PDF de programación - Máquinas Virtuales

MÆquinas Virtuales

Antonio Carrillo Ledesma y Karla Ivonne GonzÆlez Rosas

Facultad de Ciencias, UNAM

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Connamiento 2020, Versin 1.01

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MÆquinas Virtuales

˝ndice

1 MÆquinas Virtuales

3
4
1.1 Tipos de MÆquinas Virtuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2 TØcnicas de Virtualizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3 ¿QuØ Necesito para Crear y Usar una MÆquina Virtual? . . . .
6
1.4 ¿Cmo Funciona una MÆquina Virtual? . . . . . . . . . . . . .
1.5 Aplicaciones de las MÆquinas Virtuales de Sistema . . . . . . . 10
1.6 Ventajas y Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6.1 Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6.2 Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6.3 Consideraciones TØcnicas y Legales de la Virtualizacin 15
1.7 MÆquinas Virtuales en la Educacin, Ciencias e Ingeniera . . 16

2 Creacin, Uso y Optimizacin de MÆquinas Virtuales Usando

QEMU/KVM
19
2.1 Tipo de Virtualizacin Soportado por la MÆquina HuØsped . . 22
2.2 Salida GrÆca de la Virtualizacin Usando VNC . . . . . . . . 26
2.3 Usando un Sistema Operativo Live como una MÆquina Virtual 28
2.4 Usando un Archivo ISO como una MÆquina Virtual
. . . . . . 29
2.5 Creacin de MÆquinas Virtuales . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6 Uso de Virtualizacin Dentro de Otra Virtualizacin . . . . . . 33
2.7 Manipulacin del Estado de la MÆquina Virtual
. . . . . . . . 34
2.8 Optimizacin de ImÆgenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.1 Trabajar con una Imagen Virtual sin que se Altere
. . 35
2.8.2 Aumento de Desempeæo . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.9 Uso de MÆquinas Virtuales de VirtualBox en KVM/QEMU . . 39
2.10 Conversin de MÆquinas Virtuales a KVM/QEMU . . . . . . 40
2.11 Comunicacin de las MÆquinas Virtuales con el Sistema An-

trin e Internet

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.12 Signicado de las Banderas de /proc/cpuinfo . . . . . . . . . . 48

3 Cmputo en Instituciones Educativas

54

4 ApØndice A: Software Libre y Propietario

58
4.1 Software Libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2 Software Propietario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.1.1 Tipos de Licencias

[email protected]

1

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MÆquinas Virtuales

4.3 Implicaciones Econmico-Polticas . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5 ApØndice B: Sistemas Operativos

69
5.1 Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 Mac OS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.3 Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.4 Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.5 Chrome OS y las Chromebook . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.6 Otros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6 ApØndice C: Trabajando con Debian GNU/Linux y sus Deriva-

dos
88
6.1 Sistema de Archivos y Estructura de Directorios . . . . . . . . 88
6.2 Trabajando en Lnea de Comandos
. . . . . . . . . . . . . . . 93
6.3 Cmo buscar archivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.4 Monitorear el Desempeæo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.5 Compresores y Descompresores de Archivos
. . . . . . . . . . 124
6.6 Copiar Archivos entre Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.7 ¿QuØ hacer para que mi GNU/Linux sea mÆs seguro? . . . . . 133
6.8 VNC y el Acceso a Escritorios Remotos y MÆquinas Virtuales 138
6.9 Desde la Nube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.10 Interprete de rdenes de Consola BASH . . . . . . . . . . . . 145
6.11 Instalar Debian GNU/Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7 Bibliografa

164

[email protected]

2

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1 MÆquinas Virtuales

Entendamos por una mÆquina virtual a un programa de cmputo (vØase
[15], [16], [9] y [8]) que simula a una computadora, en la cual se puede
instalar y usar otros sistemas operativos de forma simultÆnea como si fuese
una computadora real sobre nuestro sistema operativo huØsped1.

Figura 1: Sobre un equipo AMD de gama baja y 4 GB de RAM, usando como
sistema operativo huØsped un Linux Debian estable, se ejecutan 4 mÆquinas
virtuales (mediante KVM) de Windows XP con diferentes aplicaciones y
dentro de cada una de ellas se muestra la RAM asignada, la usada en ese
momento, el uso de CPU de cada mÆquina virtual, entre otros datos.

