¿Qué es una virtual machine (VM)?

Al emplear los recursos de una sola máquina física, como la memoria, la CPU, la interfaz de red y el almacenamiento, las máquinas virtuales permiten a las empresas ejecutar varias máquinas virtualmente con diferentes sistemas operativos en un solo dispositivo.

En general, las máquinas virtuales se denominan invitado: una o más máquinas "invitadas" se ejecutan en una máquina física llamada máquina "host". La tecnología VM incluye servidores virtuales, instancias de servidores virtuales (VSI) y servidores privados virtuales (VPS).

En un informe de Global Market Insights (GMI), el tamaño del mercado de Virtual Machines superó los 9.500 millones de dólares en 2023. GMI proyecta que este mercado se expanda a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de alrededor del 12 % entre 2024 y 2032, impulsada por la adopción constante de la computación en la nube. A medida que las empresas se trasladan a la nube por su escalabilidad, flexibilidad y rentabilidad, los proveedores de la nube continúan integrando máquinas virtuales y otras tecnologías críticas (por ejemplo, contenedores) para proporcionar una infraestructura de TI constante.

Las máquinas virtuales funcionan mediante virtualización, un proceso de creación de versiones virtuales o basadas en software de recursos (cálculo, almacenamiento, redes, servidores) o aplicaciones.

La virtualización permite un uso más eficiente del hardware informático físico y es fundamental para la computación en la nube.

La virtualización es posible con un hipervisor, también conocido como monitor de máquina virtual (VMM). Esta ligera capa de software administra las máquinas virtuales a medida que se ejecutan entre sí.

El nacimiento de la virtualización se remonta a 1964, cuando IBM diseñó y presentó CP-40, un proyecto experimental de investigación de tiempo compartido para IBM System/360. El CP-40, que luego se convirtió en el CP-67 y luego en Unix, proporcionó hardware informático capaz de admitir múltiples usuarios simultáneos y sentó las bases para las máquinas virtuales.

El 2 de agosto de 1972, IBM implementó lo que muchos consideran como la primera máquina virtual, la VM/370, y los primeros mainframes System/370 que admitieron memoria virtual.

En 1998, VMware (enlace externo a ibm.com) desarrolló el sistema operativo x86, que permitió segmentar una sola máquina en varias máquinas virtuales, cada una con su propio sistema operativo. En 1999, la empresa lanzó VM Workstation 1.0, el primer producto comercial que permitía a los usuarios ejecutar múltiples sistemas operativos como máquinas virtuales en una sola PC.

Hoy en día, la virtualización es una práctica estándar para la infraestructura de TI de nivel empresarial y una fuerza impulsora en la economía de la computación en la nube, lo que permite a las empresas impulsar una mayor utilización de la capacidad y reducir los costos. Toda la infraestructura de TI se puede virtualizar, incluidos los entornos de escritorio, los sistemas operativos, el hardware de almacenamiento, los centros de datos, entre otros.

La virtualización se basa en la tecnología de hipervisores. Esta capa de software ubicada en una computadora o servidor físico (también conocido como servidor bare metal) permite que la computadora física separe su sistema operativo y aplicaciones de su hardware. Estas máquinas virtuales pueden ejecutar sus sistemas operativos y aplicaciones de forma independiente sin dejar de compartir los recursos originales (memoria, RAM, almacenamiento, etc.) del servidor, que gestiona el hipervisor. En esencia, el hipervisor actúa como un policía de tráfico, ya que asigna recursos a las máquinas virtuales y se cerciora de que no se interrumpan entre sí.

Existen dos tipos principales de hipervisores:

• Los hipervisores de tipo 1 se ejecutan directamente en el hardware físico (en general, un servidor), que reemplaza el SO. Normalmente, se emplea un producto de software independiente para crear y manipular VM en el hipervisor. Algunas herramientas de gestión, como vSphere de VMware, le permiten seleccionar un sistema operativo invitado para instalarlo en la VM. Puede usar una VM como plantilla para otras y duplicarla para crear otras nuevas. Según sus necesidades, puede crear varias plantillas de VM para diferentes propósitos, como pruebas de software, bases de datos de producción o entornos de desarrollo. Una máquina virtual basada en kernel (KV) es un ejemplo de hipervisor de tipo 1.
  
