Virtualización

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Virtualización

La virtualización es un proceso que permite una utilización más eficaz del hardware físico y es la base del cloud computing.

¿Qué es la virtualización?

La virtualización utiliza software para crear una capa de abstracción sobre el hardware del sistema que permite dividir los elementos de hardware de un sistema (procesadores, memoria, almacenamiento, etc.) en varios sistemas virtuales, comúnmente llamados máquinas virtuales (VM). Cada VM ejecuta su propio sistema operativo (OS) y se comporta como un ordenador independiente, aunque se esté ejecutando en una parte del hardware del sistema subyacente real.

De este modo, la virtualización permite una utilización más eficaz del hardware físico y una mayor rentabilidad de la inversión de hardware de una organización.

Hoy en día, la virtualización es una práctica estándar en la arquitectura de TI empresarial. También es la tecnología que impulsa la economía de cloud computing. La virtualización permite a los proveedores de cloud dar servicio a los usuarios con el hardware físico existente; los usuarios del cloud pueden adquirir solo los recursos informáticos que necesitan y cuando los necesitan, y escalarlos de forma rentable a medida que crezcan sus cargas de trabajo.

Para obtener una visión general de cómo funciona la virtualización, consulte nuestro vídeo "Virtualización explicada" (5:20):

Ventajas de la virtualización

La virtualización ofrece varias ventajas a los operadores de centros de datos y los proveedores de servicios:

  • Eficiencia de recursos: antes de la virtualización, cada servidor de aplicaciones necesitaba su propia CPU física dedicada: el personal de TI debía comprar y configurar un servidor independiente para cada aplicación que quería ejecutar. (El personal de TI prefería una aplicación y un sistema operativo (SO) por ordenador por motivos de fiabilidad). Invariablemente, cada servidor físico estaba infrautilizado. En cambio, la virtualización del servidor permite ejecutar varias aplicaciones, cada una en su propia máquina virtual con su propio sistema operativo, en un único sistema físico (normalmente un servidor x86) sin sacrificar la fiabilidad. Esto permite utilizar al máximo la capacidad del hardware físico.
  • Gestión más sencilla: la sustitución de sistemas físicos por máquinas virtuales definidas por software facilita el uso y la gestión de políticas escritas en software. De esta forma, puede crear flujos de trabajo de gestión de servicios de TI automatizados. Por ejemplo, las herramientas de despliegue y configuración automatizadas permiten a los administradores definir colecciones de máquinas virtuales y aplicaciones como servicios en plantillas de software. Como resultado, pueden instalar estos servicios de forma repetida y consistente sin necesidad de la configuración manual lenta, complicada y propensa a errores. Los administradores pueden utilizar políticas de seguridad de virtualización para requerir determinadas configuraciones de seguridad basadas en el rol de la máquina virtual. Las políticas pueden incluso aumentar la eficiencia de los recursos al retirar las máquinas virtuales no utilizadas para ahorrar espacio y potencia.
  • Tiempo de inactividad mínimo: los errores del sistema operativo y la aplicación pueden provocar tiempos de inactividad e interrumpir la productividad del usuario. Los administradores pueden ejecutar varias máquinas virtuales redundantes de forma paralela y la migración tras error entre ellas cuando surjan problemas. La ejecución de varios servidores físicos redundantes es más costosa.
  • Aprovisionamiento más rápido: la compra, instalación y configuración de hardware para cada aplicación consume mucho tiempo. Siempre que el hardware ya esté instalado, el suministro de máquinas virtuales para ejecutar todas las aplicaciones es significativamente más rápido. Incluso puede automatizarlo utilizando software de gestión e incorporarlo en los flujos de trabajo existentes.

Para ver un análisis más detallado de las ventajas potenciales, consulte "5 ventajas de la virtualización".

Soluciones

Varias empresas ofrecen soluciones de virtualización que cubren tareas específicas del centro de datos o escenarios de virtualización de escritorio centrados en el usuario final. Entre los ejemplos más conocidos se incluyen VMware, que se especializa en virtualización de servidores, escritorios, redes y almacenamiento; Citrix, que tiene un nicho en la virtualización de aplicaciones, pero también ofrece virtualización de servidores y soluciones de escritorio virtual, y Microsoft, cuya solución de virtualización Hyper-V se suministra con Windows y se centra en las versiones virtuales de los sistemas de escritorio y servidor.

