Concepto de Virtualización y Máquinas Virtuales

Concepto de virtualización y máquinas virtuales

• Los ordenadores han incrementado su rendimiento a lo largo de los años, resultando en ahorro de espacio y costos.
• El aumento de potencia permitió que un mismo ordenador ofreciera varios servicios, antes independientes.
• Surge un problema al tener que concentrar recursos para rentabilizar la inversión en hardware, pero asegurando aislamiento y seguridad.
• La solución a este problema es el software de virtualización que presenta un único servidor actuando como varios.
• Una aplicación de virtualización abstrae las características físicas del ordenador para crear máquinas virtuales independientes.
• Cada máquina virtual actúa como un ordenador independiente con su propio sistema operativo y aplicaciones.
• Las máquinas virtuales sobre la misma máquina física pueden ejecutar diferentes sistemas operativos, compartiendo recursos.
• El número máximo de máquinas virtuales está limitado por los recursos del ordenador físico.
• El ordenador físico se llama anfitrión (host), hypervisor o monitor de máquina virtual (VMM), mientras que las máquinas virtuales son huéspedes o sistemas invitados.
• La idea de virtualización de sistemas operativos permite aplicarse a redes, almacenamiento, aplicaciones o escritorios.

Tipos de virtualización

• El concepto general de virtualización representa diferentes métodos que han evolucionado para resolver problemas.

Emulación

• Un software de virtualización emula el juego de instrucciones de un hardware que no es el del anfitrión.
• El emulador recibe instrucciones de la arquitectura emulada, las traduce a las del anfitrión, y viceversa para el software invitado.
• La emulación emula el hardware específico de la arquitectura.
• El proceso resulta en una pérdida considerable de rendimiento, y suele utilizarse en entornos de desarrollo para plataformas diferentes.
• La pérdida de rendimiento se compensa con la diferencia de potencia de plataformas.
• Algunos emuladores de Android para Windows son Android Studio, BlueStacks, LDPlayer, Genymotion.
• Existen emuladores de iPhone para Windows o Mac, como Xcode, Xamarin, Appetize.io (basado en la web).
• Se usan emuladores para volver a disfrutar de juegos para antiguas plataformas.
• Con un emulador se pueden emular casi cualquier consola antigua.

Virtualización

• Data a finales de la década de 1960, cuando IBM desarrolló su gama de ordenadores IBM S/360.
• Se trató de una serie de ordenadores que ofrecían una gran potencia para la época. El menos potente alcanzaba 0,034 MIPS y el mayor los 1,7 MIPS.
• El objetivo era que toda la gama fuese compatible entre sí, de manera que los clientes pudiesen migrar de un modelo a otro sin perder desarrollo.
• Se creó una capa intermedia, entre el procesador y el sistema operativo, el Programa de Control o CP, que virtualizaba las interfaces hardware.
• Sobre él podían ejecutarse instancias de un sistema operativo estándar de IBM, y se usaba CMS (Conversational Monitor System).
• Con este mecanismo, se llegaron a poner en producción 14 máquinas virtuales de manera simultánea.
• Los usuarios recibían el código fuente de este software (CP/CMS), de manera que podían modificar, redistribuir y retornar los cambios a IBM.
• Se utilizó la palabra supervisor para referirse, de forma genérica, a esa capa intermedia.
• En la década de 1970, comenzó a utilizarse la palabra hipervisor.
• El hipervisor se fue especializando e independizándose del sistema operativo, hasta el punto de funcionar como una aplicación dentro y usando archivos que se ofrecen como discos virtuales.
• En 2005, Intel comenzó a comercializar procesadores que facilitaban la virtualización con la tecnología Intel VT-x.
• Un año más tarde, AMD hizo lo propio con sus procesadores, llamándola AMD-V.
• En ordenadores personales, el hipervisor emula dispositivos hardware ampliamente conocidos para evitar la dependencia del hardware real.
• La independencia del hardware simplifica la migración a un anfitrión distinto y la sustitución de componentes.