  
• Los hipervisores de tipo 2 se ejecutan como una aplicación dentro de un sistema operativo host y, por lo general, se dirigen a plataformas de escritorio o portátiles de un solo usuario. Con un hipervisor de tipo 2, se crea manualmente una VM y se instala un SO invitado en su interior. Puede usar el hipervisor para asignar recursos físicos a su VM, lo cual configura manualmente la cantidad de núcleos de procesador y memoria que puede usar. Según las capacidades del hipervisor, puede establecer opciones, como el aceleramiento 3D para gráficos. Los hipervisores de tipo 2 incluyen VMware Workstation y Oracle VirtualBox.

Además de la clasificación según la gestión del hipervisor, las virtual machines se dividen en dos categorías principales: virtual machines de sistema (también llamadas máquinas de virtualización completa) y virtual machines de proceso.

Las VM del sistema permiten compartir los recursos físicos subyacentes de la máquina entre diferentes máquinas virtuales, cada una de las cuales ejecuta su propio sistema operativo. En contraste, las máquinas virtuales de procesos (también llamadas máquinas virtuales de aplicaciones) ejecutan una aplicación dentro de un SO y admiten un solo proceso. Las máquinas virtuales Java, que ejecutan programas que se compilan en Java, son ejemplos de VM de procesos.

Las VM ofrecen numerosos beneficios con respecto al hardware físico tradicional.

Si bien las VM poseen muchos beneficios, tienen algunas desventajas para considerar.

Las VM tienen una amplia gama de usos tanto para los administradores de TI de las empresas como para los usuarios, entre los que se incluyen los siguientes:

• Habilitar la computación basada en la nube: las VM son la unidad fundamental de la computación en la nube, ya que permiten que docenas de aplicaciones y cargas de trabajo se ejecuten y escalen con éxito.
  
  
• Acelerar la migración de cargas de trabajo : debido a su portabilidad, las VM ayudan a acelerar la migración de cargas de trabajo desde entornos on premises hasta entornos basados en la nube.
  
  
• Acelerar los recorridos a la nube híbrida: las VM proporcionan la infraestructura para crear entornos de nube híbrida que combinan entornos on premises, de nube privada y nube pública en una única infraestructura flexible de TI.
  
  
• Compatibilidad con DevOps: las VM son una excelente manera de respaldar a los equipos de DevOps y a otros desarrolladores empresariales, ya que les permiten configurar plantillas de VM con la configuración para sus procesos de desarrollo y pruebas de software. Pueden crear VM para tareas, como pruebas de software estáticas, incluidos estos pasos en un flujo de trabajo de desarrollo automatizado. Estas funciones ayudan a optimizar la cadena de herramientas de DevOps.
  
  
• Probar un nuevo sistema operativo: una VM permite probar un nuevo sistema en su escritorio sin afectar su SO principal.
  
  
• Investigar malware: las VM son útiles para los investigadores de malware que, con frecuencia, necesitan máquinas nuevas para probar programas maliciosos.
  
  
• Ejecutar software incompatible: algunos usuarios deben usar un SO y seguir necesitando un programa que solo está disponible en otro.
  
  
• Navegar de forma segura: el uso de una VM para navegar permite visitar sitios sin preocuparse por las infecciones. Puede tomar una instantánea de su máquina y volver a ella luego de cada sesión de navegación. Los usuarios podrían configurar este escenario de navegación mediante un hipervisor de escritorio tipo 2. Alternativamente, un administrador podría proporcionar un escritorio virtual temporal en el servidor.
  
  
• Admitir la recuperación ante desastres (DR): con un entorno virtualizado, es fácil aprovisionar y desplegar recursos, lo que le permite replicar o clonar la VM cuando sea necesario. Este proceso ocurre en minutos, a diferencia de las muchas horas que se necesitan para aprovisionar y configurar un nuevo servidor físico, lo cual es crucial para la DR.

VMware, la primera empresa en comercializar con éxito la virtualización de la arquitectura de microprocesador x86, es líder en el mercado de la virtualización. VMware proporciona hipervisores tipo 1 y tipo 2, y software de VM a clientes empresariales.

