Aplicação de Virtualização de Desktops e Cloud

Computing no contexto acadêmico minimizando custos e

esforços com equipes de manutenção

Luiz Gustavo Ferreira Aguiar, Guilherme Luiz Frufrek

Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) – Campus Cornélio Procópio

Avenida Alberto Carazzai, 1640 CEP 86300-000 - Cornélio Procópio - PR - Brasil

gustavo_bytes@yahoo.com.br, frufrek@utfpr.edu.br

Abstract. This article proposes the adoption of the technologies on the rise,

Desktop Virtualization and Cloud Computing within educational institutions

in order to reduce costs and efforts with maintenance, since such demand

remains proven by the existence of several configurations of software and

operational systems. Presents XenDesktop solution in the submitted context

and proposes the analysis other tools and simulations in real environment to

develop an appropriate model the context.

Resumo. Este artigo propõe a adoção das tecnologias em ascensão,

Virtualização de Desktops e Computação em nuvem, dentro de instituições de

ensino com objetivo de reduzir custos e esforços com equipes de manutenção,

vez que resta comprovada tal demanda pela existência de diversas

configurações de softwares e sistemas operacionais. Apresenta a ferramenta

XenDesktop no contexto apresentando e propõe estudos de outras ferramentas

disponíveis e simulações em ambiente real para desenvolver um modelo

adequado ao contexto.

1. Introdução

Virtualização é uma tecnologia em ascensão, que a cada dia tem sido adaptada e

utilizada para diversos contextos, trazendo excelentes resultados, e chegando até mesmo

a inaugurar uma nova e crescente tendência computacional, porque não por assim dizer

até mesmo um novo paradigma: a Computação em nuvem.

Com o crescente número de tecnologias na área de computação, apresentando a cada dia

novos softwares e recursos, tem se tornado crescente também a complexidade dos

ambientes (laboratórios) voltados ao ensino, apresentando alta demanda com

manutenção e investimentos.

O presente trabalho tem por objetivo evidenciar e comprovar a necessidade das

instituições de ensino em adotar novas tecnologias visando reduzir os custos e demanda

de manutenção, e apresentando a tecnologia de Virtualização de Desktops, e a tendência

de Computação em nuvem como forte aliada das instituições para minimizar custos e

esforços com equipes de manutenção.

2. Virtualização: dos Mainframes à Computação em nuvem

A Virtualização é um tema atual, que ganha a cada dia mais destaque e abrangência,

porém, seu conceito tem raízes no início dos anos 70 com os poderosos mainframes. O

fato de que cada mainframe tinha seu próprio Sistema operacional, com características

diferentes de outros equipamentos/computadores foi fator motriz para o aparecimento

das maquinas virtuais, que tinham a responsabilidade de permitir que um mesmo

software fosse executado em diferentes equipamentos. [Carissimi 2008]

Em 1972 o cientista da computação Robert P. Goldberg criou uma teoria para a

arquitetura para sistemas computacionais virtuais [Goldberg 1974], que culminou no

conceito de hypervisor, sendo um programa que realiza a supervisão de diferentes

sistemas operacionais que são executados simultaneamente em um mesmo hardware,

conceito que foi utilizado pela IBM na linha de mainframes 370 e sucessores. [Carissimi

2009]

Com o surgimento da plataforma x86, veio a popularização dos computadores pessoais,

juntamente com uma “padronização” dos sistemas operacionais (Unix, Macintosh e

Microsoft) e o grande crescimento de aplicações no conceito cliente-servidor, onde a

tecnologia de virtualização tornou-se esquecida. [Carissimi 2009]

Com a ampliação da capacidade de processamento dos computadores e grande

utilização de redes de computadores, iniciou-se em 1999 um movimento liderado pela

VMWARE Inc. para virtualização em equipamentos x86, com o objetivo de reduzir a

ociosidade de poder computacional. [Bosing and Kaufmann 2012] O movimento

ganhou maior dimensão por volta de 2005, quando as grandes fabricantes de

processadores, Intel e AMD, introduziram em seus produtos tecnologias para melhorar o

suporte com funcionalidades para os hypervisors, facilitando o desenvolvimento da

virtualização completa. [Bosing and Kaufmann 2012; Carissimi 2008]

Com isso, a virtualização passou a ser usada nos grandes datacenters como ferramenta

para diminuir a ociosidade de processamento, uma vez que o mesmo hardware passou a

ser utilizado para desempenhar tarefas de diferentes servidores (maquinas virtuais).