Una caracterstica esencial de las mÆquinas virtuales es que los procesos
que ejecutan estan limitados por los recursos y abstracciones proporcionados
por ellas. Estos procesos no pueden escaparse de esta "computadora virtual".
Uno de los usos mÆs extendidos de las mÆquinas virtuales es ejecutar sistemas
operativos nuevos u obsoletos adicionales a nuestro sistema habitual.

1Tal y como puede verse reejado en la denicin de mÆquina virtual, en este texto nos
estamos focalizando en las mÆquinas virtuales de sistema. Existen otro tipo de mÆquinas
virtuales, como por ejemplo las mÆquinas virtuales de proceso o los emuladores.

[email protected]

3

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MÆquinas Virtuales

De esta forma podemos ejecutar uno o mÆs sistemas operativos Linux,
Mac OS, Windows XP, 7 8 desde nuestro sistema operativo habitual
GNU/Linux o Windows sin necesidad de instalarlo directamente en nuestra
computadora y sin la preocupacin de que se descongure el sistema operativo
huØsped o a las vulnerabilidades del sistema virtualizado, ya que podemos
aislarlo para evitar que se daæe.

1.1 Tipos de MÆquinas Virtuales
Las mÆquinas virtuales se pueden clasicar en dos grandes categoras segœn
su funcionalidad y su grado de equivalencia a una verdadera mÆquina:

MÆquinas virtuales de sistema (en inglØs System Virtual Machine).
TambiØn llamadas mÆquinas virtuales de Hardware, permiten a la mÆ-
quina fsica subyacente multiplicarse entre varias mÆquinas virtuales,
cada una ejecutando su propio sistema operativo. A la capa de Software
que permite la virtualizacin se le llama monitor de mÆquina virtual o
hypervisor. Un monitor de mÆquina virtual puede ejecutarse o bien di-
rectamente sobre el Hardware o bien sobre un sistema operativo ("Host
Operating System").

MÆquinas virtuales de proceso (en inglØs Process Virtual Machine).
A veces llamada "mÆquina virtual de aplicacin", se ejecuta como un
proceso normal dentro de un sistema operativo y soporta un solo pro-
ceso. La mÆquina se inicia automÆticamente cuando se lanza el proceso
que se desea ejecutar y se detiene para cuando Øste naliza. Su obje-
tivo es el de proporcionar un entorno de ejecucin independiente de
la plataforma de Hardware y del sistema operativo, que oculte los de-
talles de la plataforma subyacente y permita que un programa se ejecute
siempre de la misma forma sobre cualquier plataforma.

1.2 TØcnicas de Virtualizacin
BÆsicamente se reconocen tres tipos de virtualizacin, algunas de las cuales
son usadas actualmente en la gran mayora de los sistemas operativos, ge-
neralmente sin que el usuario este consciente de que usa virtualizacin2, estos
son:

2El ejemplo mÆs comœn y omnipresente es la mÆquina virtual del lenguaje de progra-

macin de JAVA.

[email protected]

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MÆquinas Virtuales

Emulacin del Hardware Subyacente (ejecucin nativa) Esta tØc-
nica se suele llamar virtualizacin completa Full Virtualization del Hard-
ware, y se puede implementar usando un hipervisor de Tipo I o de Tipo II:

1. Monitor de tipo I, se ejecuta directamente sobre el Hardware.

2. Monitor de tipo II, se ejecuta sobre otro sistema operativo.

Cada mÆquina virtual puede ejecutar cualquier sistema operativo sopor-
tado por el Hardware subyacente. As los usuarios pueden ejecutar dos o mÆs
sistemas operativos distintos simultÆneamente en computadoras "privadas"
virtuales. Actualmente tanto Intel como AMD han introducido prestaciones
a sus procesadores x86_64 para permitir la virtualizacin de Hardware.

Emulacin de un Sistema no Nativo Las mÆquinas virtuales tambiØn
pueden actuar como emuladores de Hardware, permitiendo que aplicaciones
y sistemas operativos concebidos para otras arquitecturas de procesador se
puedan ejecutar sobre un Hardware que en teora no soportan. Esta tØcnica
permite que cualquier computadora pueda ejecutar Software escrito para la
mÆquina virtual. Slo la mÆquina virtual en s misma debe ser portada a
cada una de las plataformas de Hardware.

Virtualizacin a Nivel de Sistema Operativo Esta tØcnica consiste
en dividir una computadora en varios compartimientos independientes de
manera que en cada compartimento podamos instalar un s