¿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 VM ejecuta su propio sistema operativo (SO) y se comporta como una computadora física separada, 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 habilitador clave de la computación en la nube. Permite a los proveedores de servicios en la nube (CSP) 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 informáticos que necesitan y luego los escalan de manera rentable a medida que crecen sus cargas de trabajo, maximizando su inversión.

El surgimiento 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 hasta convertirse en 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 System/370.

En 1998, VMware desarrolló un sistema operativo x86 que permitía 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. Este producto se hizo popular entre los desarrolladores de software debido a su capacidad para probar y desarrollar fácilmente aplicaciones en diferentes entornos de sistemas operativos.

Según un pronóstico de The Business Research Company, el mercado de software de virtualización crecerá de $85,83 mil millones en 2024 a $100,19 mil millones en 2025 a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 16.7 %.¹

Los avances en computación edge, contenedorización, adopción de nube híbrida y multinube, mayor énfasis en la seguridad y el cumplimiento normativo están impulsando este crecimiento. Otras tendencias emergentes que contribuyen al mercado de la virtualización incluyen la integración del Internet de las cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA) y machine learning (ML).

La virtualización ofrece numerosos beneficios a los centros de datos on premises y basados en la nube que soportan las Operaciones, incluidos los siguientes:

• Eficiencia de 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 separado para cada aplicación. Este enfoque, que favorecía una aplicación y un sistema operativo por computadora, se adoptó por su fiabilidad. Sin embargo, cada servidor físico a menudo estaría infrautilizado.

Por el contrario, la virtualización de servidores le permite ejecutar múltiples aplicaciones, cada una con su propia VM y SO en un único servidor físico (normalmente un servidor x86) sin sacrificar la confiabilidad. Esta capacidad maximiza el uso de la capacidad informática del hardware físico y optimiza la utilización de recursos.

Sustituir computadoras físicas por máquinas virtuales definidas por software facilita la gestión y aplicación de políticas mediante software. Esto permite la creación de flujos de trabajo automatizados para la gestión de servicios de TI. Por ejemplo, las herramientas automatizadas de despliegue y configuración permiten a los administradores definir máquinas virtuales y aplicaciones como servicios en plantillas de software, que pueden desplegar de manera constante sin configuración manual.

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

Los fallos del sistema operativo y de las aplicaciones pueden provocar tiempo de inactividad, lo que afecta a la productividad de los usuarios. La virtualización permite a los administradores ejecutar varias máquinas virtuales redundantes entre sí y realizar failover entre ellas cuando se producen problemas. Ejecutar múltiples servidores físicos redundantes sería mucho más costoso.

Configurar el 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 VM ahora puede automatizar este proceso, optimizando los flujos de trabajo.

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

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

Para obtener una visión más detallada de 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 desempeña un papel fundamental a la hora de garantizar la asignación eficaz de los recursos, de modo que varias máquinas virtuales puedan ejecutarse simultáneamente sin interferencias.

• Máquina física (servidor/computadora)

• Máquina virtual (VM)

• Hipervisor

La máquina física, también denominada “máquina host”, es el hardware (por ejemplo, servidor o computadora) que proporciona CPU, memoria, almacenamiento de información y recursos de red para las máquinas virtuales.

Una máquina virtual (VM) es un entorno virtual que simula una computadora física en forma de software. Las máquinas virtuales generalmente se denominan invitados, con una o más máquinas "invitadas" que se ejecutan 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 costos.

Un hipervisor es la capa de software que coordina las máquinas virtuales. Sirve como interfaz entre la VM y el hardware físico subyacente, lo que garantiza que cada uno tenga acceso a los recursos físicos que necesita para ejecutarse. También garantiza que las máquinas virtuales no interfieran entre sí al invadir el espacio de memoria o los ciclos de computación de las demás.

Existen dos tipos de hipervisores:

• Hipervisores de tipo 1: hipervisores de tipo 1 o "bare-metal" interactúan con los recursos físicos subyacentes, reemplazando por completo el sistema operativo tradicional. Aparecen con mayor frecuencia en escenarios de servidores virtuales en los que se crea un servidor basado en software mediante la partición de un servidor físico en segmentos más pequeños e independientes, 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. Se utilizan con mayor frecuencia en dispositivos endpoint para ejecutar sistemas operativos invitados y 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. Más comúnmente usados en dispositivos endpoint para ejecutar sistemas operativos alternativos, tienen una sobrecarga de rendimiento porque deben usar el sistema operativo anfitrión para acceder y coordinar los recursos 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 red

• Virtualización del almacenamiento

• Virtualización de datos

• 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 VM en la misma computadora.

