¿Qué es la virtualización?

Mediante software, la virtualización crea una capa de abstracción sobre el hardware informático, dividiendo los componentes de un único sistema como procesadores, memoria, redes y almacenamiento en múltiples máquinas virtuales (VM). Cada máquina virtual ejecuta su propio sistema operativo (SO) y se comporta como un ordenador físico independiente, a pesar de compartir el mismo hardware subyacente.

Hoy en día, la virtualización es una práctica fundamental en la arquitectura de TI empresarial y un facilitador clave del cloud computing. Permite a los proveedores de servicio cloud como IBM Cloud, Microsoft Azure, Google Cloud y Amazon Web Services (AWS), utilizar de manera óptima su infraestructura de TI para ofrecer recursos escalables. Para las empresas, esto significa que solo compran los recursos que necesitan y luego los escalan de manera rentable a medida que crecen sus cargas de trabajo, maximizando su inversión.

La aparición de la tecnología de virtualización se remonta a 1964, cuando IBM lanzó CP-40, un proyecto de investigación de tiempo compartido para IBM® System/360. Más tarde, CP-40 evolucionó a CP-67, que finalmente influyó en Unix, uno de los primeros sistemas operativos multiusuario y de tiempo compartido que sentó las bases para las tecnologías de virtualización modernas, como las máquinas virtuales. En 1972, IBM anunció su primer producto oficial de máquina virtual, VM/370, para el System/370.

En 1998, VMware desarrolló un sistema operativo x86 que permitía segmentar una única máquina en varias máquinas virtuales, cada una de las cuales ejecutaba su propio sistema operativo. En 1999, la compañía lanzó VM Workstation 1.0, el primer producto comercial que permitía a los usuarios ejecutar múltiples sistemas operativos como máquinas virtuales en un sol PC. Este producto se hizo popular entre los desarrolladores de software por su capacidad para probar y desarrollar fácilmente aplicaciones en distintos entornos de SO.

Según una previsión de The Business Research Company, el mercado de software de virtualización crecerá de 85 830 millones de dólares en 2024 a 100 190 millones de dólares en 2025 a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 16,7 %¹.

Los avances en la edge computing, la contenerización, la adopción de nube híbrida y multinube, el creciente enfoque en la seguridad y el cumplimiento están impulsando este crecimiento. Otras tendencias emergentes que contribuyen al mercado de la virtualización incluyen la Integración del Internet de las cosas (IoT), inteligencia artificial (IA) y machine learning (ML).

La virtualización ofrece numerosos beneficios tanto a los centros de datos en las instalaciones como a los basados en la nube que dan soporte a las operaciones, incluyendo los siguientes:

• Eficiencia de los recursos

• Gestión más sencilla

• Tiempo de inactividad mínimo

• Aprovisionamiento más rápido

• Recuperación ante desastres (DR)

• Rentabilidad

Antes de la virtualización, el personal de TI asignaba una unidad central de procesamiento (CPU) física dedicada a cada servidor de aplicaciones, configurando un servidor independiente para cada aplicación. Este enfoque, que favorecía una aplicación y un sistema operativo por ordenador, se adoptó por su fiabilidad. Sin embargo, cada servidor físico a menudo se infrautilizaba.

Por el contrario, la virtualización permite ejecutar múltiples aplicaciones, cada una con su propia máquina virtual y sistema operativo en un único servidor físico (normalmente un x86 server) sin sacrificar la fiabilidad. Esta capacidad maximiza el uso de la capacidad informática del hardware físico y optimiza la utilización de los recursos.

La sustitución de los ordenadores físicos por máquinas virtuales definidas por software facilita la gestión y la aplicación de políticas a través del software. Esto permite la creación de flujos de trabajo automatizados de gestión de servicios de TI. Por ejemplo, las herramientas de implementación y configuración automatizadas permiten a los administradores definir las máquinas virtuales y las aplicaciones como servicios en plantillas de software, que pueden implementar consistentemente sin necesidad de configuración manual.

Además, las políticas de seguridad de la virtualización pueden aplicar configuraciones de seguridad basadas en el papel de la máquina virtual. Estas políticas también pueden aumentar la eficiencia de recursos al desmantelar las máquinas virtuales no utilizadas, ahorrando espacio y potencia informática.

Las caídas del sistema operativo y de las aplicaciones pueden provocar tiempo de inactividad, interrumpiendo la productividad de los usuarios. La virtualización permite a los administradores ejecutar múltiples máquinas virtuales redundantes junto con ellas y hacer conmutación por error entre ellas cuando surgen problemas. La ejecución de varios servidores físicos redundantes sería mucho más costosa.