La mayoría de los hipervisores admiten VM que ejecutan el SO Windows como invitado. El hipervisor Hyper-V de Microsoft viene como parte del SO Windows. Cuando se instala, crea una partición principal que se contiene a sí misma y al SO Windows principal, cada uno de los cuales obtiene acceso privilegiado al hardware. Otros SO, incluidos los invitados de Windows, se ejecutan en particiones secundarias y se comunican con el hardware a través de la partición principal.

El SO Android de código abierto de Google es común en dispositivos domésticos móviles y conectados.

El SO Android solo se ejecuta en la arquitectura de procesador ARM típica de estos dispositivos, pero es posible que los entusiastas, los jugadores de Android o los desarrolladores de software prefieran ejecutarlo en PC. Esta situación puede ser problemática porque las PC se ejecutan en una arquitectura de procesador x86 completamente diferente, y un hipervisor de virtualización de hardware solo pasa instrucciones entre la máquina virtual y la CPU. No los traduce para procesadores con diferentes conjuntos de instrucciones.

Varios proyectos, como Shashlik o Genymotion, pueden abordar este problema mediante el uso de un emulador que recrea la arquitectura ARM en el software. Una alternativa, el proyecto Android-x86, traslada Android a la arquitectura x86. Para ejecutarlo, debe instalarse el programa Android-x86 como una máquina virtual que usa el hipervisor VirtualBox tipo 2. Otra alternativa, Anbox, ejecuta el SO Android en el kernel de un SO Linux host.

Apple permite que su sistema macOS solo se ejecute en hardware de Apple. Esto significa que no puede ejecutarse en hardware que no sea de Apple como una VM o bajo su acuerdo de licencia de usuario final. Sin embargo, puede usar hipervisores tipo 2 en hardware Mac para VM con un invitado macOS.

Hoy en día, es imposible ejecutar iOS en una VM porque Apple controla estrictamente su SO iOS y solo permite que se ejecute en dispositivos iOS.

Lo más parecido a una máquina virtual iOS es el simulador de iPhone que se envía con el entorno de desarrollo integrado Xcode, que simula todo el sistema iPhone en software.

La plataforma Java es un entorno de ejecución para programas escritos en el lenguaje de desarrollo de software Java. La promesa de Java (“escribir una vez, ejecutar en cualquier lugar”) significa que cualquier programa Java podría ejecutarse en cualquier plataforma Java, razón por la cual la plataforma Java incluía una máquina virtual Java (JVM).

Los programas Java contienen bytecode, que es una forma de instrucción destinada a la JVM. La JVM compila este bytecode en código de máquina, que es el lenguaje de nivel más bajo que usa la computadora host. La JVM en la plataforma Java de una plataforma informática crea un conjunto diferente de instrucciones de código de máquina que la JVM de otra, en función del código de máquina que espera el procesador.

Por lo tanto, la JVM no ejecuta un SO completo ni usa un hipervisor como lo hacen otras VM. En cambio, traduce los programas de software a nivel de aplicación para que se ejecuten en un hardware particular.

Al igual que la JVM, la máquina virtual Python no se ejecuta en un hipervisor ni contiene un SO invitado. Es una herramienta que permite que los programas escritos en Python se ejecuten en varias CPU.

Al igual que Java, Python traduce sus programas a un formato intermedio que se llama bytecode y los almacena en un archivo listo para su ejecución. Cuando se ejecuta el programa, la VM Python traduce el bytecode en código de máquina para una ejecución rápida.

Linux es un SO invitado típico que se usa n muchas VM. También es un SO de host típico que se emplea para ejecutar VM e incluso tiene su propio hipervisor, la máquina virtual basada en kernel (KVM). Aunque es un proyecto de código abierto, Red Hat es propietaria de KVM.

Ubuntu es una distribución de Linux producida por Canonical. Está disponible en versiones de escritorio y servidor, que puede instalar como una VM. Los usuarios pueden desplegar Ubuntu como SO invitado en Microsoft Hyper-V. Proporciona una versión optimizada de Ubuntu Desktop que funciona bien en el modo de sesión mejorado de Hyper-V, lo que proporciona una estrecha integración entre el host de Windows y la VM Ubuntu. Incluye soporte para la integración del portapapeles, el cambio dinámico del tamaño del escritorio, las carpetas compartidas y el movimiento del mouse entre los escritorios host e invitado.

