Hipervisores

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Hipervisores

El cloud computing no sería posible sin la virtualización. La virtualización no sería posible sin el hipervisor. Esta delgada capa de software soporta todo el ecosistema de cloud.

¿Qué son los hipervisores?

Antes de que los hipervisores se generalizaran, la mayoría de ordenadores físicos solo podían ejecutar un sistema operativo (SO) a la vez. Los ordenadores eran estables porque el hardware solo tenía que manejar solicitudes de ese único sistema operativo. La desventaja de este enfoque era que desperdiciaba recursos, porque el sistema operativo no siempre podía utilizar toda la capacidad del ordenador.

El hipervisor resuelve este problema. Es una pequeña capa de software que permite ejecutar varios sistemas operativos en paralelo y compartir los mismos recursos físicos. Estos sistemas operativos son máquinas virtuales (VM): archivos que imitan un entorno de hardware completo en software.

El hipervisor, también conocido como supervisor de máquina virtual (VMM), gestiona estas máquinas virtuales cuando se ejecutan en paralelo. Separa de forma lógica las máquinas virtuales entre ellas, asignando a cada una su propia porción de capacidad subyacente, memoria y almacenamiento. Esto evita que las VM interfieran entre sí; por ejemplo, si un SO sufre un bloqueo o un problema de seguridad, los demás sobreviven.

Para obtener más información sobre la virtualización y las máquinas virtuales, consulte "Virtualización: Guía completa" y "¿Qué es una máquina virtual?".

Para obtener más información sobre cómo los hipervisores gestionan las VM, consulte el vídeo "Virtualización explicada" (5:20):

Características de los hipervisores

Hay diferentes categorías de hipervisores y diferentes marcas de hipervisores dentro de cada categoría. El mercado ha madurado y ha convertido los hipervisores en un producto genérico en el ámbito empresarial, aunque todavía hay factores diferenciadores que deben determinar su elección. Debe tenerse en cuenta lo siguiente:

  • Rendimiento: busque datos de referencia que muestren el rendimiento del hipervisor en un entorno de producción. Idealmente, los hipervisores bare-metal deben permitir un rendimiento del sistema operativo invitado próximo a las velocidades nativas.
  • Ecosistema: necesitará una buena documentación y soporte técnico para implementar y gestionar los hipervisores en varios servidores físicos a escala. Además, busque una comunidad saludable de desarrolladores de terceros que puedan dar soporte al hipervisor con sus propios agentes y plug-ins, que ofrecen funciones como, por ejemplo, el análisis de la capacidad de copia de seguridad y restauración, y la gestión de migración tras error.
  • Herramientas de gestión: las máquinas virtuales en ejecución no es lo único que debe gestionar cuando se utiliza un hipervisor. Debe suministrar las máquinas virtuales, mantenerlas, auditarlas y limpiar las que ya no se utilicen para evitar la "dispersión de VM". Asegúrese de que el proveedor o la comunidad de terceros dé soporte a la arquitectura del hipervisor con herramientas de gestión completas.
  • Migración en directo: permite mover máquinas virtuales entre hipervisores en diferentes máquinas físicas sin detenerlas, lo que puede ser muy útil para la migración tras error y el equilibrio de carga de trabajo.
  • Coste: considere la estructura de costes y tarifas implicada en la licencia de la tecnología de hipervisor. No piense solo en el coste del hipervisor. El software de gestión que permite escalarlo para dar soporte a un entorno empresarial a menudo puede ser costoso. Por último, examine la estructura de licencias del proveedor, que puede cambiar en función de si se despliega en el cloud o localmente.

Tipo 1 frente a Tipo 2

Hay dos amplias categorías de hipervisores: tipo 1 y tipo 2.

Hipervisor de tipo 1

Un hipervisor de tipo 1 se ejecuta directamente en el hardware físico del sistema subyacente e interactúa con su CPU, memoria y almacenamiento físico. Por este motivo, los hipervisores de tipo 1 también se denominan hipervisores bare-metal.Un hipervisor de tipo 1 ocupa el lugar del sistema operativo del host.

  • Pros: los hipervisores de tipo 1 son altamente eficaces porque tienen acceso directo al hardware físico. Esto también aumenta su seguridad, ya que no hay nada entre ellos y la CPU que un atacante pueda poner en peligro.
  • Contras: un hipervisor de tipo 1 a menudo necesita una máquina de gestión aparte para administrar las distintas máquinas virtuales y controlar el hardware del host.

Hipervisor de tipo 2

Un hipervisor de tipo 2 no se ejecuta directamente en el hardware subyacente. En su lugar, se ejecuta como una aplicación en un sistema operativo. Los hipervisores de tipo 2 rara vez se utilizan en entornos basados en servidor. En su lugar, son adecuados para usuarios de PC individuales que necesitan ejecutar varios sistemas operativos. Por ejemplo, ingenieros, profesionales de seguridad que analizan el malware y usuarios empresariales que necesitan acceso a aplicaciones que solo disponibles en otras plataformas de software.

