PDF de programación - Virtualización de servidores - Conceptos básicos

Virtualizaci´on de Servidores

Conceptos b´asicos

Proyecto de Innovaci´on

.

Implantaci´on y puesta a punto de la infraestructura
de un cloud computing privado para el despliegue de

servicios en la nube

IES Gonzalo Nazareno

Dos Hermanas (Sevilla)
IES Los Albares

Cieza (Murcia)

IES La Campi˜na

Arahal (Sevilla)

IES Ingeniero de la Cierva

Murcia

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¿Qu´e vamos a ver? (1)

Definici´on

Conceptos b´asicos

Tipos de Virtualizaci´on

¿Por qu´e virtualizar?

Tecnolog´ıas de Virtualizaci´on

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Virtualizaci´on de Servidores: conceptos b´asicos
¿Por d´onde vamos?

Definici´on

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¿Qu´e es la Virtualizaci´on? (1)
Definici´on

Virtualizaci´on:
Combinaci´on de hardware y software que permite a un recurso f´ısico
funcionar como m´ultiples recursos l´ogicos.
• Podemos definirla tambi´en como “la abstracci´on o la

multiplexaci´on de un recurso f´ısico”.
◦ Todas las tecnolog´ıas de virtualizaci´on tienen como factor com´un el
◦ La virtualizaci´on crea un interfaz externo que esconde una

ocultar detalles t´ecnicos a trav´es de la encapsulaci´on.

implementaci´on subyacente.

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Definici´on
Virtualizar es multiplexar o abstraer un recurso

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Otra definici´on (1)
Un poco m´as completa

¿Qu´e es la virtualizaci´on?
La virtualizaci´on es el proceso de presentar un subconjunto de
recursos f´ısicos agrupados de forma l´ogica, de tal forma que se
obtengan beneficios sobre la configuraci´on original.

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Virtualizaci´on: historia (1)
Or´ıgenes

• T´ermino acu˜nado en los a˜nos 60 (tambi´en conocido como “pseudo

m´aquina”).

• En los ’70, IBM desarroll´o varios sistemas con soporte de

virtualizaci´on: IBM System/360, IBM VM/370.

• Un componente llamado Virtual Machine Monitor (VMM)

ejecutaba varias instancias de sistemas operativos sobre el
hardware real.

• Durante los ’60 y ’70 fue una idea muy popular.
• En los ’80 no pareci´o tan buena: hardware barato, PCs, Sistemas

Operativos multiusuario.

• La idea vuelve a cobrar sentido a finales de los ’90.

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Virtualizaci´on: historia (2)
Or´ıgenes

Figura: IBM System/360. Fuente: Wikipedia

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Virtualizaci´on: historia (1)
Antecedentes modernos

• 1998: se funda la empresa VMware.
• 1999: VMware lanza su primer producto, VMware Workstation.
• 2003: se lanza la primera versi´on de Xen.
• 2005: Intel introduce su tecnolog´ıa VT-x (Vanderpool) en

arquitecturas x86.

• 2006: AMD introduce su tecnolog´ıa AMD-V (Pacifica).
• 2007: KVM se integra en la rama oficial del kernel de Linux 2.6.20.
• 2007: VirtualBox Open Source Edition (OSE) se libera como

software libre.

• 2008: Qumranet, la empresa detr´as de KVM, es comprada por Red

Hat.

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Virtualizaci´on: historia (2)
Antecedentes modernos

• 2008: Innotek, la empresa detr´as de Virtual Box, es comprada por

Sun Microsystems.

• 2008: VMware decide convertir VMware ESXi en freeware.
• 2008: Microsoft lanza la versi´on final de Hyper-V.
• 2010: Virtual Box pasa a llamarse Oracle VM VirtualBox.
• 2011: se empiezan a incluir ciertas partes de Xen en la rama oficial
del kernel de Linux 2.6.37. Integraci´on completa en la versi´on 3.0.

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Virtualizaci´on de Servidores: conceptos b´asicos
¿Por d´onde vamos?

