Máquinas Virtuales en Sistemas Informáticos

Máquinas Virtuales

• Máquina virtual (VM) es una tecnología que permite la creación de entornos virtuales o máquinas virtuales que funcionan de forma independiente en un mismo sistema físico.
• La virtualización abstrae recursos físicos (CPU, memoria, almacenamiento, dispositivos de entrada/salida) para asignarlos y compartirlos entre varias máquinas virtuales.
• El objetivo principal de la virtualización es maximizar el uso de los recursos físicos y mejorar la eficiencia de los sistemas informáticos, reduciendo las necesidades de hardware físico.
• La virtualización es útil en servidores, redes, almacenamiento y escritorios, ofreciendo flexibilidad y eficiencia en el uso de los recursos informáticos.
• Los componentes virtuales no implican necesariamente la no existencia de un componente físico, sino que recursos como RAM (2GB) y disco duro (20GB) se reservan del ordenador donde se ejecuta la máquina virtual.

Máquina real vs. Máquina virtual

• Definición: Una máquina real es un equipo físico con hardware propio, mientras que una máquina virtual es un sistema virtualizado dentro de un equipo físico, que requiere un hipervisor para gestionarse.
• Hardware: Los recursos de una máquina real son dedicados (CPU, RAM, disco duro), mientras que en una máquina virtual los recursos se comparten con el equipo anfitrión.
• Rendimiento: El rendimiento de una máquina real es mayor debido al acceso directo al hardware, mientras que la virtualización puede ralentizar el sistema invitado por su complejidad de ejecución.
• Flexibilidad: Una máquina real solo puede ejecutar un sistema operativo a la vez, mientras que una máquina virtual permite ejecutar varios sistemas operativos simultáneamente.
• Coste: La inversión inicial en hardware para una máquina real es alta, mientras que la virtualización ahorra costes al evitar la compra de equipos adicionales.
• Campos de aplicación: Las máquinas reales se usan en estaciones de trabajo dedicadas, gaming de alto rendimiento y dispositivos especializados, mientras que las máquinas virtuales son ideales para servidores, pruebas de software, formación, simulaciones y entornos de desarrollo.

Ejemplos de Virtualización de Servidores

• Escenario: Una empresa pequeña con un servidor físico que necesita ejecutar múltiples servicios (servidor web, correo, archivos).
• Solución: En lugar de comprar servidores físicos adicionales, se utilizan máquinas virtuales para alojar cada servicio en un entorno independiente.
• Ventajas:
  • Reducción de costes en hardware.
  • Mayor aprovechamiento de los recursos del servidor físico.
  • Facilidad para realizar copias de seguridad y migraciones.
  • Seguridad: fallos en un servicio particular no afectan a los demás.

Ejemplos de Virtualización en Educación

• Escenario: Estudiantes de formación profesional necesitan practicar la instalación y configuración de diferentes sistemas operativos sin arriesgar computadoras físicas.
• Solución: Cada estudiante usa una máquina virtual para instalar y probar diferentes sistemas operativos sin necesidad de dañar el equipo real.
• Ventajas:
  • Entorno seguro y controlado.
  • Facilita el trabajo con múltiples sistemas operativos de forma simultánea.
  • Ahorro en equipos físicos y licencias de software.

Hipervisores

• Hipervisor: Software o firmware responsable de crear y gestionar máquinas virtuales, asignando y administrando recursos físicos entre las VMs.
• Tipos de hipervisores:
  • Tipo 1 (nativo/bare metal): Se ejecuta directamente sobre el hardware físico sin depender de un sistema operativo anfitrión.
  • Tipo 2 (hosted): Se ejecuta como una aplicación dentro de un sistema operativo anfitrión.

Otros Conceptos Clave

• Máquina virtual (VM): Entorno virtual que emula una computadora completa, con su propio sistema operativo, aplicaciones y configuraciones.
• Host (anfitrión): Sistema físico o servidor que ejecuta el hipervisor y aloja las máquinas virtuales.
• Guest (invitado): Máquina virtual que se ejecuta dentro de un host.
• Portabilidad: Máquinas virtuales independientes del hardware subyacente, facilitando su migración entre servidores físicos sin modificaciones del sistema operativo.
• Escalabilidad: La virtualización permite escalar verticalmente (aumentar recursos) u horizontalmente (agregar más VMs) según las necesidades de trabajo.

Software de virtualización

• VirtualBox: Software de virtualización libre y de código abierto. Ofrece una interfaz gráfica y de comandos (CLI) para gestionar las máquinas virtuales.
• VMware Workstation Pro: Un software de virtualización propietario, proporcionando una interfaz gráfica para la creación y gestión de máquinas virtuales y ofreciendo diferentes funciones y capacidades como una alta portabilidad y diferentes campos de aplicación.