Com isso houve um grande ganho computacional e possibilitou a oferta desse

processamento para realização de tarefas externas pela internet. Chegamos aqui então ao

atual paradigma computacional: a computação em nuvens. Apesar de um novo

paradigma, a computação em nuvens teve seus primeiros esboços em 1961 quando John

McCarthy, pesquisador do MIT - Instituto de Tecnologia de Massachusetts, apresentou

um modelo de computação onde os recursos computacionais seriam oferecidos

semelhantemente ao distribuição de energia elétrica: haveria uma central de “produção”

de processamento, e esse processamento seria consumido em diversos pontos

distribuídos geograficamente. [Rydlewski 2009]

Carlos Rydlewski, em seu artigo para a Revista Veja [Rydlewski 2009], cita Ray Ozzie,

ex-executivo da Microsoft: “A era da nuvem já começou. Terá um impacto

revolucionário na maneira como as pessoas lidam com a tecnologia e vai determinar a

história da computação nos próximos cinquenta anos”.

3. Trabalhos relacionados

Entre vários trabalhos realizados utilizando conceitos de virtualização e computação em

nuvem para economia e otimização de recursos, seja de ordem financeira ou

administrativa, podemos destacar alguns os quais contribuíram em algum ponto para o

presente trabalho: Oliveira et al [Oliveira et al. 2012] , Rossi et al [Rossi et al. 2011].

Rossi et al [Rossi et al. 2011] propôs uma experiência de utilização de um ambiente

virtualizado em um laboratório de computação, visando um contato mais realístico dos

alunos nas disciplinas de redes de computador com as atividades profissionais a serem

realizadas. Segundo Rossi et all a virtualização é uma tecnologia indispensável para

instituições de ensino que comtemplem cursos na área computacional. Em seu

experimento, contou com um laboratório contendo 20 computadores, e utilizou como

ferramentas o sistema operacional Linux, o monitor de máquinas virtuais Xen, e o

software para roteamento Zebra. Instalados em todos os computadores uma distribuição

do Linux com o hypervisor Xen, foi possível a criação de 4 máquinas virtuais em cada

computador, possibilitando ao aluno a criação de uma “rede virtualizada”, onde poderia

realizar suas configurações sem prejuízo a estrutura física e configuração de rede da

instituição. Como vantagens da proposta, destaca a experiência dos alunos com diversos

sistemas operacionais, expansibilidade para a adição de novas maquinas virtuais,

simulando o crescimento de um ambiente de produção, a vivencia próxima da real que

oferece ao aluno um melhor preparo para as situações a serem encontradas no ambiente

empresarial, a manutenção ágil do ambiente de ensino, vista a possibilidade de descarte

e utilização de novas máquinas virtuais, e destaca ainda a economia

financeira/energética, uma vez que dispensa a aquisição e utilização de equipamentos

adicionais, proporcionando a instituição um menor consumo de energia.

Oliveira et al [Oliveira et al. 2012] considerando o expressivo crescimento da

virtualização, principalmente em servidores e especialmente em desktops, e tendo em

vista a intima relação destes com a estrutura de rede, propôs um estudo para análise dos

impactos da utilização de tais tecnologias para as redes de computadores , tendo como

parâmetro principal a qualidade de serviço (QoS). No experimento utilizou um servidor

de virtualização com um hypervisor contendo uma máquina virtual dando origem a um

desktop virtualizado, com ferramentas para monitoria de tráfego de rede, e dois tipos de

clientes: um terminal de acesso (Thin Client) e um notebook como terminal de acesso de

alto desempenho (Fat Client) e como estrutura de rede utilizou cabeamento padrão

CAT5. Durante os experimentos, notou um melhor desempenho do Fat Client sobre o

Thin Client, chegando a conclusões de que o uso da tecnologia gera uma sobrecarga

adicional à rede de comunicação, o que gera uma necessidade de uma gerência mais

ativa das equipes de TI, sendo possível garantir a qualidade do serviço (QoS), bem

como a qualidade de experiência do usuário (QoE), tornando o uso da IDV

(infraestrutura de desktop virtual). A utilização de Fat Clients pode ajudar a atenuar esse

impacto, já que algumas aplicações poderiam ser executadas localmente, reduzindo a

sobrecarga.

4. Necessidades e dificuldades com a manutenção de configurações de

softwares em universidades

Com o objetivo de identificar algumas necessidades e dificuldades com manutenção de

sistemas operacionais e softwares em universidades, em especial que contemplem

cursos específicos na área de computação, que exige uma utilização mais robusta e

eficiente dos recursos de TI, bem como o aceite e receptividade para o uso de

tecnologias relacionadas a Virtualização de Desktops, submetemos um questionário

especifico destinado a gestores de TI em universidades (públicas e privadas), coletando

dados interessantes, os quais serão expostos e analisados a seguir.

