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Cuerpo Académico Dinámica de Sistemas UV-CA-281

Virtualización

De la IBM 360 a la Nube

Instituto de Ingeniería: http://www.uv.mx/insting

http://www.uv.mx/insting

Que es la Virtualización• Según la real academia ‘virtual’ significa en una

de sus acepciones “que tiene existencia aparente y no real”

• Un término que se refiere a la abstracción de los recursos de una computadora.

• La simulación de varias computadoras lógicas, a partir de una computadora real.

• Una tecnología desarrollada en los 70s por IBM en su VM/360.


• “Ocultar” o “hacer invisibles” ciertos recursos de la computadora, o la creación de “dispositivos” lógicos, que no existen físicamente.

• Una manera de emular una computadora dentro de otra computadora.

• Una tecnología de moda con muchas posibilidades de crecimiento a medida que las computadoras sigan avanzando en poder de procesamiento.

• Muchas cosas más


Lo Virtual no es Nuevo• En computación muchas cosas son Virtuales…– Realidad virtual– VLAN (Virtual LAN)– VNC (Virtual Network Computing)– VPN (Virtual Private Network)– Memoria virtual– Almacenamiento virtual– JVM (Java Virtual Machine)


Virtualización• La virtualización es una técnica usada desde los 60,

que toma fuerza con los avances de los procesadores y por la evolución de varias herramientas de software, muchas de ellas libres.

• El objetivo de la virtualización es simular una o varias computadoras a partir de una computadora real y para ello existen varias técnicas, que van desde virtualizar el hardware (CPU, RAM, dispositivos,, etc.) hasta la separación de los procesos utilizando un único kernel.


Orígenes• En los 60 IBM tenía el problema de que su nuevo

sistema 360, funcionaba de manera diferente a su antiguo modelo 7070 y sus clientes se resistían a migrar porque sus aplicaciones no funcionaban igual.

• Después de muchas pruebas IBM aceptó una propuesta de Larry Moss , utilizar una combinación de Software y una extensión de hardware especial.

• La idea era que el nuevo 360 Monitoreara cada paso de la aplicación antigua y la convirtiera a comandos que el nuevo 360 pudiera entender "se le llamo Emulador”


Otro caso Notable• CP/M (Control Program for Microcomputers) fue

un sistema operativo desarrollado por Gary Kildall para microprocesadores Intel 8080

• Fue tal ves el sistema operativo más popular entre las computadoras personales en los años 1970 y se convirtió en un estándar de industria para los primeras microcomputadoras.

• Los programas escritos en CP/M eran portables a cualquier micro-computadora aún con microprocesadores distintos


Algunos Casos Más• Las “máquinas virtuales” (como la Java Virtual Machine o

el BCPL "Basic Combined Programming Language" de los ’60) proveen un CPU virtual.

• Su objetivo no es virtualizar todo el hardware, sino solamente permitir la ejecución de código portable en distintas arquitecturas (esto se conoce como “virtualización a nivel de aplicación”).

• Un intento similar consiste en la traducción de instrucciones al nivel de la CPU, tal como lo realizan los procesadores Crusoe.

• El código P usado en pascal es otro ejemploCuerpo Académico Dinámica de Sistemas UV-CA-281

TIPOS DE VIRTUALIZACIÓN




Virtualización por Software• La virtualización por Software es un programa que

simula un sistema físico con unas características hardware determinadas.

• Cuando se ejecuta el programa (simulador), proporciona un ambiente de ejecución similar a todos los efectos a una computadora física (excepto en el puro acceso físico al hardware simulado), con CPU (puede ser más de una), BIOS, tarjeta gráfica, memoria RAM, tarjeta de red, sistema de sonido, conexión USB, disco duro (pueden ser más de uno), etc.


• Un virtualizador por software permite ejecutar (simular) varias computadoras (sistemas operativos) dentro de un mismo hardware de manera simultánea, permitiendo así el mayor aprovechamiento de recursos.

• No obstante, y al ser una capa intermedia entre el sistema físico y el sistema operativo que funciona en el hardware emulado, la velocidad de ejecución de este último es menor, pero en la mayoría de los casos suficiente para usarse en entornos de producción.


Virtualización por Software


Virtualización por Hardware• Este es el tipo de virtualización más complejo de

lograr y consiste en emular, mediante máquinas virtuales, los componentes de hardware.

