¿Qué son los hipervisores?

A veces llamado monitor de máquina virtual (VMM), el hipervisor administra las VM a medida que se ejecutan entre sí. Separa las VM entre sí de manera lógica, asignando a cada una su propia porción de la potencia informática, la memoria y el almacenamiento subyacentes. Esto evita que las VM interfieran entre sí. Por ejemplo, si un sistema operativo sufre un bloqueo o un compromiso de seguridad, los demás sobreviven.

Antes de que los hipervisores se generalizaran, la mayoría de las computadoras físicas solo podían ejecutar un sistema operativo a la vez. Esto los hizo estables porque el hardware informático solo tenía que manejar las solicitudes de ese sistema operativo. La desventaja de este enfoque era que desperdiciaba recursos porque el sistema operativo solo a veces puede usar toda la energía de la computadora.

Un hipervisor resuelve ese problema. Es una pequeña capa de software que permite que múltiples instancias de sistemas operativos se ejecuten una junto a la otra, compartiendo los mismos recursos de computación físicos. Este proceso se denomina virtualización, y las instancias del sistema operativo denominadas máquinas virtuales son emulaciones de software de computadoras físicas que se ejecutan en la máquina host.

El término máquina virtual se emplea a veces indistintamente con el de servidor virtual, pero no son lo mismo. Los servidores virtuales también son posibles gracias a los hipervisores que actúan como una capa entre el hardware físico y varios entornos virtuales únicos. Pero los servidores virtuales replican servidores bare metal físicos para aplicaciones, como servidores web, servidores de nombres de dominio, servidores proxy, etc. En cambio, las VM crean representaciones virtuales de computadoras físicas.

Los hipervisores proporcionan la base para las prácticas de virtualización modernas y son cruciales para los entornos modernos de centros de datos, computación en la nube y escritorio.

Hoy en día, la virtualización es una práctica habitual en la infraestructura de TI de las empresas y es la tecnología que impulsa la economía de la computación en la nube. El software de virtualización, incluidos los hipervisores, permite a los proveedores de la nube dar servicio a los usuarios con su hardware informático físico existente. Los usuarios de la nube pueden adquirir solo los recursos informáticos que necesitan, cuando los necesitan, y ampliarlos de forma rentable a medida que crecen sus cargas de trabajo.

Todos los principales proveedores de servicios en la nube —Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, IBM Cloud, Microsoft Azure— confían en la tecnología de virtualización para ofrecer servicios basados en la nube como infraestructura como servicio (IaaS), software como servicio (SaaS) y plataforma como servicio (PaaS).

La tecnología de virtualización también es crítica para la automatización y respalda la creación de flujo de trabajo de gestión de servicios de TI. Por ejemplo, la virtualización ayuda a automatizar tareas, como el despliegue y la configuración, y también puede contribuir a la seguridad y a la eficiencia de los recursos.

Además, la tecnología de virtualización, como los hipervisores, admite la hiperautomatización, el concepto de automatizar todo en una organización que se pueda automatizar. Las organizaciones que adoptan la hiperautomatización buscan agilizar los procesos en toda su empresa utilizando la IA, automatización de procesos robóticos (RPA) y otras tecnologías para que funcionen sin intervención humana.

Según un informe de Research and Markets, el mercado global de virtualización de centros de datos se estimó en 7300 millones USD en 2023 y se proyecta que alcance los 21 100 millones USD para 2030, creciendo a una CAGR del 16.3 % de 2023 a 2030.¹

A continuación, se enumeran algunas de los principales beneficios que puede ofrecer un hipervisor:

Eficiencia

Los hipervisores ayudan a garantizar la máxima eficiencia de los recursos al permitir que varias VM utilicen el mismo hardware físico, optimizando así el uso de los recursos de hardware.

Escalabilidad

Los hipervisores pueden crear, desplegar y retirar máquinas virtuales casi al instante. Esta capacidad permite a las organizaciones responder rápidamente a las cargas de trabajo cambiantes y satisfacer las demandas empresariales.

Ahorro de costos

Los hipervisores permiten que varias máquinas virtuales se ejecuten en una máquina física. Esta consolidación ahorra costos al reducir los gastos de hardware. También reduce la cantidad de energía consumida, lo que reduce los costos de energía y disminuye la footprint general asociada con los centros de datos.

