Virtualización de hardware

Virtualización de ordenadores o sistemas operativos

La virtualización de hardware es la virtualización de computadoras como plataformas de hardware completas, ciertas abstracciones lógicas de sus componentes o solo la funcionalidad requerida para ejecutar varios sistemas operativos . La virtualización oculta a los usuarios las características físicas de una plataforma informática, presentando en cambio una plataforma informática abstracta. ^{[1] [2]} En sus orígenes, el software que controlaba la virtualización se llamaba "programa de control", pero los términos " hipervisor " o "monitor de máquina virtual" se hicieron preferidos con el tiempo. ^[3]

Concepto

El término "virtualización" fue acuñado en la década de 1960 para referirse a una máquina virtual (a veces llamada "pseudomáquina"), término que a su vez data del sistema experimental IBM M44/44X . ^[3] La creación y gestión de máquinas virtuales también se ha denominado "virtualización de plataforma", o "virtualización de servidor", más recientemente. ^{[4] [5]}

La virtualización de plataforma se realiza en una plataforma de hardware determinada mediante un software anfitrión (un programa de control ), que crea un entorno informático simulado, una máquina virtual (VM), para su software invitado . El software invitado no se limita a las aplicaciones de usuario; Muchos hosts permiten la ejecución de sistemas operativos completos. El software invitado se ejecuta como si se ejecutara directamente en el hardware físico, con varias advertencias notables. El acceso a los recursos físicos del sistema (como el acceso a la red , la pantalla, el teclado y el almacenamiento en disco ) generalmente se administra a un nivel más restrictivo que el del procesador host y la memoria del sistema. Los invitados a menudo tienen restringido el acceso a dispositivos periféricos específicos , o pueden estar limitados a un subconjunto de las capacidades nativas del dispositivo, dependiendo de la política de acceso al hardware implementada por el host de virtualización. ^{[ cita necesaria ]}

La virtualización a menudo impone penalizaciones de rendimiento, tanto en los recursos necesarios para ejecutar el hipervisor como en un rendimiento reducido en la máquina virtual en comparación con la ejecución nativa en la máquina física. ^{[ cita necesaria ]}

Razones para la virtualización

• En el caso de la consolidación de servidores , muchos servidores físicos pequeños pueden reemplazarse por un servidor físico más grande para disminuir la necesidad de más recursos de hardware (costosos), como CPU y discos duros. Aunque el hardware está consolidado en entornos virtuales, normalmente los sistemas operativos no lo están. En cambio, cada sistema operativo que se ejecuta en un servidor físico se convierte en un sistema operativo distinto que se ejecuta dentro de una máquina virtual. De este modo, el servidor grande puede "hospedar" muchas de estas máquinas virtuales "invitadas". Esto se conoce como transformación física a virtual (P2V). La utilización promedio de un servidor a principios de la década de 2000 era del 5 al 15%, pero con la adopción de la virtualización esta cifra comenzó a aumentar para reducir la cantidad de servidores necesarios. ^[6]
• Además de reducir los costos de equipos y mano de obra asociados con el mantenimiento de los equipos, la consolidación de servidores también puede tener el beneficio adicional de reducir el consumo de energía y la huella global en los sectores tecnológicos ambientales y ecológicos. Por ejemplo, un servidor típico funciona a 425 W ^[7] y VMware estima una relación de reducción de hardware de hasta 15:1. ^[8]
• Una máquina virtual (VM) se puede controlar e inspeccionar más fácilmente desde un sitio remoto que una máquina física, y la configuración de una VM es más flexible. Esto es muy útil en el desarrollo del kernel y para impartir cursos sobre sistemas operativos, incluida la ejecución de sistemas operativos heredados que no son compatibles con hardware moderno. ^[9]
• Se puede aprovisionar una nueva máquina virtual según sea necesario sin necesidad de comprar hardware por adelantado.
• Una máquina virtual se puede reubicar fácilmente de una máquina física a otra según sea necesario. Por ejemplo, un vendedor que acude a un cliente puede copiar una máquina virtual con el software de demostración a su portátil, sin necesidad de transportar el ordenador físico. Del mismo modo, un error dentro de una máquina virtual no daña el sistema host, por lo que no hay riesgo de que el sistema operativo falle en la computadora portátil.
• Debido a esta facilidad de reubicación, las máquinas virtuales se pueden utilizar fácilmente en escenarios de recuperación ante desastres sin preocuparse por el impacto de las fuentes de energía renovadas y defectuosas.

