virtualizacion

PROGRAMA Ingeniería de Sistemas y Computación ÁREAS •  Redes y Comunicaciones •  Arquitectura y Funcionamiento del Computador

Ing. LUIS EDUARDO SEPÚLVEDA RODRÍGUEZ, MSc

Objetivos de la presentación

¡ Describir el concepto de virtualización

¡ Identificar diversos tipos de virtualización

¡ Distinguir algunos ámbitos de aplicación de la virtualización

3

Impacto

¡ Ambiental

¡ Económico

4

Arquitectura tradicional ¡  Un solo sistema operativo simultáneamente

por cada máquina

¡  Hardware y software completamente relacionados

¡  Ejecutar múltiples aplicaciones sobre la misma máquina a menudo genera conflictos

¡  Los costos de infraestructura son desaprovechados

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Arquitectura tradicional

Máquina Real

Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux, Windows, Mac OS, etc.)

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

6

Arquitectura tradicional

Hardware

Kernel

Procesos Procesos Procesos

7

Desperdicio de espacio

Servidores tipo Torre

8

Desperdicio de espacio

Centro de datos con servidores tipo Torre

9

Desperdicio de espacio

Servidor tipo Rack

Servidores tipo - Rack

Centro de datos con servidores tipo Rack

11

Servidores consolidados

Servidor tipo Blade

12

Optimización de recursos

13

Impacto

La virtualización es parte de la solución.

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¿Qué es la virtualización? “Es la abstracción de los recursos de una computadora” (CPU, memoria, disco duro, sistemas operativos, etc.) (Turban et al., 2008).

“La virtualización se refiere a las tecnologías que están diseñadas para proporcionar una capa de abstracción

entre capas de hardware y software” (kampert, 2010).

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¿Qué es la virtualización?

Puede considerarse a la virtualización como la técnica mediante la cual se crean entornos y dispositivos virtuales, a partir de hardware real.

16

¿Qué es la virtualización?

La virtualización permite ejecutar sobre la misma máquina más de un sistema operativo y sus respectivas aplicaciones, de forma simultánea.

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¿Qué es la virtualización? E l t é r m i n o “ m á q u i n a anfitriona” se refiere a la máquina física donde se lleva a cabo la virtualización, mientras que el término “máquina huésped” se refiere a la máquina virtual (también llamada hypervisor o virtual machine monitor – VMM) (Martín, Marrero, Urbano, Barra, & Moreiro, 2011).

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Arquitectura virtual

Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Capa de virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor)

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo (Windows, GNU/

Linux, Solaris, etc.)

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo (Windows, GNU/

Linux, Solaris, etc.)

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Máquina Real

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Tradicional vs Virtual

Hardware Real (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux, Windows, Mac OS, etc.)

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Hardware Real (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Capa de Virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor)

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo (Windows, GNU/

Linux, Solaris, etc.)

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo (Windows, GNU/

Linux, Solaris, etc.)

Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Máquina Real Máquina Real Arquitectura tradicional Arquitectura virtual

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Objetivos la Virtualización

¡  Reducción del costo total de propiedad y funcionamiento §  Incrementar el uso de los recursos existentes §  Reducción del consumo de energía §  Reducción del espacio físico necesario

Optimización = Consolidación + Virtualización

Virtualización y Centros de Datos

No se concibe hoy en día un centro de datos que no esté utilizando técnicas de virtualización para la gestión de la infraestructura de TI.

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Ventajas de la virtualización

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Beneficios de la virtualización ¡ Reducir las inversiones en hardware.

¡ Facilita la generación de ambientes (pruebas y producción).

¡ Rápido respaldo y recuperación de ambientes productivos de TI.

¡ Facilita estrategias de continuidad de negocio.

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Beneficios de la virtualización ¡  Independencia entre hardware y

software.

¡ Simplifica la administración de los sistemas operativos y las aplicaciones.

¡ Fortalece la seguridad debido al aislamiento de las máquinas virtuales.

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Inicios de la virtualización Desde los años 60, el MIT e IBM ya tenían el concepto de virtualización en pleno funcionamiento, al cual llamaban CTSS (Compatible Time Sharing System)

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Taxonomía de la virtualización

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Características de la virtualización

Ejecutar varias máquinas virtuales simultáneamente en un solo servidor físico

Particionamiento

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Características de la virtualización

Cada máquina virtual está aislada de las demás máquinas virtuales

Aislamiento

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Características de la virtualización

Las máquinas virtuales encapsulan sistemas enteros (configuración de hardware, sistema operativo y aplicaciones)

Encapsulamiento

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Características de la virtualización

Ejecutar una máquina virtual en otro servidor.

Independencia de hardware

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Tipos de virtualización

¡ Alojada (hosted)

¡ Completa (Full virtualization)

¡ Paravirtualización (Paravirtualization)

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Virtualización alojada

Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux, Windows, Mac OS, etc.)