Los hipervisores de tipo 2 suelen incluir kits de herramientas adicionales que los usuarios deben instalar en el sistema operativo invitado. Estas herramientas proporcionan conexiones mejoradas entre el sistema operativo invitado y el sistema operativo del host, lo que a menudo permite al usuario cortar y pegar entre los dos o acceder a los archivos y carpetas del sistema operativo del host desde la máquina virtual invitada.

  • Pros: un hipervisor de tipo 2 permite un acceso rápido y sencillo a un sistema operativo invitado alternativo junto con el sistema operativo principal que se ejecuta en el host. Esto hace que sea ideal para la productividad del usuario final. Por ejemplo, un consumidor puede utilizarlo para acceder a sus herramientas de desarrollo basadas en Linux favoritas mientras utiliza un sistema de dictado de voz que solo se encuentra en Windows.
  • Contras: un hipervisor de tipo 2 debe acceder a recursos informáticos, de memoria y de red a través del sistema operativo del host, que tiene acceso primario a la máquina física. Esto introduce problemas de latencia, lo que afecta al rendimiento. También introduce posibles riesgos de seguridad si un atacante compromete el sistema operativo del host, ya que podría manipular cualquier sistema operativo invitado que se ejecute en el hipervisor de tipo 2.

Ejemplos

Hipervisores de VMware

  • Hipervisor ESXi: VMware ESXi (Elastic Sky X Integrated) es un hipervisor de tipo 1 (o bare-metal) destinado a la virtualización de servidor en el centro de datos. ESXi gestiona colecciones de máquinas virtuales VMware.
  • Hipervisor de VSphere: los clientes pueden utilizar VMware ESXi de forma gratuita como parte del hipervisor vSphere gratis, que es una oferta básica de virtualización de servidores. Las empresas con entornos de cloud empresarial adquirirán una licencia de vSphere, un sistema más completo que incluye una licencia para el servidor vCenter de VMware. Este es un servidor independiente que se utiliza para administrar los entornos de vSphere que se ejecutan en los hosts físicos. VSphere puede ejecutarse en un entorno de cloud privado local o en una configuración de cloud alojado.

VMware también ofrece dos familias principales de productos de hipervisor de tipo 2 para usuarios de sistemas de escritorio y portátiles:

  • VMware Fusion: esta es la oferta centrada en MacOS de la compañía, que permite a los usuarios de Mac ejecutar una amplia gama de sistemas operativos invitados.
  • Workstation: la plataforma centrada en Linux y Windows de VMware puede ser de dos tipos: Pro, que es la versión de pago, y Player, que es gratis para el uso personal. La versión Pro permite a los usuarios ejecutar varios sistemas operativos en un solo PC y también se conecta a VMware vSphere, igual que Fusion. Workstation Player solo da soporte a un único sistema operativo invitado.
  • VirtualBox: un hipervisor de tipo 2 que se ejecuta en sistemas operativos Linux, Mac OS y Windows. Oracle heredó el producto cuando compró Sun Microsystems en 2010.

En "VMware: Guía completa", se describen más detalladamente todas las ofertas y servicios de VMware.

Hipervisor Hyper-V

Hyper-V es el hipervisor de Microsoft diseñado para su uso en sistemas Windows. Se suministró en 2008 como parte de Windows Server, lo que significa que los clientes debían instalar el sistema operativo Windows completo para poder utilizarlo. Posteriormente, Microsoft creó una versión dedicada denominada Hyper-V Server, que se ejecutó en Windows Server Core. Esta permite a los administradores ejecutar Hyper-V sin instalar la versión completa de Windows Server. Hyper-V también está disponible en clientes Windows.

Microsoft designa Hyper-V como un hipervisor de tipo 1, aunque que se ejecuta de forma diferente a muchos competidores. Hyper-V se instala en Windows, pero se ejecuta directamente en el hardware físico, insertándose debajo del sistema operativo del host. Todos los sistemas operativos invitados se ejecutan a través del hipervisor, pero el sistema operativo del host obtiene un acceso especial al hardware, lo que le da una ventaja de rendimiento.

Citrix XenServer

XenServer, ahora conocido como Citrix Hypervisor, es un hipervisor de tipo 1 comercial que da soporte a los sistemas operativos Linux y Windows. XenServer se creó a partir del proyecto de código abierto Xen (enlace externo a IBM).

Hipervisores de código abierto

Algunos hipervisores, como KVM, proceden de proyectos de código abierto. Las relaciones de Red Hat con la comunidad de código abierto han convertido a KVM en la base de las principales distribuciones de virtualización de OpenStack y Linux.

Los hipervisores de código abierto también están disponibles en las configuraciones gratuitas. KVM se puede descargar individualmente o como parte de la solución de virtualización de código abierto oVirt, de la que Red Hat es colaborador desde hace años.

Otro ejemplo es Xen, que es un hipervisor de código abierto de tipo 1 que se ejecuta en las arquitecturas Intel y ARM. Empezó como un proyecto en la Universidad de Cambridge y su equipo posteriormente lo comercializó con la fundación de XenSource, que Citrix compró en 2007.

