O que é um hipervisor? Definição | Tipos | Exemplos

O hipervisor é uma tecnologia bastante antiga, mas ainda é muito relevante para habilitar a virtualização. Os primeiros hipervisores a fornecer virtualização completa foram desenvolvidos pela IBM em 1967. Eles foram desenvolvidos como uma ferramenta de teste (chamada SIMMON) para o sistema operacional CP / CMS da IBM.

Mas o que exatamente é virtualização? Em termos simples, a virtualização é um processo de criação de uma versão baseada em software (ou virtual) de algo que usa uma quantidade fixa de armazenamento, rede e recursos computacionais. Ele funciona particionando o hardware subjacente e executando cada partição como uma Máquina Virtual separada e isolada, que tem seu próprio sistema operacional.

Agora, é aqui que o hipervisor entra. Eles tornam o processo de virtualização viável. Neste artigo de visão geral, explicamos os diferentes tipos de hipervisores e como eles funcionam. Vamos começar com uma pergunta básica.

O que é um hipervisor?

Definição: Um hipervisor é um hardware, software ou firmware de computador que cria máquinas virtuais e, em seguida, gerencia e aloca recursos para elas com eficiência. Cada máquina virtual pode executar seu próprio sistema operacional e aplicativos.

O computador no qual o hipervisor está instalado é chamado de máquina host e todas as máquinas virtuais são chamadas de máquinas convidadas. Um hipervisor torna mais fácil dividir os recursos da máquina host e alocá-los para máquinas convidadas individuais. Ele também permite que você gerencie a execução de sistemas operacionais convidados e aplicativos em um único hardware de computador.

Digamos que você tenha um PC com 16 GB de RAM e 500 GB de armazenamento em execução no sistema operacional Linux e deseja executar aplicativos que requerem macOS. Nesse caso, você pode criar uma máquina virtual executando o macOS e, em seguida, usar um hipervisor para gerenciar seus recursos. Por exemplo, você pode alocar 4 GB de RAM e 100 GB de armazenamento.

Do ponto de vista de uma máquina convidada, não há diferença entre o ambiente físico e virtualizado. As máquinas virtuais não sabem que são criadas por um hipervisor e que estão compartilhando recursos disponíveis. Eles são executados simultaneamente no hardware que os alimenta. E, portanto, eles dependem inteiramente da operação estável do hardware.

Os hipervisores existem há mais de meio século, mas devido ao aumento na demanda por computação em nuvem nos últimos anos, sua importância se tornou mais aparente.

Tipos de hipervisores

Desde meados da década de 1970, dois tipos diferentes de hipervisores têm sido usados ​​para implementar a virtualização:

Tipo 1 / Bare-metal / Hipervisores nativos

Os hipervisores tipo 1 são executados diretamente no hardware do host. Como eles têm acesso direto ao hardware subjacente e não precisam passar pela camada do sistema operacional, eles também são chamados de hipervisores bare-metal.

Eles têm um desempenho melhor, são executados com mais eficiência e são mais seguros do que outros tipos de hipervisores (Tipo 2). É por isso que grandes organizações e empresas preferem hipervisores bare-metal para trabalhos de computação de data center.

Enquanto a maioria dos hipervisores Tipo 1 permite que os administradores aloquem recursos manualmente com base na prioridade do aplicativo, alguns fornecem alocação dinâmica de recursos e opções de gerenciamento.

Os primeiros hipervisores, como o software de teste SIMMON, eram hipervisores do tipo 1.

Exemplos modernos: VMware ESXi, Nutanix AHV, Oracle VM Server para x86, Microsoft Hyper-V.

Tipo 2 / hipervisores hospedados

Como todos os programas de computador, os hipervisores Tipo 2 são executados em um sistema operacional. Portanto, eles contam com hardware e software subjacentes. Os sistemas operacionais convidados são construídos sobre o sistema operacional host.

Embora esses hipervisores permitam que você crie várias máquinas virtuais, eles não podem acessar diretamente o hardware do host e seus recursos. O sistema operacional pré-instalado controla a rede, memória e alocação de armazenamento. Isso restringe os hipervisores para tomar decisões críticas e adiciona uma certa quantidade de latência.

No entanto, eles são fáceis de configurar e gerenciar. Eles não requerem um administrador dedicado e são compatíveis com uma ampla variedade de hardware. A maioria dos desenvolvedores os usa para fins de teste.

Exemplos: VMware Workstation, VirtualBox, QEMU, VMware Player, VMware Fusion e Parallels Desktop para Mac.

