O que é a tecnologia de virtualização?

Ao abstrair o software do hardware subjacente, a virtualização permite-lhe executar múltiplos sistemas operativos e aplicações independentes, conhecidos como máquinas virtuais (MV), numa única máquina física. Trata-se de uma mudança fundamental que transformou a infraestrutura de TI, conduzindo a melhorias significativas em termos de eficiência, escalabilidade e poupança de custos.

Como funciona a virtualização?

No coração da virtualização está uma peça fundamental de software chamada hipervisor. Também conhecido como monitor de máquina virtual (VMM), o hipervisor é a tecnologia que cria e executa máquinas virtuais como SO convidado num anfitrião.

Atua como uma camada entre o hardware físico e as VM, abstraindo dos recursos físicos, incluindo a CPU, a memória e o armazenamento, e alocando-os a cada ambiente virtual convidado.

Cada VM é um computador virtual isolado com seu próprio sistema operativo e aplicativos. O hipervisor faz com que as máquinas virtuais acreditem dispor de acesso exclusivo ao hardware físico, ao passo que, na realidade, o hipervisor gere e partilha eficazmente esses recursos entre todas as máquinas virtuais que funcionam na máquina central física.

O resultado líquido: vários sistemas virtuais podem funcionar de forma simultânea e independente com uma única peça de hardware. Existem dois tipos principais de hipervisores:

• Hipervisores tipo 1 (bare metal): Instalado diretamente no hardware do servidor físico, sem um sistema operativo subjacente. São o tipo mais comum utilizado em centros de cálculo e ambientes empresariais porque oferecem alto desempenho e segurança.
   
• Hipervisores de tipo 2 (alojados): Executar como uma aplicação de software sobre um sistema operativo existente, como o Windows ou macOS. Normalmente, são utilizados para virtualização de ambiente de trabalho ou para executar diferentes sistemas operativos de servidor ou desktop convidado num único computador para fins de desenvolvimento e teste.

Os hipervisores Tipo 1 são utilizados para centros de dados de grandes empresas que requerem um elevado desempenho, enquanto os hipervisores Tipo 2 são utilizados para infraestruturas de ambientes de trabalho virtuais e para o desenvolvimento de computadores pessoais.

Porquê utilizar a tecnologia de virtualização?

A adoção da virtualização proporciona várias vantagens essenciais, desde a melhoria da eficiência dos sistemas até à melhoria da segurança:

• Otimização de recursos A virtualização permite a otimização de hardware físico. Em vez de ter uma aplicação subutilizada em execução num único servidor dedicado, pode consolidar várias cargas de trabalho numa única máquina física. Isto elimina a dispersão de servidores, reduz os recursos desperdiçados e torna a sua infraestrutura de TI muito mais eficiente.
   
• Escalabilidade da infraestrutura: A virtualização torna muito mais fácil escalar a sua infraestrutura para satisfazer as diferentes necessidades empresariais. Pode aprovisionar rapidamente novas máquinas virtuais, reatribuir recursos entre VMs convidadas ou migrar cargas de trabalho de um servidor para outro sem alterações físicas ao hardware. Esta flexibilidade dinâmica permite uma escalabilidade rápida, para cima ou para baixo, em resposta à procura.
   
• Redução de custos: Um dos benefícios mais significativos da virtualização é o potencial para suportar poupanças de custos substanciais. A consolidação dos servidores permite reduzir os custos com novo hardware, reduzir o consumo energético (energia e arrefecimento) e diminuir os custos de manutenção. Isto traduz-se num custo total de propriedade (TCO) mais reduzido para a sua infraestrutura de TI.
   
• Isolamento e segurança: Cada máquina virtual é um ambiente isolado, o que significa que uma violação de segurança ou uma falha da aplicação num anfitrião VM não afetará as outras VM em execução no mesmo servidor físico. Este nível de isolamento aumenta a segurança e a estabilidade.

Além disso, a virtualização simplifica a recuperação de desastres para sistemas ao permitir-lhe efetuar o backup e o restauro de máquinas virtuais inteiras de forma rápida e fácil, minimizando o tempo de interrupção após um incidente.

