência
Gerenciabilidade
Compatibilidade do software
Encapsulamento
Desempenho
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Isolamento
Um software em execução em uma máquina virtualnão acessa ou modifica outro software emexecução no monitor ou em outra máquina virtual.
Inspeção
O monitor tem acesso e controle sobre todas asinformações do estado da máquina virtual, comoestado da CPU, conteúdo de memória, eventos, etc.
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Interposição
O monitor pode intercalar ou acrescentarinstruções em certas operações de uma máquinavirtual, como por exemplo, quando da execução deinstruções privilegiadas por parte da máquinavirtual.
Eficiência
Instruções inofensivas podem ser executadasdiretamente no hardware, pois não irão afetaroutras máquinas virtuais ou aplicações.
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Gerenciabilidade
Como cada máquina virtual é uma entidadeindependente das demais, a administração dasdiversas instâncias é simplificada e centralizada.
Compatibilidade de Software
A máquina virtual fornece uma abstraçãocompatível de modo que todo o software escritopara ela funcione.
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Encapsulamento
Esta camada pode ser usada para manipular e controlar aexecução do software na máquina virtual.
Pode também usar esta ação indireta para dar prioridadeao software ou fornecer um ambiente melhor paraexecução.
Desempenho
Adicionar uma camada de software a um sistema podeafetar o desempenho do software que funciona na máquinavirtual, mas os benefícios proporcionados pelo uso desistemas virtuais compensam a perda de desempenho.
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Facilitar o aperfeiçoamento e testes de novossistemas operacionais;
Auxiliar no ensino prático de sistemasoperacionais e programação ao permitir aexecução de vários sistemas para comparaçãono mesmo equipamento;
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Executar diferentes sistemas operacionaissobre o mesmo hardware, simultaneamente;
Simular configurações e situações diferentesdo mundo real, como por exemplo, maismemória disponível ou a presença de outrosdispositivos de E/S;
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Simular alterações e falhas no hardware paratestes ou re-configuração de um sistemaoperacional, provendo confiabilidade eescalabilidade para as aplicações;
Garantir a portabilidade das aplicaçõeslegadas (que executariam sobre uma máquinavirtual simulando o sistema operacionaloriginal);
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Desenvolvimento de novas aplicações paradiversas plataformas, garantindo aportabilidade destas aplicações;
Diminuição de custos com hardware, atravésda consolidação de servidores;
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Facilidades no gerenciamento, migração ereplicação de computadores, aplicações ousistemas operacionais;
Prover um serviço dedicado para um clienteespecífico com segurança e confiabilidade.
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Processador não Virtualizado;
Diversidade de equipamentos;
Pré-existência de softwares.
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AMD e Intel anunciaram tecnologias (Pacifica eVanderpool respectivamente) para que avirtualização sobre a plataforma x86 ocorra deforma mais natural e tranqüila.
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Várias técnicas tem permitido que avirtualização da memória seja mais eficiente.
Pesquisas futuras devem levar aos sistemasoperacionais convidados a gerenciar amemória juntamente com o monitor demáquinas virtuais (gerência cooperativa).
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Os dispositivos de E/S serão projetados parafornecer suporte a virtualização através dedevices de alta-performance. Aresponsabilidade pelo acesso aos dispositivosdeverá passar do monitor para o sistemaconvidado.
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“Se o conhecimento pode criar problemas, nãoé através da ignorância que podemossolucioná-los.” – Isaac Asimov
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