Software de virtualización: Instalación

• Hardware de la máquina física: Requiere hardware específico para la instalación (procesador, memoria, disco duro).
• Requisitos: Necesita cumplir con especificaciones mínimas de hardware.
• Permisos de administración: Requiere permisos de administrador; se requieren para instalar cambios o agregar características.
• Diferencias: Diferentes sistemas operativos pueden requerir distintos pasos para la instalación y configuración de software de virtualización.

Aprendiendo a crear y configurar máquinas virtuales

• VirtualBox/VMWare proporcionan herramientas para crear configuraciones de máquinas virtuales.
• Los pasos incluyen asignar un nombre, elegir el sistema operativo y especificar hardware básico (disco duro y memoria RAM).

Crear una máquina virtual desde cero

• Asignar nombre a la máquina.
• Elegir el tipo de sistema operativo.
• Indicar hardware básico.

Iniciar una máquina virtual

• Iniciar la máquina virtual, encendiéndola y arrancando el sistema operativo.
• Devolver el control al sistema anfitrión.

Eliminar una máquina virtual

• Eliminar todos los archivos: Eliminar todos los archivos de la MV para no dejar rastro, incluyendo el archivo .vbox.
• Solo borrar: Elimina la MV pero mantiene el archivo .vbox para una recuperación posterior.

Importación de una máquina virtual existente

• OVF/OVA: Estándar abierto para empaquetar y distribuir máquinas virtuales.

Características

• Hardware: Hardware de la máquina real.
• Sistema operativo anfitrión: Sistema de operación del anfitrión
• Software de virtualización: Software para crear y gestionar máquinas virtuales.

Configuración de rendimiento

• Habilitar características de virtualización del procesador: Mejorar rendimiento.
• Excluir directorio de las máquinas virtuales del análisis del antivirus: Evitar problemas de seguridad potenciales
• Guardar las máquinas virtuales en un SSD: Aumentar velocidad.
• Probar otro software de virtualización: Optimizar rendimiento según el sistema.
• Crear discos de tamaño fijo: Optimizar el rendimiento.

Asignar toda la memoria posible y más núcleos al procesador

• Asignación de memoria RAM: Buscar el equilibrio entre rendimiento en la máquina virtual y la física.
• Asigna núcleos del procesador: Optimizar rendimiento de la máquina virtual y la máquina real.

Adaptar la configuración de vídeo

• Ajustar la configuración de vídeo a las necesidades del sistema.
• Mejorar el rendimiento del sistema operativo invitado y la experiencia de usuario.

Dejar la máquina en suspensión y mejorar el rendimiento del sistema operativo invitado

• Suspensión de la máquina virtual: Optimizar el rendimiento dejando la máquina en suspensión.
• Mejorar el rendimiento: Aumentar el rendimiento.

Configuraciones de seguridad

• Restaurar el sistema mediante instantáneas: Restaurar al punto de inicio.
• Realizar copias de seguridad (clonaciones): Crear una copia con seguridad.
• Cifrar una máquina virtual: Cifrar para mejorar la seguridad.

Instancias y copias de seguridad (clonación)

• Instantáneas (snapshots): Guardar el estado actual de la máquina virtual en un punto específico del tiempo para revertir cambios.
• Clones: Crear una copia de la máquina virtual para realizar copias de seguridad y experimentación sin afectar el estado real.

Cifrado de la máquina virtual

• Cifrar: Proteger la máquina virtual con un código de acceso para garantizar seguridad.

Configuración específica

• Configuración de red: Configurar las redes de ordenadores.
• RAID: Configurar discos duros para aumentar la integridad y capacidad.
• Acceso remoto: Permitir el acceso a un equipo desde otra ubicación.

Configuración de red

• Modo NAT: Forma sencilla de acceder a una red externa sin configuración adicional en el anfitrión ni en el invitado.
• Modo puente: Se conecta la VM a la misma red física que el equipo anfitrión, simulando un equipo más en la red.
• Modo Red interna: Permite crear redes privadas para la comunicación entre máquinas virtuales.
• Modo solo-anfitrión: Permite crear una red interna donde el anfitrión y todas las VMs pertenece a la red.

Pruebas de rendimiento (benchmark)

• Herramientas: Herramientas como Phoronix Test Suite y UserBenchmark para medir el rendimiento de los componentes (CPU, memoria, disco).
• Consideraciones: Factores cruciales que afectan al rendimiento de las máquinas virtuales (hardware anfitrión, hardware virtual, etc).

Este cuestionario explora el concepto de máquinas virtuales y su impacto en la virtualización de recursos físicos. Aprenderás sobre la definición, funcionamiento y comparación entre máquinas reales y virtuales. Ideal para estudiantes y profesionales interesados en la optimización de sistemas computacionales.