• De esta manera el sistema operativo no se ejecuta sobre el hardware real sino sobre el virtual.

• La gran ventaja de este enfoque es que pueden emularse distintas plataformas de hardware (por ejemplo, x86 sobre SPARC).


• Su principal desventaja es el alto costo de traducción de cada una de las operaciones de las máquinas virtuales a la máquina real, pudiendo obtenerse un rendimiento de 100 a 1000 veces menor.

• Se puede dividir en 2 tipos:– Paravirtualización– Virtualización Completa



Paravirtualización• La paravirtualización consiste en ejecutar sistemas

operativos guests sobre otro sistema operativo que actúa como hypervisor (host). Los guests tienen que comunicarse con el hypervisor para lograr la virtualización.

• Las ventajas de este enfoque son un muy buen rendimiento y la posibilidad de ejecutar distintos sistemas operativos como guests. Se obtienen, además, todas las ventajas de la virtualización enunciadas anteriormente. Su desventaja es que los sistemas operativos guests deben ser modificados para funcionar en este esquema.


Virtualización Completa• La virtualización completa es similar a la paravirtualización

pero no requiere que los sistemas operativos guest colaboren con el hypervisor. En plataformas como la x86 existen algunos inconvenientes para lograr la virtualización completa, que son solucionados con las últimas tecnologías propuestas por AMD e Intel.

• Este método tiene todas las ventajas de la paravirtualización, con el añadido de que no es necesaria ninguna modificación a los guests. La única restricción es que estos últimos deben soportar la arquitectura de hardware utilizada.

Ventajas de la Virtualización• La virtualización permite, entre otras cosas:– Alojar varios servidores en una única computadora

física, lo que permite optimizar el uso de recursos (CPU, memoria, almacenamiento).

– Simplificar la realización de copias de respaldo y su restablecimiento. Todo un servidor virtual puede ser un único archivo.

– Migrar fácilmente servidores entre distintas computadoras.

– Incrementar la seguridad, utilizando servidores aislados para tareas diferentes.


• A través de virtualización podemos por ejemplo, utilizar servidores virtuales para cada servicio que deseemos implementar en nuestra red, independientemente del hardware disponible.

• Estos servidores pueden migrarse a nuevos servidores físicos cuando sea necesario por ejemplo, al aumentar las necesidades o demanda, con un costo mínimo.

• Podemos también por ejemplo desarrollar servidores especializados y probarlos o ponerlos en operación en otros sitios con relativa facilidad.


• Podemos probar nuevos programas o sistemas operativos sin tener que utilizar una computadora para cada una de esas tareas.

• Probar actualizaciones de seguridad en computadoras como en enrutadores, Switches, etc., antes de aplicarlos a equipos en operación o misión crítica.

• Tener 2 o más sistemas operativos diferentes corriendo en una misma computadora para hacer pruebas, simular ambientes reales, etc.


• Aumentar la Seguridad (virus).• Usar Software legado (Aplicaciones antiguas).• Jugar con el Rendimiento.• Incompatibilidad entre aplicaciones de

sistemas operativos.• Facilidad de crecimiento.• Pruebas y laboratorios de bajo costo.• Ahorro de Energía.


Justificación• En promedio una computadora trabaja sólo el

10% del tiempo.• Un servidor puede hacer el trabajo de muchos”

consumiendo menos energía.• Menos del 10% de los servidores actuales usan

virtualización y tienen esta posibilidad.• Reducción de costos al tener en un solo servidor

físico varios servidores virtuales.• Dividir procesadores o núcleos entre aplicaciones.


Desventajas• Las aplicaciones son más lentas.• Interoperabilidad entre diferentes máquinas

virtuales.• A través de pruebas se ha determinado que se

logran pequeñas mejoras en servidores (Java, de correo, servidor Web, servidor de base de datos, y servidor de archivos) utilizando virtualización.

• Aplicaciones nativas del microprocesador.• Nuevos tipos de amenazas, rootkits o Malware

Virtual.Cuerpo Académico Dinámica de Sistemas UV-CA-281

RESUMEN Y OTRAS COSAS




Tipos de Virtualización• Emulación: (QEMU, Bosch) Aplicaciones que

clonan por software un sistema operativo en una computadora, también existen emuladores que lo hacen por hardware.

