Virtualización
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El documento habla sobre la virtualización. Explica que la virtualización permite que recursos físicos como servidores o sistemas operativos aparezcan como recursos lógicos independientes. También permite ejecutar múltiples sistemas operativos y aplicaciones en un solo servidor físico. Describe los conceptos de anfitrión e invitado y los tipos y ventajas de la virtualización, incluyendo ahorro de costos y administración simplificada.
Virtualización
- 1. LA VIRTUALIZACIÓN DEFINICIÓN DE LA VIRTUALIZACIÓN Virtualización es la técnica empleada sobre las características físicas de algunos recursos computacionales, para ocultarlas de otros sistemas, aplicaciones o usuarios que interactúen con ellos. Esto implica hacer que un recurso físico, como un servidor, un sistema operativo o un dispositivo de almacenamiento, aparezca como si fuera varios recursos lógicos a la vez, o que varios recursos físicos, como servidores o dispositivos de almacenamiento, aparezcan como un único recurso lógico. Por ejemplo, la virtualización de un sistema operativo es el uso de una aplicación de software para permitir que un mismo sistema operativo maneje varias imágenes de los sistemas operativos a la misma vez. Esta tecnología permite la separación del hardware y el software, lo cual posibilita a su vez que múltiples sistemas operativos, aplicaciones o plataformas de cómputo se ejecuten simultáneamente en un solo servidor o PC según sea el caso de aplicación. Los dos conceptos más importantes de la virtualización son los de anfitrión e invitado. Ambos conceptos se refieren a nuestro sistema operativo. El anfitrión es el ordenador en el cual instalamos nuestro programa de virtualización y que asignará o prestará determinados recursos de hardware a la máquina virtual que creemos. El invitado es el ordenador virtual que hemos creado, mediante nuestro programa de virtualización y al cual hemos asignado determinados recursos para funcionar.
- 2. FUNCIONAMIENTO DE LA VIRTUALIZACIÓN La tecnología nos ofrece sin embargo la posibilidad de disponer de varios servidores con características muy distintas pero instalando físicamente una sola máquina. Este sistema se llama virtualización. A través de esta tecnología es posible hacer que los recursos de un ordenador, en este caso un servidor, puedan ser compartidos por una o más máquinas virtuales que se comportarán a su vez como servidores reales. A cada una de estas máquinas virtuales se les pueden asignar recursos hardware diseñando distintas configuraciones con sus características independientes. Estos recursos pueden ser compartidos o se pueden bloquear de forma que cada máquina virtual tenga su propia memoria RAM, CPU, disco duro, recursos de red. En cada una de estas máquinas podemos instalar su propio sistema operativo y sus aplicaciones independientes. La estructura es la siguiente: Se instala en el ordenador huésped un Hypervisor o VMM, un gestor de máquinas virtuales que se ocupa de gestionar los recursos del servidor y de distribuirlos entre las máquinas virtuales. Este software o sistema operativo para máquinas virtuales se puede encontrar distribuido por empresas como Microsoft, VMWare, Parallels, Citrix y otras. Una vez instalado el sistema operativo virtual, podemos ir creando nuestras máquinas virtuales independientes dentro del gestor de máquinas virtuales. Podemos, por ejemplo, instalar una máquina virtual con Windows Server para el servidor Exchange de correo, uno más con una aplicación CRM, otro con Linux en el que instalar un servidor Web.