Máquinas virtuales (VM)

Las máquinas virtuales (VM) son entornos virtuales que simulan un sistema físico en formato de software. Normalmente incluyen varios archivos que contienen la configuración de la VM, el almacenamiento de la unidad de disco duro virtual y algunas instantáneas de la VM que conservan su estado en un determinado momento.

Para obtener una visión general completa de las máquinas virtuales, consulte "¿Qué es una máquina virtual?".

Hipervisores

Un hipervisor es la capa de software que coordina las máquinas virtuales. Sirve como interfaz entre la VM y el hardware físico subyacente, y garantiza que cada uno tenga acceso a los recursos físicos que necesita ejecutar. También se asegura de que las máquinas virtuales no interfieran entre ellas afectando al espacio de memoria o los ciclos de cálculo del resto.

Hay dos tipos de hipervisores:

  • Los hipervisores de Tipo 1 o "bare-metal" interactúan con los recursos físicos subyacentes, sustituyendo por completo al sistema operativo tradicional. Suelen aparecer en escenarios de servidor virtual.
  • Los hipervisores de tipo 2 se ejecutan como una aplicación en un sistema operativo existente. Normalmente se utilizan en dispositivos de punto final para ejecutar sistemas operativos alternativos e implican una sobrecarga de rendimiento porque deben utilizar el sistema operativo del host para acceder y coordinar los recursos de hardware subyacentes.

"Hipervisores: Guía completa" proporciona una visión general completa de los hipervisores.

Tipos de virtualización

Hasta ahora, hemos analizado la virtualización de servidores, pero muchos otros elementos de la infraestructura de TI se pueden virtualizar para ofrecer ventajas significativas a los gestores de TI (en particular) y a la empresa en su conjunto. En esta sección, analizaremos los siguientes tipos de virtualización:

  • Virtualización de escritorio
  • Virtualización de red
  • Virtualización del almacenamiento
  • Virtualización de datos
  • Virtualización de las aplicaciones
  • Virtualización de centro de datos
  • Virtualización de CPU
  • Virtualización de GPU
  • Virtualización de Linux
  • Virtualización de cloud

Virtualización de escritorio

La virtualización de escritorio permite ejecutar varios sistemas operativos de escritorio, cada uno en su propia máquina virtual en el mismo sistema.

Hay dos tipos de virtualización de escritorio:

  • La Infraestructura de escritorio virtual (VDI) ejecuta varios escritorios en máquinas virtuales en un servidor central y los transmite a los usuarios que inician una sesión en dispositivos de cliente ligero. De este modo, VDI permite a una organización proporcionar acceso a sus usuarios a una amplia variedad de sistemas operativos desde cualquier dispositivo, sin necesidad de instalar el sistema operativo en ningún dispositivo. Consulte "¿Qué es la Infraestructura de escritorio virtual (VDI)?" para ver una explicación más detallada.
  • La Virtualización de escritorio local ejecuta un hipervisor en un sistema local, lo que permite al usuario ejecutar uno o varios sistemas operativos adicionales en el sistema y cambiar de un sistema operativo a otro según sea necesario sin cambiar nada sobre el sistema operativo primario.

Para obtener más información sobre los escritorios virtuales, consulte "Escritorio como servicio (DaaS)".

Virtualización de red

La virtualización de red utiliza software para crear una "vista" de la red que un administrador puede utilizar para gestionar la red desde una única consola. Abstrae elementos y funciones de hardware (por ejemplo, conexiones, conmutadores, direccionadores, etc.) en software que se ejecuta en un hipervisor. El administrador de red puede modificar y controlar estos elementos sin tocar los componentes físicos subyacentes, lo que simplifica significativamente la gestión de la red.

Los tipos de virtualización de red incluyen la red definida por software (SDN), que virtualiza el hardware que controla el direccionamiento del tráfico de red (denominado "plano de control") y la virtualización de funciones de red (NFV), que virtualiza uno o varios dispositivos de hardware que proporcionan una función de red específica (por ejemplo, un cortafuegos, un equilibrador de carga o un analizador de tráfico), lo que facilita la configuración, el suministro y la gestión de dichos dispositivos.