Portabilidad

Los hipervisores separan las máquinas virtuales de las físicas, lo que facilita la migración de las máquinas virtuales. Esta característica crea portabilidad y permite a los equipos informáticos cambiar las cargas de trabajo y asignar recursos entre máquinas o plataformas.

Mayor seguridad

Los hipervisores aíslan las máquinas virtuales entre sí y de la máquina host, reduciendo así la superficie de ataque. Los hipervisores también pueden tomar instantáneas del estado de una VM, lo que permite a los usuarios restaurar la VM, crear una copia de seguridad o moverla a un host diferente.

Recuperación ante desastres

En caso de un desastre, los hipervisores ayudan a las organizaciones a evitar interrupciones al permitir la replicación rápida o la clonación de una máquina virtual. Este soporte de recuperación ante desastres mejora significativamente la resiliencia del entorno y la continuidad de negocio.

Como ya se explicó, los hipervisores proporcionan una capa entre una VM y el hardware físico subyacente, lo que ayuda a garantizar que cada uno tenga acceso a los recursos físicos que necesita para ejecutarse.

El proceso comienza cuando la máquina host ejecuta un hipervisor y lo instala como una aplicación en la máquina, donde interactúa con el sistema operativo de la máquina host. Luego, el hipervisor carga los sistemas operativos cliente de las máquinas virtuales, creando entornos virtuales aislados en las máquinas host.

El hipervisor actúa como intermediario entre las máquinas virtuales y el hardware físico, asignando recursos, como memoria, ancho de banda y almacenamiento para cada máquina virtual. El hardware físico sigue controlando la ejecución de los recursos. Por ejemplo, la unidad central de procesamiento (CPU) sigue ejecutando las instrucciones de la CPU según lo solicitado por las máquinas virtuales mientras el hipervisor gestiona la programación.

Tanto las máquinas físicas como las VM suelen comunicarse con el hipervisor a través de llamadas de interfaz de programación de aplicaciones (API), protocolos que permiten que las aplicaciones de software se comuniquen entre sí para intercambiar datos.

Hay dos tipos principales de hipervisores: tipo 1 y tipo 2.

Diferencias entre hipervisores tipo 1 y tipo 2

Tipo 1

• Se ejecuta directamente sobre el hardware
• Ofrece mejor rendimiento y eficiencia
• Es ideal para entornos empresariales
• Requiere configuración más compleja
• Tiene mayor seguridad al tener menos capas

Tipo 2

• Corre sobre un sistema operativo
• Es más lento por la capa adicional del sistema operativo
• Se utiliza más en pruebas y uso personal
• Es más sencillo de instalar y usar
• Depende de la seguridad del sistema operativo host

Un hipervisor de tipo 1 se ejecuta directamente en el hardware físico de la computadora subyacente, interactuando directamente con su unidad central de procesamiento (CPU), memoria y almacenamiento físico. Por este motivo, los hipervisores de tipo 1 también se denominan hipervisores bare metal o hipervisores nativos. Un hipervisor de tipo 1 reemplaza al sistema operativo host.

Los hipervisores de tipo 1 son muy eficientes porque acceden directamente al hardware físico. Esta capacidad también aumenta su seguridad porque no hay nada entre ellos y la CPU que un atacante pueda comprometer. Sin embargo, un hipervisor de tipo 1 a menudo requiere una máquina de gestión independiente para gestionar diferentes VM y controlar el hardware del host.

Un hipervisor de tipo 2, también conocido como hipervisor incrustado o alojado, no se ejecuta directamente en el hardware subyacente. Se ejecuta más bien como una aplicación en un sistema operativo. Los hipervisores de tipo 2 rara vez aparecen en entornos basados en servidor. En cambio, son adecuados para usuarios de PC individuales que necesitan ejecutar múltiples sistemas operativos. Algunos ejemplos son los ingenieros, los profesionales de seguridad que analizan el malware y usuarios empresariales que necesitan acceso a aplicaciones solo disponibles en otras plataformas de software.

Los hipervisores de tipo 2 a menudo cuentan con kits de herramientas adicionales para que los usuarios los instalen en el sistema operativo invitado. Estas herramientas proporcionan conexiones mejoradas entre el sistema operativo invitado y el sistema operativo host, lo que a menudo permite al usuario cortar y pegar entre los dos o acceder a los archivos y carpetas del sistema operativo host desde la VM invitada.