- 3. FORMAS DE VER O CATALOGAR LA VIRTUALIZACIÓN Virtualización de plataforma Se trata de simular una máquina real (servidor o PC) con todos sus componentes (los cuales no necesariamente son todos los de la máquina física) y prestarle todos los recursos necesarios para su funcionamiento. En general, hay un software anfitrión que es el que controla que las diferentes máquinas virtuales sean atendidas correctamente y que está ubicado entre el hardware y las máquinas virtuales. Dentro de este esquema caben la mayoría de las formas de virtualización más conocidas, incluidas la virtualización de sistemas operativos, la virtualización de aplicaciones y la emulación de sistemas operativos. El tema que vamos a ver aquí es la virtualización de la plataforma que es una forma de crear una máquina virtual para que dentro de ella corra un determinado sistema operativo. Ésta máquina virtual puede o no recibir ayuda por parte del hardware en que la corremos. En el caso específico nuestro veremos la virtualización basada en los procesadores i386 (Intel o AMD). La virtualización de la plataforma (le llamaré virtualización de aquí en adelante). Se realiza mediante la intervención de un sistema operativo hospedero (host) el cuál se hará cargo de crear un sistema simulado para los huéspedes (Guests). Estos guests correrán tal y como si lo estuvieran haciendo sobre un hardware verdadero. Normalmente se les simula por parte del host una máquina de forma tal que los guests puedan correr. Sin embargo a veces no se les simula la máquina sino que se les modifica el kernel para que puedan correr de forma compartida en el host. Diferentes formas de hacer virtualización por plataforma: Emulación: Es cuando el host simula completamente la máquina virtual de forma que todas las llamadas que hagan los guests sean interpretadas y ejecutadas por parte del host hacia el verdadero hardware. De ésta forma se ha logrado la creación de software para hardware que no ha sido creado todavía. Así se puede avanzar en la salida al mercaro de nuevo hardware. La emulación incluso permite que un sistema operativo diseñado para algún una plataforma específica pueda correr sobre otra plataforma con la cuál técnicamente no es compatible. Ejemplos de emulación tenemos el qemu sin aceleración, Virtual PC, Bochs y PearPC. Por mi parte he probado el Qemu y de hecho veremos más adelante cómo implementarlo. Virtualización nativa: También conocida como virtualización completa. El host emula lo suficientemente bien el hardware como para que los guests puedan correr de forma nativa (sin cambios en el kernel) y además de forma completamente aislada. Estos guests normalmente pueden correr varios en la misma máquina y compartir eficientemente sus recursos. Yo realmente lo veo como un caso de emulación un poco más avanzado. El caso más conocido es el VMWare. Que es un producto comercial y no veremos aqui. Xen y KVM son sistemas open source que permiten realizar éste tipo de virtualización de forma sumamente efectiva. Y por supuesto los veremos. Paravirtualización El host no ofrece una emulación del hardware. Pero sin embargo ofrece un API que permite que los guests puedan acceder a los recursos de la máquina, controlados por el
- 4. hospedero por supuesto. Los guests corren de forma aislada y segura de forma tal que no se afectan en caso de problemas. El kernel de los guests tiene que ser modificado para permitir acceder al API del host y poder manejar y acceder a los recursos del host (disco, red, usb, etc). Ejemplos de paravirtualización incluyen el VMWare ESX Server y el XEN. En nuestro caso dedicaremos un tiempo a estudiar el XEN. Virtualización a nivel del sistema operativo Los guests comparten el mismo sistema operativo que el hospedero. En verdad todos corren el mismo kernel y es el kernel el que se ocupa de determinar para quién trabaja en un momendo determinado. Los guests se ven como si estuvieran sólos pero en verdad todos comparten el mismo kernel cosa que hace que una vulnerabilidad en el kernel afecte a todos. Ejemplos de éste tipo de virtualización incluyen al OpenVZ, virtuozzo, y las jaulas de freeBSD. Es una de las formas más antiguas de virtualizar en linux, pero para mi no son lo suficientemente seguras. Intenté el OpenVZ y no me pareció feo, pero gracias, no lo uso ni en su versión comercial (virtuozzo). De todos estos sistemas, trataré de explicar cómo usar el qemu y el xen, aunque si el KVM toma suficiente fuerza lo pondré aqui también.
- 5. Virtualización de recursos Esta permite agrupar varios dispositivos para que sean vistos como uno solo, o al revés, dividir un recurso en múltiples recursos independientes. Generalmente se aplica a medios de almacenamiento. También existe una forma de virtualización de recursos muy popular que no es sino las redes privadas virtuales o VPN, abstracción que permite a un PC conectarse a una red corporativa a través de la Internet como si estuviera en la misma sede física de la compañía.