Virtualización del almacenamiento

La virtualización de almacenamiento permite acceder a todos los dispositivos de almacenamiento en la red, tanto si están instalados en servidores individuales como en unidades de almacenamiento autónomas, y gestionarlos como un único dispositivo de almacenamiento. Específicamente, las masas de virtualización de almacenamiento bloquean todos los bloques de almacenamiento en una única agrupación compartida desde la que se pueden asignar a cualquier VM en la red según sea necesario. La virtualización de almacenamiento facilita el suministro de almacenamiento para máquinas virtuales y realiza un uso máximo de todo el almacenamiento disponible en la red.

Para analizar más detalladamente la virtualización de almacenamiento, consulte "¿Qué es el almacenamiento en cloud?".

Virtualización de datos

Las empresas modernas almacenan datos de múltiples aplicaciones, utilizando múltiples formatos de archivo, en múltiples ubicaciones, desde el cloud a sistemas de hardware y software locales. La virtualización de datos permite a cualquier aplicación acceder a todos los datos, independientemente del origen, el formato o la ubicación.

Las herramientas de virtualización de datos crean una capa de software entre las aplicaciones que acceden a los datos y los sistemas que los almacenan. La capa convierte la solicitud de datos o la consulta de una aplicación según sea necesario, y devuelve resultados que pueden abarcar varios sistemas. La virtualización de datos permite romper los silos de datos cuando otros tipos de integración no son factibles, deseables o asequibles.

Virtualización de las aplicaciones

La virtualización de aplicaciones ejecuta software de aplicación sin instalarlo directamente en el sistema operativo del usuario. Esto difiere de la virtualización de escritorio completa (descrita anteriormente) porque solo la aplicación se ejecuta en un entorno virtual: el sistema operativo en el dispositivo del usuario final se ejecuta como siempre. Hay tres tipos de virtualización de aplicaciones:

  • Virtualización de aplicaciones locales: toda la aplicación se ejecuta en el dispositivo de punto final, pero se ejecuta en un entorno de ejecución, en lugar de en el hardware nativo.
  • Streaming de aplicaciones: la aplicación reside en un servidor que envía pequeños componentes del software para que se ejecuten en el dispositivo del usuario final cuando sea necesario.
  • Virtualización de aplicaciones basadas en servidores: la aplicación se ejecuta completamente en un servidor que envía solo su interfaz de usuario al dispositivo de cliente.

Virtualización de centro de datos

La virtualización del centro de datos abstrae la mayor parte del hardware de un centro de datos en software, lo que permite a un administrador dividir un centro de datos físico individual en varios centros de datos virtuales para distintos clientes.

Cada cliente puede acceder a su propia infraestructura como servicio (IaaS), que se ejecutará en el mismo hardware físico subyacente. Los centros de datos virtuales ofrecen un fácil acceso a la informática basada en cloud, lo que permite a una empresa configurar rápidamente un entorno de centro de datos completo sin necesidad de adquirir hardware de infraestructura.

Virtualización de CPU

La virtualización de CPU (unidad central de proceso) es la tecnología básica que hace posible los hipervisores, las máquinas virtuales y los sistemas operativos. Permite dividir una CPU individual en varias CPU virtuales para que las utilicen varias máquinas virtuales.

Al principio, la virtualización de la CPU estaba totalmente definida por software, pero muchos de los procesadores actuales incluyen conjuntos de instrucciones ampliados que dan soporte a la virtualización de la CPU, lo que mejora el rendimiento de la VM.

Virtualización de GPU

Una GPU (unidad de procesamiento gráfico) es un procesador especial de varios núcleos que mejora el rendimiento general del sistema al asumir un procesamiento gráfico o matemático de gran potencia. La virtualización de GPU permite que varias máquinas virtuales utilicen toda o parte de la potencia de procesamiento de una sola GPU para agilizar las aplicaciones de vídeo, inteligencia artificial (IA) y con un uso intensivo de gráficos o matemáticas.

  • Las GPU de paso a través permiten que toda la GPU esté disponible para un único sistema operativo invitado.
  • Las vGPU compartidas dividen los núcleos de GPU físicos entre varias GPU virtuales (vGPU) para su uso en las máquinas virtuales basadas en el servidor.

Virtualización de Linux

Linux incluye su propio hipervisor, denominado la máquina virtual basada en kernel (KVM), que da soporte a las extensiones de procesador de virtualización de Intel y AMD, para que se puedan crear máquinas virtuales basadas en x86 en un sistema operativo de host de Linux.

