Virtualização de servidores: particione e conquiste

escrito por William Stanek

A virtualização de servidores é uma das tecnologias indispensáveis no data center empresarial da atualidade. A virtualização de servidores permite criar várias VMs (máquinas virtuais) que compartilham o mesmo hardware físico. Cada VM executa uma instância distinta de um sistema operacional que usa os recursos de hardware atribuídos pelo hipervisor (gerenciador da VM).

Do modo mais eficiente, você pode usar as VMs para consolidar servidores de baixa utilização. Em vez de ter vários servidores subutilizados, você tem menos servidores, cada um com várias VMs. A consolidação de servidores como esses pode não apenas economizar dinheiro da sua organização, reduzindo custos com equipamentos e consumo de energia, mas pode também reduzir as despesas gerais de gerenciamento e simplificar a manutenção dos servidores.

Embora a virtualização de servidores esteja na última moda, nem sempre é a melhor opção para cenários de alta utilização. Como as cargas de trabalho de servidor aumentam drasticamente, você precisa de uma solução de servidor que também seja dimensionada drasticamente. É aqui que o particionamento de hardware entra em cena.

O particionamento de hardware cria várias partições de hardware isoladas em um servidor único. Cada partição de hardware executa uma instância distinta de um sistema operacional e tem processador, memória e recursos de ponte de host de E/S atribuídos a ela por um processador de serviços.

Um gerenciador de partição se comunica com o processador de serviços para ajudá-lo a gerenciar configurações da partição de hardware. Como as partições de hardware são isoladas umas das outras, os erros de hardware que ocorrem em um servidor particionado afetam apenas essa partição que contém o hardware com funcionamento inadequado. Isso aprimora a confiabilidade e a disponibilidade em geral.

Dito isso, as partições de hardware e as VMs não são mutuamente exclusivas. Você pode usar as duas tecnologias em conjunto, instalando um gerenciador de VMs em uma partição de hardware e criando VMs dentro dessa partição de hardware. Essa combinação ajuda você a aumentar e dimensionar drasticamente usando o hardware de servidor de classe empresarial. Você aumenta para atender às necessidades de alta utilização e dimensiona para atender às necessidades de baixa utilização. Isso garante que você obtenha o maior impacto das duas abordagens de gerenciamento de hardware.

A abordagem dinâmica

O particionamento de hardware pode ter uma abordagem estática ou dinâmica. Em um ambiente de particionamento de hardware estático, as alocações de recursos são fixas enquanto o sistema está em execução. Você precisa desligar e reiniciar uma instância do sistema operacional para alterar a configuração.

Em um ambiente de particionamento de hardware dinâmico, as alocações de recursos são ajustáveis enquanto o sistema está em execução. Isso significa que você pode adicionar ou substituir recursos sem reiniciar o sistema operacional que está sendo executado na partição de hardware. Isso aprimora muito a disponibilidade e a capacidade de serviço.

O particionamento de hardware dinâmico exige suporte do sistema operacional para obter excelentes resultados. O Windows Server 2008 R2 oferece suporte aos recursos de particionamento de hardware dinâmico mostrados na Figura 1, mas atualmente não oferece suporte à remoção automática. A versão RTM do Windows Server 2008 tem o mesmo nível de suporte, exceto que ela oferece suporte apenas para inclusão automática de memória e inclusão automática de ponto de host de E/S na Datacenter Edition dos sistemas baseados em X86. O suporte nativo do sistema operacional para PCI Express permite a conexão automática de dispositivos PCIe, como adaptadores de rede e adaptadores de barramento do host.

Inclusão automática de memória Inclusão automática de processador Inclusão automática de ponte de host de E/S Substituição automática de memória Substituição automática de processador
Standard x64 X
Enterprise x64 X X
Datacenter x64 X X X X X
Baseado em Itanium X X X X X

 

Figura 1 Suporte de particionamento de hardware dinâmico no Windows Server 2008 Edition

Para oferecer suporte à alocação dinâmica, o Windows Server 2008 modela pontes de E/S, processadores e memória como dispositivos plug-and-play. Isso permite que você adicione ou substitua esses recursos. Também permite que drivers de dispositivo e aplicativos em execução sejam registrados para notificações relacionadas, para que seja possível alocar ou fazer a transição de recursos. Cada recurso — memória, processador ou ponto de host de E/S — é controlado como uma unidade distinta, chamada de unidade de partição.

