Hipervisores

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Hipervisores

La computación en la nube no sería posible sin la virtualización. La virtualización no sería posible sin el hipervisor. Esta delgada capa de software soporta todo el ecosistema de la nube.

¿Qué son los hipervisores?

Antes de que los hipervisores se volvieran comunes, la mayoría de las computadoras físicas sólo podían ejecutar un sistema operativo (SO) a la vez. Esto los hacía estables debido a que el hardware de computación sólo tenía que manejar las solicitudes de ese sistema operativo. La desventaja de este abordaje era que desperdiciaba recursos porque el sistema operativo no podía siempre utilizar toda la energía de la computadora.

Un hipervisor soluciona ese problema. Es una pequeña capa de software que permite que múltiples sistemas operativos se ejecuten juntos, compartiendo los mismos recursos de computación física. Estos sistemas operativos vienen como máquinas virtuales (VM), archivos que imitan un completo entorno de hardware de computación en software.

El hipervisor, también conocido como monitor de máquina virtual (VMM), gestiona estas máquinas virtuales a medida que se ejecutan junto con las demás. Separa las VM de una de forma lógica, asignando cada una de sus propias porciones de potencia de computación, memoria y almacenamiento subyacentes. Esto evita que las VM interfieran entre sí. Así que si, por ejemplo, un SO sufre un bloqueo o un problema de seguridad, los demás sobreviven.

Para explorar más 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 este video, "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 para hacer de los hipervisores un producto de bajo costo en el espacio empresarial, pero todavía hay factores diferenciadores que deben guiar su elección. Esto es lo que hay que buscar:

  • Rendimiento: busque datos de referencia que muestren lo bien que el hipervisor se desempeña en un entorno de producción. Idealmente, los hipervisores bare-metal deben dar soporte al rendimiento del sistema operativo invitado cerca de las velocidades nativas.
  • Ecosistema: necesitará buena documentación y soporte técnico para implementar y gestionar hipervisores en varios servidores físicos a escala. Además, busque una comunidad saludable de desarrolladores terceros que puedan dar soporte al hipervisor con sus propios agentes y plugins que ofrecen funciones, como el análisis de capacidad de copia de seguridad y restauración y la gestión de errores.
  • Herramientas de gestión: la ejecución de VM no es lo único que debe gestionar cuando se utiliza un hipervisor. Debe suministrar las máquinas virtuales, mantenerlas, auditarlas y limpiar las que no se utilicen para evitar la "expansión de la 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: esto le permite mover máquinas virtuales entre hipervisores en máquinas físicas diferentes sin detenerlas, lo que puede ser útil tanto para el proceso de conmutación por error como para equilibrar la carga de trabajo.
  • Costo: considere la estructura de costos y comisiones implicadas en la licencia de la tecnología de hipervisor. No sólo piense en el costo del hipervisor en sí. El software de gestión que lo hace escalable 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 lo despliega en la nube o localmente.

Tipo 1 vs. Tipo 2

Hay dos categorías amplias 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, interactuando directamente 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 sistema principal.

  • Ventajas: los hipervisores de Tipo 1 son altamente eficientes porque tienen acceso directo al hardware físico. Esto también aumenta su seguridad, porque no hay nada entre ellos y la CPU que un atacante podría comprometer.
  • Inconvenientes: un hipervisor de Tipo 1 a menudo necesita una máquina de gestión independiente para administrar distintas máquinas virtuales y controlar el hardware de 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 muestran en entornos basados en servidor. En su lugar, son adecuados para usuarios individuales de PC que necesitan ejecutar varios sistemas operativos. Los ejemplos incluyen ingenieros, profesionales de seguridad que analizan malware y usuarios empresariales que necesitan acceso a aplicaciones sólo disponibles en otras plataformas de software.

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

  • Ventajas: un hipervisor de Tipo 2 permite un acceso rápido y fácil a un sistema operativo invitado alternativo junto con el sistema principal que se ejecuta en el sistema principal. 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.
  • Inconvenientes: un hipervisor de Tipo 2 debe acceder a recursos informáticos, de memoria y de red a través del sistema operativo principal, que tiene acceso primario a la máquina física. Esto introduce problemas de latencia, lo que afecta al rendimiento. También introduce riesgos de seguridad potenciales si un atacante compromete el sistema operativo principal porque entonces 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) que apunta a la virtualización de servidor en el centro de datos. ESXi gestiona colecciones de máquinas virtuales de 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 nube empresarial adquirirán una licencia de vSphere, un sistema más completo que incluye una licencia para el servidor vCenter de VMware. Este es un servidor separado que se utiliza para administrar los entornos de vSphere que se ejecutan en hosts físicos. VSphere puede ejecutarse en un entorno de nube local privado o en una configuración de nube alojada.