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo Huésped

Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo Huésped

Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Máquina Real

Capa de virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor)

Aplicaciones de usuario

VMM

Hardware

S.O Huésped

…

…

Aplicación de usuario

Nivel 3

Nivel 1

Nivel 0

Nivel 2

Virtualización alojada

Hardware

Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux)

Sistema Operativo Huésped Free BSD

CPU virtual RAM virtual Dispositivos

virtuales

Aplicación Aplicación Aplicación

CPU Memoria E/S

Capa de Virtualización

Sistema Operativo Huésped

Windows NT CPU virtual RAM virtual Dispositivos

virtuales

Sistema Operativo Huésped

Windows XP CPU virtual RAM virtual Dispositivos

virtuales

Aplicación

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Virtualización completa

Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Capa de virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor)

Vmware ESX Server

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo Huésped

Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo Huésped

Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Máquina Real

Hardware

VMM

S.O. Huésped

…

Aplicación de usuario Nivel 3

Nivel 1

Nivel 0

n Traducción binaria de solicitudes del SO.

Nivel 2

Virtualización completa

Hardware

Implementación de Máquina Virtual

VM 3 VM 1

Sistema Operativo

Aplicaciones

Sistema Operativo

Aplicaciones

Sistema Operativo

Aplicaciones

VM 2

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Paravirtualización

Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Capa de Virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor XEN, Microsoft Hyper-V, VMWare VMI, Denali

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo Huésped

Modificado

Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Máquina Real

S.O.

de

Ges

tión

n Hiper-llamadas a la capa de virtualización reemplazan instrucciones no virtualizables del S.O.

Máquina Virtual

Hardware Virtual

Sistema Operativo Huésped

Modificado

Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

VMM

S.O Huésped Paravirtualizado

…

…

Aplicación de usuario Nivel 3

Nivel 1

Nivel 0

Nivel 2

Hardware

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Ámbitos de aplicación

¡ Servidores ¡ Redes ¡ Escritorios ¡ Almacenamiento ¡ Aplicaciones

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Servidores Virtuales Servidor Virtual

Servidor Físico

39

Redes Virtuales

40

Escritorios Virtuales

41

Almacenamientos Virtuales

Dropbox

Google Drive

OneDrive

42

Aplicaciones Virtuales

43

Virtualización clase empresarial ¡  Software de virtualización

¡  Hardware especializado (servidores)

¡  Red de alta velocidad (Fibra óptica)

¡  Sistema de almacenamiento eficiente (SAN)

¡  Sistemas de respaldo de información

¡  Conocimiento en virtualización

Requisitos

44

Virtualización clase empresarial

Requisitos

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Migración en vivo de máquinas virtuales

¡  ¿Qué es ? §  Mover las máquinas virtuales en plena ejecución de un

servidor a otro, sin que se presente interrupciones sobre el sistema operativo

¡  Impacto para el cliente §  Cero tiempo de caída en los sistemas por mantenimientos §  Disponibilidad de los servicios continuamente §  Integridad al permitir completar las transacciones

¡  Requerimiento §  Soportado sobre Canales de fibra óptica §  Discos duros de alta velocidad iSCSI SAN y NAS

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Migración en vivo de máquinas virtuales

Conjunto de recursos

Impacto para el cliente ¡  Habilita la alta

disponibilidad a través de al infraestructura

¡  Provee el aseguramiento de los niveles de servicio

¡  Infraestructura virtual dedicada para cada unidad de negocio

Agrega colecciones de recursos hardware separados por unidades lógicas

Optimización de Recursos

¡  Balanceo dinámico de los recursos entre conjuntos.

¡  Separación inteligente de recursos basados sobre reglas predefinidas de negocio

¡  Impacto §  Simplificación operacional §  Automatización de los

mantenimientos hardware §  Adición dinámica de

hardware

Separación dinámica e inteligente de los recursos hardware, para asegurar la optima alineación entre las necesidades del negocio y TI

Adición de hardware

¡  Adición de hardware dinámicamente

¡  Fácil adición de mas capacidad

¡  Adición de hardware en vivo (sin tener que apagar los servicios y sistemas operativos)

Cero tiempo de caída durante los mantenimientos

¡  Permite mover máquinas virtuales a otros servidores sin presentar interrupciones

¡  Permite realizar mantenimientos a cualquier hora del día

¡  Automatiza el re-balanceo de cargas luego de un manteamiento

Asegura la Alta Disponibilidad

¡  Rescate automático de las máquinas virtuales en caso de que una servidor falle

¡  No necesita destinarse hardware en “stand-by”

¡  Permite la continuidad de los negocios

Consolidación de copias de respaldo

¡  Centralización de los agentes respaldo para las máquinas virtuales

¡  Elimina el tráfico de red asociado a las copias de respaldo

¡  Posibilita la realización de copia de respaldo a cualquier hora del día

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Referencias ¡  Popek G.; Goldberg R., "Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures". Communications of

the ACM 17 (7): 412 –421. (1974). ¡  Agrawal S. Hardware Virtualization towards a Proficient Computing Environment. Int J Innov Appl Stud. 2013;3(2):

528-534. Available at: http://www.issr-journals.org/ijias/abstract.php?article=IJIAS-13-094-08. ¡  Ben Letaifa A, Haji A, Jebalia M, Tabbane S. State of the Art and Research Challenges of new services architecture

technologies: Virtualization, SOA and Cloud Computing. Int J Grid Distrib Comput. 2010;3(4):69-88. ¡  A, de Meer H. Using System Virtualization to Create Virtualized Networks. Electron Commun EASST. 2009;17:1-12.