Paravirtualización

• Se modifica el núcleo del sistema operativo invitado para comunicarlo con el hipervisor.
• En lugar de hacer llamadas directas al hardware, las canaliza a través del hipervisor, resultando en menor sobrecarga y mayor rendimiento.
• La licencia de los sistemas operativos propietarios (como Windows o macOS) no permite la modificación ni distribución del núcleo.
• Por esta razón, la paravirtualización queda restringida a sistemas operativos libres, como GNU/Linux, FreeBSD.
• Otro inconveniente es la necesidad de modificación del núcleo, requiriendo conocimientos profundos del sistema anfitrión, invitado y del software de paravirtualización.
• Tiene un rendimiento mayor, no necesita las extensiones de virtualización de los procesadores y puede utilizarse en arquitecturas diferentes a x86.
• Las técnicas de paravirtualización pueden utilizarse en propósitos relacionados con la virtualización completa mediante controladores para la entrada/salida.

Contenedores

• Los contenedores plantean una estrategia diferente a las anteriores en la evolución del concepto de virtualización.
• Se utiliza el Kernel de Linux que la máquina física tiene gracias al Docker Engine que hará de intermediario.
• Esto elimina la sobrecarga que en las máquinas virtuales suponía la carga total del sistema operativo invitado.
• Permite aislar las distintas aplicaciones que tenga en los distintos contenedores garantizando que no interfieran entre sí, a menos que se configure específicamente para que sí se comuniquen.
• Facilita la distribución de las aplicaciones ya que éstas se empaquetan junto con todas sus dependencias y pueden ser ejecutadas posteriormente en cualquier sistema en el que se pueda lanzar el contenedor en cuestión.
• Una capa adicional, el Docker Engine, apenas añade sobrecarga, usa el Kernel de Linux.
• El enfoque de los contenedores aporta las siguientes ventajas:
  • Mayor velocidad de arranque, ya que prescindimos de la carga de un sistema operativo invitado, se arranca apenas en unos segundos.
  • Gran portabilidad, ya que los contenedores empaquetan tanto las aplicaciones como sus dependencias y pueden moverse a cualquier sistema donde esté instalado Docker Engine.
  • Mayor eficiencia en el uso de los recursos, Los contenedores comparten recursos del sistema operativo host de manera eficiente.
• La tecnología de los contenedores tiene algún inconveniente:
  • Fragilidad: Son más susceptibles a fallos porque dependen del sistema operativo host.
  • Orquestación de Contenedores: En entornos de producción, se requiere una plataforma de orquestación de contenedores, como Kubernetes, para gestionar múltiples contenedores.

Virtualización en la nube

• Las grandes empresas se dieron cuenta del potencial y nació el cloud computing (o computación en la nube).
• Se trata de ofrecer capacidad de cálculo, bases de datos y otros tipos de almacenamiento, aplicaciones y otros recursos a través de Internet a cambio de un coste.
• Un proveedor de cloud computing puede ofrecer sus propios recursos hardware para almacenar nuestras propias máquinas virtuales y acceder a ellas desde cualquier parte del planeta.
• Tiene servidores de virtualización locales, como el mantenimiento, la reparación de averías, refrigeración, gastos de electricidad, seguridad física.
• Contrata la potencia a medida que la necesita, de esta manera disminuye o aumenta según los requerimientos.
• También se pueden implementar modelos híbridos, con una parte de la infraestructura en la nube y otra local.
• Los tres principales tipos de cloud computing que conforman el mercado:
  • Infraestructura como servicio (IaaS).
  • Plataforma como servicio (PaaS).
  • Software como servicio (SaaS).
• Proyecta un crecimiento de casi 30% año a año.

Infraestructura como servicio (IaaS)

• Ofrece a los usuarios acceso a recursos informáticos básicos a través de Internet, incluyendo servidores virtuales, almacenamiento, redes y otros componentes básicos de la infraestructura de TI.
  • Flexibilidad: Los usuarios obtienen control total sobre la infraestructura y pueden elegir y configurar los recursos según sus necesidades.
  • Responsabilidades: El proveedor es responsable de mantener la infraestructura física.
  • Ejemplo: Amazon Web Services (AWS) EC2, Google Compute Engine, Microsoft Azure Virtual Machines.

Plataforma como servicio (PaaS)

• Facilita una plataforma completa para el desarrollo de aplicaciones sin la complejidad de mantener la infraestructura.
  • Abstracción: Oculta la infraestructura subyacente y ofrece herramientas y servicios para desarrollar, probar, implementar y administrar aplicaciones.
  • Facilita el desarrollo: Permite a los desarrolladores centrarse en el código y la lógica de la aplicación sin preocuparse por la infraestructura.
  • Responsabilidades: El proveedor gestiona la infraestructura y el sistema operativo.
  • Ejemplo: Google App Engine, Microsoft Azure App Service, Heroku o Google Stadia.

