Implementação de um serviço de telemetria do OpenStack em um ambiente Cloud Computing

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UNIVERSIDADEFEDERALDO RIO GRANDE DO NORTE

Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN Centro de Ensino Superior do Serid´o – CERES Departamento de Ciˆencias Exatas e Aplicadas – DCEA

Bacharelado em Sistemas de Informa¸c˜ao – BSI

Implementa¸

c˜

ao de um servi¸

co de telemetria do

OpenStack em um ambiente Cloud Computing

Jackson Soares

Orientador: Prof. MSc. Gilson Gomes da Silva.

Trabalho de Conclusão de Curso apre-sentado ao Curso de Bacharelado em Siste-mas de Informa¸cão como parte dos requisitos para obten¸cão do t´ıtulo de Bacharel em Sis-temas de Informa¸cão.

Laboratório de Elementos do Processamento da Informa¸cão – LabEPI Caicó, RN, 27 de outubro de 2015

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Divis˜ao de Servi¸cos T´ecnicos

Cataloga¸c˜ao da Publica¸c˜ao na Fonte. UFRN Biblioteca Setorial do Instituto de Qu´ımica.

Soares, Jackson

Implementa¸c˜ao de um servi¸co de telemetria do OpenStack em um ambiente Cloud Computing. / Jackson Soares. – Natal, RN, 2015.

74 f.: il.

Orientador: Prof. MSc. Gilson Gomes da Silva.

Monografia (Bacharel em Sistemas de Informa¸cão) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ensino Superior do Seridó - CERES. Departa-mento de Ciências Exatas e Aplicadas.

1. Computa¸c˜ao em Nuvens - Monografia. 2. Cloud Computing - Monografia. 3. OpenStack - Monografia. 4. Telemetria - Monografia. 5. Tecnologia da Informa¸c˜ao - Monografia. I. Gomes, Gilson. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. T´ıtulo.

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Implementa¸

c˜

ao de um servi¸

co de telemetria do

OpenStack em um ambiente Cloud Computing

Jackson Soares

Monografia aprovada em 19 de junho de 2015 pela banca examinadora composta pelos seguintes membros:

Prof. MSc. Gilson Gomes da Silva (orientador) . . . DCEA/UFRN

Prof. Dr. Jo˜ao Paulo de Souza Medeiros . . . DCEA/UFRN

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“Este ´e o dia em que o Senhor agiu; alegremo-nos e exultemos neste dia. ”

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Agradecimentos

Agrade¸co a Deus pelo o dom da vida, pela a sua longanimidade, fidelidade e amor para comigo, pois sem a ajuda dele seria imposs´ıvel chegar at´e aqui. A ele seja toda a honra e a gl´oria para todo o sempre.

Aos meus pais, Josefa Soares e Antônio José Soares, por me incentivarem, sendo os pilares de minha vida, acreditando em minha capacidade. Agrade¸co também por eles terem investido tanto em meus estudos e me darem uma educa¸cão de um verdadeiro homem de bem, o qual contribuiu para que eu nunca me desviasse do caminho, eu os Amo.

Aos meus irmãos, Andressa Soares e André Abmael Soares, por me darem seu apoio em todas as circunstâncias e serem pessoas que procuram fazer o que é bom.

Ao meu grande irmão Gidinei, por me apoiar nos anos iniciais de curso cedendo um lugar de apoio e descanso, você é um grande exemplo de vencedor.

Aos professores João Borges, João Paulo, Luiz Paulo e Gilson por terem um dia me aceito como integrante do LabEPI, laboratório ao qual é o melhor ambiente de estudo e aprendizado que conheci, contribuindo para minha forma¸cão. Em especial ao professor João Paulo por me ajudar em muitos momentos de dificuldades e indecisões, e ao Professor Gilson por ter me aceito como seu orientando.

Aos Professores Deilson, Josué, Flavius, Taciano, Karliane, Ricardo, Fabr´ıcio pelo o co-nhecimento que me foi transmitido e por também fazerem parte da minha forma¸cão. Aos meus amigos de laboratório, Maycon, Francimar, Túlio, Dênis, Anderson, Daniel, Gutto, Emerson, Eduardo, Alex, Ângelo, gra¸cas a vocês pude ter um ambiente de estudo agradável, compartilhando conhecimento e resolvendo problemas, vocês são verdadeiros irmãos.

Aos meus tios e primos por também me apoiarem e incentivarem nessa jornada, Especial-mente tia Loura e tia Branca pelos conselhos e palavras de ânimo e fé.

Aos queridos, José Carlos, José Daniel Dantas, por me proporcionarem momentos de alegrias e companheirismo renovando as minhas for¸cas, ao Pastor Silvany, Socorro Oliveira, Valmir e Valdinete que sempre trouxeram uma palavra de fé da parte de Deus.

Aos amigos, Denir, Dorgivan, Hugo da residência universitária de Caicó por dividirem comigo ao longo dos últimos anos um ambiente familiar agradável.

Finalmente, sou grato pela oportunidade de desenvolver este trabalho no Laboratório de Elementos do Processamento da Informa¸cão (LabEPI), sediado no Centro de Ensino Superior do Seridó da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

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Resumo

A Cloud Computing (Computa¸cão em Nuvem) desde o in´ıcio da década atual deixou de ser apenas um conceito e passou a ser um novo paradigma, influenciando a tomada de decisões de grandes empresas em todo mundo e afetando direta e indiretamente uma grande parte das pessoas. O objetivo deste trabalho consiste em desenvolver um servi¸co de telemetria para cálculo de estimativas e cria¸cão de relatórios de uso de recursos em uma nuvem OpenStack R_{. Ser´}_{a abordado a Cloud Computing expondo seus conceitos,}

caracter´ısticas, e seus impactos junto à Tecnologia da Informa¸cão. À medida que a Cloud Computing avan¸ca, também avan¸cam os esfor¸cos, investimentos e projetos em toda a parte. O OpenStack R _{é um exemplo de plataforma estável de código aberto para a nuvem (cloud).}

Fornecendo uma gama de op¸cões e oportunidades para o desenvolvimento de aplica¸cões baseadas em seus servi¸cos. Diante deste cenário, surgiu a necessidade de desenvolver uma aplica¸cão com o objetivo de realizar cálculos e estimativas do uso de recursos fornecidos pela nuvem, por meio da implanta¸cão e utiliza¸cão do servi¸co de telemetria. Durante o desenvolvimento deste trabalho, e da aplica¸cão resultante, foi feito a escolha do tema, realizado estudos bibliográficos e técnicos, a implementa¸cão do sistema, coleta e análise dos resultados. Conclui-se os resultados obtidos como positivos e satisfatórios, já que os testes realizados demonstraram que a aplica¸cão desenvolvida fornece controle e gerência do uso de recursos na nuvem, provendo transparência para todos os tipos de usuários, sendo que este trabalho pode ser utilizado pela comunidade em geral, para estudos posteriores, levando em considera¸cão nuvens computacionais e problemas de estudos similares.

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Abstract

Since the beginning of the decade, Cloud Computing have ceased to be a concept and came to be a new paradigm, influencing the making of decisions for large companies around the world and affecting directly and indirectly many people. The objective of this work is to develop a telemetry service for calculating estimates and creating resource usage reports in a OpenStack R _{cloud. This work will about Cloud Computing, exposing}

it’s concepts, features, and it’s influences among the Information Technology. As Cloud Computing advances, so advances our efforts, investments and projects all over the place. OpenStack R _{is an example of stable open source platform for the cloud. Providing a}

range of options and opportunities to develop applications based on their services. Against this scenary, came the need of developing one application with objective to estimate the resource usage provided by the cloud. Therefore, the deployment and use of a Telemetry service and it’s methods was conducted. For the development of this work, and of the resulting application, was made choosing the topic, bibliographic and technical studies, system implementation, collection and analysis of results. It was concluded the results as positive and satisfactory, since tests have shown that the developed application provides control and management of the use of resources in the cloud, providing transparency for all types of users, and this work can be used for the community in general, for further studies taking into account computational clouds and similar studies problems.