Tipos de virtualização

A virtualização não é uma tecnologia única, mas um conceito abrangente que abrange vários tipos distintos, cada um concebido para suportar e otimizar um recurso de TI específico. A compreensão destas diferentes categorias é essencial para aproveitar eficazmente a virtualização na infraestrutura de uma organização.

Virtualização de servidores:

A virtualização de servidores é a forma mais comum e amplamente adotada de virtualização. Envolve a partição e a geração de um único servidor físico em múltiplos servidores virtuais isolados, cada um com capacidade para executar o seu próprio sistema operativo e aplicações.

O hipervisor permite que estes sistemas de servidor virtual partilhem os recursos de hardware subjacentes à máquina física. Esta consolidação aumenta drasticamente a utilização do servidor, reduz o número de servidores físicos necessários e simplifica a gestão de servidores.

Virtualização de Rede

A virtualização de rede combina o hardware de rede físico (como comutadores, routers e firewalls) numa única rede virtual baseada no software. Separa o plano de controlo da rede do plano de dados, permitindo que os serviços e sistemas de rede sejam aprovisionados e geridos programaticamente, sem manipulação direta de hardware físico.

Isto permite uma maior flexibilidade de rede, agilidade e gestão de rede simplificada, tornando mais fácil a implementação de novos serviços de rede e a aplicação de políticas de segurança.

Virtualização do armazenamento

A virtualização do armazenamento combina o armazenamento físico de vários dispositivos de armazenamento de rede no que parece ser um único dispositivo de armazenamento. Esta abstração liberta os administradores da gestão do armazenamento com base na localização de execução física dos dados.

Permite que os dados sejam armazenados e recuperados sem conhecer a localização precisa do sistema de suporte do hardware de armazenamento. As vantagens incluem uma melhor utilização do armazenamento em execução, uma migração de dados mais fácil, uma proteção de dados melhorada e uma gestão simplificada do armazenamento em todo o hardware.

Virtualização de desktop

A virtualização do ambiente de trabalho separa um ambiente de trabalho e respetivas aplicações associadas do dispositivo do cliente físico utilizado para aceder ao mesmo.

Em vez de executarem um sistema operativo e aplicações diretamente no computador local de um utilizador, estas são executadas num servidor centralizado. Os utilizadores podem aceder ao ambiente de trabalho virtual personalizado a partir de qualquer dispositivo, em qualquer lugar. Isto simplifica a gestão do desktop, aumenta a segurança, melhora o controlo dos dados e oferece uma maior flexibilidade para as forças de trabalho remotas.

Virtualização da aplicação

A virtualização de aplicações permite a execução de aplicações num ambiente de suporte isolado do sistema operativo subjacente. Isto significa que a aplicação não está diretamente instalada no dispositivo local, mas é transferida em sequência para o mesmo ou é executada num contentor virtual que o isola de outras aplicações e do SO.

É uma abordagem que elimina conflitos de memória entre aplicações, simplifica a implementação e garante a compatibilidade da aplicação em vários ambientes de utilizador, uma vez que a aplicação leva o seu próprio ambiente de tempo de execução consigo.

A virtualização é uma tecnologia versátil com uma vasta gama de aplicações que fomentam a eficiência e a inovação em várias indústrias.

Um dos casos de uso mais comuns é a consolidação do centro de dados, na qual as empresas reduzem a dimensão do seu servidor físico através da virtualização de múltiplas cargas de trabalho que são executadas num único hardware, proporcionando enormes poupanças em termos de espaço, energia e arrefecimento. É, afinal, a pedra angular do Infrastructure-as-a-Service (IaaS).

Também serve como uma pedra angular dos modernos planos de recuperação de desastres e de continuidade de negócio, permitindo que ambientes virtuais inteiros sejam rapidamente salvaguardados e restaurados em caso de falha elétrica.

Além disso, a virtualização é inestimável para os ambientes de desenvolvimento e de teste, uma vez que os programadores podem aprovisionar e destruir rapidamente máquinas virtuais isoladas para testar aplicações sem afetar outros sistemas.