En entornos de computación en la nube, las VM vienen en variaciones de un solo inquilino y de múltiples inquilinos.

Las VM públicas o de múltiples inquilinos son VM con varios usuarios que comparten una infraestructura física común. Este modelo es el enfoque más rentable y escalable para el aprovisionamiento de VM. Sin embargo, los entornos de múltiples inquilinos carecen de algunas características de aislamiento que podrían preferir las organizaciones con mandatos estrictos de seguridad o cumplimiento.

Dos modelos de VM de inquilino único son los hosts dedicados y las instancias dedicadas.

• Un host dedicado implica el alquiler de una VM física completa y el mantenimiento de un acceso y control sostenidos sobre esa máquina. Este modelo proporciona la máxima flexibilidad y transparencia de hardware, control y ubicación de la carga de trabajo, además de que ofrece algunas ventajas para el software específico bring-your-own license.
  
  
• Una instancia dedicada ofrece el mismo aislamiento de inquilino único y el mismo control sobre la ubicación de la carga de trabajo, pero no está acoplada a una máquina física específica. Entonces, por ejemplo, si se reinicia una instancia dedicada, podría terminar en una nueva máquina física: una máquina dedicada a la cuenta individual, pero una máquina nueva, potencialmente en una ubicación física diferente.

Los modelos de precios más comunes para las VM en la nube son el pago por uso (por hora o segundo), las instancias transitorias/spot, las instancias reservadas y los hosts dedicados.

Elegir una VM en lugar de un servidor bare metal tiene menos que ver con las capacidades competitivas y más con saber lo que necesita y cuándo lo necesita.

Los servidores bare metal tienen que ver con el hardware en bruto, la energía y el aislamiento. Son servidores físicos de inquilino único completamente desprovistos de ciclos de hipervisor (software de virtualización) y completamente dedicados a un solo cliente: usted.

Las cargas de trabajo que priorizan el rendimiento y el aislamiento, como las aplicaciones con uso intensivo en datos y los mandatos de cumplimiento normativo, suelen ser las más adecuadas para servidores bare metal, especialmente cuando se despliegan durante periodos prolongados.

Los programas de recursos empresariales (ERP), la gestión de relaciones con los clientes (CRM), la gestión de cadena de suministro (SCM), el comercio electrónico y las aplicaciones de servicios financieros son solo algunas de las cargas de trabajo ideales para los servidores bare metal.

Por el contrario, cuando sus cargas de trabajo exigen la máxima flexibilidad y escalabilidad, es mejor colocar un hipervisor en el hardware bare metal para crear una VM. Las VM aumentan la capacidad y la utilización del servidor. Son ideales para mover datos de una VM a otra, cambiar el tamaño de conjuntos de datos y dividir cargas de trabajo dinámicas.

La forma más sencilla de entender un contenedor es saber en qué se diferencia de una VM tradicional. En la virtualización tradicional, ya sea on-premises o en la nube, un hipervisor ayuda a virtualizar el hardware físico. Cada VM contiene un SO invitado, una copia virtual del hardware que el SO necesita para funcionar, así como una aplicación y sus bibliotecas y dependencias asociadas.

En lugar de virtualizar el hardware subyacente, los contenedores virtualizan el SO (normalmente, Linux). Cada contenedor contiene solo la aplicación y sus bibliotecas y dependencias. La ausencia del SO invitado es la razón por la que los contenedores son tan ligeros, rápidos y portátiles.

Los contenedores y Kubernetes, la plataforma de orquestación de contenedores de código abierto que los gestiona, se convirtieron en las unidades de facto de las arquitecturas modernas nativas de la nube y de microservicios. Si bien los contenedores se asocian más comúnmente con servicios sin estado, las organizaciones también pueden usarlos para servicios con estado. Los contenedores son estándar en escenarios de nube híbrida porque pueden ejecutarse de manera constante en la nube pública, la nube privada y las configuraciones tradicionales on premises. Hoy en día, una organización puede ejecutar la aplicación en su nube privada, pero mañana puede necesitar desplegarla en una nube pública de un proveedor diferente. La creación de contenedores de aplicaciones ofrece a los equipos la flexibilidad que necesitan para gestionar los diferentes entornos de software de la TI moderna.