Conceptos b´asicos

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Conceptos b´asicos (1)
Anfitriones e invitados

Anfitri´on (host)
Es el Sistema Operativo que ejecuta el software de virtualizaci´on.
• El SO anfitri´on controla el hardware real.

Invitado ´o hu´esped (guest)
Es el SO virtualizado.
• Puede haber varios SO invitados en un mismo anfitri´on.
• Los invitados no deben interferir ni entre ellos ni con el anfitri´on.

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Conceptos b´asicos (1)
Gr´aficamente...

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Conceptos b´asicos (1)
Hipervisores

• Al software de virtualizaci´on se le denomina:
◦ Hipervisor ´o Virtual Machine Manager (VMM).

• El hipervisor se ejecuta como parte del sistema operativo anfitri´on

o es el anfitri´on.

• A una instancia del hardware virtualizado se la conoce como

M´aquina Virtual ´o VM.
◦ Los SSOO invitados corren dentro de una VM.

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Hipervisor (1)
¿Qu´e hacer un hipervisor?

• Permiten que diferentes SSOO, tareas y configuraciones se

software coexistan en una misma m´aquina f´ısica.

• Abstraen los recursos f´ısicos de la m´aquina anfitriona para las

distintas m´aquinas virtuales.

• Garantizan un nivel de aislamiento entre los invitados.
• Proporcionan una interfaz ´unica para el hardware.

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Hipervisores (1)
Tipos de hipervisores

Dos clases principales de hipervisores:
• Tipo 1 (“nativo” ´o “bare-metal”): el hipervisor se ejecuta

directamente sobre el hardware y gestiona los SSOO invitados.
◦ Al SO se le llama Dominio de Control y se ejecuta sobre el hipervisor.
◦ Los invitados son Dominios L´ogicos.
◦ Ejemplos: Xen, Citrix XenServer, KVM, VMware ESX/ESXi,
• Tipo 2 (“hosted”): el hipervisor se ejecuta en el entorno

Microsoft Hyper-V.

convencional de un SO. El hipervisor representa una capa software
que se ejecuta sobre el SO anfitri´on.
◦ Ejemplos: VMware Workstation, VMware Server, VirtualBox, QEMU,

Microsoft Virtual PC.

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Tipos de hipervisores (1)
Gr´aficamente...

Figura: Tipo 1

Figura: Tipo 2

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Virtualizaci´on de Servidores: conceptos b´asicos
¿Por d´onde vamos?

Tipos de Virtualizaci´on

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Tipos de Virtualizaci´on (1)
Virtualizaci´on de recursos/plataformas

Hay dos tipos principales de virtualizaci´on:
• Virtualizaci´on de plataforma.
• Virtualizaci´on de recursos.

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Virtualizaci´on de recursos (1)
No solemos hablar de ella cuando hablamos de virtualizaci´on

Virtualizaci´on de recursos
Es la que involucra la simulaci´on de recursos, como vol´umenes de
almacenamiento, espacios de nombres y recursos de red.

Ejemplos:
• Discos RAID y gestores de vol´umenes (como Linux LVM).
• Virtualizaci´on de almacenamiento como SAN (Storage Area

Network).

• Redes Privadas Virtuales (VPN).
• Sistemas multiprocesador y multin´ucleo.
• Clusters, grid computing, cloud computing.
• Etc´etera.

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Virtualizaci´on de plataforma (1)
O virtualizaci´on a secas

Virtualizaci´on de plataforma
Consiste en la creaci´on de una m´aquina virtual utilizando una
combinaci´on de hardware y software.
• Se lleva a cabo a trav´es de un software de virtualizaci´on. Dicho

software act´ua de host o anfitri´on y simula un determinado entorno
computacional (m´aquina virtual).

• En esta m´aquina virtual se instala un software guest o invitado,

normalmente un sistema operativo completo. Instalado de la
misma manera que si lo estuviera en una m´aquina real.

