Avaliação do Uso de Xen em Ambientes de Computação de Alto Desempenho

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Avaliação do Uso de Xen em Ambientes de

Computação de Alto Desempenho

Márcio Parise Boufleur Guilherme Piegas Koslovski

Andrea Schwertner Charão LSC - Laboratório de Sistemas de Computação

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Introdução Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho Avaliação de Desempenho de Xen Conclusão

Roteiro

Introdução

Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen

Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho Avaliação de Desempenho de Xen

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Introdução

Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho Avaliação de Desempenho de Xen Conclusão

Introdução

Contexto

Utilização de ambientes virtualizados é um assunto recorrente Ambientes de alto desempenho

Melhor aproveitamento dos recursos computacionais Virtualização facilita o gerenciamento dos recursos computacionais

Ferramenta Xen como uma solução de virtualização

Objetivo

Avaliar o desempenho de Xen em ambientes de alto desempenho

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Introdução

Monitores de Máquinas Virtuais

Visão Geral de Xen Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho Avaliação de Desempenho de Xen Conclusão

Virtualização

Monitores de Máquinas Virtuais Modelos de Virtualização

Virtualização

Camada de software que abstrai o hardware e torna possível a multiplexação de sistemas operacionais

Virtualização começou nos mainframes

Poder computacional atual permite a utilização de virtualização em computadores pessoais

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Introdução

Virtualização

Modelos de Virtualização

Monitores de Máquinas Virtuais (MMV’s)

Gerencia o acesso dos sistemas operacionais hospedados ao hardware

Acesso transparente aos recursos computacionais Consistência no acesso aos recursos

Garante a independência das máquinas virtuais

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Introdução

Virtualização

Virtualização Clássica

MMV executa diretamente sobre o hardware Chamadas de sistema interceptadas pelo MMV Requer suporte por parte do hardware

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Introdução

Virtualização

Virtualização Hospedada

MMV executa junto a um SO hospedeiro

Chamadas são interceptadas pelo MMV e repassadas ao SO hospedeiro

Não necessita de suporte do hardware

VMware é uma solução popular que utiliza este modelo de virtualização

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Introdução Monitores de Máquinas Virtuais

Visão Geral de Xen

Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho Avaliação de Desempenho de Xen Conclusão

Xen

Arquitetura

Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3)

Xen

MMV de código aberto Utiliza virtualização clássica

Disponível para as arquiteturasIA-32, IA-64 e EM64T

Utiliza paravirtualização para contornar as limitações da

arquiteturaIA-32

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Visão Geral de Xen

Xen

Arquitetura

Arquitetura (1/2)

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Visão Geral de Xen

Xen

Arquitetura

Arquitetura (2/2)

Gerenciamento de Memória

Particionamento estático

Forte isolamento entre os SO’s hospedados Acesso somente leitura acontece de forma direta Acesso para gravação é interceptado pelo MMV

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Visão Geral de Xen

Xen Arquitetura

Migração de Máquinas Virtuais (1/3)

Migração de Máquinas Virtuais (2/3) Migração de Máquinas Virtuais (3/3)

Migração de Máquinas Virtuais

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Visão Geral de Xen

Xen Arquitetura

Migração de Recursos Locais

Utiliza ARP reply para informar que o endereço IP foi movido Não utiliza redirecionamento de pacotes diminuindo a dependência residual entre os computadores

Não possui um mecanismo de migração de sistemas de arquivos Live migration permite que os sistemas permaneçam em

execução durante a migração Migração ocorre em etapas

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Visão Geral de Xen

Xen Arquitetura

Migração de Máquinas Virtuais (1/3) Migração de Máquinas Virtuais (2/3)

Etapas do processo de migração

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Introdução Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen

Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho

Avaliação de Desempenho de Xen Conclusão

Artigos (1/2)

A Case for Grid Computing on Virtual Machines (Figueiredo et al., 2003)

Discute a aplicabilidade de soluções de virtualização Análise de sobrecarga do MMV (VMware)

A Single-Computer Grid Gateway Using Virtual Machines (Childs et al., 2005)

Estabelece uma comparação entre Xen e User Mode Linux (UML) Conclui que as vantagens obtidas justificam o uso de uma arquitetura virtualizada

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Introdução Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen

Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho

Avaliação de Desempenho de Xen Conclusão

Artigos (2/2)

A Case for High Performance Computing with Virtual Machines (Huang et al., 2006)

Exploração de uma rede de interconexão InfiniBand, utilizando Xen.

Mecanismo escalável de gerenciamento de imagens de VM’s.

Scalability Comparison of 4 Host Virtualization Tools (Quétier et al., 2006)

Execução de diverso microbenchmarks sobre 4 diferentes implementações de MMV’s

Xen destacou-se em diversos quesitos investigados Confirma a possibilidade da utilização em ambientes com recursos distribuídos

Demonstra que VMware tem a escalabilidade comprometida devido ao alto número de "troca de mundos"(World Switch)

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Introdução Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho

Avaliação de Desempenho de Xen

Conclusão

Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída Impacto sobre um benchmark paralelo

Impacto da migração de máquinas virtuais

Avaliação de desempenho

Objetivos: Avaliar a utilização de Xen em cenários característicos de ambientes de computação de alto desempenho

Ambiente de experimentação: 5 estações Compaq Pentium 4 2.4GHz, memória de 512MB, cache de 512KB, sistema operacional Ubuntu Linux versão 5.10

Xen versão 3.0.2-2 FastEthernet 100Mb/s

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Conclusão

Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída

Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais

Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída

(1/2)

MeteoP2P - Análise de grandes conjuntos de dados meteorológicos

Utiliza abordagem peer-to-peer (P2P)

Alto número de acesso a dados armazenados em disco

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Conclusão

Impacto sobre um benchmark paralelo Impacto da migração de máquinas virtuais

Impacto sobre uma aplicação de computação distribuída

(2/2)

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Conclusão

Impacto sobre um benchmark paralelo

Impacto sobre um benchmark paralelo (1/3)

Benchmark HPL (High Performance Linpack)

Soluções de um sistema denso de equações lineares em arquiteturas distribuídas, utilizando MPI

Execução ocorreu em dois cenários:

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Conclusão

Impacto sobre um benchmark paralelo (2/3)

Primeiro cenário: dois computadores para execução paralela e um terceiro atuando como servidor NFS

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Conclusão

Impacto sobre um benchmark paralelo (3/3)

Segundo cenário: quatro computadores para execução paralela e um quinto atuando como servidor NFS

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Conclusão

Impacto da migração de máquinas virtuais (1/3)

Migração das máquinas executando benchmark HPL e MeteoP2P

Avaliação do mecanismo de Live migration Execução ocorreu em dois cenários:

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Conclusão

Impacto da migração de máquinas virtuais (2/3)

Primeiro cenário: três computadores para execução de quatro processos MPI e um quarto atuando como servidor NFS

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Conclusão

Impacto da migração de máquinas virtuais (3/3)

Segundo cenário: Migração de uma máquina virtual executando MeteoP2P

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Introdução Monitores de Máquinas Virtuais Visão Geral de Xen Xen e a Virtualização em Plataformas de Alto Desempenho Avaliação de Desempenho de Xen

Conclusão

Investigou-se o impacto da utilização de ambientes virtualizados em plataformas de alto desempenho

Intrusividade do monitor de máquinas virtuais Xen

Resultados obtidos mostraram que a sobrecarga envolvida no uso de Xen foi relativamente baixa nos diferentes casos considerados

Xen pode constituir uma alternativa viável de virtualização em plataforma de processamento de alto desempenho