Software como servicio (SaaS)

• Ofrece aplicaciones completas basadas en la nube disponibles a través de Internet.
  • Accesibilidad: Se disponibles desde cualquier lugar con conexión a Internet.
  • Gestión centralizada: Mantenimiento y la administración son responsabilidad del proveedor de SaaS.
  • Pago por uso: Los clientes pagan una tarifa de suscripción periódica.
  • Ejemplo: Salesforce, Microsoft Office 365, Google Workspace.
• IaaS proporciona recursos informáticos básicos; PaaS ofrece una plataforma para desarrollar y ejecutar aplicaciones; SaaS proporciona aplicaciones completas listas para usar.
• Las principales empresas que ofrecen hoy en día servicios de cloud computing son Amazon, Microsoft y Google Cloud.

Tipos de hipervisores

• Cuando hablamos de hipervisores, podemos distinguir dos tipos:
  • Los hipervisores de tipo 1, también llamados nativos o bare-metal: Es un producto software que se instala directamente en un servidor, sin un sistema operativo previo.
  • Por lo tanto, viene a coincidir con el planteamiento de la Etapa 3.
• En ocasiones, se parte de un sistema operativo completo.
• Este sistema operativo debe simplificarse.
• Habitualmente, su administración se realiza desde una máquina diferente de la misma red, a través de una interfaz web.
• Es frecuente que sus capacidades sean muy avanzadas, para combinar varios servidores de virtualización en una estructura llamada cluster.
• En estos casos se pueden mover máquinas virtuales de un servidor a otro, de forma manual o automática, incluso mientras la máquina se esté ejecutando.
• Se le pueden asignar a las máquinas virtuales más recursos de los que el hipervisor balancea el uso.
• Los hipervisores de tipo 1 más conocidos son Windows Server Hyper-V, VMware ESXi, Oracle VM, Proxmox VE, KVM.

Los hipervisores de tipo 2

• También llamados hipervisores hospedados o alojados, se ejecutan como una aplicación más, dentro de un sistema operativo.
• Por lo tanto, coincide con el planteamiento de la Etapa 4.
• Su administración no es remota.
• Suelen tener una interfaz para administrar las máquinas virtuales en el mismo ordenador donde se encuentran instalados, comportándose como cualquier otra aplicación.
• En cuanto a las máquinas virtuales que se estén ejecutando, mostrarán su interfaz en una ventana propia.
• Se pueden importar, exportar o clonar máquinas virtuales a un ordenador diferente.
• Son muy útiles para disponer de varios sistemas operativos en un mismo ordenador o para probar nuevas versiones, sin afectar a la estabilidad de nuestro entorno de trabajo.
• Entre los ejemplos más conocidos de hipervisores de tipo 2: Oracle VirtualBox, VMware Workstation Player / Pro, Parallels Desktop, GNOME Boxes.

Ventajas de la virtualización

• Se saca más partido de los recursos existentes, y se permite el uso compartido de los mismos.
• Se reducen los costes de los centros de datos reduciendo su infraestructura física.
• Al reducir el número de componentes físicos, disminuye también la cantidad de posibles averías y el tiempo de mantenimiento.
• Se reduce el tiempo dedicado a la administración
• Se pueden fragmentar los servicios, en lugar de tener un gran servidor.
• Simplifica la administración de cada uno de ellos y se evitan las posibles interrelaciones no deseadas.
• Aisla las diferentes máquinas virtuales, que repercutirá en que un fallo en una de ellas no afecte al resto.
• Facilita la monitorización, porque el software de virtualización suele disponer de herramientas de seguimiento para asegurarnos de que las máquinas virtuales es satisfactorio.
• Aumenta la disponibilidad, ya que se puede disponer de mecanismos de copia de seguridad y clonación de máquinas virtuales.
• Aumenta la flexibilidad de la implantación, para responder de una forma más rápida.
• Se dispone de un método para crear entornos de prueba que permitan analizar nuevas soluciones antes de que puedan afectar al resto de la infraestructura.
• Administra y gestiona sistemas de escritorio seguros.
• Sin embargo, también debemos mencionar algunas desventajas.
  • La capa de software que se encarga de la virtualización, también consume recursos.
  • La cualificación del administrador debe ser más elevada.
  • La dependencia del servidor de virtualización.
  • La inversión inicial es considerable y puede suponer un inconveniente para empresas pequeñas.
  • La planificación inicial es muy importante.