Se um componente do hardware começar a falhar, você será alertado por erros de hardware registrados em logs de eventos. Se um servidor estiver sendo muito utilizado, você será notificado por contadores de desempenho ou métricas de monitoramento de recursos similares. Em qualquer uma dessas instâncias, você poderá manter proativamente seu servidor adicionando recursos ou substituindo um recurso problemático de forma dinâmica. Isso pode ser feito de várias maneiras:

  • Manualmente: use o gerenciador de partição enviado pelo fornecedor para comunicar suas alterações com o processador de serviços.
  • Automaticamente: configure um aplicativo de gerenciamento de sistemas entregue pelo fornecedor com condições de disparo para suas partições de hardware. Se os seus servidores atenderem a qualquer uma dessas condições, o aplicativo iniciará automaticamente a alteração com o processador de serviços.

Seja controlado manualmente ou disparado automaticamente, o processador de serviços controla a solicitação de “adicionar ou substituir” como uma ação atômica única. Isso significa que uma substituição não é o mesmo que remover um recurso (usando a remoção automática) e, em seguida, adicionar um novo recurso do mesmo tipo (usando a inclusão automática). O processador de serviços controlará uma operação de inclusão dinâmica por meio da:

  1. Seleção dos recursos sobressalentes disponíveis e necessários.
  2. Ativação e inicialização dos recursos.
  3. Adição dos recursos selecionados à partição de hardware designada.
  4. Notificação ao Windows Server 2008 da disponibilidade dos novos recursos.

Quando o Windows Server 2008 receber uma notificação de adição dinâmica, as seguintes ações serão tomadas:

  1. Iniciará os recursos e os adicionará ao pool de recursos disponíveis.
  2. Notificará todos os dispositivos e aplicativos registrados sobre os recursos, de forma que eles possam ajustar as alocações de seus recursos.
  3. Com processadores: iniciará um novo balanceamento de recursos do sistema de drivers de dispositivo participantes, para que eles possam desconectar e reconectar seus manipuladores de interrupção de hardware e fazer uso dos novos recursos. Os drivers de dispositivo não participantes não estão incluídos, de forma que a realocação não interrompe seus serviços.
  4. Com pontes de host de E/S: verificará os dispositivos conectados ao novo barramento de E/S e, possivelmente, iniciará um novo balanceamento de recursos.
  5. Na conclusão dessas etapas, notificará o processador de serviços que a inclusão automática foi concluída.

A substituição automática está disponível apenas para memória e processadores (e apenas quando o recurso de substituição é idêntico ao recurso original). O processador de serviços controla uma operação de substituição por meio de:

  1. Seleção dos recursos sobressalentes disponíveis e necessários.
  2. Ativação e inicialização dos recursos. Com memória, o estado dos módulos de memória antigos é copiado para os novos módulos de memória.
  3. Notificação ao Windows Server 2008 sobre a iminente operação de substituição. O sistema operacional entra em um estado de suspensão pseudo-S4. Com processadores, o sistema operacional e o firmware do sistema copiam o estado dos processadores antigos para os novos. Com memória, todas as alterações de estado são copiadas para os novos módulos de memória.
  4. Mapeamento dos recursos de substituição para a partição de hardware e substituição dos recursos antigos.
  5. Notificação ao Windows Server 2008 sobre a conclusão da substituição. O sistema operacional sai do estado de suspensão e retoma as operações regulares.
  6. Desativação dos recursos antigos e notificação ao gerenciador de serviços e ao aplicativo de gerenciamento do sistema que a substituição está concluída.

A substituição automática foi projetada para ser transparente aos aplicativos em execução no sistema operacional da partição. O estado de suspensão pseudo-S4 é igual ao estado de suspensão S4 regular, exceto que o sistema operacional não salva um arquivo de hibernação nem é desativado. Enquanto está no estado de suspensão, o sistema operacional interrompe todas as operações de processamento e E/S, e os dispositivos na partição são colocados em um estado de baixa energia. Se o sistema operacional for altamente utilizado, as conexões de rede com o sistema operacional poderão atingir o tempo limite durante a substituição automática e precisarão ser reconectadas.

Isso é o que ocorre com o particionamento dinâmico e é a maneira como você pode usar os recursos relacionados em seus ambientes do data center para realizar a manutenção proativa. Lembre-se, você não usará o RAID do software em um servidor de alta utilização quando houver RAID de hardware disponível e, portanto, será pouco provável que você use VMs em um servidor de alta utilização quando o particionamento de hardware dinâmico estiver disponível.

Porém, nada é inalterável. Há situações em que você pode querer combinar técnicas para obter os benefícios de conseguir aumentar e dimensionar rapidamente.

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