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OpenStack: Utilizando o servi¸co de Telemetria para c´alculo de estimativas i

Sum´

ario

Lista de Figuras iii

Lista de Tabelas v

Lista de siglas e abrevia¸c˜oes vii

Lista de marcas registradas ix

1 Introdu¸cão 1 1.1 Defini¸cão do Problema . . . 1 1.2 Solu¸cão Proposta . . . 2 1.3 Objetivos . . . 2 1.3.1 Objetivo Geral . . . 2 1.3.2 Objetivos Espec´ıficos . . . 2 1.4 Justificativa . . . 3 1.5 Organiza¸cão do trabalho . . . 3

2 Referencial Te´orico 5 2.1 Introdu¸c˜ao. . . 5

2.2 A TI e seu papel nas organiza¸c˜oes . . . 5

2.3 Cloud Computing . . . 6

2.3.1 Conceitos de Cloud Computing . . . 7

2.3.2 Virtualiza¸c˜ao . . . 10

2.4 Uma plataforma de nuvem aberta. . . 12

2.4.1 Hist´orico e Caracter´ısticas . . . 12 2.4.2 Servi¸cos do OpenStack . . . 13 2.5 O Servi¸co Ceilometer . . . 16 2.5.1 Conceitos . . . 17 2.5.2 Arquitetura . . . 17 2.5.3 M´etodos de consultas . . . 19 2.6 Trabalhos Relacionados . . . 20

3 Procedimentos Metodol´ogicos 23 3.1 Caracteriza¸c˜ao da Pesquisa - Estudo de Caso . . . 23

3.2 Realiza¸c˜ao do Estudo bibliogr´afico . . . 24

3.3 Realiza¸c˜ao do Estudo t´ecnico . . . 24

3.4 Implementa¸c˜ao da aplica¸c˜ao . . . 24

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4 An´alise do Estudo de Caso - Projeto Pr´atico 27

4.1 Introdu¸c˜ao. . . 27

4.2 Implementa¸c˜ao da aplica¸c˜ao RDU2 . . . 27

4.3 Instala¸c˜ao do Servi¸co de Telemetria - Ceilometer . . . 28

4.4 Intera¸c˜oes com a API Ceilometer . . . 28

4.5 Tecnologias e Ferramentas utilizadas . . . 29

4.5.1 Python . . . 29

4.5.2 A biblioteca Pycurl. . . 30

4.5.3 Gnuplot . . . 30

4.6 API para gerar relat´orios de uso e custos por utiliza¸c˜ao de recursos . . . 30

4.6.1 Interagindo com a interface . . . 31

4.7 Resultados Obtidos. . . 32

5 Considera¸c˜oes Finais 37 5.1 Conclus˜oes . . . 37

5.2 Trabalhos futuros . . . 38

Referências Bibliográficas 41 A Apendice para desenvolvedores 43 A.1 Manual de instala¸cão Ceilometer . . . 43

A.1.1 Instala¸c˜ao do m´odulo de Telemetria . . . 43

A.1.2 Instalando o agente compute de Telemetria . . . 46

A.1.3 Sincronizando o servi¸co de Imagem servi¸co de Telemetria: . . . 47

A.1.4 Verificando a instala¸c˜ao do servi¸co de Telemetria . . . 47

A.2 API Web V2 Ceilometer . . . 48

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OpenStack: Utilizando o servi¸co de Telemetria para c´alculo de estimativas iii

Lista de Figuras

2.1 Uma representa¸c˜ao para Cloud Computing . . . 7

2.2 Modelo visual para Cloud Computing . . . 8

2.3 Vis˜ao Geral OpenStack . . . 13

2.4 A arquitetura Conceitual OpenStack . . . 15

2.5 A arquitetura Conceitual do Ceilometer . . . 18

4.1 Gráfico contendo as informa¸cões da métrica memory . . . 31

4.2 Gráfico contendo as informa¸cões da métrica cpu. . . 32

4.3 Gráfico contendo as informa¸cões da métrica cpu util . . . 33

4.4 Exemplo de visualiza¸c˜ao de metrica do Dashboard para admin . . . 34

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OpenStack: Utilizando o servi¸co de Telemetria para c´alculo de estimativas v

Lista de Tabelas

2.1 Vers˜oes do OpenStack. . . 13

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OpenStack: Utilizando o servi¸co de Telemetria para c´alculo de estimativas vii

Lista de siglas e abrevia¸

c˜

oes

API . . . Application Programming Interface AWS . . . Amazon Web Services BSI . . . Bacharelado em Sistemas de Informa¸cão CAPEX . . . Capital Expenditure CERES . . . .Centro de Ensino Superior do Seridó CPU . . . Central Processing Unit DaaS . . . Database-as-a-Service - DaaS DCEA . . . Departamento de Ciências Exatas e Aplicadas DICT . . . Dictionary EC2 . . . Elastic Computing Cloud E/S . . . Entrada e Sa´ıda FTP . . . File Transfer Protocol FTPS . . . File Transfer Protocol Security HP . . . Hewlett Packard HTTP . . . Hyper Text Transfer Protocol HTTPS . . . Hyper Text Transfer Protocol Security IaaS . . . Infrastructure-as-a-Service IP . . . Internet Protocol KVM . . . Kernel-based Virtual Machine LabEPI . . . Laboratório de Elementos do Processamento da Informa¸cão LXC . . . .Linux Containers LDAP . . . Lightweight Directory Access Protocol MMV ou VMM . . . Monitor de Máquina Virtual NASA . . . National Aeronautics and Space Administration of United States NIST . . . National Institute of Standards and Technology OPEX . . . Operational Expenditure OSI . . . Open Source Iniciative PaaS . . . Platform as a Service PC . . . Personal Computer RAM . . . Random Access Memory SaaS . . . Software as a Service SDK . . . Software Developers Kit TI . . . Tecnologia da Informa¸cão UFRN . . . Universidade Federal do Rio Grande do Norte UML . . . User Mode Linux URL . . . Uniform Resorce Locator

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OpenStack: Utilizando o servi¸co de Telemetria para c´alculo de estimativas ix

Lista de marcas registradas

Amazon R

Amazon Elastic Block Storage EBC R

Amazon Elastic Computing Cloud EC2 R

Amazon Simple Storage Service AS3 R

Amazon Web Services AWS R

Firefox R Google R Google Docs R Google Chrome R Hewlett Packard R HP Helion OpenStack R Microsoft R Microsoft Ofice 365 R Nimbus R OpenNebula R OpenStack R OpenStack Fundation R

Rackspace Cloud Servers R

RackSpace Cloud Files R

Windows Azure R

As várias marcas listadas nessa página, têm o objetivo de informar aos leitores que o autor deste trabalho utiliza tais nomes apenas para fins editoriais, buscando com isso beneficiar o dono da Marca Registrada, sem haver infra¸cão nas regras de sua utiliza¸cão.

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OpenStack: Utilizando o servi¸co de Telemetria para c´alculo de estimativas 1

Cap´ıtulo 1

Introdu¸

c˜

ao

“Entrega o teu caminho ao Senhor; confia nele, e o mais ele o far´a ”

Salmos 37:5

1.1 Defini¸

c˜

ao do Problema

A Cloud Computing (Computa¸cão em Nuvem) veio para suprir a necessidade de cons-truir infraestruturas de Tecnologia da Informa¸cão (TI) complexas, em que, nestas mesmas estruturas os usuários têm que realizar a instala¸cão, configura¸cão e atualiza¸cão de softwa-res. Além disso, recursos de computa¸cão e hardware são propensos a ficarem obsoletos rapidamente. Assim, a utiliza¸cão otimizada de plataformas computacionais próprias ou de terceiros é uma solu¸cão inteligente para os usuários lidarem com infraestrutura de TI. Na Cloud Computing os recursos de TI são fornecidos baseados em servi¸co, isto permite que os usuários acessem os servi¸cos sem a necessidade de conhecimento sobre a tecnolo-gia utilizada, e sem ter que se preocupar com os problemas de aloca¸cão de espa¸co para hardware ou com a manuten¸cão de máquinas e equipamentos (Sousa F. R. C.,2009).

Dessa maneira, a Cloud Computing tem se tornado uma área bastante fértil a ser explorada. As maiores empresas privadas da computa¸cão em todo o mundo já voltaram suas aten¸cões para este paradigma computacional.

Exemplos são: Microsoft, Google e Amazon, que despontam como as maiores de-senvolvedoras e ofertantes de servi¸cos e solu¸cões em Cloud Computing; servi¸cos estes que abrangem desde o usuário comum até grandes empresas, e podem ser Software, Plataforma e/ou Infraestrutura.

Por outro lado, existem algumas plataformas de nuvem como: Nimbus, OpenNebula e o OpenStack que provêem solu¸cões open source, ou seja, seguindo os requisitos de código aberto definidos pela Open Source Iniciative OSI (2015) sendo eles: distribui¸cão do pro-duto (software/aplica¸cão) de forma livre ou gratuita para todos os grupos, pessoas e áreas de atua¸cão, de maneira que seja permitido acesso ao código-fonte e a cria¸cão de trabalhos derivados, garantindo o reconhecimento do autor do código fonte, em que a distribui¸cão da licen¸ca não seja restrita a programas, produtos ou tecnologias;

Apesar da demanda por servi¸cos em nuvem ser crescente dia após dia, eis que surge um problema relacionado à monopoliza¸cão das tecnologias de tal paradigma computaci-onal pelas grandes empresas, junto à oferta de servi¸cos semelhantes através solu¸cões de

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tecnologias de código aberto, que permitam aos seus usuários obter controle e gerência de utiliza¸cão dos recursos na nuvem.

1.2 Solu¸

c˜

ao Proposta

Baseado nos questionamentos levantados na Defini¸cão do Problema fez-se uma pes-quisa a respeito de ferramentas e solu¸cões em código aberto para a Cloud Computing na qual o OpenStack surge como uma solu¸cão adequada, baseando-se em suas carac-ter´ısticas, as quais, se constitui como uma cole¸cão de projetos de open-source (ou seja, de código aberto) utilizada pelas empresas ou provedores para configurar e gerenciar Nu-vens Computacionais. O projeto OpenStack visa construir uma comunidade open-source com pesquisadores, desenvolvedores e empresas, que compartilham um objetivo comum: criar uma Nuvem simples de ser implantada, altamente escalável e com vários recursos avan¸cados (Wen et al.,2012).