• Paravirtualización: (Xen, ESX Server) Aplicaciones de software que funcionan sobre el hardware (llamadas Hipervisores), que gestionan a los sistemas operativos huéspedes y controlan sus accesos al hardware.


• Virtualización de Sistema Operativo: (Vserver, OpenVZ) Aplicaciones que solo clonan un sistema operativo del mismo tipo en otro sistema operativo.

• Virtualización de Aplicaciones: (Java, ScummVM) Aplicaciones que clonan por software una aplicación en una computadora (Entornos Virtuales).


• Virtualización Parcial: Es un proceso en que se usa virtualmente un recurso de hardware varias veces como por ejemplo la RAM, haciendo creer a las aplicaciones que esa memoria es exclusiva de ellos.

• Virtualización de Servicios o Servidores: Es el uso de una computadora virtual por parte de varias personas u organizaciones generalmente en hosting.


• Virtualización Completa: Vmware (Server y Workstation), z/VM, Parallels (Desktop y Workstation), VirtualBox (ahora de Oracle) y Win4Lin Pro.

• Esto solo ha sido posible a partir de que Intel y AMD modificaron sus procesador adicionando sus extensiones AMD-V (AMD) y VT-x (Intel)

• Microsoft Hyper-V, o Windows Server Virtualization


Un Punto Aparte• Linux en sus versiones nuevas

incluye KVM (kernel 2.6.20). • KVM es una solución de

virtualización completa única en su género porque convierte al kernel en un hipervisor usando un módulo

• Este módulo permite a otros S.O. guest correr en un espacio de usuario en donde el kernel le expone un hardware virtualizado.

• El S.O. guest usa una hardware emulado mediante una versión modificada de QEMU.


Esquemas


Emulación Virtualización Completa

Paravirtualización Virtualización de Sistema Operativo


Un Mercado Emergente• Un mercado que está creciendo en nuestros días es el de los

llamados virtual appliance, imágenes de máquinas diseñadas para correr en una plataforma de virtualización.

• Este tipo de dispositivos virtuales prácticamente eliminan la necesidad de instalación, configuración y mantenimiento de equipos especializados como Servidores WEB, de email, DNS, LAMP, etc.

• Estos Virtual appliance no son una máquina virtual completa ya que necesitan de una plataforma de virtualización en donde correr pero ofrecen muchas alternativas interesantes.

• Muchos de estos appliances brindan interfaces WEB para configuración, y representan una nueva manera de explotar aplicaciones de red.

Conclusiones• La virtualización tiene ya y tendrá gran uso en los

próximos años.• Permitirá el uso de aplicaciones diversas de

diferentes sistemas operativos .• La virtualización traerá a los usuarios sistemas

computacionales más confiables, seguros, de mayor rendimiento y más compatibles.

• La virtualización permite aislar aplicaciones críticas y probar nuevas configuraciones sin riesgo para los sistemas existentes


Posibilidades en UV• La creación de laboratorios virtuales de cómputo,

sistemas, comunicaciones, etc., de manera económica y de rápida creación.

• Una experiencia educativa aún no creada con muchas perspectivas de uso en la industria y las organizaciones.

• Un medio simple de probar desarrollos, servicios, sistemas, etc., sin poner en peligro la seguridad de nuestra red y nuestros servidores.

• Mejores habilidades para nuestros egresados.Cuerpo Académico Dinámica de Sistemas UV-CA-281

Referencias• Xen: http:www.xen.org • XenServer: www.citrix.com • VMWare y VMWare Server: www.vmware.com • VirtualBox: www.virtualbox.org • Qemu: wiki.qemu.org • Wine: www.winehq.org • Cross Over: www.codeweavers.com • Usermode Linux:

user-mode-linux.sourceforge.net Cuerpo Académico Dinámica de Sistemas UV-CA-281

http://www.xen.org/

http://www.citrix.com/

http://www.vmware.com/

http://www.virtualbox.org/

http://wiki.qemu.org/

http://www.winehq.org/

http://www.codeweavers.com/

http://user-mode-linux.sourceforge.net/

Referencias• Parallels: www.parallels.com • Vserver: linux-vserver.org • OpenVZ: wiki.openvz.org • Vitual PC: http://www.microsoft.com • XenCode: www.xenocode.com • Colinux: www.colinux.org • Linux Vserver: linux-vserver.org • Linux KVM: www.linux-kvm.org