É também a tecnologia fundamental para o cloud computing, permitindo aos fornecedores agrupar e partilhar recursos entre inúmeros utilizadores, o que possibilita serviços como o Infrastructure as a Service (IaaS). Ao proporcionar uma base flexível e escalável para o seu funcionamento, a virtualização é um elemento essencial para a cloud privada, a cloud pública e as estratégias de cloud híbrida.

Benefícios e desafios

Embora as tecnologias de virtualização suportem vantagens transformadoras para as infraestruturas de TI modernas, a sua implementação e gestão são acompanhadas pelo seu próprio conjunto de considerações e potenciais desafios. É crucial compreender ambos os lados para que o ambiente virtual seja bem-sucedido e otimizado. As vantagens incluem:

• Rentabilidade: Ao consolidar múltiplas cargas de trabalho num único servidor físico, a virtualização reduz drasticamente as despesas de capital em hardware. Também reduz os custos operacionais associados à energia, ao arrefecimento e ao espaço do centro de cálculo.
   
• Maior agilidade e escalabilidade: As máquinas virtuais podem ser aprovisionadas e implementadas em apenas alguns minutos, não dias. Esta rápida flexibilidade permite que as organizações aumentem ou diminuam rapidamente os recursos para satisfazer as exigências variáveis e suportar uma implementação e testes de aplicações mais rápidos.
   
• Melhoria da retoma de atividade: A virtualização simplifica a recuperação de desastres tornando mais fácil o backup, a replicação e a deslocação de máquinas virtuais inteiras para um local externo. Isto permite tempos de recuperação mais rápidos e minimiza o tempo de interrupção após um evento catastrófico.
   
• Aumento da produtividade: As ferramentas de gestão centralizada para ambientes virtuais simplificam a administração de inúmeros servidores, sistemas operativos e aplicações. Isto reduz o tempo e esforço necessários para as tarefas de manutenção de rotina, libertando o pessoal de TI para que se possa concentrar nas iniciativas estratégicas.

Embora a virtualização ofereça vantagens significativas, a sua implementação não está isenta do seu próprio conjunto de complexidades e de potenciais armadilhas:

• dispersão do anfitrião da VM: Como é muito fácil criar novas máquinas virtuais para serem executadas, as organizações podem sofrer uma proliferação descontrolada, conhecida como VM sprawl. Isto pode levar a um grande número de VMs não geridas ou esquecidas que consomem recursos valiosos, aumentam a complexidade e criam vulnerabilidades de segurança.
   
• Custos gerais de desempenho: A execução de um hipervisor e de várias VM num único host pode introduzir um ligeiro overhead de desempenho. Se não for corretamente gerida, isto pode conduzir a contenção de recursos, em que as VM concorrentes lutam pela CPU, memória ou armazenamento, resultando numa diminuição do desempenho para aplicações críticas.
   
• Complexidade de gestão: Embora uma consola de gestão centralizada possa ser uma vantagem, o simples número de recursos virtuais, desde máquinas virtuais e redes virtuais até armazenamento virtual, pode criar um ambiente complexo. A gestão eficaz requer competências especializadas e ferramentas para monitorizar, otimizar e manter a infraestrutura.

Finalmente, o licenciamento de software num ambiente virtualizado pode ser muito complexo e dispendioso durante a utilização, especialmente quando um único servidor físico executa múltiplas VMs principais, cada uma exigindo a sua própria licença. Além disso, algumas aplicações tradicionais ou especializadas poderão ter problemas de compatibilidade com as plataformas de virtualização, o que dificulta a migração.

Além dos seus benefícios financeiros e operacionais, a virtualização tornou-se um pilar das práticas de TI sustentáveis. Ao consolidarem múltiplas cargas de trabalho num único servidor físico, as empresas poderão reduzir drasticamente as suas dimensões de hardware.

Esta "consolidação de servidores" traduz-se diretamente num menor consumo de energia, na medida em que menos máquinas físicas necessitam de menos eletricidade para funcionar e menos energia para arrefecimento.

A redução do consumo de energia não só reduz os custos operacionais para os utilizadores, como também diminui significativamente as emissões de carbono de uma organização, contribuindo para um impacto ambiental mais reduzido.