- 6. VENTAJAS DE LA VIRTUALIZACIÓN - Los usuarios serán provistos con dos o más ambientes de trabajo completamente independientes entre sí según se requiera. Si se manejan dos como en la mayoría de los casos, un ambiente de trabajo sería abierto para que usuarios hagan efectivamente en el lo que quieran, agregando dispositivos e instalando cualquier software que elijan. El segundo ambiente estaría cerrado o restringido; es decir, donde el usuario solo tendría acceso a lo que es crítico para la organización y sus negocios. De esta forma, si el primer ambiente sufre una caída o colapso, el segundo ambiente sigue trabajando haciendo que el negocio no pare. - La virtualización permite conservar los mismos equipos terminales o de trabajo, y realizar todos los cambios de versiones y plataformas vía un entorno virtualizado en la red y teniendo como fuente al servidor. - Ahorro de costes: Podremos adquirir un solo servidor, aunque más potente, y no tener que comprar más servidores sino solamente ir creándolos en el gestor de máquinas virtuales. También permite ahorro en el coste de mantenimiento y en el de personal, además de ahorrar espacio. - Crecimiento más flexible: Instalar un nuevo servidor es mucho más sencillo y rápido frente a hacerlo con un servidor físico. - Administración simplificada: Desde la consola del gestor de máquinas virtuales podemos aumentar o reducir los recursos para una determinada máquina, reiniciarla, instalar parches o simplemente borrarla en caso de problemas. - Aprovechamiento de aplicaciones antiguas: Posibilidad de conservar aplicaciones que funcionan en sistemas antiguos y aun así modernizar la infraestructura informática de la empresa. - Centralización de tareas de mantenimiento: Podemos realizar copias de seguridad de un solo golpe de todas las máquinas, programar actualizaciones y otras actividades desde el gestor de máquinas virtuales. También podemos centralizar otras funciones. - Disminuye tiempos de parada: Solucionar problemas o realizar copias de seguridad son tareas que se realizan en mucho menos tiempo. Por ejemplo, se puede clonar una máquina y seguir dando servicio mientras se realiza mantenimiento de la máquina virtual de producción como actualizaciones. - Mejor gestión de recursos: Se puede aumentar la memoria o almacenamiento de la máquina huésped para aumentar los recursos de todas las máquinas virtuales a la vez, por lo que se aprovecha mucho mejor las inversiones en hardware. - Balanceo de recursos: Es posible asignar un grupo de servidores físicos para que proporcionen recursos a las máquinas virtuales y asignar una aplicación que haga un balance de los mismos, otorgando más memoria, recursos de la CPU, almacenamiento o ancho de banda de la red a la máquina virtual que lo necesite.
- 7. DESVENTAJAS DE LA VIRTUALIZACIÓN - Conflictos con el licenciamiento que aplican los fabricantes de software. El software de virtualización representa un desafío para los tipos de licencia por usuario existentes actualmente, por lo cual es probable que cambien las reglas respecto al licenciamiento de software. Claro está que su instalación y administración requiere de personal calificado en TI, mas su uso puede ser transparente para un usuario promedio corporativo.
- 8. TIPOS DE VIRTUALIZACIONES Virtualización de almacenamiento Storage virtualization. La virtualización de almacenamiento es un tipo de virtualización, en donde se unen múltiples dispositivos de almacenamiento en red, en lo que aparenta ser una única unidad de almacenamiento. La virtualización de almacenamiento es a menudo usada en redes de área de almacenamiento, una subred de alta velocidad que comparte dispositivos de almacenamiento, y realiza tareas de almacenamiento, respaldo y recuperación de datos de forma más fácil y rápida. La virtualización de almacenamiento es generalmente implementada vía aplicaciones de software, hardware y redes. Los sistemas de almacenamiento pueden proveer almacenamiento accedido por bloque o almacenamiento accedido por fichero. El acceso por bloque generalmente es entregado por canal de fibra, SAS, FICON u otros protocolos. En tanto el acceso por fichero es generalmente proviso usando protocolos NFS y CIFS. Funcionamiento básico de la virtualización de almacenamiento La virtualización de almacenamiento ayuda a lograr la independencia de la ubicación mediando la abstracción de la localización física de los datos. El sistema de virtualización presenta al usuario un espacio lógico para el almacenamiento de datos y controla el proceso de mapeo (asignación) entre este espacio y la ubicación física real. El software o dispositivo de virtualización es responsable de mantener una vista consistente de toda la información para las asignaciones del almacenamiento virtualizado. Esta información de asignaciones es a menudo llamada meta-dato y es almacenada en la tabla de asignaciones (tabla de mapeo). Algunas implementaciones no utilizan tabla de asignaciones, en su lugar calculan las ubicaciones empleando un algoritmo. Se dice que estas implementaciones utilizan métodos dinámicos para calcular las localizaciones. El dispositivo o software de virtualización emplea los metadatos para redirigir los requerimientos de entrada-salida. Este recibirá un requerimiento de entrada/salida, conteniendo información acerca de la localización del dato en términos del disco lógico; luego traducirá esto en forma de un nuevo requerimiento de entrada-salida, pero esta vez a una localización física del disco. De esta manera el dato real puede ser leído o escrito. Virtualización de servidor Server virtualization. Tipo de virtualización, en donde se particiona un servidor físico en pequeños servidores virtuales. En la virtualización de servidor los recursos del propio servidor son escondidos o enmascarados a los usuarios. El software es usado para dividir el servidor físico en múltiples entornos virtuales, llamados servidores virtuales o servidores privados.