Ventajas e inconvenientes de la virtualización en la nube

• Facilita elegir casi cualquier aspecto de la implementación.
• Se paga únicamente por lo que consume, lo que resulta en mejor rentabilidad.
• Es más ágil, porque se reduce el tiempo necesario para que los recursos estén disponibles.
• Es elástica, se pueden ampliar o reducir los recursos utilizados en función de las necesidades.
• Es más segura, porque se trata de grandes centros de datos que se encuentran altamente protegidos.
• También tiene inconvenientes como:
  • Coste, porque aunque pagamos únicamente por lo que consumimos, estamos pagando constantemente.
  • La velocidad de transferencia es alta.
  • Tiene dependencia de la conexión.

Diferencias entre máquina real y virtual

• Cuando hablamos de una máquina real (o máquina física) nos referimos al dispositivo formado por los componentes electrónicos.
• En la máquina real se ejecuta el software base, que estará encargado de relacionar entre ellos todos esos dispositivos para que el conjunto funcione de forma correcta.
• Por su parte, una máquina virtual es un producto software que se comporta como si fuese una máquina física.
• Dispondrá de sus propios componentes virtuales: su procesador, memoria RAM, dispositivos de E/S y de almacenamiento.
• Este es el encargado de compartir de manera equilibrada los componentes físicos entre todas las máquinas virtuales que se estén ejecutando de forma concurrente.
• Con el fin de aumentar la eficiencia y la rentabilidad, aparecen estrategias como la sobreasignación (en inglés, Overcommit).
• Se produce cuando se están asignando una cantidad de recursos a las máquinas virtuales por encima de la cantidad subyacente de esos mismos recursos.
• La memoria RAM: Se produce cuando la suma de la memoria RAM que hemos asignado a los sistemas invitados es superior a la cantidad de memoria RAM disponible. Cuando los sistemas invitados estén funcionando, se les asignará memoria en función de sus necesidades.
• El procesador: Nivel de desarrollo de los procesadores actuales, les otorga una capacidad de procesamiento muy elevadas.
• Es importante controlar esta técnica para aumentar el rendimiento pero no abusar.

Software para la creación de máquinas virtuales

• Ya se han mencionado algunas de las herramientas de virtualización:
  • Licencias propietarias.
  • Software libre.

Herramientas de virtualización con licencia propietaria

• Hipervisores de tipo 1 también llamados nativos o bare-metal:
  • VMware ESXi (ESX en versiones antiguas): VMware es una empresa líder, que ofrece soluciones de pago y gratuitas, tanto para empresas como domésticos.
  • Windows Server Hyper-V: Para poder ejecutar esta versión de Hyper-V necesitamos la versión comercial de Windows Server.

Hipervisores de tipo 2 también llamados hipervisores hospedados o alojados

- Oracle VM VirtualBox: Es gratuita, ofrecida por la compañía Oracle y que tiene una licencia que combina elementos de código abierto con componentes propietarios. 
- VMware Workstation Player/Pro: A pesar de ser de escritorio
- Parallels Desktop: Producto creado por la empresa Parallels Inc. para macOS.
- Microsoft Hyper-V: Se incluye de forma nativa en algunas versiones de escritorio de Windows.

Herramientas de virtualización con licencia de software libre

• Hipervisores de tipo 1 también llamados nativos o bare-metal:
  • Citrix Hypervisor: La compañía Citrix se encarga de la solución de virtualización de código abierto.
• Oracle Virtualization: Utiliza KVM basado en el kernel de Linux.
• Proxmox VE: Completa plataforma de gestión de servidores, basada en el hipervisor KVM en la virtualización empresarial.
• Hipervisores de tipo 2 también llamados hipervisores hospedados o alojados:
  • Gnome Boxes: Distribuida como parte de Gnome GNU/Linux.

Instalación de hipervisores libres y propietarios

• Son muchas las soluciones de virtualización que existen en la actualidad.
• Se ilustra la instalación y administración de hipervisores tipo 1, tanto del mundo del software libre como propietario.
• Microsoft Hyper-V, y VirtualBox.