4.1. Pesquisa de campo: panorama das universidades

Um questionário contendo cinco questões direcionadas para levantar informações acerca

da realidade encontrada pelas universidades foi submetido a gestores de TI de diferentes

Universidades, os quais responderam de maneira voluntária. As informações levantadas

através do questionário revelam um panorama favorável a utilização de tecnologias de

virtualização, de maneira especial, a Virtualização de Desktops.

4.1.1. Diferentes configurações de sistemas operacionais e softwares

Considerando que dentro de uma universidade, onde encontramos vários cursos, e

muitos destes cursos utilizam alguns softwares específicos, ou até mesmo compartilham

um mesmo ambiente, mas com necessidades de configurações distintas, os gestores de

TI foram questionados se há tal realidade em sua instituição, bem como se havendo,

qual seria essa necessidade de várias configurações em termos numéricos. Considerando

que configurações diferentes é a disponibilidade de um software, ou coleção de

softwares específicos que é necessário para as diferentes disciplinas e cursos ministrados

pelas instituições, os gestores de TI responderam a seguinte pergunta: “As

disciplinas/cursos exigem diferentes configurações dos computadores? (Sistemas

operacionais, softwares específicos) Se sim, quantas configurações diferentes (em

média) seria ideal?”. O resultado está disposto no gráfico apresentado a seguir:

Figura 1. Necessidade de diferentes configurações dos softwares/computadores

para que as Universidades atendam a demanda de seus cursos/disciplinas

Identificamos que dente as universidades que contribuiram para nossa pesquisa, sua

quase totalidade demanda do uso de diferentes configurações de sistemas operacionais e

softwares, sendo que, em não poucos casos, essa necessiade ultrapassa a barreira de 30

configurações distintas, o que com certeza gera custos e dificuldades com o

gerenciamento dos mesmos, como poderemos diagnosticar na próxima questão.

4.1.2. Dificuldades para a mantenção e gestão de configurações e sistemas

operacionais

Figura 2. Dificuldades encontradas pela Equipe de TI para manutenção das

diferentes configurações de software e sistemas operacionais da Instituição

Tempo disponível para manutenção é uma dificuldade presente em quase todas as

instituições participantes. A alta demanda de uso dos equipamentos tem proporcionado

cada vez períodos menores para a manutenção, tanto de hardware como software, fator

que prejudica o trabalho da equipe de TI. É preciso encontrar formas de realizar as

manutenções de maneira eficiente e que tenha um período de tempo menor. Outras

dificuldades também são apresentadas pelos gestores de TI, ganhando destaque os

recursos humanos disponíveis e o aumento em número e complexidade das

configurações de software para atender a demanda dos cursos das instituições.

4.1.3. Custos da equipe de TI para manutenção

Endendendo por custo da equipe de TI como o recurso humano utilizado para a

manutenção dos seus ambientes, dimensionado em horas de dedicação de profissionais

voltados a manter as diferentes configurações de sistemas operacionais e softwares

existentes em sua instituição, dentro de um ciclo, geralmente semestral, os gestores de

TI foram questionados sobre qual custo/investimento, em média, é dispensado por sua

equipe, assim revelando o sequinte quadro:

Figura 3. Custo com manutenção (em horas) da equipe de TI para manutenção das

diferentes configurações de sistema operacional e softwares

A grande maioria afirmou chegar a utilizar até 50 horas por semestre dedicados a

manuteção das diferentes configurações, e em alguns casos, chegando até a 100 horas.

Considera-se um alto custo, vez que tal levantamento não inclui manutenções corretivas

e nem manutenções de hardware, ou problemas de ordem aleatoria (defeito de disco, por

exemplo), atendo-se apenas ajustes e gerenciamento para que as diferentes

configurações possam ser atendidas. A aplicação de recursos de virtualização podem

otimizar esse quadro.

4.1.4. Tempo para a Reposição

Quando questionados caso um computador de um laboratório necessite ser substituído, e

considerando a disponibilidade imediata de outra máquina, quanto tempo em média é

necessário para preparar esse computador com as mesmas configurações de software

para a substituição, em sua maioria, os gestores de TI revelaram utilizar um período

superior a três horas.