Es importante tener en cuenta que las empresas pueden coexistir con contenedores y VM. Por ejemplo, es común ejecutar contenedores en VM, ya que muchas empresas tienen infraestructura basada en VM.

Una empresa puede elegir un contenedor para ejecutar una aplicación y tener una virtual machine para proporciona la infraestructura subyacente. Este método combina la portabilidad y la velocidad de los contenedores con la seguridad de las virtual machines. En otro escenario, una institución financiera puede emplear virtual machines para sus sistemas de bases de datos, lo que garantiza una seguridad más estricta con aislamiento de recursos y uso de contenedores para aplicaciones frontend, como aplicaciones móviles orientadas al cliente.

En la entrada en el blog "Containers versus VMs: What's the difference?" se explica más al respecto.

El siguiente video desglosa los conceptos básicos de la contenerización y cómo se compara con el uso de VM:

La selección de una VM y un proveedor de la nube comienza con la revisión de sus necesidades de carga de trabajo y requisitos presupuestarios, junto con otros factores críticos. A continuación, se presentan 10 aspectos que debe tener en cuenta al seleccionar un proveedor de servicios de VM.

1. Soporte confiable: garantice una atención al cliente 24 horas al día, 7 días a la semana por teléfono, correo electrónico, chat, etc. o deje de involucrarse. Usted espera que una persona real esté al otro lado de la línea para ayudarle en situaciones críticas de TI. También es importante tener en cuenta qué proveedores de la nube ofrecen servicios adicionales para un respaldo más práctico.
   
   
2. Opciones gestionadas: ¿el proveedor de la nube ofrece soluciones gestionadas y no gestionadas? Si no está familiarizado con la tecnología de virtualización, considere un proveedor que será responsable de la configuración, el mantenimiento y el monitoreo continuo del rendimiento.
   
   
3. Integración de software: ¿su entorno de VM funcionará bien con otros? Los sistemas operativos, el software de terceros, la tecnología de código abierto y las aplicaciones le ayudan a ofrecer más soluciones en toda su empresa. Usted busca un proveedor de VM con soporte y alianzas sólidas con los proveedores de software más utilizados de la industria.
   
   
4. Red e infraestructura de alta calidad: ¿qué tan actualizada está la infraestructura sobre la que se ejecutará su nueva VM? Esta infraestructura incluye servidores bare metal confiables, centros de datos modernos y la red troncal. Un proveedor de la nube debería poder cumplir con su parte del trato con hardware de última generación y tecnología de redes de alta velocidad.
   
   
5. Ubicación: cuanto más cerca estén los datos de sus usuarios, menos problemas tendrá con la latencia, la seguridad y la capacidad oportuna del servicio. Una excelente red global de centros de datos dispersos y ubicaciones POP es fundamental para tener datos donde y cuando más los necesite.
   
   
6. Copia de seguridad y recuperación: ¿qué plan tiene su proveedor de la nube para mantener sus VM en funcionamiento ante eventos inesperados? ¿También proporcionan opciones de copia de seguridad y redundancia adicionales para su entorno virtualizado? El funcionamiento continuo es algo que debe tomarse en serio.
   
   
7. Escalabilidad y facilidad: ¿qué tan rápido y fácil le resultará poner en marcha, desactivar, reservar, pausar y actualizar su VM? La palabra que más desea escuchar sobre la escalabilidad de VM es “bajo demanda”.
   
   
8. Configuraciones de CPU variadas: cuantas más configuraciones, más opciones tendrá. No todas las configuraciones de VM se adaptan a todas las cargas de trabajo durante cada temporada de uso. Busque un proveedor de VM que ofrezca paquetes de configuración variados para requisitos de inquilinos únicos y múltiples.
   
   
9. Capas de seguridad: los datos de su empresa son la unidad de valor en su máxima expresión, especialmente cuando se trata de información confidencial de los clientes. Pregunte al proveedor sobre las líneas de red privada, las opciones de centros de datos federales, las características de cifrado integradas y el cumplimiento de los estándares normativos, que son esenciales para proteger su activo más valioso.
   
   
10. Soporte para una migración transparente: a medida que evolucionan sus prioridades de TI, su proveedor de VM debería poder ayudarle a realizar una transición sin problemas entre entornos on y off premises. Busque opciones completas de ingesta de datos, a través de la red y de migración dirigida por aplicaciones.