Sin embargo, cuando se ejecutan varias máquinas virtuales simultáneamente en el mismo host físico, cada máquina virtual puede presentar un rendimiento variable e inestable que depende en gran medida de la carga de trabajo impuesta al sistema por otras máquinas virtuales. Este problema se puede solucionar mediante técnicas de instalación adecuadas para el aislamiento temporal entre máquinas virtuales .

Existen varios enfoques para la virtualización de plataformas.

Ejemplos de casos de uso de virtualización:

• Ejecutar una o más aplicaciones que no son compatibles con el sistema operativo host: una máquina virtual que ejecuta el sistema operativo invitado requerido podría permitir que se ejecuten las aplicaciones deseadas, sin alterar el sistema operativo host.
• Evaluación de un sistema operativo alternativo: el nuevo sistema operativo podría ejecutarse dentro de una máquina virtual, sin alterar el sistema operativo host.
• Virtualización de servidores: se pueden ejecutar varios servidores virtuales en un único servidor físico para utilizar más plenamente los recursos de hardware del servidor físico.
• Duplicar entornos específicos: una máquina virtual podría, según el software de virtualización utilizado, duplicarse e instalarse en varios hosts o restaurarse a un estado del sistema previamente respaldado.
• Crear un entorno protegido: si un sistema operativo invitado que se ejecuta en una máquina virtual se daña de una manera que no es rentable reparar, como puede ocurrir al estudiar malware o instalar software que se comporta mal, la máquina virtual puede simplemente descartarse sin dañar la máquina virtual. sistema host y una copia limpia utilizada al reiniciar el invitado.

Virtualización completa

Diagrama lógico de virtualización completa.

En la virtualización completa, la máquina virtual simula suficiente hardware para permitir que un sistema operativo "invitado" no modificado diseñado para el mismo conjunto de instrucciones se ejecute de forma aislada. Este enfoque fue pionero en 1966 con IBM CP-40 y CP-67 , predecesores de la familia VM .

Virtualización asistida por hardware

En la virtualización asistida por hardware, el hardware proporciona soporte arquitectónico que facilita la creación de un monitor de máquina virtual y permite que los sistemas operativos invitados se ejecuten de forma aislada. ^[10] La virtualización asistida por hardware se introdujo por primera vez en IBM System/370 en 1972, para su uso con VM/370, el primer sistema operativo de máquina virtual.

En 2005 y 2006, Intel y AMD desarrollaron hardware adicional para admitir la virtualización en sus plataformas. Sun Microsystems (ahora Oracle Corporation ) añadió características similares en sus procesadores UltraSPARC T-Series en 2005.

En 2006, se descubrió que el soporte de hardware x86 de 32 y 64 bits de primera generación rara vez ofrecía ventajas de rendimiento sobre la virtualización de software. ^[11]

Paravirtualización

En la paravirtualización, la máquina virtual no necesariamente simula hardware, sino que (o además) ofrece una API especial que solo puede usarse modificando ^{[ se necesita aclaración ]} el sistema operativo "invitado". Para que esto sea posible, el código fuente del sistema operativo "invitado" debe estar disponible. Si el código fuente está disponible, es suficiente reemplazar las instrucciones confidenciales con llamadas a las API de VMM (por ejemplo: "cli" con "vm_handle_cli()"), luego volver a compilar el sistema operativo y usar los nuevos binarios. Esta llamada del sistema al hipervisor se denomina "hiperllamada" en TRANGO y Xen ; se implementa a través de una instrucción de hardware DIAG ("diagnosticar") en el CMS de IBM bajo VM ^{[ aclaración necesaria ]} (que fue el origen del término hipervisor ).

Virtualización a nivel de sistema operativo

En la virtualización a nivel de sistema operativo, un servidor físico se virtualiza a nivel de sistema operativo, lo que permite que varios servidores virtualizados aislados y seguros se ejecuten en un único servidor físico. Los entornos de sistemas operativos "invitados" comparten la misma instancia en ejecución del sistema operativo que el sistema host. Por lo tanto, el mismo núcleo del sistema operativo también se utiliza para implementar los entornos "invitados", y las aplicaciones que se ejecutan en un entorno "invitado" determinado lo ven como un sistema independiente.

Recuperación ante desastres de virtualización de hardware

Un plan de recuperación ante desastres (DR) suele considerarse una buena práctica para una plataforma de virtualización de hardware. La recuperación ante desastres de un entorno de virtualización puede garantizar una alta tasa de disponibilidad durante una amplia gama de situaciones que interrumpen las operaciones comerciales normales. En situaciones en las que es importante continuar con las operaciones de las plataformas de virtualización de hardware, un plan de recuperación ante desastres puede garantizar que se cumplan los requisitos de mantenimiento y rendimiento del hardware. Un plan de recuperación ante desastres de virtualización de hardware implica la protección del hardware y del software mediante varios métodos, incluidos los que se describen a continuación. ^{[12] [13]}

Copia de seguridad en cinta para necesidades de archivo a largo plazo de datos de software

Este método común se puede utilizar para almacenar datos fuera del sitio, pero la recuperación de datos puede ser un proceso largo y difícil. Los datos de la copia de seguridad en cinta son tan buenos como la última copia almacenada. Los métodos de copia de seguridad en cinta requerirán un dispositivo de copia de seguridad y material de almacenamiento continuo.

