PDF de programación - Soluciones robustas de virtualización con software libre

Qué es la virtualización
Tipos

Soluciones robustas de virtualización

con software libre

Morfeo Formación

Miguel Vidal, José Castro

{mvidal,jfcastro}@libresoft.es

GSyC/Libresoft – URJC

1 de junio de 2010

Miguel Vidal, José Castro

Soluciones robustas de virtualización con software libre

Qué es la virtualización
Tipos

c 2010 Miguel Vidal, José Castro.
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Soluciones robustas de virtualización con software libre

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Agenda

Parte 1: Qué es la virtualización

Parte 2: Tipos de virtualización

Miguel Vidal, José Castro

Soluciones robustas de virtualización con software libre

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Qué es la virtualización

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Definición

Es la combinación de hardware y software que permite a una única
máquina comportarse como si fueran varias máquinas.

Esto implica hacer que un recurso físico (como un servidor, un
sistema operativo o un dispositivo de almacenamiento) funcione
como múltiples recursos lógicos.
También se conoce a la virtualización como la abstracción de
recursos de una máquina.

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Orígenes

El término “virtualización” fue acuñado en los años 60 para
referirse a una máquina virtual (también conocido como
“pseudo máquina”).

En los 70 se desarrollaron varios sistemas de máquinas
virtuales basadas en IBM: el CP-40, el CP-67, el famoso
VM/370...

Un componente llamado Virtual Machine Monitor (VMM)
corría directamente sobre el hardware “real”.

Se podían crear varias máquinas virtuales y cada instancia
ejecutaba su propio sistema operativo.

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Extensiones de virtualización para x86

Desde 2005, Intel y AMD han añadido soporte hardware para
la virtualización.

Intel Virtualization Technology (VT) codename Vanderpool

AMD Virtualization (AMD-V) codename Pacifica

Añaden una funcionalidad específica para permitir a los
hipervisores un rendimiento mayor en virtualización completa.

La virtualización completa es más sencilla de implementar.

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Hipervisores (I)

Los Virtual Machine Monitors (aka hipervisores) permiten que
diferentes sistemas operativos, tareas y configuraciones de
software coexistan en una misma máquina física.

El hipervisor abstrae los recursos físicos de la máquina
anfitriona para las distintas “máquinas virtuales”.

Los hipervisores garantizan un nivel de aislamiento entre los
invitados.

Los hipervisores también proporcionan una interfaz única para
el hardware.

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Hipervisores (y II)

Hay dos clases de hipervisores:

Tipo 1 (o “nativo”, “bare-metal”): el hipervisor es una capa
entre el hardware y el sistema operativo. Al sistema operativo
del huésped se le llama Dominio de Control y corre sobre el
hipervisor.

Tipo 2 (o “hosted”): el hipervisor es una capa de software
que corre sobre el sistema operativo del huésped.

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Razones para virtualizar

Permite el aislamiento de aplicaciones y usuarios sobre la
misma máquina para que no se interfieran entre sí.

Entorno de servidor: fusiona varios servidores o servicios en
una misma máquina (email, web, dns, etc.).

Ejecutar diferentes sistemas operativos o software específico
para un tipo de CPU.

Entornos de test fáciles y seguros: entornos de depuración,
desarrollo y aislamiento para estudiar virus, gusanos, etc.

Fácil desarrollo de software utilizando aplicaciones de software
virtuales. Desde la perspectiva del negocio, es posible reducir
los costes totales de propiedad (TCO).

Minimiza el consumo de energía y la infraestructura de
refrigeración en los datacenters.

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Conceptos básicos

Al sistema operativo que ejecuta el software de virtualización
se le conoce como anfitrión (host).

El anfitrión controla el hardware real.

Al sistema operativo virtualizado se le conoce como invitado o
huésped (guest).

Hay varios invitados en un mismo anfitrión.
Los invitados no deben interferir entre sí ni con el anfitrión.