De acordo com (OpenStack, 2014b), o OpenStack permite a realiza¸cão de cálculo de métricas e consumo de recursos para nuvem. No entanto essas funcionalidades só ficam vis´ıveis ao instalar o servi¸co de Telemetria, sendo que como será visto mais adiante algumas das informa¸cões aparecem apenas para usuários administradores da nuvem, caraterizando um processo oculto ao usuário final.

Assim, surge a oportunidade de aliar o poder e os conceitos de Cloud Computing junto aos servi¸cos oferecidos pelo OpenStack de maneira que seja implementada uma Application Programming Interface (API) para sincronizar com o servi¸co de métricas[i]do OpenStack que permita gerar relatórios de uso e custos por utiliza¸cão de recursos de forma que estas informa¸cões possam ser acessadas por quaisquer usuários.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo Geral

Desenvolver um servi¸co de telemetria para cálculo de estimativas e cria¸cão de relatórios de uso de recursos em uma nuvem OpenStack.

1.3.2 Objetivos Espec´ıficos

1. Realizar o levantamento bibliogr´afico acerca de Cloud Computing;

2. Pesquisar sobre c´alculos de estimativas baseadas na utiliza¸c˜ao de recursos para nu-vens OpenStack;

3. Desenvolver uma Application Programming Interface API para gerar os relat´orios; 4. Coletar os resultados da aplica¸c˜ao para o escopo definido, e analisar os resultados.

[i]_{As m´etricas s˜}_{ao as medidas brutas, atˆ}_{omicas e de simples composi¸c˜}_{ao. Em uma estrutura de}

Armazena-mento de informa¸c˜oes, por exemplo, podem ser armazenados no formato de tabelas e medem quantidades, valores e Dimens˜oesElias(2014).

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1.4 Justificativa

• Pessoal: Desejo em melhor conhecer a área de estudo tendo como objetivo se tornar um profissional capacitado no desenvolvimento, manuten¸cão e utiliza¸cão de tecnolo-gias em Cloud Computing.

• Acadêmica: A Cloud Computing tem-se tornado um paradigma computacional cada vez mais estudado no meio acadêmico principalmente pelas áreas que a compõem, como por exemplo, redes de computadores, virtualiza¸cão, computa¸cão distribu´ıda, trabalhos voltados para o desenvolvimento aplica¸cões de monitoramento de utiliza¸cão de recursos em nuvens, etc.

• Profissional: Há alguns anos a Cloud Computing vem experimentando um elevado crescimento quanto ao desenvolvimento de aplica¸cões e adesão de grandes e médias empresas à sua plataforma de oferta de servi¸cos. Por esta razão, é importante para uma ampla gama de pessoas ter um conhecimento prático acerca do tema, pois poderá ser o modelo computacional predominante em todo o mundo.

1.5 Organiza¸

c˜

ao do trabalho

Além deste Cap´ıtulo, o trabalho está dividido em outros 4, que são:

Cap´ıtulo 2, que diz respeito ao Referencial Teórico, o qual é a base deste projeto de estudo e abordará os seguintes assuntos e temas: Tecnologia da Informa¸cão e a sua rela¸cão com Cloud Computing; Cloud Computing: conceitos e caracter´ısticas; Virtua-liza¸cão; OpenStack: caracter´ısticas, servi¸cos, aplica¸cões e recursos; Por fim o Ceilometer, o qual provê fun¸cões e aplica¸cões para se acessar métricas no sistema OpenStack;

Cap´ıtulo3, diz respeito a Metodologia aplicada na pesquisa e as atividades presentes no desenvolvimento deste trabalho;

Cap´ıtulo4, mostra como foi realizada a implementa¸c˜ao, os testes, Al´em dos resultados obtidos;

E por fim o Cap´ıtulo5, apresenta a conclus˜ao do trabalho bem como as expectativas para projetos e trabalhos futuros.

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(27)

Cap´ıtulo 2

Referencial Te´

orico

“A educa¸c˜ao tem ra´ızes amargas, mas os seus frutos s˜ao doces.”

Arist´oteles

2.1 Introdu¸

c˜

ao

Este cap´ıtulo trata do levantamento bibliográfico, nele são expostos conceitos e visões da Cloud Computing a fim de que se entenda de uma forma geral a importância que permeia o tema, bem como a sua influência no cenário tecnológico atual e quais tecnolo-gias compõem esse paradigma da computa¸cão moderna. Dessa forma, procura-se falar da rela¸cão entre a Cloud Computing e a Tecnologia da Informa¸cão. São mostrados também quais os tipos de servi¸cos providos pela Cloud Computing, quais suas caracter´ısticas es-senciais, os modelos de implanta¸cão, conceitos e a importância da virtualiza¸cão.

Outro ponto a ser abordado é o OpenStack, expondo as caracter´ısticas do sistema, os servi¸cos e aplica¸cões providos pelo mesmo, com o intuito de tornar conhecido do leitor as informa¸cões principais desse sistema de implanta¸cão de nuvens.

Por fim, o cap´ıtulo abordará o servi¸co de Telemetria, o qual foi objeto de estudo no desenvolvimento deste trabalho, estando presentes algumas defini¸cões, caracter´ısticas e funcionalidades que o servi¸co dispõe para permitir a contagem de métricas de utiliza¸cão dos recursos na nuvem.

2.2 A TI e seu papel nas organiza¸

c˜

oes

Segundo Veras (2012), a Tecnologia da Informa¸cão compreende o uso, processamento e armazenamento da informa¸cão através de recursos computacionais a fim de se realizar objetivos diversos, tendo em vista que a TI seja fundamental para a competitividade de uma organiza¸cão.

A TI não somente desempenha o papel de orienta¸cão tradicional de suporte admi-nistrativo como também o papel estratégico dentro da organiza¸cão. Pois além de prover assistência às opera¸cões de negócio existentes, também permite que se viabilizem novas estratégias empresariais tendo em vista o suporte fornecido em larga escala pela TI junto aos processos empresariais e organizacionais.

O uso eficaz da TI e a integra¸cão entre sua estratégia e a estratégia do negócio vão além da idéia de ferramenta de produtividade, sendo muitas vezes fator cr´ıtico de sucesso. Hoje,

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o caminho para este sucesso não está mais relacionado somente com o hardware e o software utilizados, ou ainda com metodologias de desenvolvimento, mas com o alinhamento da TI com a estratégia e as caracter´ısticas da empresa e de sua estrutura organizacional (Laurindo et al.,2001).

Veras (2012), divide a TI em quatro grandes partes: os sistemas de informa¸cão (con-juntos de aplicativos), a arquitetura que diz respeito à estrutura hierárquica organizacional da TI, a infraestrutura que representa o alicerce para os aplicativos e sustenta o modelo operacional, e por fim a gestão que diz respeito a governan¸ca de TI, da forma como as demais partes estarão organizadas e estrategicamente integradas.

A TI provoca repercussões em todos os n´ıveis da estrutura organizacional: No n´ıvel estratégico, quando se deseja aumentar a coerência entre a organiza¸cão e o meio envolvente, se traduzindo em aumento de eficácia em termos de cumprimento da missão organizacional; Nos n´ıveis operacional e administrativo, quando existem efeitos endógenos, traduzidos em aumento da eficiência organizacional em termos de op¸cões estratégicas.

Ainda de acordo com Veras (2012), devido as organiza¸cões serem compostas por co-letâneas de grandes processos, e estes mesmos muitas vezes terem que responder as mais diversas demandas que acabam reconfigurando e alterando-os, fica evidente a necessidade e importância de se tratar de uma TI flex´ıvel, e que permita a rápida configura¸cão da or-ganiza¸cão de forma a obter uma rápida flexibilidade e prover maior qualidade dos servi¸cos com o adequado financiamento da TI.

Dessa maneira, a Cloud Computing segundo Veras (2012), surge como a solu¸cão à necessidade da TI mais flex´ıvel pois representa uma nova forma de pensar a mesma, onde: 1. Ao adotar a Cloud Computing, os custos do negócio passam do Capital Expenditure (CAPEX) que é o investimento de capital com equipamentos e instala¸cões, para Operational Expenditure (OPEX) que são investimentos para gasto com opera¸cão; 2. O investimento em infraestrutura de TI é reduzido, pois não há a necessidade de

compra de servidores, softwares e licen¸cas;

3. Aumenta o capital dispon´ıvel para as áreas estratégicas do negócio.

2.3 Cloud Computing

A computa¸cão tem evolu´ıdo consideravelmente. Em aproximadamente meio século, desde que surgiram os primeiros computadores, a forma de como são manipulados os dados e aplica¸cões tem mudado consideravelmente, pois com os mainframes todo o acesso a dados e aplica¸cões eram locais e distribu´ıdos através de redes internas, logo após vieram aplica¸cões em desktops e Personal Computer (PC’s) em geral que acessavam a mesma base de dados. Posteriormente, as aplica¸cões passariam a serem acessadas e manipuladas via navegador Web, ou utilizando quase sempre o formato cliente-servidor-cliente, onde uma grande parte do processamento era realizada na parte do cliente. Atualmente, as aplica¸cões são armazenadas em servidores, e acessadas via Internet a partir de qualquer lugar, com alto poder de processamento e disponibilidade (Sousa F. R. C.,2009). Exemplo dessa afirma¸cão está na Figura2.1.