Como sistema operativo de código abierto, Linux es altamente personalizable. Puede crear máquinas virtuales que ejecuten versiones de Linux adaptadas para cargas de trabajo específicas o versiones de seguridad reforzada para aplicaciones más sensibles.

Virtualización de cloud

Como se ha indicado anteriormente, el modelo de cloud computing depende de la virtualización. Al virtualizar los servidores, el almacenamiento y otros recursos físicos del centro de datos, los proveedores de cloud computing ofrecen una amplia gama de servicios a los clientes, por ejemplo:

  • Infraestructura como servicio (IaaS): recursos de servidor, almacenamiento y red virtualizados que puede configurar en función de sus requisitos.
  • Plataforma como servicio (PaaS): herramientas de desarrollo, bases de datos y otros servicios basados en cloud virtualizados que puede utilizar para crear sus propias aplicaciones y soluciones basadas en cloud.
  • Software como servicio (SaaS): Aplicaciones de software que utiliza en el cloud. SaaS es el servicio basado en cloud que más se ha abstraído del hardware.

Si desea obtener más información sobre estos modelos de servicio en cloud, consulte nuestra guía: "IaaS frente a PaaS frente a SaaS".

Virtualización frente a contenerización

La virtualización del servidor reproduce un sistema completo en hardware, que después ejecuta un sistema operativo completo. El sistema operativo ejecuta una aplicación. Es más eficiente que no tener ninguna virtualización, pero continúa duplicando código y servicios innecesarios para cada aplicación que desee ejecutar.

Los contenedores tienen un enfoque alternativo. Comparten un kernel del sistema operativo subyacente y solo ejecutan la aplicación y las cosas de las que depende, como las bibliotecas de software y las variables de entorno. Como resultado, los contenedores son más pequeños y más rápidos de desplegar.

Para obtener información detallada sobre los contenedores y la contenerización, consulte "Contenedores: Guía completa" y "Contenerización: Guía completa".

Consulte la entrada del blog "Contenedores frente a máquinas virtuales: ¿cuál es la diferencia?" para ver una comparación más detallada.

En el siguiente vídeo, Sai Vennam explica los aspectos básicos de la contenerización y compara su uso con la virtualización mediante máquinas virtuales (8:09):

VMware

VMware crea software de virtualización. VMware empezó ofreciendo solo virtualización de servidor; su hipervisor ESX (ahora ESXi) fue uno de los primeros productos de virtualización con éxito comercial. Hoy en día, VMware también ofrece soluciones para la virtualización de redes, almacenamiento y escritorio.

Para obtener más detalles sobre todo lo que implica VMware, consulte "VMware: Guía completa".

Seguridad

La virtualización ofrece algunas ventajas de seguridad. Por ejemplo, las máquinas virtuales infectadas con malware pueden retrotraerse a un punto en el tiempo (denominado instantánea) en el que la VM no estaba infectada y estaba estable; también se pueden suprimir y volver a crear más fácilmente. No siempre se puede desinfectar un sistema operativo no virtualizado, ya que el malware a menudo está profundamente integrado en los componentes principales del sistema operativo y persisten más allá de las retrotracciones del sistema.

La virtualización también presenta algunos problemas de seguridad. Si un atacante compromete un hipervisor, es posible que posea todas las máquinas virtuales y los sistemas operativos invitados. Como los hipervisores también permiten que las máquinas virtuales se comuniquen entre sí sin tocar la red física, puede ser difícil ver su tráfico y, por lo tanto, detectar la actividad sospechosa.

Un hipervisor de tipo 2 en un sistema operativo de host también es susceptible de comprometer el sistema operativo del host.

El mercado ofrece una amplia gama de productos de seguridad de virtualización que pueden escanear y crear parches de máquinas virtuales para el malware, cifrar discos virtuales de VM completos, y controlar y auditar el acceso de VM.

Virtualización e IBM

IBM Cloud ofrece un complemento completo de soluciones de virtualización basadas en cloud, que abarcan desde servicios de cloud público a ofertas de cloud privado e híbrido. Puede utilizarlo para crear y ejecutar una infraestructura virtual y para aprovechar los servicios que van desde la IA basada en cloud a la migración de cargas de trabajo de VMware con soluciones de IBM Cloud for VMware.

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