Figura 4. Tempo utilização para a reposição de um computador, considerando as

diferentes configurações de softwares da instituição

4.1.5. Uso de soluções de virtualização de desktops para a redução da demanda de

manutenção

Quando questionados sobre os possíveis benefícios da aplicação de uma solução de

virtualização de desktops para a redução da demanda de manutenção, bem como

otimização de custos, verificamos um quadro favorável e receptivo ao uso da tecnologia.

Todos os gestores de TI afirmaram que uma solução de Virtualização de Desktop´s,

onde cada configuração de computador exigida pelos cursos/disciplinas da instituição

geraria uma máquina virtual, onde qualquer laboratório poderia carregar essa máquina

virtual em todos os computadores, poderia ajudar a reduzir a demanda com manutenção

e facilitar o gerenciamento da equipe de TI.

Figura 5. Receptividade dos gestores de TI a uma solução de vitualização de

desktops para redução de custos de manutenção

4.1.5. Contribuições para o desenvolvimento do trabalho

Os gestores de TI, utilizando de seus conhecimentos e experiencias, contribuiram para o

presente trabalho, apresentando algumas ferramentas de virtualização de desktops

disponiveis, as quais poderiam ser utilizadas para estudo e propor um modelo eficiente

do uso da tecnologia para alcançar nosso objetivo, ganhando destaque o Citrix Xen

Desktop, como principal solução proprietária, e o Ulteo Ovd como alternativa Open

Source.

Foi sugerido também a aplicação do conceito de virtualização de aplicações, vez que

quase a totalidade das disciplinas exige um software especifico para trabalho, não

necessitando da disponibilização de um ambiente completo, algo em muito que se

assemelha a nova perspectiva de computação em nuvem, intimamente ligada com a

virtualização de desktops.

5. Análise da ferramenta XenDesktop

Entre várias ferramentas de virtualização, propomos neste estudo uma análise da

viabilidade da implantação da solução para virtualização oferecida pela empresa Citrix,

como ferramenta que venha a contribuir para a redução de custos e esforços das equipes

de TI para a manutenção das diferentes configurações de software nas instituições de

ensino, tais quais ficaram evidenciados no tópico anterior.

Segundo a Citrix, o XenDesktop permite virtualizar estações de trabalho, passando a

oferecer seus aplicativos como um serviço móvel, acessível através de variados

dispositivos, como tablets, smartphones, microcomputadores e Thin Clients,

disponibilizando seu acesso tanto através de uma rede de computadores local, como pela

internet, usando redes de dados móveis. [Citrix Systems 2013]

Figura 1. Arquitetura do XenDesktop (fonte: http://www.citrix.com)

Dentro da arquitetura do XenDesktop, é disponibilizada para o usuário uma interface de

acesso, chamada de Receiver, que funciona semelhantemente ao um Thin Client. O

Receiver é um software que pode ser executado a partir de variadas plataformas (iOS e

Android para dispositivos móveis e Windows, MacOS e Linux para

microcomputadores). O Receiver permite uma implantação descomplicada, evitando

que os clientes (estações de trabalho) tenham que ser preparadas com um novo sistema

operacional com um novo ambiente de configurações, podendo ser adicionadas novos

clientes a qualquer momento, bem como instalações em massa através de scripts de

domínio. O XenDesktop Controler funciona como um servidor de desktops e aplicativos

virtualizados localizados no datacenter, permitindo a criação de políticas em relação aos

usuário e computadores, auditoria e diagnósticos de uso, configurações de desempenho

e recursos.

Como grande diferencial, o XenDesktop traz a tecnologia HDX que otimiza a

ferramenta para proporcionar o melhor desempenho em uma alta definição conforme a

conexão e dispositivo utilizado, aliada a tecnologia FlexCast que proporciona a

otimização do ambiente conforme o perfil do usuário.

Figura 2. Tecnologias HDX e FlexCast (fonte: http://www.citrix.com)

O XenDesktop ainda possibilita que se mantenha apenas uma imagem de um desktop

virtualizado que pode ser utilizado simultaneamente por vários usuários reduzindo

espaço de armazenamento necessário. A possibilidade de disponibilizar apenas a

aplicação para uso, reduz o tráfego de dados, bem como capacidade de processamento e

memória do datacenter. O XenDesktop possui uma arquitetura aberta podendo ser

utilizado em conjunto com várias soluções de virtualização de servidores, como o Citrix

XenServer, Microsoft Hyper-V e VMWare ESX, respeitando assim o ambiente atual da

instituição.

Como experiência de uso, a Citrix disponibiliza um ambiente de testes para sua

ferramenta, bastando a criação de um usuário e instalar o Receiver, disponível no

endereço http://receiver.citrix.com, a qual utilizamos para realizamos testes com um

desktop e um smartphone.

