Un modelo de arquitectura para un sistema de virtualización distribuido

Título:

Un modelo de arquitectura para un sistema de virtualización distribuido

Autor:

Pessolani, Pablo Andrés

Otros autores / Colaboradores:

 Cortes, Toni; [ Director/a]  Tinetti, Fernando Gustavo; [ Director/a]  Gonnet, Silvio; [ Codirector/a] 

Temas:

SISTEMAS DISTRIBUIDOS; 

URL:

https://doi.org/10.35537/10915/71044,

Palabras clave:

virtualización, infraestructura como servicio, 

Nota de tesis:

Tesis (Doctorado en Ciencias Informáticas) - Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Informática, 2018.

Extensión:

1 archivo (5,3 MB) : il. col.

Resumen:

Si bien los Sistemas Operativos disponen de características de seguridad, protección, gestión de recursos, etc. éstas parecen ser insuficientes para satisfacer los requerimientos de los sistemas informáticos que suelen estar permanente y globalmente conectados. Las actuales tecnologías de virtualización han sido y continúan siendo masivamente adoptadas para cubrir esas necesidades de sistemas y aplicaciones por sus características de particionado de recursos, aislamiento, capacidad de consolidación, seguridad, soporte de aplicaciones heredadas, facilidades de administración, etc. Una de sus restricciones es que el poder de cómputo de una Máquina Virtual (o un Contenedor) está acotado al poder de cómputo de la máquina física que la contiene. Esta tesis propone superar esta restricción abordando la problemática con el enfoque de un sistema distribuido. Para poder alcanzar mayores niveles de rendimiento y escalabilidad, los programadores de aplicaciones nativas para la Nube deben partirlas en diferentes componentes distribuyendo su ejecución en varias Máquinas Virtuales (o Contenedores). Dichos componentes se comunican mediante interfaces bien definidas tales como las interfaces de Web Services. Las Máquinas Virtuales (o Contenedores) deben configurarse, asegurarse y desplegarse para poder ejecutar la aplicación. Esto se debe, en parte, a que los diferentes componentes no comparten la misma instancia de Sistema Operativo por lo que no comparten los mismos recursos abstractos tales como colas de mensajes, mutexes, archivos, pipes, etc. El defecto de esta modalidad de desarrollo de aplicaciones es que impide una visión integral y generalizada de los recursos. En ella, el programador debe planificar la asignación de recursos a cada componente de su aplicación y, por lo tanto, no solo debe programar su aplicación sino también gestionar la distribución de esos recursos. En este trabajo se propone un modelo de arquitectura para un Sistema de Virtualización Distribuido (DVS) que permite expandir los límites de un dominio de ejecución más allá de una máquina física, explotando el poder de cómputo de un cluster de computadores. En un DVS se combinan e integran tecnologías de Virtualización, de Sistemas Operativos y de Sistemas Distribuidos, donde cada una de ellas le aporta sus mejores características. Esta arquitectura, por ejemplo, le brinda al programador una visión integrada de los recursos distribuidos que dispone para su aplicación relevándolo de la responsabilidad de gestionarlos. El modelo de DVS propuesto dispone de aquellas características que son requeridas por los proveedores de servicios de infraestructura en la Nube, tales como: mayor rendimiento, disponibilidad, escalabilidad, elasticidad, capacidad de replicación y migración de procesos, balanceo de carga, entre otras. Las aplicaciones heredadas pueden migrarse más fácilmente, dado que es posible disponer de la misma instancia de un Sistema Operativo Virtual en cada nodo del cluster de virtualización. Las aplicaciones desarrolladas bajo las nuevas metodologías para el diseño y desarrollo de software para la Nube también se benefician adaptándose su utilización a un sistema que es inherentemente distribuido.

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1. INTRODUCCIÓN 
1.1. Motivación 
1.2. Contribución 
1.3. Alcance de la Tesis 
1.4. Organización de la Tesis

2. TECNOLOGÍAS RELACIONADAS
2.1. Tecnologías de Virtualización 
2.1.1. Virtualización de Hardware/Sistema 
2.1.2. Paravirtualización 
2.1.3. Virtualización basada en Sistema Operativo
2.1.4. Virtualización de Lenguaje/Proceso/Aplicación 
2.1.5. Virtualización de Sistema Operativo
2.1.6. Emulación de Plataforma
2.1.7. Emulación de Sistema Operativo
2.1.8. Virtualización Reversa
2.1.9. Capacidades de las actuales Tecnologías de Virtualización 
2.2. Otras Tecnologías Relacionadas 
2.2.1. Sistemas Operativos Distribuidos con Imagen de Sistema Unico
2.2.2. Unikernel 
2.2.3. Sistemas Operativos Multiservidor o de Microkernel 
2.2.4. Comunicaciones de Grupo
2.2.5. Migración de Procesos, Máquinas Virtuales y Contenedores 
2.2.6. Redundancia y Replicación

3. MODELO DE ARQUITECTURA PROPUESTO
3.1. Topología de un cluster DVS
3.2. Abstracciones 
3.2.1. Relaciones entre las Abstracciones 
3.2.2. Semántica del IPC
3.3. Modelo de Arquitectura de DVS
3.4. Descripción de los Componentes del DVS
3.4.1. Núcleo de Virtualización Distribuida (DVK)
3.4.2. Representante de Comunicaciones de Nodos Remotos (Proxies) 
3.4.3. Contenedores 
3.4.4. Contenedores Distribuidos
3.4.5. Sistema Operativo Virtual
3.4.6. Relaciones entre Procesos y Endpoints
3.5. Otros Componentes Requeridos 
3.5.1. Replicación Primario-Respaldo 
3.5.2. Replicación de Máquina de Estados
3.5.3. Migración de Procesos 
3.5.4. Seguridad y Protección 
3.5.5. Planificación Distribuida

4. PROTOTIPO DE DVS 
4.1. Núcleo de Virtualización Distribuida (DVK)
4.1.1. Módulo para el Kernel de Linux 
4.1.2. APIs de Gestión del DVS
4.1.3. Conformación del cluster del DVS (nodos unidos por  proxies) 
4.1.4. APIs de Gestión de Contenedores Distribuidos
4.1.5. APIs de Gestión de Procesos 
4.1.6. APIs de Gestión de Privilegios
4.1.7. M3-IPC 
4.1.8. APIs para Migración y de Replicación de Procesos 
4.1.9. Directorio  /proc/dvs 
4.1.10. Sistema de Comunicaciones Grupales (GCS)
4.2. Módulo Webmin para Gestión del DVS
4.3. Contenedor Distribuido (DC) 
4.4. Sistemas Operativos Virtuales (VOS) 
4.4.1. VOS Multiservidor
4.4.2. VOS Unikernel (ukVOS) 
4.4.3. Algoritmo de Asignación de Ranuras ( SLOTS) 
4.4.4. Gestor de Discos Virtuales Replicados
4.4.5. Sincronización Dinámica de Réplicas
4.5. Misceláneos
4.5.1. Transferencia de Archivos entre MoL (Guest) y Linux (Host) 
4.5.2. Servidor FTP y Cliente FTP utilizando M3-IPC
4.5.3. Servidor Web y Cliente Web utilizando M3-IPC
4.5.4. Proxy HTTP – M3-IPC

5. EVALUACION DEL PROTOTIPO 
5.1. M3-IPC.
5.2. Algoritmo de Asignación de Ranuras 
5.3. MOL-VDD 
5.4. MOL-FS 
5.5. MOL-NWEB 
5.6. Resumen de la Evaluación del Prototipo

6. TRABAJOS FUTUROS

7. CONCLUSIONES
Glosario 
Referencias