Desempenho da virtualização com Xen PVM

Hipervisor Xen PVM
Autores: Francisco Renato Cavalcante Araújo
Fernando Pessoa Oliveira de Sousa
Professor: Paulo Antônio Leal Rego

Virtualização
 Surgiu por volta de 1960 com a IBM;
 Técnica que permite instalar um sistema operacional dentro de outro;
 Melhor aproveitamento dos recursos da máquina;
 Utiliza-se de hipervisores para gerenciar as máquinas virtuais.

Tipos de Virtualização
 VIRTUALIZAÇÃO TOTAL
 Primeiro tipo de virtualização a surgir;
 Proporcionava uma abstração completa do hardware;
 SO não sabia que era executado em hardware emulado;
 Usava tradução binária para comunicação entre máquina virtual e física.

 PARAVIRTUALIZAÇÃO
 Kernel do SO convidado é modificado;
 SO convidado sabe que está sendo executado sobre hardware simulado;
 Combina tradução binária com chamadas de sistema (hyper calls) para comunicação entre as máquinas;
 Melhor desempenho;
 Acesso parcial ao hardware.

Tipos de virtualização
 VIRTUALIZAÇÃO A NÍVEL DE SISTEMA OPERACIONAL
 Baseia-se em containers ou partições;
 SO convidados devem possuir o mesmo kernel do SO da máquina física;

 VIRTUALIZAÇÃO ASSISTIDA POR HARDWARE
 Apoiado pelos hardwares atuais que implementam uma nova arquitetura;
 Anel -1, onde é instalado o hipervisor;
 Máquina virtual executa no anel 0, ao lado do SO hospedeiro;
 Acesso direto ao hardware.

Hipervisor Xen PVM
 O Xen é um framework de virtualização originalmente desenvolvido pela University of Cambridge (UK) e está
mantido pela XenSource, Inc. (parte da Citrix). Ele usa paravirtualização, um método de virtualização que envolve
alto grau de cooperação entre hosts virtualizados e máquinas virtuais (GUTIERREZ, 2014).

Vantagens do Hipervisor Xen PVM
 Elevado desempenho na execução das maquinas virtuais;
 Flexibilidade Recursos de administração de uma máquina virtual em tempo real sem necessidade de reiniciá-la;
 Migração em tempo real;
 Pode ser instalado em infraestrutura heterogênea, na qual pode haver processadores que não tenham suporte a
virtualização assistida por hardware.

Desvantagens do Hipervisor Xen PVM
 A paravirtualzação é menos flexível, pois carece de modificações no sistema operacional convidado, para que
este possa trabalhar perfeitamente

Trabalhos Relacionados
 SCHMIDT, A. H. et al. Análise de Desempenho da Virtualização de Redes nos Sistemas Xen e OpenVZ. p. 1–8,
2007.
 AZEVEDO, E. et al. Nuvem pública versus privada: Variações no desempenho de infraestrutura para elasticidade.
p. 110–123, 2012.

Instalação Xen PVM no Ubunto 12.04 LTS
 Para instalar o hipervisor Xen PVM e suas dependências utilize o comando:
 sudo apt-get install xen-hypervisor-4.3-amd64 xen-utils-4.3 xenwatch xen-tools xen-utils-common xenstore-utils
 Após isso instale a biblioteca virt com o commando:
 sudo apt-get install virtinst virt-viewer virt-manager

 Entre no arquivo de configuração do xen, que fica no diretório “/etc/xen/xend-config.sxp”, e configure-o para
que o hipervisor possa usar uma rede bridge descomentando a linha (network-script network-bridge) e ative o
acesso HTTP ao servidor xen descomentando as linhas abaixo:
#(xend-http-server yes)
#(xend-unix-server yes)

 Abra o arquivo “/etc/xen-tools/xen-tools.conf” e adicione no fim do arquivo a seguinte linha:
pygrub=1
 Edite o arquivo “/etc/default/grub” e modifique o grub para iniciar o Xen por padrão. Para tanto é necessário
modificar as seguintes linhas:
GRUB_DEFAULT=“Xen 4.1-amd64”
#GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=0
#GRUB_HIDDEN_TIMEOUT_QUIET=true
GRUB_TIMEOUT=10