Available at: http://www.net.fim.uni-passau.de/pdf/Berl2009e.pdf. ¡  I. A, Veraldi R. A quantitative comparison between xen and kvm. J Phys Conf Ser. 2010;219(4):042005. doi:

10.1088/1742-6596/219/4/042005. ¡  Daniels J. Server virtualization architecture and implementation. Crossroads. 2009;16(1):8-12. doi:

10.1145/1618588.1618592. ¡  Davidescu A. Virtual Enterprises Reach for Cloud Computing. J Mobile, Embed Distrib Syst. 2012;4(2). Available at:

http://jmeds.eu/index.php/jmeds/article/view/Virtual_Enterprises_Reach_for_Cloud_Computing. ¡  Deng J, Hu J, LIU ACM. Virtualization, Application Streaming & Private Cloud Computing In a Training Laboratory. J

Softw. 2010;5(11). doi:10.4304/jsw.5.11.1306-1313. ¡  Goldberg RP. Architectural Principles for Virtual Computer Systems. Appl Phys. 1972;(February):249. Available at:

http://www.stormingmedia.us/90/9082/0908277.html. ¡  Gu Z. A State-of-the-Art Survey on Real-Time Issues in Embedded Systems Virtualization. J Softw Eng Appl.

2012;05(04):277-290. doi:10.4236/jsea.2012.54033. ¡  Harald Barreiro Megino F, Benjamin D, De K, et al. Exploiting Virtualization and Cloud Computing in ATLAS. J Phys

Conf Ser. 2012;396(3):032011. doi:10.1088/1742-6596/396/3/032011. ¡  Hashizume K, Rosado D, Fernández-Medina E, Fernandez E. An analysis of security issues for cloud computing. J

Internet Serv Appl. 2013;4(5):1-13. Available at: http://link.springer.com/article/10.1186/1869-0238-4-5\nhttp://www.jisajournal.com/content/4/1/5.

¡  Islam MM, Hassan MM, Lee G-W, Huh E-N. A Survey on Virtualization of Wireless Sensor Networks. Sensors.

54

Referencias ¡  Kind T, Leamy T, Leary JA, Fiehn O. Software platform virtualization in chemistry research and university teaching. J

Cheminform. 2009;1:18. ¡  Kumar S, Talwar V, Kumar V, Ranganathan P, Schwan K. vManage: Loosely Coupled Platform and Virtualization

Management in Data Centers. Management. 2009:127-136. doi:10.1145/1555228.1555262. ¡  Machado GS, Hausheer D, Stiller B. Considerations on the Interoperability of and between Cloud Computing

Standards. Scenario. 2009;(Section 4):1-4. Available at: http://www.csg.uzh.ch/publications/ogf27-g2cnet-discussion-cc-standards-finalversion.pdf.

¡  artignoni L, Paleari R, Fresi G, Danilo R. Testing System Virtual Machines. Informatica. 2010:171-181. doi:10.1145/1831708.1831730.

¡  Mirashe SP, Kalyankar N V. Cloud Computing. Antonopoulos N, Gillam L, eds. Commun ACM. 2010;51(7):9. Available at: http://arxiv.org/abs/1003.4074.

¡  Monteiro LC, Caires CS. Configuring the Art Object in the Age of Digital Computing: Meaning, Intentionality and Virtualization. J Sci Technol Arts. 2013;5(1):71-78. doi:10.7559/citarj.v5i1.98.

¡  Pal AS, Pattnaik BPK. Classification of Virtualization Environment for Cloud Computing. Indian J Sci Technol. 2013;6(1):3965-3971. Available at: http://indjst.org/index.php/indjst/article/view/30572.

¡  Rabi Prasad Padhy, Manas Ranjan Patra SCS. Virtualization techniques & technologies: State-of-the-art. J Glob Res Comput Sci. 2011;2:29-43. Available at: http://www.jgrcs.info/index.php/jgrcs/article/view/269/233.

¡  Tanenbaum AS, Van Steen M. Distributed Systems: Principles and Paradigms, 2/E. Prentice Hall; 2007:686. Available at: http://www.pearsonhighered.com/academic/product/0,,0132392275,00+en-USS_01DBC.html.

¡  Uddin M, Rahman AA, Shah A, Memon J. Virtualization Implementation Approach for Data Centers to Maximize Performance. Asian J Sci Res. 2012;5(2):45-57.

¡  Wojtczuk R. Subverting the Xen hypervisor. Management. 2008. ¡  Zhang Q, Cheng L, Boutaba R. Cloud computing: state-of-the-art and research challenges. J Internet Serv Appl.

2010;1(1):7-18. doi:10.1007/s13174-010-0007-6. ¡  VMware Virtualization Technology & Virtual Machine Software. Available at: http://www.vmware.com/virtualization/.

Accessed June 3, 2014.

Gracias

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Preguntas

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