Un hipervisor de tipo 2 permite un acceso rápido y fácil a un sistema operativo invitado alternativo junto con el principal que se ejecuta en el sistema host: esta capacidad admite productividad del usuario final. Un consumidor puede usarlo para acceder a sus herramientas favoritas de desarrollo basadas en Linux mientras usa un sistema de dictado que solo se encuentra en Windows, por ejemplo.

Sin embargo, debido a que un hipervisor de tipo 2 debe acceder a los recursos de cómputo, memoria y red a través del sistema operativo host, introduce problemas de latencia que pueden afectar el rendimiento. También presenta posibles riesgos de seguridad si un atacante compromete el sistema operativo host porque podría manipular cualquier sistema operativo invitado que se ejecute en el hipervisor de tipo 2.

Los hipervisores de tipo 1 pueden virtualizar más que solo sistemas operativos de servidor. También pueden virtualizar sistemas operativos de escritorio para empresas que desean gestionar centralmente sus recursos de TI para usuarios finales. Conocida como escritorio como servicio (DaaS), esta tecnología ofrece entornos completos de virtualización de escritorio, incluidos sistemas operativos, aplicaciones, archivos y preferencias de usuario desde la nube.

La integración de escritorios virtuales (VDI) permite a los usuarios trabajar en escritorios que se ejecutan dentro de máquinas virtuales en un servidor central, lo que facilita al personal de TI la gestión y el mantenimiento de sus sistemas operativos.

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

El endpoint del usuario puede ser un cliente liviano relativamente económico o un dispositivo móvil. Esto brinda la ventaja de un acceso constante 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 cambio, acceden a un agente de conexión que luego se coordina con el hipervisor para obtener un escritorio virtual apropiado del grupo.

Hoy en día, existen muchos hipervisores en el mercado. Estas son algunas de las principales soluciones propiedad de los proveedores.

VMware ESXi (Elastic Sky X Integrated) es un hipervisor de tipo 1 (o bare metal) dirigido a la virtualización de servidores en el centro de datos. ESXi administra colecciones de máquinas virtuales VMware.

Nota: Broadcom adquirió VMware en 2023 y ya no ofrece su versión gratuita de VMware ESXi (anteriormente, parte de su oferta gratuita de virtualización de servidores virtuales VMware vSphere). Desde la adquisición, Broadcom ha hecho la transición de VMware de licencias perpetuas y renovaciones de soporte y suscripción (SNS) a un modelo de precios basado en suscripción.² VMware vSphere pasó a llamarse VMware vSphere Foundation (VVF), una plataforma de virtualización empresarial, disponible como una oferta de software de suscripción paga.

Este hipervisor es compatible con computadoras de escritorio y computadora portátil que ejecutan sistemas operativos Windows y Linux.

También para usuarios de escritorio y computadora portátil, este hipervisor es la oferta centrada en MacOS de la empresa, que permite a los usuarios de Mac ejecutar una amplia gama de sistemas operativos invitados. VMware Fusion Pro es gratis para uso personal y de pago para uso comercial.

Nota: VMware suspendió Workstation Player y VMware Fusion Player desde que lanzó VMware Workstation Pro y Fusion Pro.³

VirtualBox es un hipervisor de tipo 2 que se ejecuta en sistemas operativos Linux, Mac OS y Windows.

Nota: Oracle heredó este producto cuando compró Sun Microsystems en 2010.

Parallels Desktop es una tecnología de hipervisor que permite a los usuarios ejecutar sistemas operativos (como Linux o Windows) y otras aplicaciones en un Mac.

Hyper-V es el hipervisor de Microsoft diseñado para su uso en sistemas Windows. Se envió en 2008 como parte de Windows Server, lo que significaba que los clientes necesitaban instalar todo el sistema operativo Windows para usarlo. Posteriormente, Microsoft puso a disposición una versión dedicada llamada Hyper-V Server, que se ejecutaba en Windows Server Core. Esto permitió a los administradores ejecutar Hyper-V sin instalar la versión completa de Windows Server. Hyper-V también está disponible en clientes de Windows.

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

Citrix Hypervisor (anteriormente, Xen Server del proyecto de código abierto Xen) es un hipervisor comercial de tipo 1 que admite los sistemas operativos Linux y Windows.

Las tecnologías de hipervisor de código abierto ofrecen rentabilidad, opciones de personalización y un sólido apoyo de la comunidad. Los hipervisores de código abierto más populares incluyen los siguientes.