À medida que as empresas em todo o mundo dão prioridade aos objetivos de sustentabilidade em uso, a virtualização oferece uma solução poderosa e prática para a construção de um centro de dados com maior eficiência energética e mais ecológico, alinhando os objetivos empresariais com a responsabilidade social da empresa. Por isso, é uma tecnologia crucial para qualquer organização que pretenda implementar uma estratégia de "TI ecológicas".

Futuro da virtualização

Tal como qualquer outro sector tecnológico de ritmo rápido, a virtualização não é estática; é um campo dinâmico continuamente moldado pelas novas tecnologias de computação e pelas necessidades empresariais em evolução. Embora os princípios fundamentais da abstração de recursos físicos permaneçam, o futuro da virtualização está preparado para se integrar mais profundamente noutras tecnologias de ponta e abordar desafios emergentes.

IA em virtualização

Uma das tendências mais significativas é a integração da virtualização com a inteligência artificial e o machine learning (IA/ML). À medida que os ambientes virtualizados crescem em escala e complexidade, a gestão manual torna-se cada vez mais difícil.

Estão a ser desenvolvidos algoritmos de IA e ML para automatizar tarefas de utilização, como a alocação de recursos, a otimização do desempenho e a manutenção preditiva.

Por exemplo, as ferramentas baseadas em IA podem analisar padrões de carga de trabalho em tempo real e ajustar dinamicamente as alocações de CPU, memória e armazenamento de modo a evitar a contenção de recursos e assegurar um desempenho ideal para aplicações críticas. Isto não só melhora a eficiência, como também reduz a carga administrativa sobre as equipas informáticas, permitindo-lhes concentrar-se em iniciativas mais estratégicas.

Assistência melhorada a hardware

Outra área chave da inovação é a virtualização assistida por hardware. Embora os hipervisores se tenham tornado altamente eficientes, ainda apresentam um ligeiro overhead de desempenho.

Fabricantes de chips, como a Intel e a AMD, estão a melhorar continuamente os seus processadores com funcionalidades concebidas especificamente para acelerar a virtualização num processador.

As otimizações ao nível do hardware, como Intel VT-x e AMD-V, permitem aos processadores processar diretamente algumas funções do hipervisor, oferecendo um desempenho quase nativo para cargas de trabalho virtualizadas em CPU Intel e AMD, em Windows e Linux.

Com o avanço das capacidades de hardware, a diferença de desempenho entre uma máquina física e uma máquina virtual continuará a diminuir, tornando a virtualização informática uma escolha ainda mais interessante para as aplicações mais exigentes.

edge computing

A ascensão do edge computing também apresenta uma nova fronteira para a virtualização. À medida que as empresas implementam mais aplicações e dispositivos no limiar da rede — mais perto de onde os dados são gerados — verifica-se uma necessidade crescente de gestão eficiente dos recursos em ambientes distribuídos e de baixa latência.

A virtualização é o software de tecnologia de base que permite a consolidação e a gestão de diversas cargas de trabalho de software em hardware limitado na "borda".

Isto permite a rápida implementação de novos serviços, aumenta o processamento de dados e melhora a segurança na "borda". A virtualização de borda, muitas vezes utilizando hipervisores leves ou conteinerização, está se tornando um facilitador crítico para IoT, cidades inteligentes e análises em tempo real.

Está a pensar optar pela cloud nativa?

Finalmente, a evolução da virtualização nativa da cloud está a remodelar a forma como as organizações pensam sobre a infraestrutura. Enquanto a virtualização tradicional se concentra frequentemente na criação e gerenciamento de VMs individuais, o futuro está se movendo para uma gestão de infraestrutura mais declarativa e automatizada.

Tecnologias como o Kubernetes estão a expandir o seu alcance para além dos containers para orquestrar máquinas virtuais juntamente com elas, criando um plano de controlo unificado para todos os tipos de cargas de trabalho. Esta tendência, conhecida como "virtualização nativa de containers", oferece o melhor de ambos os mundos: o forte isolamento de um host de VM com a agilidade e portabilidade de um sistema de orquestração de containers.

Esta abordagem híbrida simplifica a gestão de software, aumenta a produtividade do programador e abre caminho a um futuro verdadeiramente integrado e multicloud. Estas tendências salientam que a virtualização não é uma tecnologia estática, mas um elemento essencial para a futura inovação das TI.