 Entre na pasta “/etc/grub.d” e renomeie o arquivo 10_linux para 50_linux e atualize o grub utilizando os
comandos abaixo:
cd /etc/grub.d
sudo mv 10_linux 50_linux
sudo update-grub

 Entre no arquivo “/etc/network/interface” para criar a interface bridge que funcione com DHCP. Como segue:
auto lo
iface lo inet loopback
auto xenbr0
iface xenbr0 inet dhcp
bridge_ports eth0
bridge_maxwait 0

 Após criar a interface bridge é necessário que você levante a interface com o comando abaixo:
sudo ifup xenbr0
 Entre no arquivo “/etc/init.d/rc.local” e adicione a linha “ifup xenbr0” no final do arquivo, para a interface subir
junto com a inicialização do sistema operacional.
 Para ter certeza de que a sua interface bridge está funcionando, verifique se ela consta na saída do comando
abaixo:
sudo brctl show
 Caso não esteja configurada ainda, reinicie o serviço de rede com o comando a seguir:
/etc/init.d/networking restart

Instalação e Configuração de Máquinas Virtuais
 Para criar máquinas virtuais no hipervisor xen, você precisa passar como parâmetros: nome, distribuição,
tamanho do disco, tamanho do swap, rede estática ou por DHCP, tamanho da memória RAM, diretório destino
para criar a imagem e um parâmetro que possibilita a criação de um senha do usuário no processo de criação
da máquina virtual:
 Ex: sudo xen-create-image –-hostname=gerente -–dist=precise –-size=4Gb -–swap=512Mb -–dhcp –-
memory=1024Mb -–dir=/xen -–role=udev --passwd

 Após criar a imagem da máquina virtual, é preciso criar um domínio para essa máquina. A imagem criada é um
arquivo com o nome “hostname.cfg”. No caso do exemplo citado, ficaria “gerente.cfg”. Para criar tal domínio
execute o comando:
sudo xm create NomeDoDomínio.cfg
 Por motivos de melhor assimilação utilize tanto para a imagem, quanto para o domínio o mesmo nome.

 Com o domínio criado, a máquina virtual já pode ser iniciada. O usuário padrão é “root” e a senha, é a que você
escolheu no momento em que criou a imagem.
 Para acessar a máquina virtual execute o comando a seguir:
sudo xm console “domínio”
 Caso seja necessário pausar e depois iniciar a máquina pausada, execute os seguintes comandos
respectivamente:
sudo xm pause gerente
sudo xm unpause gerente

 Para salvar a máquina virtual, é preciso especificar o domínio, e um arquivo de saída para ser salva uma cópia da
imagem da máquina virtual. Execute o comando abaixo para salvar uma máquina:
sudo xm save –c gerente /home/domínioBackup
 Para deletar uma máquina precisamos primeiro apagar seu domínio, e em seguida podemos deletar a imagem
da máquina virtual. Passando o nome da imagem a ser deletada e o diretório do domínio da imagem. Abaixo foi
usado como exemplo uma máquina virtual e domínio de nome “teste”.
sudo xm destroy teste
sudo xen-delete-image teste –dir=/xen

Instalação e Configuração do Iperf
 Para instalar o iperf execute os seguintes comandos:
sudo apt-get update
sudo apt-get install iperf
 Depois de instalar os pacotes nas duas máquinas vamos executar o comando abaixo para realização do teste na
máquina servidor e na máquina cliente respectivamente. A sintaxe do segundo comando executado no cliente,
200.129.39.86 é o endereço IP do servidor, -w tamanho do pacote, -i intervalo de 1 segundo, -t tempo para
transmitir:
Iperf -s
Iperf –c 200.129.39.86 –w 64k –I 1 –t 60

Instalação e Configuração do Bonnie++
 Execute o comando abaixo para instalar a ferramenta usada para testar discos rígidos e performance do sistema
de arquivos:
sudo apt-get install bonnie++
 Com a ferramenta instalada vamos aos testes de desempenho. Na máquina virtual é preciso criar um usuário
para poder executar a ferramenta, por exemplo “admin”. Na máquina física basta executar o segundo comando.
 Então basta executar o comando bonnie++, porém o comando roda com os valores padrão (Default).
Especificamos os parâmetros –r 100, tamanho de memória RAM em megabytes que será usada na execução, e o
parâmetro –s 200, tamanho dos arquivos para o teste de entrada e saída em megabytes. É recomendado usar o
dobro da quantidade de memória RAM, para o teste ficar mais realista.