Este hipervisor de código abierto tipo 1 se ejecuta en arquitecturas Intel y ARM. Comenzó como un proyecto en la Universidad de Cambridge y luego su equipo lo comercializó y fundó XenSource, que Citrix compró en 2007.⁴

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

Xen admite varios tipos de virtualización, incluidos entornos asistidos por hardware que utilizan Intel VT y AMD-V. También es compatible con la paravirtualización, que ajusta el sistema operativo invitado a fin de que funcione con un hipervisor, lo que mejora el rendimiento.

KVM es un hipervisor de tipo 1 basado en Linux que se puede agregar a la mayoría de los sistemas operativos Linux, incluidos Ubuntu, SUSE y Red Hat Enterprise Linux (RHEL).

Linux también tiene capacidades de hipervisor integradas directamente en el kernel de Linux. La máquina virtual basada en kernel (KVM) pasó a formar parte de la línea principal del kernel de Linux en 2007 y complementa a QEMU, un hipervisor que emula el procesador de la máquina física completamente en software. Es compatible con la mayoría de los sistemas operativos Linux más comunes, incluidos Solaris y Windows.

KVM es compatible con las extensiones de virtualización que Intel y AMD incorporaron en sus arquitecturas de procesadores para admitir mejor a los hipervisores. Estas extensiones, llamadas Intel VT y AMD-V, respectivamente, permiten que el procesador ayude al hipervisor a gestionar varias VM. Cuando estas extensiones están disponibles, el kernel de Linux puede utilizar KVM. De lo contrario, vuelve a QEMU.

KVM también se puede descargar por sí solo o como parte de la solución gratuita de virtualización de código abierto oVirt.

Red Hat OpenShift Virtualization se basa en KubeVirt, un proyecto de código abierto que permite ejecutar máquinas virtuales en una plataforma de contenedores administrada por Kubernetes. KubeVirt ofrece virtualización nativa de contenedores mediante el uso de un KVM dentro de un contenedor Kubernetes.

OpenShift Virtualization crea facilidades adicionales alrededor del hipervisor KVM. Estas características incluyen un administrador de virtualización que proporciona un sistema de administración centralizado con una interfaz gráfica de usuario basada en búsquedas. La solución también incluye tecnologías de virtualización segura que endurecen el hipervisor contra ataques dirigidos al host o a las VM. El hipervisor de Red Hat puede ejecutar muchos sistemas operativos, incluido Ubuntu.

Nota: Red Hat OpenShift Virtualization es el sucesor de Red Hat Enterprise Virtualization (RHV), que Red Hat anunció que dejará de dar soporte en 2026.⁵

Según se explicó, existen diferentes categorías de hipervisores y múltiples marcas de hipervisores dentro de cada categoría. Si está buscando elegir un hipervisor para su organización o para uso personal, aquí hay algunos factores que deben guiar su elección:

• Desempeño
• Ecosistema
• Herramientas de gestión
• Migración en vivo
• Costo

Busque datos de puntos de referencia que muestren qué tan bien funciona el hipervisor en un entorno de producción. Idealmente, los hipervisores bare metal deberían admitir un rendimiento del sistema operativo invitado cercano a las velocidades nativas.

Necesitará una buena documentación y soporte técnico para implementar y administrar hipervisores en varios servidores físicos a escala. Además, busque una comunidad eficiente de desarrolladores externos que puedan dar soporte al hipervisor con sus propios agentes y complementos que ofrezcan capacidades, como análisis de capacidad de respaldo y restauración, además de gestión de conmutación por error.

La ejecución de máquinas virtuales es una de las muchas cosas que debe administrar cuando utiliza un hipervisor. Debe aprovisionar las máquinas virtuales, mantenerlas, auditarlas y limpiar aquella en desuso para evitar la "proliferación de VM". Asegúrese de que la comunidad de proveedores o terceros admita la arquitectura del hipervisor con herramientas de gestión integrales.

La migración en vivo le permite mover VM entre hipervisores en diferentes máquinas físicas sin detenerlas, lo que puede ser útil tanto para el equilibrio de carga de trabajo como para la conmutación por error.

Considere la estructura de costos y tarifas que implican las licencias de tecnología de hipervisor. No piense solo en el costo del hipervisor en sí. El software de gestión que lo hace escalable para admitir un entorno empresarial a menudo puede resultar costoso. Por último, examine la estructura de licencias del proveedor, que puede cambiar en función de si se despliega en la nube o localmente.