VMware también ofrece dos familias principales de productos de hipervisor de tipo 2 para usuarios de desktop 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 viene en 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, al igual que Fusion. Workstation Player sólo 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 uso en sistemas Windows. Se suministró en 2008 como parte de Windows Server, lo que significa que los clientes necesitaban instalar todo el sistema operativo Windows para utilizarlo. Posteriormente, Microsoft hizo disponible una versión dedicada a Hyper-V Server, que se publicó en Windows Server Core. Esto ha permitido 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, a pesar de 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. A continuación, 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 sistemas operativos Linux y Windows. XenServer nació del Proyecto de código abierto Xen (enlace externo a IBM).

Hipervisores de código abierto

Algunos hipervisores, como KVM, proceden de proyectos de código abierto. Los lazos de Red Hat con la comunidad de código abierto han convertido a KVM en el núcleo de todas las principales distribuciones de virtualización de OpenStack y Linux.

Los hipervisores de código abierto también están disponibles en configuraciones gratuitas. KVM se puede descargar por sí mismo o como parte de la solución de virtualización de código abierto de 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. Comenzó como un proyecto en la Universidad de Cambridge y su equipo posteriormente lo comercializó mediante la fundación de XenSource, que Citrix compró en 2007.

En 2013, el proyecto de código abierto se convirtió en un proyecto colaborativo bajo la Fundación Linux. Muchos proveedores de servicios de nube utilizan Xen para alimentar sus ofertas de productos.

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

Hipervisor KVM

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

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

Descubra más sobre KVM(enlace externo a IBM) de Red Hat.

Hipervisor de Red Hat

Red Hat basa su Red Hat Enterprise Virtualization Hypervisor en el hipervisor KVM. Su solución de virtualización crea instalaciones adicionales alrededor del hipervisor. Esto incluye un gestor de virtualización que proporciona un sistema de gestión centralizado con una interfaz gráfica de usuario basada en la búsqueda y tecnologías de virtualización seguras que fortalecen al hipervisor contra ataques dirigidos al host o a máquinas virtuales. El hipervisor de Red Hat puede ejecutar muchos sistemas operativos, incluyendo Ubuntu.

Integración de desktop virtual (VDI)

Los hipervisores de Tipo 1 pueden virtualizar más que sólo los sistemas operativos del servidor. También pueden virtualizar sistemas operativos de desktop para empresas que desean gestionar de forma centralizada sus recursos de TI de usuario final.

La integración de desktop virtual (VDI) permite a los usuarios trabajar en desktops que se ejecutan dentro de máquinas virtuales en un servidor central, lo que facilita que el personal de TI administre y mantenga sus OS.

En este entorno, un hipervisor ejecutará varios desktops virtuales. Cada desktop se encuentra en su propia VM, que se encuentra en colecciones conocidas como agrupaciones de desktop virtuales. Cada máquina virtual sirve a un único usuario que accede a ella a través de la red.

El punto final del usuario puede ser un cliente ligero relativamente barato o un dispositivo móvil. Esto les da la ventaja de un acceso consistente al mismo sistema operativo de desktop. 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, a continuación, se coordina con el hipervisor para obtener un desktop virtual adecuado de la agrupación.

Productos como VMware Horizon proporcionan toda esta funcionalidad en un único producto entregado desde su propio servicio, localmente o a través de un proveedor de servicios en la nube hospedado.

Resolución de problemas

Debido a que hay tantas marcas diferentes de hipervisor, la resolución de problemas de cada uno de ellos implicará una visita a las páginas de soporte propias del proveedor y un arreglo específico del producto. Sin embargo, algunos problemas comunes incluyen no poder iniciar todas las máquinas virtuales. Esto puede suceder cuando se agotan los recursos de hardware físico del host. Para solucionar este problema, puede añadir más recursos al sistema principal 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 VM son una parte esencial de una solución de hipervisor empresarial, pero el software de gestión de hipervisor puede permitirle retrotraer el archivo al último punto de comprobación válido y colocarlo en funcionamiento de esa forma. Sin embargo, esto puede significar perder parte de su trabajo.

Hipervisores e IBM

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

IBM da soporte a una variedad de productos de virtualización en la nube. IBM Cloud Virtual Servers se gestionan completamente y se pueden personalizar, con opciones para escalar a medida que crecen sus necesidades de computación.

Si actualmente está ejecutando la virtualización localmente, vea las soluciones de la asociación con IBM VMware.

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