Microsoft Hyper-V

• Como dijimos antes, Hyper-V es una tecnología de la empresa Microsoft.
• Funciona sobre arquitecturas de 64 bits tanto Intel como AMD y permite crear máquinas virtuales sobre un ordenador que actúa como anfitrión (o hipervisor).
• La primera versión apareció el 26 de Junio de 2008 y en Windows Server 2008 R2.
• Para activar el rol de Hyper-V con PowerSell usar el siguiente comando: Enable-WindowsOptionalFeature -Online -FeatureName Microsoft-Hyper-V -All
• Activar o desactivar las características de Windows.
• Revisa la barra de búsqueda del escritorio de Windows 11, activase el rol de Hyper V.

Oracle Virtual Box

• VirtualBox es un producto de virtualización para sistemas basados en arquitectura x86 de 32 o 64 bits con procesadores Intel o AMD.
• Su uso se orienta tanto a usuarios como a empresas y es gratuita.
• También licencia GPL versión 2.
• Actualmente puede instalarse sobre los principales sistemas operativos del mercado.
• Para poder instalar VirtuaBox debemos descargar la página y descarga fichero necesarios.
• En el caso de que al hacer doble clic en el fichero ejecutable obtengamos el siguiente mensaje de error:
  • Oracle VM VirtualBox 7.0.12 needs the Microsoft Visual C++ 2019 Redistributable, instalamos lo recomendado en la pag y el sistema.
• Si recuerads, cuando instalamos el emulador Genymotion, descargamos un fichero .bin (Binary) mientras que ahora hemos descargado un dichero .deb (Debian Package). Ambos ficheros tienen diferencias importantes en cuanto a su método de instalación y gestión.

Creación, configuración y utilización de máquinas virtuales

• Se crea una máquina virtual.
• Microsoft Hyper-V, y Oracle VirtualBox.
• Para iniciar este hipervisor, tendrás que buscar el Administrador de Hyper-V.
• Para crear con Kali Linux los pasos:
  • En primer lugar los pasos para crear para rápida.
  • Debemos hacer click "Acción" "Creación rápida"
  • Si quieres usar tu propia imagen para crear la máquina virtual, haz clic en “Origen de instalación Local”.
  • Luego has click en cambiar el origen Local.
  • Vamos a descargar la imagen ISO, y descargar que sistema operativo con cual vamos a iniciar.
  • Una vez descargada y seleccionada la ISO, las opciones con las que contamos son las de darle un
• En el caso de que nuestro equipo tenga un hardware más antiguo con pocos recursos, otra distribucion GNU/Linuxes Lubuntu.
• En el caso HYper también tiene instalar varios sistemas operativos sin nesidad de que les podamos nosotros con IOS.
• Antes de comenzar se especifica tanto el nombre la Ubicación del archivo en la pantalla.
• Luego hay opciones para configurar memorias, configurar funciones de red.
• La siguiente pantalla nos pide un sistema para la configuración donde el nuevo sistema .

Pantall de Configuración de Máquinas Virtuales

• Las principales opciones nos encontramos entre:
  • Agregar hardware.
  • Firmware, Estables el sistema de arranque para su ejecución
  • Seguridad.
  • Memoria.
  • Procesado,
  • Controladoras SCSI.
  • Adaptadores de red. -En power Schell existen varias formas de ver la automatización y ver los conceptos:
  • Ver la lista de máquinas Virtuales
  • Para ello existe Get-Command -Module hyper-v | Out-GridView Para poner una lista que incluya solo lista de lista máquinas virtuales ejecutas las siguientes Get-VM | where {$.State -eq 'Running'} Para ver una lista de comando y donde apagar hay que ejecutar las siguientes formulas Start-VM -Name , Get-VM | where {$.State -eq 'Off'} | Start-VM y Get-VM | where {$_.State -eq 'Running'} | Stop-VM Para crea una instancia de la información:
• Para crea una instancias con conexión a la maquino conGet-VM -Name Checkpoint-VM SnapshotName

Oracle Virtual Box

• Oracle Virtual Box crea una Maquina Virtuale
• La primera máquina virtual que crearemos en VirtualBox será con el sistema operatvn Windows
• A traves dell botton Nueva: Por defect se iniciará el “modo guiado": El nombre del nuevo sistema windows 10 que vas a utilizar. En su primera pantalla deberemos completar varios datos: El nombre de la nueva máquina virtual: Para nuestro ejemplo Windows 10
• Lo siguiente será elegir la imagen ISO que vamos a utilizar.

Instalación de virtual Box

• Guest Additions contiene controladores de dispositivo y otros programas para el sistema que