La configuración del hardware para cada aplicación puede llevar mucho tiempo. Sin embargo, si el hardware ya está instalado, el aprovisionamiento de máquinas virtuales para ejecutar aplicaciones es significativamente más rápido. El software de gestión de máquinas virtuales puede ahora automatizar este proceso, agilizando los flujos de trabajo.

La virtualización optimiza la recuperación ante desastres al permitir una rápida restauración de los servicios con un tiempo de inactividad mínimo. Dado que las máquinas virtuales se pueden mover, replicar o respaldar fácilmente, restaurar los sistemas a su estado operativo es más rápido y eficiente en comparación con los servidores físicos tradicionales.

La virtualización ayuda a reducir los costes de adquisición de hardware, mantenimiento y consumo de energía. La consolidación de servidores físicos en máquinas virtuales reduce la necesidad de hardware adicional, ahorrando tanto capital como gastos operativos.

Para obtener más información sobre los beneficios de la virtualización, consulte "Cinco beneficios de la virtualización".

La virtualización se basa en varios componentes clave para crear y gestionar entornos virtuales. Cada uno de ellos desempeña un papel vital a la hora de garantizar la asignación eficaz de recursos para que varias máquinas virtuales puedan ejecutarse simultáneamente sin interferencias.

• Máquina física (servidor/ordenador)

• Máquinas virtuales (VM)

• Hipervisor

La máquina física, también conocida como "máquina anfitriona", es el hardware (por ejemplo, servidor o computadora) que proporciona recursos de CPU, memoria, almacenamiento y red para las máquinas virtuales.

Una máquina virtual (VM) es un entorno virtual que simula un ordenador físico en forma de software. Las máquinas virtuales suelen denominarse invitados, con una o más máquinas "invitadas" ejecutándose en una máquina host.

Las máquinas virtuales suelen constar de varios archivos, incluida la configuración, el almacenamiento para el disco duro virtual y otras dependencias. Al compartir los recursos del sistema entre máquinas virtuales, la virtualización ofrece escalabilidad bajo demanda, eficiencia y ahorro de costes.

Un hipervisor es la capa de software que coordina las máquinas virtuales. Sirve como interfaz entre la VM y el hardware físico subyacente, asegurando que cada una tenga acceso a los recursos físicos que necesita para ejecutar. También se asegura de que las máquinas virtuales no interfieran entre sí invadiendo el espacio de memoria o los ciclos de cálculo de las demás.

Existen dos tipos de hipervisores:

• Hipervisores de tipo 1: los hipervisores de tipo 1 o "bare-metal" interactúan con los recursos subyacentes, sustituyendo por completo al sistema operativo tradicional. Aparecen con mayor frecuencia en escenarios de servidores virtuales en los que se crea un servidor basado en software dividiendo un servidor físico en segmentos más pequeños y autónomos, cada uno capaz de ejecutar su propio sistema operativo y aplicaciones.

• Hipervisores de tipo 2: los hipervisores de tipo 2 se ejecutan como una aplicación en un sistema operativo existente. Los hipervisores de tipo 2 se utilizan con mayor frecuencia en dispositivos de endpoint para ejecutar sistemas operativos invitados, pero conllevan una sobrecarga de rendimiento porque deben utilizar el sistema operativo host para acceder y coordinar los recursos de hardware subyacentes.

Los hipervisores de tipo 2 se ejecutan como una aplicación en un sistema operativo existente. Se utilizan más comúnmente en dispositivos de endpoint para ejecutar sistemas operativos alternativos, y conllevan una sobrecarga de rendimiento porque deben utilizar el sistema operativo del host para acceder y coordinar los recursos de hardware subyacentes.

Más allá de la virtualización de servidores, se pueden virtualizar muchos tipos diferentes de infraestructura de TI para ofrecer ventajas significativas a los administradores de TI en particular y a la empresa en su conjunto. Estos tipos de virtualización incluyen lo siguiente:

• Virtualización de escritorios

• Virtualización de redes

• Virtualización del almacenamiento

• Data Virtualization

• Virtualización de aplicaciones

• Virtualización de centros de datos

• Virtualización de CPU

• Virtualización de GPU

• Virtualización de Linux

• Virtualización en la nube

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

Hay dos tipos de virtualización de escritorios:

• Infraestructura de escritorio virtual: la infraestructura de escritorio virtual (VDI) ejecuta varios escritorios en máquinas virtuales en un servidor central y los transmite a los usuarios que se conectan en dispositivos de cliente ligero. De este modo, la VDI permite a una organización proporcionar a sus usuarios acceso a varios sistemas operativos desde cualquier dispositivo (por ejemplo, un ordenador portátil o un ordenador de sobremesa), sin necesidad de instalar el SO localmente en cada dispositivo.