Os testes realizados a partir de um desktop (Notebook com processador Dual Core 2.2

GHz, 4GB de Memória e Placa aceleradora de vídeo 512MB) conectado com um link de

internet de 4 Mb foi satisfatório, apresentando um bom desempenho no uso de

aplicações mais leves (Office) como no uso de aplicações mais pesadas. Os testes a

partir de um smartphone Samsung Galaxy S3, usando como conexão de dados um

pacote de dados de 1 Mb foi surpreendente, possibilitando o uso de aplicações

direcionadas para desktops que não poderiam ser instaladas em um smartphone, devido

ao alto consumo de memória, processamento e armazenamento, apresentando um

desempenho regular, mas que pode ser aprimorado aumentando a velocidade de

conexão, ou então usando uma conexão por Wifi. A usabilidade restou parcialmente

prejudicada, pela ausência de periféricos de entrada (teclado e mouse) e pela tela

pequena, mas é plenamente possível utilizar todos os recursos como se estivesse em um

desktop.

Figura 3. Capturas de telas (Citrix Receiver em Samsung Galaxy S3)

6. Conclusões e trabalhos futuros

Os custos e dificuldades das equipes de TI de universidades em relação a manutenção de

seus ambientes de ensino, onde cada vez tornam-se mais diversos e complexos, restou

evidenciados com os dados apresentados, ficando evidente a necessidade de adoção de

novas tecnologias para diminuir tais custos e esforços. A ascensão de tecnologias

convergentes a computação em nuvem torna iminente uma adaptação dos modelos de

estrutura de TI das universidades para contemplar essa nova realidade. Desta forma, as

tecnologias de virtualização, em particular, a virtualização de desktops, bem como o

conceito de computação em nuvem, vem de encontro a evidenciada necessidade.

Barreiras como trafego de dados, investimento em novos equipamentos e mudança de

arquitetura atual dos servidores da instituição tornam-se transponíveis como

demonstrado pelos trabalhos de Oliveira et al [Oliveira et al. 2012] , Rossi et al [Rossi

et al. 2011].

O presente trabalho identificou um ambiente favorável a implantação destas novas

tecnologias dentro das universidades, bem como a disponibilidade de ferramentas

capazes de atender as necessidades, em especial a ferramenta XenDestop, a qual

aumenta o leque de possibilidades pela sua portabilidade não somente quanto a sistemas

operacionais, mas como a de variados equipamentos, abrindo possibilidade dos

aplicativos da instituição estejam disponíveis não somente nos equipamentos da

instituição, mas também em equipamentos dos alunos, podendo estes estarem dentro da

instituição ou em qualquer outro ponto da internet ou nuvem.

Por trabalhos futuros espera-se um levantamento mais detalhado de outras ferramentas

disponíveis, bem como testes em laborarias simulando situações reais, para um

comparativo entre as ferramentas, para posteriormente propor um modelo consistente

para o uso da virtualização de desktops numa perspectiva de computação em nuvem

aliado a uma ferramenta mais adequada.

Referências

Bosing, A. and Kaufmann, E. R. (2012). Virtualização de Servidores e Desktops.

Unoesc & Ciência – ACET, p. 47–64.

Carissimi, A. (2008). Virtualização: da teoria a soluções. Simpósio brasileiro de redes

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Carissimi, A. (2009). Virtualização: Princípios Básicos e Aplicações. ERAD 2009 - 9a

Escola Regional de Alto Desempenho. Porto Alegre,

Citrix Systems, I. (2013). Introducing XenDesktop, built on the Avalon platform.

http://www.citrix.com/,

Goldberg, R. P. (1974). Survey of Virtual Machine research. IEEE Computer Magazine,

Oliveira, V. C. De, Cura Junior, C., Mota, A. de A. and Mota, L. T. M. (2012). Impacto

da Virtualização de Desktops em Redes de Computadores, Observando Parâmetros de

Qualidade de Serviço (QoS) e Qualidade da Experiência (QoE). VII Workshop de Pós

Graduaçao e Pesquisa do Centro Paula Souza - FATEC SP,

Rossi, F. D., Brandolf, J. F., Roza, M. P. Da, Roza, J. C. Da and Wagner, R. (2011).

Infraestrutura Virtualizada em Laboratórios de Computação: Novas Perspectivas de

Expansão para o Ensino. XVII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación, p.

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Rydlewski, C. (2009). Computação sem fronteiras. Revista Veja. Edição 2125,