Instalação e Configuração do Bonnie++
 Execute os comandos abaixo para criar o usuário na máquina virtual e em seguida para executar o teste com o
bonnie++:
adduser admin
bonnie++ -r 100 –s 200

Instalação e Configuração do Sysbench
 Para instalar a aplicação na máquina utilize o comando:
sudo apt-get install sysbench
 Com a ferramenta instalada, vamos fazer os testes de desempenho da CPU. Neste modo é calculado o número
de primos até o valor especificado pela opção --cpu-max-prime. Nós usamos o número 20000 como exemplo.
sysbench -–test=cpu -–cpu-max-prime=20000 run

Resultados Obtidos Iperf
 Ao analisarmos o Gráfico 1, correspondente a máquina virtual e o Gráfico 2 correspondente a máquina física,
observamos que os testes foram feitos no tempo total de 60 segundos (eixo X), e usamos um tamanho fixo do
pacote a ser enviado na rede de 64k, com intervalos para envio de 1 segundo.
 Notamos que a máquina física se manteve nove vezes por mais de um segundo com taxa de transmissão de
94,5 Mbits/s e não se manteve nenhuma vez com taxas abaixo de 93,5 Mbits/s por mais de um segundo.
Enquanto a máquina virtual se manteve com transmissões de 94,5 Mbits/s por mais de um segundo apenas três
vezes, e com o mesmo valor de vezes para taxas de transmissões de 93,5 Mbits/s por mais de um segundo.
Apesar da analise ter sido feita em um espaço curto de tempo, podemos observar um melhor desempenho na
transmissão de pacotes e uso da rede, por parte da máquina física, como mostram os gráficos a seguir.

Resultados Obtidos Bonnie++
 Se um teste é concluído em menos de 500ms, então a saída será exibida como “+ + + +”, pois o resultado de
teste não pode ser calculado com precisão devido a erros de arredondamento e os desenvolvedores da
ferramenta preferiram exibir nenhum resultado, para não mostrar resultados errados.
 As tabelas a seguir mostram o desempenho da máquina física e virtual respectivamente:

 Abaixo mostraremos as tabelas com o desempenho da máquina virtual:

 Abaixo mostraremos as tabelas com o desempenho da máquina física:

Resultados Obtidos Sysbench
 Na análise dos resultados na ferramenta sysbench, assumindo que o número máximo de primos calculado no
teste de CPU foi 20000, em ambas as máquinas, verificamos que o tempo total de execução na máquina física
foi de 23.8280 segundos e na máquina virtual foi de 23.9419 segundos, uma diferença de 0,1139 segundos para
a máquina física que se mostrou mais rápida no cálculo dos primos.
 As tabelas a seguir mostram as estatísticas de desempenho de cada máquina.

Referências Bibliográficas
 AZEVEDO, E. et al. Nuvem pública versus privada: Variações no desempenho de infraestrutura para elasticidade.
p. 110–123, 2012.
 GUTIERREZ, F. .XEN no Ubuntu 12.04 LTS. Lipe.82. 2012. Disponível em:
<htpps://sites.google.com/site/lipe82/Home/diaadia/xen>. Acesso em: 24 abr. 2014.
 REGO, P. A. L. Installing Xen 4.3 on Ubuntu 12.04 LTS. Lost of stuff. 2012. Disponível em: <pauloalr.wordpress.com>.
Acesso em: 28 abr. 2014.
 SEO, C. E. Virtualização–Problemas e desafios. IBM Linux Technology Center, v. 1, n. 008278, p. 1–19, 2009.
 SCHMIDT, A. H. et al. Análise de Desempenho da Virtualização de Redes nos Sistemas Xen e OpenVZ. p. 1–8, 2007.

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