• La simulaci´on debe ser los suficientemente robusta como para

soportar todas las interfaces externas del software invitado,
incluidos, en algunos casos, drivers de hardware.

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Virtualizaci´on de plataforma (1)
Tipos

Los tipos de virtualizaci´on de plataforma son:
• Emulaci´on o simulaci´on.
• Virtualizaci´on nativa o completa.
• Virtualizaci´on asistida por hardware.
• Paravirtualizaci´on.
• Virtualizaci´on a nivel de sistema operativo.
• Otros tipos.
El objetivo de la virtualizaci´on es crear la impresi´on de tener hardware
separado en un ´unico sistema f´ısico.

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Tipos de virtualizaci´on (1)
Emulaci´on

• La m´aquina virtual simula un hardware completo.
• La VM admite SSOO invitados sin modificar para arquitecturas

CPU completamente diferentes a la CPU del SO anfitri´on.
• Un emulador permite ejeuctar programas en una plataforma

diferente para la que fueron escritos.

• Ejemplos:

◦ Bochs, PearPC (emulador PowerPC para x86), QEMU sin aceleraci´on,

MAME (emulador de hardware de m´aquinas recreativas)...

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Emulaci´on (1)
Arquitectura

• Ventajas: simular hardware que no est´a f´ısicamente disponible.
• Desventajas: bajo rendimiento, alto coste de computaci´on.

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Tipos de virtualizaci´on (1)
Virtualizaci´on nativa o completa

• La m´aquina virtual simula un hardware suficiente para poder

permitir a un sistema operativo invitado sin modificar, correr de
forma aislada sobre el mismo tipo de CPU que la m´aquina
anfitriona.

• En virtualizaci´on nativa, tanto el sistema anfitri´on como el sistema

operativo invitado se ejecutan sobre la misma CPU.

• Se consigue un alto rendimiento, ya que no es necesario emular

todo el entorno.

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Tipos de virtualizaci´on (2)
Virtualizaci´on nativa o completa

• Ejemplos: Parallels Workstation, Parallels Desktop for Mac,

VirtualBox, Microsoft Hyper-V, VMware Workstation, VMware
Server (formerly GSX Server), KVM+QEMU, Parallels Desktop,
QEMU, Microsoft Virtual PC, Microsoft Virtual Server, Win4Lin
Pro, Xen + Intel VT-x.

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Virtualizaci´on completa (1)
Arquitectura

• Ventajas: flexibilidad y un alto rendimiento.
• Desventajas: no se pueden emular otras arquitecturas.

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Tipos de virtualizaci´on (1)
Virtualizaci´on asistida por hardware

• Es un caso especial de la virtualizaci´on completa en la que se

cuenta con ayuda del procesador.

• Intel con su tecnolog´ıa VT-x y AMD con AMD-V proporcionan

ayuda por hardware al software de virtualizaci´on.

• Como ejemplos de plataformas de virtualizaci´on adaptadas a este

hardware tenemos:
◦ KVM, VMware Workstation, VMware Fusion, Microsoft Hyper-V,
Microsoft Virtual PC, Xen, Parallels Desktop for Mac, VirtualBox y
Parallels Workstation.

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Virtualizaci´on asistida por hardware (1)
Extensiones nativas para x86

• Incluidas en 2005 y 2006 por Intel y AMD. A˜naden soporte

harware para la virtualizaci´on.
◦ Intel Virtualization Technology (Intel VT-x), codename Vanderpool.
◦ AMD Virtualization (AMD-V), codename Pacifica.

• Permiten a los hipervisores un rendimiento mayor en modo

virtualizaci´on completa.

• De esta forma la virtualizaci´on completa es mucho m´as f´acil de

implementar y ofrece un mayor rendimiento.

• Aunque el procesador la incluya, hay que activarla en BIOS.
• A estas extensiones x86 tambi´en se les denomina, de forma neutral
en cuanto al fabricante, como HVM (Hardware Virtual Machine).

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Virtualizaci´on asistida por hardware (1)
Ejem