- 9. Un uso típico de esta tecnología se da en los servidores web, donde se emplean servidores virtuales para prestar servicios web, con el objetivo principal de mantener online un sitio web. Virtualización a nivel sistema operativo Operating system-level, virtualization OS-level virtualization. Tecnología de virtualización deservidor que trabaja a nivel sistema operativo. El servidor físico y una única instancia del sistema operativo son virtualizadas en múltiples particiones aisladas, donde cada partición duplica un servidor real. El kernel se ejecutará en un único sistema operativo y proveerá esa funcionalidad del sistema operativo para cada una de las particiones. Esta virtualización no debe ser confundida con la virtualización de sistema operativo. Virtualización de aplicación Application virtualization o application service virtualization. Separa las aplicaciones del sistema operativo. La virtualización de las aplicaciones, convierte las aplicaciones en servicios virtuales gestionados y administrados de forma centralizada. Además, debido a que las aplicaciones virtualizadas se ejecutan en su propio entorno dentro de máquinas clientes, los conflictos asociados con el sistema operativo u otras aplicaciones prácticamente se eliminan. Virtualización de red Network virtualization o NV. Es la segmentación o partición lógica de una única red física, para usar los recursos de la red. La virtualización de red es lograda instalando software y servicios para gestionar el almacenamiento compartido, los ciclos de computación y las aplicaciones. La virtualización de red trata a todos los servidores y servicios en la red como un único grupo de recursos que pueden ser accedidos sin considerar sus componentes físicos.
- 10. CONSTRUCCIÓN DE LA MAQUINA VIRTUAL 1. Asignar determinados recursos de hardware, que por lo general son espacio en disco duro, memoria RAM o número de procesadores que el anfitrión cede al invitado. 2. Indicar el tipo de sistema operativo que queremos alojar en esta máquina virtual, especificando si es Windows o una distribución de Linux. 3. Instalar un sistema operativo, ya sea Windows o Linux y funcionará con las mismas reglas que lo hace en un ordenador normal, actualizaciones, licencias, instalación de software adicional, etc. Por lo tanto también son susceptibles de ser atacados por malware como cualquier otro ordenador. Por todas estas características que hemos comentado tendríamos que decir que para que la virtualización funcione aceptablemente bien se necesitarán ordenadores modernos y potentes, que puedan ceder recursos a sus sistemas invitados para que luego funcionen bien. Por ejemplo si tenemos un ordenador con un procesador mononúcleo y 1 GB de memoria RAM será complicado ceder recursos para el invitado. Funcionará pero la experiencia sería mejor con procesadores multinúcleo y más capacidad de memoria. Respecto al disco duro, no sería tan importante porque podemos ceder el espacio en un disco duro externo sin problemas.