Gra¸cas aos avan¸cos tecnol´ogicos, cada vez mais as pessoas tˆem estado conectadas. A Internet permite que nos mantenhamos informados, e que utilizemos seus recursos para

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Figura 2.1: Uma representa¸c˜ao para Cloud Computing. Fonte:

www.mrdba.com.br/cloud-computing-pesquisa/

compartilhar, acessar e criar uma quantidade de dados e informa¸cões cada vez mais cres-cente. Diante deste fato, uma nova forma de utiliza¸cão de recursos computacionais tem sido oferecida para a sociedade moderna, uma forma baseada em servi¸cos, onde os softwa-res e outros recursos computacionais são disponibilizados em uma plataforma de conexão com o servidor (empresa ou organiza¸cão) que oferece o servi¸co através da Internet.

SegundoBuyya et al.(2009), Cloud Computing é uma tendência recente da tecnologia cujo objetivo é proporcionar servi¸cos de Tecnologia da Informa¸cão sob demanda com pagamento baseado no uso. Tendências anteriores à Cloud Computing foram limitadas a uma determinada classe de usuários ou focadas em tornar dispon´ıvel uma demanda espec´ıfica de recursos de TI, principalmente de informática.

Este modelo representa uma mudan¸ca de paradigma computacional tanto para usuários comuns que podem criar, acessar e compartilhar seus documentos e arquivos armazenando-os em ”algum lugar”na Internet, quanto para empresas e corpora¸cões que podem obter melhores resultados econômicos e de mercado, por isto, pode-se considerar que que esta é uma abordagem global e mais abrangente levando cada vez mais empresas a observar e estudar as vantagens e necessidades de embarcar nessa nova tendência tecnológica.

2.3.1 Conceitos de Cloud Computing

A nuvem (Cloud ) é uma metáfora para a Internet ou infraestrutura de comunica¸cão, que tem como objetivo abstrair toda complexidade presente na mesma. Assim, através da cloud, servi¸cos são disponibilizados uma vez que estão alocados em data-centers, utilizando hardware compartilhado para computa¸cão e armazenamento (Sousa F. R. C.,2009).

Os servi¸cos podem ser utilizados pelos usuários apenas com os requisitos m´ınimos de possu´ırem em suas máquinas um sistema operacional, um navegador e acesso a Internet além dos componentes básicos de hardware. Todo o processamento computacional, bem

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como todos os recursos estão disponibilizados na ”nuvem”e são acessados via Internet, com isso, os usuários não precisam ter máquinas locais com alta capacidade computacional, diminuindo seus gastos com equipamentos e tornando poss´ıvel aos mesmos a aquisi¸cão de novos recursos de forma rápida e prática à medida que surgir uma necessidade.

Tratando-se especificamente da defini¸cão, entre as muitas defini¸cões dadas pelos pesqui-sadores da área, O National Institute of Standards and Technology NIST(2011) apresenta a defini¸cão que será usada neste trabalho e é considerada por muitos a mais aceitável para a Cloud Computing:

“ É um modelo que fornece acesso através da rede (nuvem) à um conjunto de recursos configuráveis e compartilhados de computa¸cão (por exemplo, redes, servidores, armazenamento, aplica¸cões e servi¸cos) que podem ser rapidamente disponibilizados e liberados com um m´ınimo de esfor¸co de gestão e intera¸cão com o fornecedor de servi¸cos.”

NIST(2011)

Este modelo divulgado pelo NIST para a Cloud Computing define cinco caracter´ısticas essenciais, trˆes modelos de servi¸co e quatro modelos de implementa¸c˜ao, conforme exibido na Figura2.2.

Figura 2.2: Modelo visual para Cloud Computing dado pelo NIST. Adaptado de:

www.csrc.nist.gov/groups/SNS/cloud-computing/index.html(NIST).

As caracter´ısticas podem ser entendidas como o diferencial promovido pela Cloud Computing. Algumas em conjunto, a definem exclusivamente tornando-a um paradigma computacional completamente inovador. De acordo com NIST (2011) as caracter´ısticas principais da cloud s˜ao:

1. Autoatendimento sob demanda: Funcionalidades computacionais, tais como tempo de servidor, armazenamento e de rede, são providas automaticamente con-forme as necessidades do cliente, sem que haja como pré requisito a intera¸cão humana junto ao provedor de servi¸cos.

2. Amplo acesso à servi¸cos de rede: Recursos estão dispon´ıveis através da Internet e são acessados por meio de mecanismos padronizados que promovam uso através de plataformas heterogêneas, sendo elas dispositivos móveis e portáteis, computadores, etc. (por exemplo, telefones celulares, tablets, notebooks, esta¸cões de trabalho).

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3. Pool de Recursos: Recursos computacionais do provedor são agrupados para atender múltiplos consumidores através de um modelo multilocatário, com diferentes recursos f´ısicos e virtuais alocados e realocados dinamicamente de acordo com a demanda do consumidor.

4. Elasticidade R´apida: Funcionalidades Computacionais podem e devem ser elasti-camente provisionadas e liberadas, em alguns casos, automatielasti-camente, e de acordo com a demanda. Para o consumidor, as capacidades dispon´ıveis para provisiona-mento frequentemente parecem ser ilimitadas e podem ser contratadas em qualquer quantidade a qualquer momento.

5. Servi¸cos Mensuráveis: Os sistemas utilizados para gerenciar a Cloud Computing automaticamente controlam e otimizam o uso dos recursos, alavancando a capacidade de medi¸cão em algum n´ıvel de abstra¸cão apropriado para o tipo de servi¸co (por exemplo, processamento, armazenamento, largura de banda e contas de usuários ativos). O uso dos recursos pode ser monitorado, controlado e reportado, oferecendo transparência tanto para o provedor quanto para o consumidor do servi¸co utilizado. Conforme a defini¸cão doNIST(2011), há três op¸cões de modelos de entrega de servi¸cos de Cloud Computing, compondo o seu padrão arquitetural:

• Software as a Service (Software como Servi¸co) - (SaaS): Nesse modelo, a capacidade fornecida ao consumidor é a utiliza¸cão de aplicativos do provedor rodando em uma infraestrutura de nuvem. As aplica¸cões são acess´ıveis a partir de vários dispositivos clientes, tais como um navegador Web, ou uma interface de programa. Todo o controle e gerenciamento da rede, sistemas operacionais, armazenamento e servidores, é feito pelo provedor do servi¸co. Exemplos de SaaS são o Google Docs e o Microsoft Ofice 365.

• Platform as a Service (Plataforma como Servi¸co) - (PaaS): É fornecida ao consumidor a capacidade para implantar sobre a infraestrutura de nuvem aplica¸cões criadas ou adquiridas usando linguagens de programa¸cão, bibliotecas, servi¸cos e fer-ramentas suportadas pelo provedor. O consumidor tem controle sobre os aplicativos implementados e possivelmente defini¸cões de configura¸cão para o ambiente de hos-pedagem dos aplicativos. Se destacam como exemplos de PaaS a AppEngine do Google e o Windows Azure da Microsoft.

• Infrastructure as a Service (Infraestrutura como Servi¸co) - (IaaS): O con-sumidor recebe a capacidade de provisionar processamento, armazenamento, redes e outros recursos de computa¸cão fundamentais, onde ele será capaz de implantar e executar software arbitrário, que podem incluir sistemas operacionais e aplicativos. Neste cenário, o usuário não tem o controle da infraestrutura f´ısica, mas, com os métodos providos pela Virtualiza¸cão, possui controle sobre os recursos virtualizados de armazenamento, aplicativos instalados e sobre recursos limitados de rede. Exem-plo de IaaS é a Amazon Elastic Computing Cloud EC2 e o servi¸co oferecido pelo OpenStack.

(32)

• Nuvem Privada (Private Cloud): A infraestrutura de nuvem é provisionada para uso exclusivo por uma única organiza¸cão que agrupa vários consumidores (por exemplo, unidades de negócio). Pode ser detida, gerida e operada pela organiza¸cão, um terceiro, ou alguma combina¸cão deles, e ele pode existir ou não no local. Neste modelo de implanta¸cão são empregados pol´ıticas de acesso aos servi¸cos e as técnicas utilizadas para prover tais caracter´ısticas são as mesmas empregadas no modelo de servi¸co de IaaS, ou seja, gerenciamento de redes, configura¸cões dos provedores de servi¸cos e a utiliza¸cão de tecnologias de autentica¸cão e autoriza¸cão. Exemplo deste modelo é a nuvem implantada no LabEPI[i]_{, a qual foi o ambiente de desenvolvimento}

do presente trabalho.