Vantagens

Portabilidade: Um hipervisor pode executar várias máquinas convidadas (virtuais) independentemente da máquina host, e cada máquina convidada pode ter um sistema operacional diferente.

Um usuário autorizado pode deslocar cargas de trabalho e alocar memória, armazenamento e recursos de computação em várias máquinas convidadas de acordo com os requisitos. Quando um aplicativo específico precisa de mais energia, os usuários podem conceder recursos adicionais (da máquina host) por meio do hipervisor.

Econômico: Se você não instalar um hipervisor, pode ser necessário comprar outro hardware físico para executar ou testar diferentes aplicativos. No entanto, usando um hipervisor, você pode definir várias instâncias de uma variedade de sistemas operacionais em uma única máquina física poderosa. Também reduz o custo dos recursos de computação e o consumo de eletricidade de maneira significativa.

Flexibilidade: Como o hipervisor isola o sistema operacional do hardware subjacente, os aplicativos associados não dependem mais de drivers de hardware específicos. Isso torna o sistema geral mais flexível para executar uma variedade de software.

Seguro: O isolamento de cada convidado significa que um problema com um convidado não afeta os outros. Por exemplo, se um programa malicioso corromper todos os arquivos em uma máquina virtual, é menos provável que os arquivos e aplicativos das outras máquinas sejam afetados.

Backup e recuperação do sistema: As máquinas virtuais são arquivos e, como qualquer arquivo convencional, podem ser copiados e restaurados. A replicação baseada em hipervisor é mais fácil e econômica do que outras técnicas de replicação de máquinas virtuais. Também é um hardware natural, o que significa que é possível armazenar qualquer arquivo duplicado em qualquer dispositivo de armazenamento com facilidade.

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Desvantagens

Desempenho comprometido: Como os recursos são compartilhados em ambientes virtuais (embora os convidados permaneçam isolados uns dos outros), isso pode afetar o desempenho de forma significativa.

Às vezes, a causa raiz subjacente permanece oculta. Por exemplo, se a carga aumenta em um programa até o ponto em que a alocação máxima de hardware é atingida, a máquina convidada está paralisada ou começa a obter recursos de outros convidados em execução na mesma máquina host. Isso cria uma escassez de hardware, o que impacta a capacidade de resposta de outros aplicativos ativos.

Risco: A virtualização apresenta um risco porque você mantém todos os seus ovos na mesma cesta. Se a máquina host falhar, todas as máquinas convidadas também falharão. Esse tipo de risco é chamado de "ponto único de falha".

Maior complexidade: Gerenciar várias máquinas virtuais é mais complexo do que gerenciar uma máquina física. Alguns hipervisores têm uma curva de aprendizado íngreme. E à medida que a virtualização se torna mais popular, mais novas habilidades são necessárias.

Tornando a virtualização viável em computadores domésticos

Em meados dos anos 2000, os fabricantes de microprocessadores começaram a adicionar assistência de virtualização de hardware a seus produtos, como AMD-V e Intel VT-x. Em modelos de processador posteriores, eles integraram mais suporte de hardware que permitiu ganhos de velocidade significativos. A partir de 2019, todos os processadores Intel e AMD modernos suportam recursos de máquina virtual.

Os hipervisores também têm um lugar em sistemas embarcados modernos. Em sua maioria, são hipervisores Tipo 1 projetados com requisitos específicos. Ao contrário do hardware de computador, os sistemas embarcados usam uma ampla variedade de arquiteturas e ambientes menos padronizados.

A virtualização nesses sistemas facilita maior eficiência, canais de comunicação de alta largura de banda, isolamento, segurança e recursos em tempo real. Por exemplo, OKL4 oferece suporte a várias arquiteturas, incluindo x86 e ARM. Ele foi implantado em mais de 2 bilhões de telefones celulares, tanto como um sistema operacional de banda base quanto para hospedar sistemas operacionais virtuais.

Segurança

A segurança é um dos fatores mais importantes na tecnologia de virtualização. Se um invasor obtiver acesso não autorizado ao hipervisor, ele poderá obter acesso a todas as máquinas convidadas no software host, explorando caches de hardware compartilhados ou outras vulnerabilidades. Este tipo de ataque é denominado hyperjacking.

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No entanto, os hipervisores modernos são robustos e bem protegidos. Embora tenha havido algumas notícias de pequenos hacks, nenhum grande hyperjacking foi relatado até agora, além do teste de "prova de conceito".