- 11. PROVEEDORES DE LA VIRTUALIZACIÓN VMware La plataforma de virtualización más avanzada del sector, habilitando soluciones desde el escritorio hasta el centro de datos, utiliza las inversiones en TI existentes. Las soluciones se pueden integrar con la infraestructura de TI en general y las herramientas de administración existentes. Costo total de propiedad más bajo del mercado. Ventajas de la virtualización de VMware - Elección de una infraestructura de negocios Virtualization Solution. Ofrece la plataforma más fiable y de confianza para la construcción de nubes privadas y federar a las nubes públicas. - Virtualización de escritorios. Permite crear una infraestructura de TI más flexible. Implemta aplicaciones y escritorios más rápida y coherentemente en una variedad más amplia de clientes, reduciendo los costos a la vez que mejora los niveles de servicio. Extiende la vida útil de las aplicaciones heredadas y elimina los conflictos de instalación mediante la virtualización de aplicaciones. - Virtualización de aplicaciones empresariales. Permite satisfacer y superar el rendimiento de los servidores físicos y eliminar la necesidad de sobre aprovisionamiento. - Mejores prácticas técnicas de virtualización. La virtualización con VMware funciona con una amplia variedad de hardware y software, incluidos productos de almacenamiento, redes y seguridad. Cisco Tiene un enfoque holístico con respecto a la virtualización: - Unificar la red y los recursos informáticos - Abordar la seguridad y el rendimiento de las aplicaciones Este enfoque hace realidad el poder de la virtualización para ayudar a cumplir la promesa y permitir una mayor apertura de las aplicaciones y oportunidades para usted y sus clientes. Citrix Solución robusta e innovadora, sobre todo en lo que respecta a la usabilidad. Oferta una menor capacidad de respuesta a las necesidades de capacitación a lo largo del país. Oferta una menor capacidad de respuesta en lo concerniente a SLA logístico. Microsoft Solución en un buen nivel técnico y de usabilidad. Oferta poco atractiva respecto a la magnitud de la arquitectura de Entel y al deseado nivel de escalabilidad de la empresa. Oferta poco atractiva en lo concerniente al soporte, capacitación o SLA logístico.
- 12. AMD, Citrix, Dell y Microsoft Conforman una alianza y presentaron una solución empresarial conjunta en servicios de virtualización y cómputo en la nube. La convergencia de todas las tecnologías hace posible que desde dos servidores sean entregados todos los recursos a las 400 PC y administrados, lo cual genera un ahorro en tiempo haciendo innecesaria la instalación máquina por máquina, la velocidad y la eficiencia del proceso dependerá de los servidores. El ahorro económico no será tan alto, se pagaran todas las licencias de software y programas según el número de máquinas que se deseen activar. Microsoft ofrece mejores manejos de costos, respuesta de los recursos según la demanda de la compañía y ahorro en espacios de almacenamiento, ya que la información se encuentra guardada en la nube. AMD ofrece a la alianza el procesador 6000 AMD Opteron cuenta con cuatro canales de memoria, 12 núcleos nativos y un consumo de energía de 5.4 watts por núcleo. Dell opina que la rentabilidad de estos servicios depende de un manejo inteligente de datos así como tener la posibilidad de contar con una estructura eficiente. Citrix mostró su solución HDX. Mediante un dispositivo ‘plug-n-play’ cualquier computadora de escritorio, smartphone, tablet y laptop tendrá acceso al servidor matriz sin importar su ubicación, de esta manera el escritorio de cada empleado estará siempre con él, incluso en su hogar. Con este servicio se agilizarán los procesos dentro de las empresas así como la reducción del uso de banda ancha hasta en un 90%.