• Nuvem Pública (Public Cloud): No modelo de implanta¸cão público, a infra-estrutura de nuvens é disponibilizada para o público em geral, sendo acessado por qualquer usuário que conhe¸ca a localiza¸cão do servi¸co. Pode ser detida, gerida e ope-rada pelo o meio acadêmico ou organiza¸cão governamental, ou alguma combina¸cão deles. Ela existe nas instala¸cões do provedor de nuvem. As restri¸cões de acesso, bem como politicas de autentica¸cão e autoriza¸cão neste modelo são menos rigorosas. • Nuvem Comunitária (Comunity Cloud): No modelo de implanta¸cão

comuni-dade ocorre o compartilhamento por diversas empresas de uma nuvem, sendo esta suportada por uma comunidade espec´ıfica que partilhou seus interesses, tais como a missão, os requisitos de seguran¸ca, pol´ıtica e considera¸cões sobre flexibilidade. Este tipo modelo de implanta¸cão pode existir localmente ou remotamente e pode ser administrado por alguma empresa da comunidade ou por terceiros.

• Nuvem H´ıbrida (Hybrid Cloud): Neste modelo a infraestrutura de nuvem é uma composi¸cão de duas ou mais distintas infraestruturas de nuvem (privada, comu-nitária ou pública) que permanecem entidades únicas, mas são unidos por tecnologia padronizada ou proprietária que permite a portabilidade de dados e aplica¸cões.

2.3.2 Virtualiza¸c˜ao

Virtualiza¸cão e Cloud Computing estão relacionadas, no entanto, não significam à mesma coisa. A interseçcão entre ambos ocorre quando se torna necessário virtualizar servidores durante a implanta¸cão de cloud. Isso acaba reduzindo a rela¸cão de dependência que os recursos de computa¸cão exercem entre si, pois possibilita, por exemplo, a dissocia¸cão entre um aplicativo e o sistema operacional que ele utiliza.

A virtualiza¸cão define-se como a cria¸cão de um ambiente virtual para simular um ambiente real, permitindo utilizar diversos sistemas e aplicativos sem que seja necessário o acesso f´ısico à máquina na qual estão hospedados (Amaral,2009).

Mais especificamente, um equipamento computacional virtualizado pode hospedar di-versos ambientes, chamados de M´aquinas Virtuais, simultaneamente, compartilhando seus recursos de processamento e armazenamento (MICROSOFT,2009).

De acordo com (Veras,2012), A Virtualiza¸cão simplifica o gerenciamento, permitindo tornar o processamento mais flex´ıvel e poderoso. Os softwares que possuem a capacidade de prover virtualiza¸cão permitem melhorar a disponibilidade e a recupera¸cão de desastres

(33)

de ambientes de TI de maneira mais simples e mais barata comparada aos meios mais tradicionais.

A camada de virtualiza¸cão de servidores mais conhecida é o HYPERVISOR ou Moni-tor de Máquina Virtual (MMV), O MMV permite implementar diversas máquinas virtuais separando os componentes/recursos virtualizados, esses recursos podem ser Central Pro-cessing Unit (CPU), Memória RAM Random Access Memory e dispositivos de Entrada e Sa´ıda (E/S).

Tipos de virtualiza¸c˜ao:

• Virtualiza¸cão de Hardware (CPU): Consiste em permitir simular a execu¸cão de vários sistemas operacionais na mesma máquina de forma que se comportem como se fossem várias máquinas f´ısicas distintas. Para isto é necessário a utiliza¸cão de programas capazes de emular os componentes f´ısicos de um computador, esses programas geram máquinas virtuais (Virtual Machines, ou VMs) (Amaral,2009). Essa técnica permite de certa forma eliminar a incompatibilidade existente entre aplicativos e sistemas operacionais; Por exemplo, um sistema operacional A, pode através do uso máquinas virtuais conter um outro sistema operacional B instalado de forma que A agora terá acesso aos aplicativos que rodam exclusivamente em B pois a máquina virtual permite logicamente simular o funcionamento de uma máquina f´ısica.

Outro ponto interessante é que para servidores, sua virtualiza¸cão permite economia, melhor aloca¸cão de espa¸co e maior aproveitamento de sua capacidade pois ao invés de se ter diversos subservidores f´ısicos e individuais, e muitas vezes sendo subapro-veitado as suas capacidades totais de uso, se torna poss´ıvel e fundamental o uso de espa¸cos e processamos extras na utiliza¸cão de servidores lógicos criados por máquinas virtuais.

• Virtualiza¸cão da Apresenta¸cão (CPU): Similar à realiza¸cão de acesso remoto, permite o acesso a um computador sem ter contato f´ısico com ele, outra caracter´ıstica é que vários usuários podem utilizar o mesmo sistema simultaneamente sem interferir uns nos outros (Amaral,2009).

• Virtualiza¸cão de Aplicativos (CPU): Consiste em ter uma única cópia de de-terminado aplicativo, instalada em um servidor virtual; usuários que desejarem ter acesso a tal aplicativo podem fazê-lo diretamente, sem a necessidade de que ele também esteja instalado na máquina f´ısica (Amaral,2009).

• Virtualiza¸cão de memória: O MMV tem a capacidade de compartilhar páginas de memória comuns entre várias MVs, controlar o acesso f´ısico à memória e ter conhecimento das páginas que estão sendo utilizadas Waldspurger (2012), Assim a memória será utiliza de maneira otimizada.

• Virtualiza¸cão de Dispositivos de E/S: Todo acesso de Entrada e Sa´ıda (E/S) é direcionado ao MMV. O monitor reconhece a finalidade do acesso e emula uma cópia do hardware retornando-a ao sistema hospedado (Amaral,2009).

Quanto mais recursos virtualizados, melhores resultados obtidos no processo de im-planta¸c˜ao de Cloud Computing. Consequentemente os principais benef´ıcios ser˜ao a

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melho-ria da gestão do ambiente de TI, seguran¸ca da informa¸cão, e o mais importante: consi-derável redu¸cão de custos e melhor aproveitamento da capacidade computacional levando-se em considera¸cão a quantidade de tempo em que o hardware e software passam ociosos ou subutilizados.

2.4 Uma plataforma de nuvem aberta

O OpenStack é uma cole¸cão de projetos de software de código aberto utilizada pe-las empresas ou provedores para configurar e gerenciar Nuvens Computacionais. O pro-jeto visa construir uma comunidade open-source com pesquisadores, desenvolvedores e empresas, que compartilham um objetivo em comum: criar uma Nuvem simples de ser implementada, altamente escalável e com vários recursos avan¸cados (Wen et al.,2012).

2.4.1 Hist´orico e Caracter´ısticas

Na constru¸cão de nuvens privadas ou públicas o OpenStack surge como uma solu¸cão de código aberto estável e eficiente. O mesmo pode ser definido como um sistema ope-racional que controla pools de computa¸cão (grande volume de recursos computacionais), armazenamento e recursos de rede através de um painel, uma interface Web e tem como objetivo a entrega de infraestrutura como servi¸co (IaaS) através de uma plataforma open source. Projetado em 2011 pela National Aeronautics and Space Administration of Uni-ted States (NASA) e Rackspace para gerenciamento intera¸cão da nuvem, hoje é apoiado por mais de 800 organiza¸cões, busca produzir uma plataforma onipresente de cloud com-puting de código aberto para nuvens privadas e públicas baseando-se nos princ´ıpios de entrega de servi¸cos sob demanda de três principais pilares: computa¸cão, redes e meios de armazenamentoOpenStack (2014c) como mostrado na Figura 2.3.

O OpenStack fornece uma solu¸cão de Infrastructure-as-a-Service (IaaS), através de um conjunto de servi¸cos inter-relacionados. De forma a permitir a gestão, orquestra¸cão e automa¸cão dos recursos de TI que envolvem a constru¸cão de uma nuvem privada ou a utiliza¸cão de nuvens públicas, dessa forma, analisando a Figura 2.3 pode ser observado que as camadas relacionadas a aplica¸cões e administra¸cão de acesso estão no topo da pilha, com os elementos padrões de recursos para computa¸cão, redes e armazenamento vindo imediatamente abaixo deles. Tudo repousa sobre os servi¸cos compartilhados e, no fim, em plataformas padrão espec´ıficas de hardware de código livre. Permitindo acesso de recursos de computa¸cão através de APIs para desenvolvedores de aplicativos em nuvem e fornecendo interface Web para administradores e usuáriosOpenStack(2014c).

´

E uma plataforma consistente atualmente contando com 11 distribui¸cões ou releases (como também é chamado), sendo que a primeira release lan¸cada foi a Austin em outubro de 2010 e a última a Kilo lan¸cada em Abril de 2015, a cada 6 meses a OpenStack Fundation lan¸ca uma nova release contendo novos servi¸cos ou atualiza¸cões e corre¸cões de bugs. Na Tabela2.1 segue um panorama geral dos releases do OpenStack até a atual data.

O OpenStack tem gerado uma maior dissemina¸cão do modelo de nuvem usando código aberto, estimulando baixos custos para a sua implementa¸cão e manuten¸cão, além de contar com uma grande comunidade para corrigir bugs e compartilhar conhecimento e técnicas de implanta¸cões.