Replicación de aplicaciones y archivos completos

La implementación de este método requerirá software de control y capacidad de almacenamiento para la replicación del almacenamiento de archivos de datos y aplicaciones, normalmente en el mismo sitio. Los datos se replican en una partición de disco diferente o en un dispositivo de disco separado y pueden ser una actividad programada para la mayoría de los servidores y se implementan más para aplicaciones de tipo base de datos.

Redundancia de hardware y software

Este método garantiza el nivel más alto de protección de recuperación ante desastres para una solución de virtualización de hardware, al proporcionar replicación duplicada de hardware y software en dos áreas geográficas distintas. ^[14]

Ver también

• Virtualización de aplicaciones
• Comparación de software de virtualización de plataformas
• Virtualización de escritorio
• Infraestructura dinámica
• emulación de hardware
• Hiperjacking
• Simulador de conjunto de instrucciones
• Requisitos de virtualización de Popek y Goldberg
• fisicalización
• Aprovisionamiento ligero
• Dispositivo virtual
• Virtualización para agregación
• Virtualización del espacio de trabajo

Referencias

1. Turbante, E; Rey, D.; Lee, J.; Viehland, D. (2008). "19". Comercio electrónico: una perspectiva gerencial (PDF) (5ª ed.). Prentice Hall. pag. 27.
2. «Virtualización en la educación» (PDF) . IBM . Octubre de 2007 . Consultado el 6 de julio de 2010 .
3. Creasy, RJ (1981). "El origen del sistema de tiempo compartido VM/370" (PDF) . IBM . Consultado el 26 de febrero de 2013 .
4. Software, rendimiento (23 de mayo de 2018). "Máquinas virtuales: una introducción a la virtualización de plataformas". Software de rendimiento . Consultado el 8 de julio de 2023 .
5. "¿Qué es la virtualización de servidores?".
6. "Se acelera el envejecimiento del chip". 14 de febrero de 2018.
7. [1] Perfilar el uso de energía para un consumo eficiente; Rajesh Chheda, Dan Shookowsky, Steve Stefanovich y Joe Toscano
8. Descripción general de la consolidación del servidor VMware
9. Examinando VMware Archivado el 22 de noviembre de 2019 en Wayback Machine Dr. Dobb's Journal, agosto de 2000 por Jason Nieh y Ozgur Can Leonard
10. Uhlig, R. y otros; "Tecnología de virtualización Intel", Computadora, vol.38, no.5, págs. 48-56, mayo de 2005
11. Una comparación de técnicas de software y hardware para la virtualización x86, Keith Adams y Ole Agesen, VMware, ASPLOS'06 21-25 de octubre de 2006, San José, California, EE. UU. "Sorprendentemente, descubrimos que el soporte de hardware de primera generación rara vez ofrece rendimiento ventajas sobre las técnicas de software existentes. Atribuimos esta situación a los altos costos de transición de VMM/guest y a un modelo de programación rígido que deja poco espacio para la flexibilidad del software en la gestión de la frecuencia o el costo de estas transiciones".
12. "La guía esencial para la recuperación ante desastres: cómo garantizar la continuidad del negocio y la TI" (PDF) . Vision Solutions, Inc. 2010. Archivado desde el original (PDF) el 16 de mayo de 2011.
13. Mundo, G (2008). "Proceso de planificación de la recuperación ante desastres". Archivado desde el original el 15 de agosto de 2012.
14. "Virtualización de recuperación ante desastres que protege los sistemas de producción mediante la infraestructura virtual de VMware y Double-Take" (PDF) . VMware. 2010. Archivado desde el original (PDF) el 23 de septiembre de 2010.

enlaces externos

• Introducción a la virtualización Archivado el 22 de octubre de 2020 en Wayback Machine , por Amit Singh
• Xen y el arte de la virtualización, ACM, 2003, por un grupo de autores
• Software de virtualización de Linux
• Zoppis, Bruno (27 de agosto de 2007) [primera pub. Dispositivos Linux: 2007]. "Uso de un hipervisor para conciliar GPL y código integrado propietario". Artilugios de Linux . Archivado desde el original el 24 de diciembre de 2013.