- 13. PROTOCOLOS Canal de fibra Fibre Channel. Tecnología de red a velocidad de gigabit, principalmente utilizada para redes de almacenamiento. El Canal de Fibra es estandarizada por el Comité Técnico T11 del Comité Internacional para Estándares de Tecnologías de la Información, comité acreditado por el Instituto de Estándards Nacional Americano. El Canal de Fibra nació para ser utilizado principalmente en el campo de la supercomputación, pero se ha convertido en el tipo de conexión estándar para redes de almacenamiento en el ámbito almacenamiento empresarial. A pesar de su nombre, la señalización del Canal de Fibra puede funcionar tanto sobre pares de cobre, como sobre cables de fibra óptica. El Canal de Fibra comenzó a ser desarrollado en 1988, con la aprobación del estándar por ANSI en 1994, como una forma de simplificar el sistema HIPPI, entonces en uso para funciones similares. Canal de Fibra o Fibre Channel fue especialmente interesante para simplificar las conexiones y aumentar las distancias, más que para aumentar la velocidad. Más tarde amplió su aplicación al almacenamiento en disco SCSI, permitiendo velocidades más elevadas y un número mucho más elevado de dispositivos. También aportó soporte para un número elevado de protocolos de nivel superior, incluyendo SCSI, ATM e IP, siendo para SCSI su uso más frecuente. SAS Serial Attached SCSI o SAS. Tecnología de bus de computadoras diseñada principalmente para transferencia de datos desde o hacia dispositivos de almacenamiento (como discos duros, unidades de CD-ROM, etc.). Se considera el sucesor del SCSI paralelo. La principal diferencia con su predecesor es que utiliza transferencia serial de datos, aumentado la velocidad desde los 320 MB/seg del SCSI Ultra, a los 3Gbps (para los primeros SAS) a 6 Gbps (los siguientes introducidos en febrero de 2009). Los SAS son especialmente utilizados en servidores que necesitan gran rendimiento. El protocolo SAS es mantenido y desarrollado por el comité INCITS (International Committee for Information Technology Standards. Características de SAS - Ofrece compatibilidad hacia atrás con la segunda generación de las unidades SATA. Las unidades SATA de 3 Gbit/seg pueden ser conectados al SAS, pero las unidades SAS no pueden conectarse a SATA. - Permite conexión en caliente. - Tiene compatibilidad con discos duros Serial ATA pues utiliza un conector (SFF-8482) compatible; en cambio un controlador Serial ATA no reconoce discos duros SAS. También vienen otros conectores SAS más pequeños.
- 14. - SAS soporta un alto número de dispositivos conectados, en teoría más de 16.384 dispositivos. En cambio el SCSI paralelo está limitado a 8, 16 o 32 dispositivos. - Los conectores SAS pueden ser mucho más pequeños que el tradicional conector SCSI paralelo. - SAS soporte velocidades de hasta 6 Gbit/s, pero se espera alcanzar los 12 Gbit/s para el año 2012. - Los conectores SAS vienen en diferentes variantes en su tamaño: SFF-8482, SFF-8484, SFF- 8485, SFF-8470, SFF-8087, SFF-8088. FICON Fibre Connectivity es el nombre propietario de IBM para el protocolo estándar "ANSI FC- SB-3 Single-Byte Command Code Sets-3 Mapping Protocol" para canal de fibra. FICON es una evolución del interfaz ESCON (que tenía limitaciones en cuanto a la cantidad de canales que se podían establecer). La generación FICON Express4 permite velocidad de 4 Gbps con autonegociación y de 1 a 2 Gbps con múltiples switches, directores y dispositivos de almacenamiento, con conexiones de 4 a 10 km usando fibra óptica en monomodo. NFS Network File System es un servicio que permite que una o varias máquinas en red (clientes) comparten un directorio o varios que se encuentran en una máquina principal llamada servidor. De esta manera, cualquiera de los clientes puede ingresar a directorios con archivos como si se tratase de su propia máquina. Ingresar en los directorios no significa que puedan modificarlos, borrarlos, leerlos, etc. El administrador del servidor es quien configura el NFS y de esta manera restringe ciertas posibilidades de sus clientes. Muchos hackers se valen de bugs o errores en la configuración del NFS para poder acceder completamente no sólo a los directorios especificados, sino a otros directorios que el servidor no quieren que accedan. CIFS Common Internet File System. CIFS es el nombre que adoptó Microsoft en 1998 para el protocolo SMB. SMB Server Message Block. Protocolo de red (que pertenece a la capa de aplicación en el modelo OSI) que permite compartir archivos, impresoras, y demás recursos entre nodos de una red. Se usa principalmente en computadoras con Windows y DOS. Fue desarrollado por IBM, pero el que actualmente se usa es la versión modificada por Microsoft, que lo renombró a CIFS (Common Internet File System) en 1998. Incluyó soporte para enlaces simbólicos, enlaces duros y posibilidad de mayores tamaños de archivo. NetBIOS se basa en el formato SMB, y muchos productos de red usan SMB. El protocolo equivalente libre para sistemas operativos basados en UNIX se llama Samba.