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S´erie Data do Lan¸camento Kilo Apr 30, 2015 Juno Oct 16, 2014 Icehouse Apr 17, 2014 Havana Oct 17, 2013 Grizzly Apr 4, 2013 Folsom Sep 27, 2012 Essex Apr 5, 2012 Diablo Sep 22, 2011 Cactus Apr 15, 2011 Bexar Feb 3, 2011 Austin Oct 21, 2010

Tabela 2.1: Nome/S´erie e Data dos Releases. Dispon´ıvel em:

https: // wiki. openstack. org/ wiki/ Releases(OpenStack).

2.4.2 Servi¸cos do OpenStack

Escrito basicamente em Python o OpenStack possui uma arquitetura como a mostrada na Figura2.3composta dos seguintes principais servi¸cos/projetos:

Figura 2.3: Vis˜ao Geral OpenStack. Fonte: www.openstack.org/software(OpenStack).

Os servi¸cos b´asicos do OpenStack s˜ao:

• Nova (Servi¸co Compute): Fornece servidores virtuais sob demanda, como os Rackspace Cloud Servers ou a Amazon Elastic Compute Cloud EC2 no ambiente Amazon Web Services AWS. OpenStack(2014b);

O servi¸co Compute é utilizado para hospedar e gerenciar sistemas de cloud compu-ting. Se caracteriza como de suma importância no provimento de Infra-estrutura-como-Servi¸co (IaaS) e os seus principais módulos são implementados em Python. Além disso, o servi¸co Compute interage com outros servi¸cos como, autentica¸cão, imagem de disco para o servidor e imagens, e OpenStack Dashboard para o usuário

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e interface administrativa.

Segundo Dieder (2012), algumas atribui¸cões deste servi¸co são: Gerenciar os recur-sos computacionais, de rede e autoriza¸cão, gerenciar o ciclo de vida de instâncias, prover integra¸cão administrativa e pública através de uma API REST, integrar o sistema com hypervisors (Xen/XenServer, Kernel-based Virtual Machine KVM, VMware/ESX, Linux Containers (LXC), User Mode Linux (UML), Hyper-V, Qemu) e prover comunica¸cão ass´ıncrona.

O servi¸co Compute possui os m´odulos: API, Rabbit MQ Server, Nova-Compute, Nova-Scheduler, Nova-Network, Nova-Volume.

• Glance (Servi¸co de Imagem): Fornece um meio de descobrir, armazenar e recu-perar máquinas virtuais para o OpenStack Nova. O Glance abrange desde os ele-mentos de painel de controle, cálculo, rede até itens de armazenamento. OpenStack

(2014b);

• Horizon (Servi¸co Dashboard) : fornece um painel com mecanismos de controle para a administra¸cão de servi¸cos OpenStack, instâncias, recursos e monitoramento de status e eventos fornecendo maiores capacidades de solu¸cão problemas. O DashBoard é a interface utilizada pelo Horizon. OpenStack(2014b);

• Keystone (Servi¸co de Autentica¸cão): Responsável pelo gerenciamento de usuários. Mantém o controle de usuários e o que eles estão autorizados a fazer, além de for-necer um catálogo de quais servi¸cos estão dispon´ıveis e onde seus terminais de API estão localizados. OpenStack(2014b)

• Neutron (Servi¸co de Redes): Responsável por manter conectados os servi¸cos OpenStack entre si através de conexões de rede. O Neutron fornece uma API de gerenciamento de redes e endere¸cos de Internet Protocol (IP) permitindo que os usuários configurem suas prórias redes dentro da nuvem OpenStack. Assim como outros aspectos do sistema operacional em nuvem, ele pode ser usado por adminis-tradores e usuários para aumentar o valor dos ativos do datacenter existentes. Sua arquitetura suporta vários padrões de redes e tecnologias. OpenStack(2014b); • Swift (Servi¸co de Object Storage): Fornece objetos para dados, conteúdo e

outros materiais. Isto se origina dos RackSpace Cloud Files e é mais ou menos análogo ao Amazon Simple Storage Service (S3) dentro de seu ambiente Amazon Web Services. O Swift é tido como o item de Armazenamento. OpenStack(2014b); Além dos servi¸cos básicos outros servi¸cos fazem parte da arquitetura do OpenSatck são eles:

• Ceilometer (Servi¸co de Telemetria): Fornece o monitoramento e medi¸c˜ao do consumo dos recursos do OpenStack para fins de faturamento, benchmarking (pro-cesso de busca de melhores pr´aticas), escalabilidade e estat´ısticas. OpenStack(2014b); • Cinder (Servi¸co de Block Storage): Fornece armazenamento em blocos para

instâncias OpenStack Compute. Este servi¸co é semelhante à oferta Amazon EC2 Elastic Block Storage (EBS). Possui uma arquitetura plugável facilitando criar e gerenciar blocos de armazenamento. OpenStack(2014b);

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• Heat (Servi¸co de Orquestra¸cão): Orquestra as aplica¸cões da nuvem usando o modelo nativo HOT ou o formato da AWS Cloud-Formation. O servi¸co pode ser acessado através de API REST, como também fornece compatibilidade com a API CloudFormation de forma a garantir a configura¸cão e implanta¸cão automática de recursos em pilhas. OpenStack(2014b);

• Trove (Servi¸co de Database): Garante isolamento de recursos em n´ıveis eleva-dos de desempenho, automatizando tarefas administrativas complexas, tais como implementa¸cão, configura¸cão, aplica¸cão de patches, backups, restaura¸cões e monito-ramento através do fornecimento de Banco de Dados como um Servi¸co, (Database-as-a-Service - DaaS) para bancos de dados relacionais e não relacionais de maneira escalável e confiável.OpenStack(2014b)

A arquitetua conceitual e os servi¸cos do OpenStack se relacionam como mostrada na Figura2.4:

Figura 2.4: A arquitetura Conceitual OpenStack, Dispon´ıvel em

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2.5 O Servi¸

co Ceilometer

O projeto Ceilometer[ii] foi iniciado em 2012 com um objetivo simples em mente: ofe-recer uma infra-estrutura para recolher todas as informa¸cões necessárias sobre projetos OpenStack. Dessa maneira, visa proporcionar um único ponto de contato para sistemas de faturamento adquirir todas as medidas necessárias para estabelecer o faturamento do uso dos recursos da nuvem pelo o cliente. (OpenStack,2015a)

O módulo de telemetria foi originalmente projetado para suportar sistemas de fatu-ramento para recursos de nuvem OpenStack. Este servi¸co abrange apenas a parte de medi¸cão do processamento necessário para o faturamento, coletando informa¸cões sobre o sistema e armazenando-as na forma de amostras, a fim de fornecer dados sobre qualquer coisa que pode ser cobrada. Tendo em vista que, na indústria de nuvem, os fornecedores devem usar múltiplas etapas, incluindo medi¸cão e classifica¸cão. Para se calcular o fatura-mento, o processo como um todo se torna complexo, por isso, é necessário definir o termo ”Servi¸co Medido”baseando-se em métricas. O Ceilometer por sua vez permite utilizar várias métricas predefinidas bem como permite a inser¸cão de novas métricas de acordo com a necessidade e a utiliza¸cão de novos recursos. OpenStack (2014b)

Desta maneira, a lista de métricas está crescendo continuamente, o que faz com que seja poss´ıvel utilizar os dados recolhidos através da telemetria para diferentes fins, que não sejam de faturamento. Por exemplo, o recurso autoscaling (auto escala) no módulo Orchestration pode ser desencadeado por alarmes deste conjunto de módulos e, em seguida, é notificado no prazo de telemetria.

De acordo comOpenStack(2015a), o processo de faturamento normalmente executado em grandes empresas compreende trˆes etapas:

1. Medi¸cão (Metering): É o processo de coleta de informa¸cões sobre o quê, quem, quando e quanto, Ou seja é o calculo de qualquer coisa que pode ser cobrada. O resultado disso é uma cole¸cão de (amostras) que estarão prontas serem processados da maneira que você quiser.

2. Avalia¸cão (Rating): É o processo de analisar uma série de bilhetes, de acordo com as regras de negócios definidas, a fim de transformá-los em itens com um valor de moeda, mercado.

3. Faturamento (Billing): ´E o processo de cria¸c˜ao de conta para o cliente, de forma a emitir a fatura para iniciar a coleta de pagamento.

A meta do ceilometer é estritamente limitada ao passo 1. Esta foi uma escolha feita desde o in´ıcio, pois prover processos de Avalia¸cão e Faturamento traria uma grande va-riedade de op¸cões e o projeto nem sempre conseguiria uma solu¸cão que se encaixe às necessidades de todos, em particular para nuvens públicas. OpenStack(2015a)

Isto significa que o projeto Ceilometer é suficiente para resolver as necessidades de faturamento, mas certamente não é o fim da estrada. Uma vez que o Ceilometer está implantado em sua nuvem OpenStack, é preciso construir regras de utiliza¸cão para definir

[ii]_{A inspira¸c˜}_{ao para o nome deste projeto OpenStack veio de uma ferramenta utilizada na}

me-teorologia (ciência que estuda os fenômenos atmosféricos), no qual, um Ceilometer é um disposi-tivo que utiliza um laser ou outra fonte de luz para determinar a altura de uma base da nuvem. Fonte:(http://en.wikipedia.org/wiki/ceilometer)

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valores e etc. Outro ponto é estudar as consultas adequadas no âmbito do API Ceilometer para extrair as informa¸cões e classifica¸cões próprias.

