Artigo - LaboratÃ³rio de Banco de Dados

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típica de grades computacionais (seção 5.1). Em um segundomomento, avaliou-se o impacto da virtualização sobreum benchmark paralelo tipicamente utilizado em clusters(seção 5.2). Por fim, avaliou-se o impacto do mecanismode migração de máquinas virtuais sobre a execuçãodo benchmark paralelo e da aplicação de computação distribuída(seção 5.3).Para realização destes testes, configurou-se um ambientede experimentação composto por cinco computadoresCompaq Pentium 4, com memória de 512MB e cachede 512KB, utilizando o sistema operacional Ubuntu Linuxversão 5.10. Para interligar estes computadores, utilizouseuma rede FastEthernet a 100Mbps. Dentre estes computadores,quatro foram usados para hospedar as máquinasvirtuais e um deles foi configurado como servidor de arquivosNFS. Em todos os experimentos com virtualização,utilizou-se a versão 3.0.2-2 de Xen.Figura 1. Sobrecarga na aplicação de MeteoP2P5.1. Impacto sobre uma aplicação de computaçãodistribuídaNeste experimento utilizou-se uma aplicação que realizaa análise de grandes conjuntos de dados coletados por sensoresmeteorológicos [11]. Esta aplicação utiliza uma abordagempeer-to-peer (P2P) [10] para computação paralela edistribuída, e foi implementada sobre a infra-estrutura P2Poferecida pela plataforma JXTA [1]. Nesta aplicação, cadapeer é capaz de processar tarefas enviadas por processosclientes. Uma tarefa consiste basicamente na análise de umconjunto de dados representando um dia de coleta.Para realizar esta avaliação foram utilizados três computadoresdo ambiente de experimentação: um responsávelpelo processamento (peer), outro para envio e solicitaçãode tarefas (cliente) e outro atuando como servidor NFS paraas máquinas virtuais. Somente uma tarefa foi lançada paraexecução, o que justifica o uso de apenas um peer. Estatarefa não exige comunicação durante seu processamento,mas requer muitos acessos a dados armazenados em disco.O gráfico 1 apresenta os tempos de execução daaplicação com e sem o uso de virtualização, respectivamenteidentificados como MeteoP2P-Xen e MeteoP2P.Analisando-se os resultados obtidos, observa-se um aumentode aproximadamente 16% no tempo total deexecução da aplicação quando esta é executada sobre o monitorXen.O aumento no tempo de execução quantifica a sobrecargaimposta pela virtualização, neste caso devida principalmenteao alto número de operações que exigem acesso adados armazenados em disco.5.2. Impacto sobre um benchmark paraleloNeste experimento utilizou-se o benchmark HPL (HighPerformance Linpack) [12], que calcula a solução de umsistema denso de equações lineares em arquiteturas commemória distribuída, utilizando MPI (Message Passing Interface)para troca de mensagens. Este benchmark é empregadocomo critério para a classificação dos supercomputadoresde maior desempenho na atualidade (TOP500) [2].Para execução de HPL, utilizou-se a configuração padrãocontida no pacote de instalação do benchmark, onde o processamentoé distribuído entre quatro processos MPI paralelos.Em uma primeira avaliação, o benchmark HPL foi executadoutilizando-se três computadores do ambiente deteste: dois computadores para execução paralela e um computadoratuando como servidor NFS. A arquitetura nativafoi comparada com a arquitetura virtualizada em duassituações: na primeira, utilizou-se duas máquinas virtuaisalocadas a computadores distintos; na segunda, utilizou-sequatro máquinas virtuais, alocando-se duas máquinas virtuaisa cada computador.O gráfico na figura 2 apresenta o resultado da execuçãodo HPL sobre os dois computadores. Neste gráfico,observa-se uma redução do tempo total de execução obtidocom a arquitetura virtualizada. Esta redução é de aproximadamente10% utilizando-se duas máquinas virtuais, e deaproximadamente 49% utilizando-se quatro máquinas virtuais.Esta redução do tempo de execução ocorre devido àcomunicação através do compartilhamento de páginas dememória implementada pelo monitor Xen, que resulta emuma comunicação eficiente, seja entre máquinas virtuais ou
Figura 2. Tempos de execução utilizando 2computadores (2 processos MPI em cadamáquina)Figura 3. Tempos de execução utilizando4 computadores (1 processo MPI em cadamáquina)entre uma máquina virtual e o monitor. Esta vantagem foiexplorada durante a execução de mais de um processo MPIsobre o mesmo computador.Em uma segunda avaliação, utilizou-se o ambiente completode experimentação, com cada um dos quatro computadoresexecutando uma máquina virtual. Desta forma,tanto na execução nativa quanto na execução virtualizada,cada computador recebeu uma tarefa resultante do particionamentoefetuado pelo benchmark HPL.Na figura 3 observa-se a sobrecarga imposta pelo monitorXen, resultando em tempo de execução aproximadamente46 segundos maior. Neste ambiente de teste, a vantagemoferecida pelo compartilhamento de páginas implementadopelo monitor não foi explorada, já que cada computadorexecutou apenas um processo MPI.processos. Estes fatores influenciam diretamente no tempode migração de uma máquina virtual.5.3. Impacto da migração de máquinas virtuaisNesta etapa da avaliação, investigou-se o impacto do mecanismode live migration do monitor Xen na execução dasduas aplicações apresentadas nas seções anteriores.Inicialmente avaliou-se a migração de máquinas virtuaisno caso do benchmark HPL com 4 processos MPI,sendo executados sobre dois computadores do ambiente deexperimentação. Cada computador ficou responsável pelaexecução de uma máquina virtual, sendo que forçou-se amigração de uma destas máquinas para um terceiro computadordurante a execução do benchmark. É importantemencionar que o benchmark HPL exige um grande númerode acessos à memória em um reduzido intervalo de tempo,além de uma quantidade considerável de comunicação entreFigura 4. Migração de uma máquina virtualexecutando HPLConforme mencionado na seção 3.2, o mecanismo delive migration implementado pelo monitor Xen transfereos dados armazenados na memória principal através deiterações. A figura 4 ilustra as iterações ocorridas duranteo processo de migração da máquina virtual executando obenchmark HPL. Para cada iteração, apresenta-se o volumede dados transferidos (em cinza) e alterados (em preto) porunidade de tempo.Na iteração inicial é transferido um volume grande de
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