• Virtualización de escritorios locales: la virtualización de escritorios locales ejecuta un hipervisor en un ordenador local, lo que permite al usuario ejecutar uno o más sistemas operativos adicionales en ese ordenador y cambiar de un sistema operativo a otro según sea necesario sin cambiar nada en el sistema operativo principal.

Para obtener más información sobre los escritorios virtuales, consulte"¿Qué es el escritorio como servicio (DaaS)?”

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, enrutadores) y los abstrae en software que se ejecuta en un hipervisor. El administrador de la red virtual puede modificar y controlar estos elementos sin tocar los componentes físicos subyacentes, lo que simplifica enormemente la gestión de la red.

Los tipos de virtualización de red incluyen:

• Redes definidas por software (SDN): el enfoque de arquitectura de red de redes definidas por software virtualiza el hardware que controla el enrutamiento del tráfico de red. Lo hace a través de una plataforma centralizada denominada plano de control, que ayuda a gestionar la infraestructura informática y a dirigir el tráfico de la red.

• Virtualización de funciones de red: la virtualización de funciones de red virtualiza uno o más dispositivos de hardware que proporcionan una función de red específica (por ejemplo, firewall, equilibrador de carga, analizador de tráfico), lo que facilita la configuración, el aprovisionamiento y la gestión de esos componentes.

La virtualización de almacenamiento permite acceder y gestionar todos los dispositivos de almacenamiento en la red, ya estén instalados en servidores individuales o en unidades de almacenamiento autónomas, como un único dispositivo de almacenamiento. En concreto, la virtualización del almacenamiento consolida todos los bloques de almacenamiento en un único grupo compartido desde el que se pueden asignar a cualquier máquina virtual de la red según sea necesario. La virtualización de almacenamiento facilita la provisión de almacenamiento para las máquinas virtuales y aprovecha al máximo todo el almacenamiento disponible en la red.

Los proveedores de servicios cloud confían en la virtualización de almacenamiento para ofrecer servicios de almacenamiento en la nube, incluidos el almacenamiento en bloques, el almacenamiento de objetos y el almacenamiento de archivos.

Las empresas modernas almacenan datos de múltiples aplicaciones utilizando varios formatos de archivo en numerosas ubicaciones, que van desde la nube hasta los sistemas de hardware y software on-premises. La virtualización de datos permite que cualquier aplicación acceda a todos esos datos, independientemente de su origen, formato o 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 traduce la solicitud o consulta de datos de una aplicación según sea necesario y devuelve resultados que pueden abarcar varios sistemas. La virtualización de datos puede ayudar a romper los silos de datos cuando otros tipos de integración no son factibles, deseables o asequibles.

La virtualización de aplicaciones ejecuta el software de la aplicación sin instalarlo directamente en el sistema operativo del usuario. Esta tecnología difiere de la virtualización completa del escritorio porque sólo la aplicación se ejecuta en un entorno virtual, el sistema operativo del dispositivo del usuario final funciona como de costumbre.

Hay tres tipos de virtualización de aplicaciones:

• Virtualización de la aplicación local: en este caso, toda la aplicación se ejecuta en el endpoint, pero lo hace en un tiempo de ejecución en lugar de en el hardware nativo.

• Transmisión de aplicación: con la transmisión de aplicación, la aplicación se encuentra en un servidor que envía pequeños componentes de software para que se ejecuten en el dispositivo del usuario final cuando es necesario.

• Virtualización de aplicaciones basada en servidor: en este caso, la aplicación se ejecuta íntegramente en un servidor que solo envía su interfaz de usuario al dispositivo cliente.

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

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

La virtualización de la unidad central de procesamiento (CPU) es la tecnología fundamental que hace posibles los hipervisores, las máquinas virtuales y los diferentes sistemas operativos. Permite dividir una única CPU en varias CPU virtuales para su uso por 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 admiten la virtualización de la CPU, lo que mejora el rendimiento de las máquinas virtuales.

Una unidad de procesamiento gráfico (GPU) es un procesador multinúcleo especial que mejora el rendimiento informático general al asumir el procesamiento gráfico o matemático de alta resistencia. La virtualización de GPU permite que varias máquinas virtuales utilicen toda o parte de la potencia de procesamiento de una sola GPU para acelerar el vídeo, la IA y otras aplicaciones con uso intensivo de gráficos o matemáticas.