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Conceptos de virtualización

Al software de virtualización se le llama:

Hipervisor.
Virtual Machine Manager or VMM.

El VMM o hipervisor corre como parte del sistema operativo
del anfitrión (o es el anfitrión)

A una instancia del hardware virtualizado se la conoce como
Máquina Virtual o VM.

Los sistemas operativos huéspedes corren dentro de una VM.

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Virtualización y Cloud Computing

El Cloud Computing no es lo mismo que la gestión de la
virtualización.

Pero es cierto que la mayoría de los entornos de Cloud
Computing hacen uso de la virtualización.

La gestión del hardware está totalmente abstraída.

La capacidad de la infraestructura en Cloud Computing es
elástica (tanto para crecer como para menguar).

Las nubes son recursos hardware convertidos en un “pool de
recursos”.

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Tipos de virtualización

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Tipos de virtualización

El objetivo es crear la impresión de tener hardware separado en un
único sistema físico. Hay 4 maneras de hacer esto:

1 Emulación

2 Virtualización completa

3 Paravirtualización

4 Virtualización a nivel de sistema operativo

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Emulación

La máquina virtual simula el hardware completo.

Huéspedes sin modificar de diferentes arquitecturas hardware
corren dentro de una VM.

Utilizado para crear nuevos sistemas operativos o microcódifo
para nuevos diseños de hardware antes de que el hardware
esté disponible físicamente.

Ventajas: Simular hardware que no está físicamente
disponible.

Desventajas: Bajo rendimiento y baja densidad (coste alto)

Ejemplo: basilisk II, un emulador de Mac (m68k) para x86.

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Emulación: gráfico

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Virtualización completa

Parecido a la emulación, anfitriones sin modificar.

Se diferencia de la emulación en que los sistemas operativos a
virtualizar están diseñados para correr en la misma
arquitectura que el anfitrión.

Combinado con hardware: CMT, Intel VT, AMD-V, estas
CPUs controlan el acceso a instrucciones de virtualización.

Ventajas: Flexibilidad, ejecuta diferentes sistemas operativos
de distintos fabricantes.

Desventajas: No se pueden emular otras arquitecturas.
Rendimiento.

Ejemplos: VirtualBox, KVM, Xen + Intel VT.

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Virtualización completa: gráfico

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Paravirtualización

El hipervisor ofrece una versión modificada del anfitrión.

La VM ofrecida tiene la misma arquitectura que el anfitrión.

Ventajas: Rendimiento (ligero y rápido), escalabilidad y
facilidad de gestión; fuerte aislamiento; permite virtualizar sin
necesidad de CPUs especiales.

Desventajas: Para la misma arquitectura. Requiere modificar
el SO del invitado.

Ejemplo: Xen con CPUs estándar.

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Paravirtualización: gráfico

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Virtualización a nivel de SO

La virtualización se hace con la imagen tradicional del SO (sin
hipervisor).

El SO está modificado para permitir múltiples procesos en
diferentes espacios de usuario aislados unos de otros.

Ventajas: Rápido, capa ligera de virtualización. Rendimiento
cercano al nativo. Densidad.

Desventajas: Es difícil implementar el aislamiento fuerte.

Ejemplos: Linux VServers, jaulas de FreeBSD,
zonas/contenedores de OpenSolaris

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Otros tipos de virtualización

Virtualización de bibliotecas: biblioteca Wine (subconjunto
de la API de Win32 para poder ejecutar aplicaciones
Windows)
Virtualización de aplicación: entorno de ejecución virtual
(con una API para la ejecución en diferentes plataformas).
Ejemplo: Java Virtual Machine.
Virtualización de almacenamiento: se provee de un pool
de discos para el almacenamiento. Ejemplos: LVMs en Linux
y ZFS en OpenSolaris.
Virtualización de escritorio: se implementa el escritorio
como servicio. Ejemplo: SunVDI.
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