2.5.1 Conceitos

Meters (M´etricas):

Métricas simplesmente medem um aspecto particular do uso de recursos (por exemplo, a existência de uma instância em execu¸cão) ou de desempenho em curso (por exemplo, a corrente de utiliza¸cão da CPU para essa instância) (Rdo-Project,2013).

Todas as métricas têm um nome único, uma unidade de medida, e um tipo que indica se os valores são monotonamente crescente (cumulative), interpretado como uma mudan¸ca em rela¸cão ao valor anterior (delta), ou um valor autônomo que apenas diz respeito à dura¸cão atual (gauge) (Rdo-Project,2013).

Samples (Amostras):

Amostras são simplesmente ”datapoints” (ou seja, informa¸cões individuais e únicas associados a uma métrica particular). Como tal, todos os exemplos englobam os mesmos atributos que o contador propriamente dito, mas com a adi¸cão de um marcador de tempo e um valor (também conhecido como a amostra ”volume”)Rdo-Project (2013).

Statistics (Estat´ısticas):

Se a amostra é um único ”datapoint” ou ponto de dados, em seguida, uma estat´ıstica é um conjunto de pontos de dados tais agregados ao longo de um per´ıodo de tempo. Ceilometer emprega atualmente cinco fun¸cões de agrega¸cão diferentes:

• count: o n´umero de amostras em cada per´ıodo;

• máx: o valor máximo dos volumes de amostras em cada per´ıodo; • min: o valor m´ınimo dos volumes de amostras em cada per´ıodo; • avg: a média dos volumes de amostras em cada per´ıodo;

• som: a soma dos volumes de amostras em cada per´ıodo.

Nota-se que todas essas fun¸cões de agrega¸cão são aplicadas para cada estat´ıstica cal-culada. Isto pode parecer um desperd´ıcio se o usuário está interessado apenas em um dos valores, mas, na prática, quase nenhum custo computacional extra é agregado para calcular esses valoresRdo-Project (2013).

2.5.2 Arquitetura

De Acordo comOpenStack(2015a) cada um dos servi¸cos do ceilometer são projetados para escalar horizontalmente. O Ceilometer oferece cinco servi¸cos essenciais, os agentes de dados são projetados para trabalhar de forma independente dos coletores e dos Alarmes, mas também podem desempenhar papéis juntos como uma solu¸cão completa:

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• agentes de vota¸c˜ao (polling agent) - Projetado para pesquisar servi¸cos OpenStack e construir M´etricas.

• agentes de notifica¸cão (notification agent)- Projetado para ouvir as notifica¸cões da fila de mensagens e convertê-los para eventos e amostras.

• coletor (collector)- Projetado para reunir dados de evento e registro de pressão e medi¸cão criados pelos agentes de notifica¸cão e de vota¸cão.

• api - Servi¸co para consultar e visualizar dados registrados pelo servi¸co de colecio-nador.

• alarmes alarming - Servi¸co de avalia¸c˜ao e notifica¸c˜ao com base em regras de alarmes definidas.

Uma representa¸c˜ao de como ´e a arquitetura do Ceilometer pode ser visualizado na Figura2.5.

Figura 2.5: A arquitetura conceitual do Ceilometer, Dispon´ıvel em

http: // docs. openstack. org/ developer/ ceilometer/ architecture. html (OpenStack).

Para que os servi¸cos citados anteriormente na arquitetura funcionem corretamente são os componentes básicos executados e instalados na nuvem os responsáveis pelas tarefas. São eles:

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• Compute Agent (ceilometer-agent-compute): É executado em cada nó com-pute (ou seja, cada nó de computa¸cão) e fornece pesquisas para as estat´ısticas de utiliza¸cão de recursos. (OpenStack,2014b);

• Central Agent (ceilometer-agent-central): É executado no servidor de geren-ciamento central para coletar as estat´ısticas de utiliza¸cão de recursos para recursos não vinculados a instâncias ou nós de computa¸cão. (OpenStack,2014b);

• Collector (ceilometer-collector): É executado em um ou mais servidores de gerenciamento central para monitorar as filas de mensagens (para notifica¸cões e para dados de medi¸cão provenientes do agente). As mensagens de notifica¸cão são processadas e transformadas em medi¸cão e enviadas de volta. (OpenStack,2014b); • Alarm Notifier (ceilometer-alarme-notifier): É executado em um ou mais

ser-vidores de gerenciamento central para permitir configurar alarmes com base na ava-lia¸c˜ao limiar para uma cole¸c˜ao de amostras. (OpenStack,2014b);

• Data Store: Um banco de dados capaz de lidar com a escrita simultânea (a par-tir de uma ou mais instâncias do collector) e lê-se (a partir do servidor de API). (OpenStack,2014b);

• API server (ceilometer-api): ´E executado em um ou mais servidores de ge-renciamento central para fornecer acesso aos dados do armazenamento de dados. (OpenStack,2014b);

Todos os componentes/agentes s˜ao desenvolvidos na linguagem Python assim como praticamente todo o OpenStack.

2.5.3 M´etodos de consultas

Para se realizar consultas às informa¸cões, métricas do servi¸co, pode ser utilizado as seguintes API’s:

• cURL: É uma ferramenta de linha de comando que permite enviar solicita¸cões HTTP das mais variadas formas e receber respostas. As aplica¸cões utilizando essa ferramenta são as mais variadas e afetam bilhões de usuários em todo o mundo; • Clientes OpenStack para linha de comando: Cada projeto OpenStack fornece

um cliente de linha de comando que permite que você acesse sua API através de comandos de fácil utiliza¸cão;

• REST clients: S˜ao Apis de envio de solicita¸c˜oes HTTP por meio de navegadores como Google Chrome, Firefox, entre outros;

• Kit de desenvolvimento de softwares python OpenStack(Python SDK): Permite escrever scripts de automa¸cão Python que criam e fazem chamadas em objetos Python ao invés de fazer chamadas REST diretamente. Todas as ferramentas de linha de comando OpenStack são implementados usando o Python SDK.

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2.6 Trabalhos Relacionados

Existem muitos trabalhos relacionados ao tema de Cloud Computing, entre alguns se destacam os que são relacionados a métodos de monitoramento e cálculo de consumo de recursos.

Carvalho (2015), Em sua tese propõe um framework que mantém o monitoramento automático e atualizado de recursos contratados pelos usuários da nuvem, à medida que estes sejam criados, modificados ou destru´ıdos na plataforma de nuvem. O framework proposto suporta diversas plataformas e solu¸cões de monitoramento em nuvem, e é res-ponsável pela coleta e organiza¸cão de informa¸cões das plataformas, através da deteçcão de opera¸cões que ocorreram na plataforma e pela configura¸cão das solu¸cões de monitora-mento de acordo com regras definidas pelo administrador. O autor analisou solu¸cões de plataformas de nuvens atuais e os seus métodos de monitoramento, citando entre outras, solu¸cões como OpenStack e o servi¸co Ceilometer, o qual foi integrado ao desenvolvimento do framework proposto. O framework desenvolvido foi intitulado de FlexACMS (Flexible Automated Cloud Monitoring Slices).

JáBrinkmann et al.(2013), apresentam uma arquitetura de monitoramento que foi de-senvolvida e é atualmente implementada em um projeto chamado EASI-CLOUDS. No seu trabalho eles falam das múltiplas exigências sobre sistemas de monitoramento de nuvem, e dos controles regulares dos SLA’s ou seja, acordos de n´ıveis de servi¸cos e faturamento baseando-se no uso de recursos. Os autores ainda discorrem sobre a estimativa e con-versão de leituras de infra-estrutura em intervalos curtos. Outro ponto que se destaca é que para garantir a escalabilidade de toda a nuvem, o sistema de monitoramento deve ser bem dimensionado sem desperdi¸car recursos. No trabalho, os autores citam algumas pla-taformas de nuvem como o OpenStack, que fornecem meios para implanta¸cão e métodos de gerenciamento de recursos em nuvem. Os autores então propõem uma abordagem em que os dados de monitoramento são organizados em uma estrutura de árvore distribu´ıdo e facilmente escalável e seu principal componente inclui a interface, a raiz da árvore e de extensão de pontos para sub árvores que são implementados e gerenciados localmente pelos fornecedores de dados deles mesmos. Apesar da variedade e a distribui¸cão dos dados, o seu acesso é genérico e localiza¸cão transparente, dessa forma, além de simples fornece-dores de dados de monitoramento, é esbo¸cado um componente que fornece os meios para armazenar e pré-processar dados. A motiva¸cão para este componente é o de que o sistema de controle pode ser ajustado para os seus assinantes.