Los dos tipos principales de GPU en entornos virtualizados son:

• GPU de paso: estas GPU ponen toda la GPU a disposición de un único sistema operativo invitado.

• vGPU compartidas: las vGPU compartidas distribuyen los núcleos físicos de la GPU entre varias GPU virtuales (vGPU) para su uso por máquinas virtuales basadas en servidor.

Linux incluye su propio hipervisor, la máquina virtual basada en núcleo(KVM), que soporta las extensiones de procesadores de virtualización de Intel y AMD para crear máquinas virtuales basadas en x86 desde el sistema operativo anfitrión de Linux.

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

Al virtualizar servidores, almacenamiento y otros recursos físicos del centro de datos, los proveedores de cloud computing pueden ofrecer una gama de servicios a los clientes, incluidos los siguientes: 

• Infraestructura como servicio (IaaS): el modelo de entrega IaaS proporciona recursos virtualizados de servidor, almacenamiento y red que puede configurar según sus necesidades.

• Plataforma como servicio (PaaS): el modelo de servicio PaaS ofrece herramientas de desarrollo virtualizadas, bases de datos y otros servicios basados en la nube que puede utilizar para crear sus propias aplicaciones y soluciones basadas en la nube.

• Software como servicio (SaaS): software como servicio se refiere a aplicaciones alojadas en la nube. SaaS es el servicio basado en la nube más utilizado.  

Para obtener más información sobre estos modelos de servicios cloud, consulte nuestra página de temas: "IaaS vs. PaaS vs. SaaS".

La virtualización de servidores reproduce un ordenador completo en hardware, que luego ejecuta un sistema operativo completo. El sistema operativo ejecuta una aplicación. Eso es más eficiente que no tener virtualización alguna, pero aún así duplica código y servicios innecesarios para cada aplicación que quieras ejecutar.

Los contenedores adoptan un enfoque alternativo. Comparten un núcleo de sistema operativo subyacente y sólo ejecutan la aplicación y sus dependencias, como las bibliotecas de software y las variables de entorno. Esta característica hace que los contenedores sean más pequeños y más rápidos de implementar.

Consulte la entrada de blog "Contenedores vs. máquinas virtuales: ¿cuál es la diferencia?” para una comparación más detallada.

Este vídeo, "Explicación de la contenerización", desglosa los conceptos básicos de la contenerización y cómo se compara con la virtualización a través de máquinas virtuales.

La virtualización ofrece numerosos beneficios de seguridad. Por ejemplo, las máquinas virtuales infectadas con malware se pueden revertir a un punto en el tiempo (llamado instantánea) en el que la máquina virtual no estaba infectada y era estable; también se pueden eliminar y volver a crear más fácilmente. No siempre se puede desinfectar un sistema operativo no virtualizado porque el malware suele estar profundamente integrado en los componentes principales del sistema operativo y persiste más allá de las reversiones del sistema.

Las características de seguridad para proteger las máquinas virtuales y su hardware físico subyacente incluyen controles de acceso, actualizaciones periódicas, segmentación de la red y cifrado. Además, las soluciones de seguridad basadas en software proporcionan herramientas de monitorización de máquinas virtuales que abordan el cumplimiento, proporcionan detección de amenazas en tiempo real y mucho más.

Numerosas empresas ofrecen soluciones de virtualización especializadas adaptadas a diferentes casos de uso, incluida la virtualización de servidores, escritorios y aplicaciones. Estas son algunas de las soluciones más destacadas del mercado:

• VMware: un líder en servidor, escritorio, red y virtualización de almacenamiento, VMware es conocido por su fiabilidad y herramientas ricas en características. Su hipervisor ESXi, en particular, ha sido ampliamente adoptado en entornos empresariales.

• Oracle VirtualBox: Oracle VirtualBox es una plataforma de virtualización de escritorio de código abierto, una opción popular para particulares y pequeñas empresas que buscan ejecutar varios sistemas operativos en una sola máquina.

• Citrix: conocido por su fortaleza en la virtualización de aplicaciones, Citrix también ofrece soluciones de servidor y escritorio virtual, proporcionando una plataforma para organizaciones que necesitan acceso remoto y entrega centralizada de aplicaciones.

• Microsoft Hyper-V: integrado en Microsoft Windows, Hyper-V ofrece un producto rentable de virtualización de servidores y escritorios.

• Red Hat Virtualización: construida sobre KVM, Red Hat Virtualización ofrece una plataforma de nivel empresarial para virtualización de servidores y escritorios con un enfoque en plataformas de código abierto.