En 2013, el proyecto de código abierto se convirtió en un proyecto colaborativo en Linux Foundation. Muchos proveedores de servicios de cloud utilizan Xen como base de sus ofertas de productos.

Xen da soporte a varios tipos de virtualización, incluidos los entornos asistidos por hardware que utilizan Intel VT y AMD-V. También da soporte a la paravirtualización, que modifica el sistema operativo invitado para trabajar con un hipervisor, lo que mejora el rendimiento.

KVM de hipervisor

Linux también incluye prestaciones de hipervisor integradas directamente en su kernel de sistema operativo. La máquina virtual basada en kernel (KVM) pasó a formar parte de la línea principal de kernel de Linux en 2007 y complementa a QEMU, que es un hipervisor que emula completamente el procesador de máquina física en software.

KVM da soporte a las extensiones de virtualización que Intel y AMD incorporaron en sus arquitecturas de procesador para dar soporte a los hipervisores. Con estas extensiones, llamadas Intel VT y AMD-V, respectivamente, el procesador ayuda al hipervisor a gestionar varias máquinas virtuales. Si estas extensiones están disponibles, el kernel de Linux puede utilizar KVM. De lo contrario, vuelve a utilizar QEMU.

Puede encontrar más información sobre KVM (enlace externo a IBM) de Red Hat.

Hipervisor de Red Hat

Red Hat basa el hipervisor de Red Hat Enterprise Virtualization en el hipervisor KVM. La solución de virtualización crea recursos adicionales relacionados con el hipervisor. Por ejemplo, un gestor de virtualización que proporciona un sistema de gestión centralizado con una interfaz gráfica de usuario basada en búsquedas, y tecnologías de virtualización seguras que protegen al hipervisor contra ataques dirigidos al host o a las máquinas virtuales. El hipervisor de Red Hat puede ejecutar muchos sistemas operativos, incluido Ubuntu.

Integración de escritorio virtual (VDI)

Los hipervisores de tipo 1 no solo pueden virtualizar sistemas operativos del servidor. También pueden virtualizar sistemas operativos de escritorio para empresas que desean gestionar de forma centralizada sus recursos de TI de usuario final.

La Integración de escritorio virtual (VDI) permite a los usuarios trabajar en escritorios que se ejecutan en máquinas virtuales en un servidor central, de forma que el personal de TI puede administrar y mantener fácilmente sus sistemas operativos.

En este entorno, un hipervisor ejecutará varios escritorios virtuales. Cada escritorio se encuentra en su propia máquina virtual, contenida en colecciones conocidas como agrupaciones de escritorio virtuales. Cada máquina virtual ofrece un servicio a un usuario individual que accede a ella a través de la red.

El punto final del usuario puede ser un dispositivo móvil o un cliente ligero relativamente económico. Esto les ofrece la ventaja de un acceso consistente al mismo sistema operativo de escritorio. Pueden obtener los mismos datos y aplicaciones en cualquier dispositivo sin mover datos confidenciales fuera de un entorno seguro.

Los usuarios no se conectan directamente al hipervisor. En su lugar, acceden a un intermediario de conexión que se coordina con el hipervisor para obtener un escritorio virtual adecuado de la agrupación.

Productos como VMware Horizon ofrecen toda esta funcionalidad en un único producto, que se suministra desde su propio servicio local o a través de un proveedor de servicios de cloud alojado.

Solución de problemas

Como hay tantas marcas diferentes de hipervisor, la resolución de problemas de cada uno implicará una visita a las páginas de soporte del proveedor y un arreglo específico del producto. Sin embargo, algunos problemas comunes incluyen no poder iniciar todas las máquinas virtuales. Esto puede ocurrir cuando se agotan los recursos de hardware físico del host. Para solucionar este problema, puede añadir más recursos al sistema host o reducir los requisitos de recursos para la máquina virtual utilizando el software de gestión del hipervisor.

Otro problema común para los hipervisores que impide el inicio de las máquinas virtuales es una instantánea o un punto de comprobación dañado de una máquina virtual. Esta es la razón por la que las copias de seguridad de las máquinas virtuales son una parte esencial de una solución de hipervisor empresarial. No obstante, el software de gestión de hipervisor le permitirá retrotraer el archivo al último punto de comprobación válido y empezar a partir de él. El inconveniente es que puede perder parte de su trabajo.

Hipervisores e IBM

IBM inventó el hipervisor en la década de 1960 para sus sistemas de mainframe. Hoy día, IBM z/VM, un hipervisor para mainframes IBM z Systems, puede ejecutar miles de máquinas virtuales Linux en un único sistema mainframe. IBM PowerVM proporciona sistemas operativos AIX, IBM i y Linux que se ejecutan en IBM Power Systems.

IBM da soporte a una amplia gama de productos de virtualización en el cloud. Los IBM Cloud Virtual Servers se gestionan completamente y se pueden personalizar, con opciones para escalarlos a medida que aumenten sus necesidades de procesamiento.

Si actualmente ejecuta la virtualización en el entorno local, consulte las soluciones en la asociación de IBM VMware.

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