http://www.parallels.com/

http://linux-vserver.org/

http://wiki.openvz.org/

http://www.microsoft.com/



http://www.xenocode.com/

http://www.colinux.org/

http://linux-vserver.org/

http://www.linux-kvm.org/

• Bochs: bochs.sourceforge.net • KVM: www.linux-kvm.org • CP/M: www.digitalresearch.biz/CPM.HTM


http://bochs.sourceforge.net/

http://www.linux-kvm.org/

http://www.digitalresearch.biz/CPM.HTM

UN TEMA EXTRA




Computación en nube• La computación en la nube o informática en la nube, del

inglés "Cloud computing", es un paradigma que permite ofrecer servicios de computación a través de Internet. La "nube" en este caso es una metáfora de Internet.

• "Cloud computing" es un nuevo modelo de prestación de servicios de negocio y tecnología, que permite al usuario acceder a un catálogo de servicios estandarizados y responder a sus necesidades, de forma flexible, en caso de demandas no previsibles o de picos de trabajo, pagando únicamente por el consumo efectuado.


• El cambio paradigmático que ofrece computación en nube es que permite aumentar el número de servicios basados en la red.

• Esto genera beneficios tanto para los proveedores, que pueden ofrecer, de forma más rápida y eficiente, un mayor número de servicios, como para los usuarios que tienen la posibilidad de acceder a ellos, disfrutando de la ‘transparencia’ e inmediatez del sistema y de un modelo de pago por consumo.


• La computación en nube es un concepto que incorpora el software como servicio, como en la Web 2.0 y otros conceptos recientes, también conocidos como tendencias tecnológicas, que tienen en común el que confían en Internet para satisfacer las necesidades de cómputo de los usuarios.

• Puede usar virtualización o puede no usarla, son 2 cosas diferentes.


Modelo de 3 Capas• Capa 1: La infraestructura como servicio (infrastructure as a service,

IaaS) Se encuentra en la capa inferior y es un medio de entregar almacenamiento básico y capacidades de cómputo como servicios estandarizados en la red. Servidores, sistemas de almacenamiento, conexiones, enrutadores, y otros sistemas se concentran.

• El ejemplo comercial mejor conocido es Amazon Web Services, cuyos servicios EC2 y S3 ofrecen cómputo y servicios de almacenamiento esenciales (respectivamente).

• Otro ejemplo es Joyent cuyo producto principal es una línea de servidores virtualizados, que proveen una infraestructura en-demanda altamente escalable para manejar sitios Web, incluyendo aplicaciones Web complejas escritas en Ruby en Rails, PHP, Python, y Java.


• Capa 2: La capa del medio, que es la plataforma como servicio (en inglés platform as a service, PaaS), es la encapsulación de una abstración de un ambiente de desarrollo y el empaquetamiento de una carga de servicios. Las ofertas de PaaS pueden dar servicio a todas las fases del ciclo de desarrollo y pruebas del software, o pueden estar especializadas en cualquier área en particular, tal como la administración del contenido.

• Los ejemplos comerciales incluyen Google App Engine, que sirve aplicaciones de la infraestructura Google.


• Capa 3: Software como servicio (en inglés software as a service, SaaS) se encuentra en la capa más alta y caracteriza una aplicación completa ofrecida como un servicio, en-demanda, vía multitenencia —que significa una sola instancia del software que corre en la infraestructura del proveedor y sirve a múltiples organizaciones de clientes.

• El ejemplo de SaaS conocido más ampliamente es Salesforce.com, pero ahora ya hay muchos más, incluyendo las Google Apps que ofrecen servicios básicos de negocio como el e-mail.


• Capa 1• Amazon WEB Services: http

://aws.amazon.com/es/ • Joyent: http://www.joyent.com/ • Capa 2• Google Apps Engine:

http://code.google.com/intl/es-ES/appengine/ • Capa 3• Sales Force: http://www.salesforce.com/


http://aws.amazon.com/es/



http://www.joyent.com/

http://www.joyent.com/

http://code.google.com/intl/es-ES/appengine/

http://code.google.com/intl/es-ES/appengine/

http://www.salesforce.com/

http://www.salesforce.com/

GRACIAS!

M.I. Alberto Pedro Lorandi [email protected]

[email protected] http://www.uv.mx/personal/alorandi



mailto:[email protected]

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http://www.uv.mx/personal/alorandi

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