Xiaojiang and Yanlei(2013) em seu trabalho, abordam a importância do uso de Cloud Computing como uma solu¸cão eficaz para a constru¸cão de sistemas e aplica¸cões de acordo com suas demandas, isso remete à escalabilidade e disponibilidade da nuvem. No trabalho, propõe uma Plataforma de Servi¸cos em computa¸cão em nuvem baseado no OpenStack que suporta o gerenciamento de servi¸co, auto-scaling, controle de seguran¸ca e alta disponibili-dade, etc. Para alcan¸car a gestão eficaz dos recursos e garantir a qualidade do servi¸co, os autores propuseram a implementa¸cão do monitoramento de recursos subsistema. Ele pode monitorar métricas de desempenho utiliza¸cão da CPU, uso de memória e recursos f´ısicos e virtuais como E/S de rede. Como resultado, os dados persistentes podem ser utilizados pelo subsistema de gestão de recursos e subsistema de alarme.

No trabalho deRossigneux et al.(2014), os autores enfocam a computa¸cão em nuvem para a indústria de TI, onde seus processos em grandes industrias muitas vezes consomem enormes quantidades de energia elétrica. Os autores refor¸cam a idéia de que esfor¸cos têm

(43)

sido feitos para reduzir o consumo de energia nas nuvens, de acordo com a pesquisa reali-zada o autor observa que certos centros de dados têm se aproximado de um fator intitulado Power Usage Effectiveness (PUE). No trabalho os autores também falam a respeito de um valor aproximado para o PUE que revela a infra-estrutura de TI como a responsável por uma grande parte da energia consumida por um data center. Dessa forma, o monito-ramento e análise de como a energia é gasta tem sido crucial. Os autores falam que esse acompanhamento é necessário não só para a compreensão de como a energia é consumida, mas também para avaliar o impacto das pol´ıticas de gestão de energia. Os autores também trazem a tona resultados de experiência sobre o controle de sistemas em larga escala e in-troduz uma estrutura de software de monitoramento de energia chamado de quilowatts API (KWAPI), capaz de lidar com nuvens OpenStack. O software cuja arquitetura é es-calável, extens´ıvel e completamente integrado ao OpenStack, suporta vários dispositivos watt´ımetros, múltiplos formatos de medi¸cão, e minimiza a sobrecarga de comunica¸cão.

Em Cima et al. (2015), são tratados aspectos de eficiência energética que podem ser adicionados a nuvens OpenStack. Os autores buscam elaborar um gerenciador de recursos de energia eficiente para OpenStack, primeiro, analisando a utiliza¸cão de recursos de ener-gia em nossos recursos de nuvem. No trabalho, é observado que há um custo fixo associado com padrões de utiliza¸cão do servidor, e é necessário deligá-los para atingir economias de energia. Os autores discutem métodos de mecanismos de migra¸cão de servidores e con-solida¸cão de carga, como solu¸cão sofisticadas de gerenciamento de cargas. Por fim, são discutidos trabalhos em curso sobre a realiza¸cão de um gerente de carga para OpenStack com base nessas observa¸cões.

(44)

(45)

Cap´ıtulo 3

Procedimentos Metodol´

ogicos

“A persistência é o menor caminho para o êxito”

Charles Chaplin

3.1 Caracteriza¸

c˜

ao da Pesquisa - Estudo de Caso

A metodologia escolhida para a elabora¸cão do presente trabalho monográfico foi de pesquisa bibliográfica e experimental do tipo estudo de caso, de acordo comYin (2001), o estudo de caso é uma estratégia de pesquisa que compreende um método abrangente em abordagens espec´ıficas de coletas e análise de dados. Este método é útil quando o fenômeno a ser estudado é amplo e complexo e não pode ser estudado fora do contexto onde ocorre naturalmente.

Yin(2001) destaca que, os estudos de caso podem ser:

• Exploratórios: quando se quer encontrar informa¸cões preliminares sobre o assunto estudado. Importante no desenvolvimento de Estudos de Casos explanatórios, pois permite confrontar teorias diversas, em que existem diferentes perspectivas, enrique-cendo o estudo;

• Descritivos: Tem como objetivo descrever o estudo de caso realizado;

• Explanatórios: Busca problematizar ou produzir novas teorias com o intuito de problematizar o seu objeto, construir ou desenvolver novas teorias que irão ser con-frontadas com as teorias já existentes, proporcionando avan¸cos do conhecimento. Foi aplicado o tipo de estudo de caso explanatório, onde, identificado um problema, foi proposta e desenvolvida nova solu¸cão baseando-se em outras existentes com o objetivo de avan¸car a área de pesquisa.

Foram realizadas as seguintes atividades: 1. Escolha do tema;

2. Estudo bibliogr´afico; 3. Estudo t´ecnico;

(46)

5. Coleta e an´alise dos resultados.

Cada um desses passos ser´a descrito com detalhes mais adiante.

3.2 Realiza¸

c˜

ao do Estudo bibliogr´

afico

A realiza¸cão do estudo bibliográfico deu-se através de pesquisas à obra de diversos autores a respeito de cloud computing e suas aplica¸cões, tecnologia da informa¸cão, com o intuito obten¸cão de conhecimento aprofundado sobre o tema escolhido e fundamenta¸cão teórica para desenvolver a aplica¸cão proposta.

3.3 Realiza¸

c˜

ao do Estudo t´

ecnico

O estudo técnico foi realizado através de documenta¸cões do OpenStack (providas e mantidas pela funda¸cão OpenStack e pelos os colaboradores do projeto) e na busca de informa¸cões por ferramentas que integram o sistema de nuvem como um todo, algumas informa¸cões que ajudaram no desenvolvimento do trabalho foram encontradas em fóruns públicos de discursões na web outras em tutoriais de utiliza¸cão de ferramentas e aplica¸cões.

3.4 Implementa¸

c˜

ao da aplica¸

c˜

ao

A implementa¸cão da aplica¸cão teve in´ıcio após ser adquirido o dom´ınio técnico sobre o problema, e compreendeu as seguintes atividades:

• Implanta¸cão do servi¸co de telemetria para o openstack: Diz respeito à ins-tala¸cão do Ceilometer seguindo às orienta¸cões do guia (OpenStack, 2014b), bem como os testes realizados na API fornecida pelo Ceilometer;

• Escolha das tecnologias (Ferramentas, linguagens de programa¸cão) que possibilitaram o desenvolvimento: Diz respeito ao estudo referente às ferra-mentas e linguagens que poderiam ser utilizadas para implementa¸cão da API; • E a realiza¸cão de testes de funcionalidades: Diz respeito aos testes realizados

na API depois de implementada com o objetivo de colher informa¸c˜oes quanto ao funcionamento e desempenho da mesmo quanto os objetivos pretendidos.

Cada uma das atividades realizadas na implanta¸c˜ao ´e explicado detalhadamente em4.

3.5 Coleta e an´

alise dos resultados

Por fim, a coleta e análise dos resultados (explicado de forma prática e com maiores detalhes em 4.7) desenvolveu-se através do estudo dos gráficos e relatórios gerados pela aplica¸cão na fase de testes, possibilitando relacionar e avaliar os resultados com a solu¸cão proposta em1.2e os objetivos do trabalho em1.3.1.

Para a coleta dos resultados foram realizados testes que avaliaram o desempenho da API RDU2 em compara¸c˜ao com as API’s padr˜oes dos servi¸cos OpenStack, a tabela 3.1

(47)

Teste Avalia¸cão Resultados Autentica¸cão OpenStack. Credenciais de usuário

(tenant, login, password).

Usu´arios autenticados com sucesso, visualiza¸c˜ao de todos

os servi¸cos integrados e em funcionamento. Verifica¸c˜ao do servi¸co Ceilometer. Estado de funcionamento (ativo, erro).

O servi¸co retornou uma lista de m´etricas dispon´ıveis

para consulta (ativo). Consulta de m´etricas

utilizando o servi¸co Dashboard, logado como

usu´ario administrador.

Quais m´etricas o adminis-trador da nuvem possui

acesso atrav´es do Dashboard.

O administrador visualiza todas as m´etricas relacionadas

ao usuário admin e aos demais usuários. Consulta de métricas

utilizando o servi¸co Dashboard, logado como

usu´ario comum.

Quais métricas o usuário comum possui acesso através do Dashboard.

O usuário comum não tem acesso a nenhuma informa¸cão de métricas. Consulta de métricas,

Via API de Linha de comandos OpenStack.

O funcionamento da API, suas respostas para as requisi¸c˜oes.

A API fornece suporte `

a todas as funcionalidades de busca e cadastro de m´etricas

com resultados satisfat´orios.

Consulta de m´etricas, Via API cURL.

a todas as funcionalidades de busca e cadastro de m´etricas

com resultados satisfat´orios. Possui extens˜ao para

imple-menta¸c˜oes em python. Consulta de m´etricas,

Via API REST Client para navegadores.

a todas as funcionalidades de busca e cadastro de m´etricas,

porém seu desempenho não foi satisfatório, por algumas restri¸cões com o nevegador. Consulta de métricas

utili-zando filtro por fun¸c˜oes.

Consultas de informa¸c˜oes de m´etricas por faixa de

tempo, valores, etc.

O servi¸co retornou informa¸c˜oes refinadas de acordo com as

fun¸c˜oes repassadas. Consulta de m´etricas

como usu´ario admin.

Quais m´etricas o adminis-trador da nuvem possui

acesso.

O servi¸co retornou todas as m´etricas relacionadas ao usu´ario