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 inician sesión en dispositivos de cliente ligero. De esta manera, VDI permite a una organización proporcionar a sus usuarios acceso a varios sistemas operativos desde cualquier dispositivo (por ejemplo, computadora portátil, computadora de escritorio), sin necesidad de instalar el sistema operativo localmente en cada dispositivo.

• Virtualización de escritorio local: la virtualización de escritorio local ejecuta un hipervisor en una computadora local, lo que permite al usuario ejecutar uno o más sistemas operativos adicionales en esa computadora 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 usar 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 red virtual puede modificar y controlar estos elementos sin tocar los componentes físicos subyacentes, lo que simplifica considerablemente la administración 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 llamada plano de control, que ayuda a administrar la infraestructura de TI y dirigir el tráfico de 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, cortafuegos, 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 administrar todos los dispositivos de almacenamiento en la red, ya estén instalados en servidores individuales o en unidades de almacenamiento independientes, como si se tratara de un único dispositivo de almacenamiento. En concreto, la virtualización de almacenamiento consolida todos los bloques de almacenamiento en un único grupo compartido desde el que se pueden asignar a cualquier máquina virtual en la red según sea necesario. La virtualización de almacenamiento facilita el aprovisionamiento de almacenamiento para máquinas virtuales y aprovecha al máximo todo el almacenamiento disponible en la red.

Los proveedores de servicio en la nube dependen de la virtualización de almacenamiento para ofrecer servicios de almacenamiento en la nube, incluyendo Block Storage, Object Storage y File Storage.

Las empresas modernas almacenan datos de múltiples aplicaciones utilizando múltiples formatos de archivo en numerosas ubicaciones, desde la nube hasta sistemas de hardware y software on premises. La virtualización de datos permite que cualquier aplicación acceda a todos esos datos, independientemente de la fuente, 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 traduce la solicitud o consulta de datos de una aplicación según sea necesario y devuelve resultados que pueden abarcar múltiples 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 software de aplicación sin instalarlo directamente en el sistema operativo del usuario. Esta tecnología difiere de la virtualización completa del escritorio porque solo la aplicación se ejecuta en un entorno virtual, mientras que el sistema operativo del dispositivo del usuario final funciona como de costumbre.

Hay tres tipos de virtualización de aplicaciones:

• Virtualización de aplicaciones locales: 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.

• Streaming de aplicación: con el streaming de aplicación, la aplicación reside en un servidor que envía pequeños componentes de software para ejecutarlos en el dispositivo del usuario final cuando sea 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 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 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 entrada en la nube para la computación, lo que permite a una empresa configurar rápidamente un entorno de centro de datos completo sin comprar 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 que una sola CPU se divida en varias CPU virtuales para que la utilicen varias máquinas virtuales.

Al principio, la virtualización de la CPU se definía íntegramente 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 especial multinúcleo que mejora el rendimiento informático general al hacerse cargo del 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 video más rápido, 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 para cargas de trabajo específicas o versiones reforzadas con seguridad para aplicaciones más confidenciales.

Al virtualizar servidores, almacenamiento y otros recursos físicos del centro de datos, los proveedores de computación en la nube pueden ofrecer una amplia gama de servicios a los clientes, entre los que se incluyen 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 nubes que puedes emplear para crear tu propia aplicación y soluciones basadas en 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.  

Aprenda más sobre estos modelos de servicio en la nube, consulte nuestra página de temas: “IaaS vs. PaaS vs. SaaS”.

La virtualización de servidores reproduce una computadora completa en hardware, que luego ejecuta un sistema operativo completo. El sistema operativo ejecuta una aplicación. Eso es más eficiente que ninguna virtualización, pero aún duplica código y servicios innecesarios para cada aplicación que desea ejecutar.

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

Echa un vistazo a la entrada en el blog “Contenedores versus VM: ¿Cuál es la diferencia?” para una comparación más detallada.

Este video, "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 pueden retroceder a un punto en el tiempo (denominado 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 a menudo está profundamente integrado en los componentes centrales 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 monitoreo de máquinas virtuales que abordan la dirección y brindan detección de amenazas en tiempo real y más.

Numerosas empresas ofrecen soluciones de virtualización especializadas adaptadas a diferentes casos de uso, incluida la virtualización de servidores, escritorios y aplicaciones. A continuación se presentan algunas de las soluciones más destacadas en el mercado:

• VMware: un líder en virtualización de servidores, escritorios, redes y virtualización de almacenamiento, VMware es reconocida por su confiabilidad 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 múltiples 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 Virtualization: construida sobre KVM, Red Hat Virtualization ofrece una plataforma de nivel empresarial para virtualización de servidores y escritorios, con un enfoque en plataformas de código abierto.