¿Qué es el software de virtualización de servidores?

El software de virtualización de servidores permite crear y gestionar máquinas virtuales (VM) en un servidor físico en el que cada máquina virtual actúa como un servidor de ejecución independiente. La virtualización de servidores permite a los informáticos aprovechar al máximo el potencial de los potentes servidores físicos actuales. Cada VM de la máquina física funciona independientemente de las demás y ejecuta su propio sistema operativo y sus propias aplicaciones.

El software de virtualización de servidores actúa como una capa (normalmente llamada hipervisor) entre el hardware físico y las máquinas virtuales, abstrayendo los recursos de hardware y presentándolos a las máquinas virtuales como hardware virtualizado. El hipervisor asigna recursos de hardware como CPU, memoria, almacenamiento y recursos de red a cada máquina virtual. Por lo general, los hipervisores necesitan entre el 5 y el 10% de los recursos de la máquina física para funcionar.

Tipos de hipervisor y casos de uso

Existen dos tipos principales de hipervisor

Hipervisor de tipo 1

Normalmente utilizados en entornos empresariales e instalados directamente en hardware físico (es decir, "bare metal"), los hipervisores de Tipo 1 proporcionan a las máquinas virtuales acceso directo a los recursos de hardware, gestionan dinámicamente la asignación de recursos de hardware y permiten que cada máquina virtual funcione independientemente de las demás. Los hipervisores de tipo 1 incluyen VMware ESXi™, Microsoft® Hyper-V® y Citrix Hypervisor™ (anteriormente XenServer®).

Los casos de uso de los hipervisores de tipo 1 incluyen:

• Virtualización de servidores, en la que una máquina física ejecuta varias máquinas virtuales que actúan como servidores, lo que mejora la utilización de los recursos de hardware y la implantación y gestión eficientes de los servidores virtuales;
• Creación y gestión de infraestructuras a gran escala en un centro de datos, lo que permite una utilización eficiente del hardware y una asignación flexible de los recursos informáticos;
• Cloud Computing/Infraestructura como servicio (IaaS), donde los hipervisores permiten a los proveedores de IaaS crear y gestionar entornos informáticos flexibles y fácilmente escalables;
• Alta disponibilidad y tolerancia a fallos, donde los hipervisores permiten que los servidores virtuales se pongan en marcha rápidamente cuando hay más usuarios activos o cuando falla un host;
• Desarrollo y pruebas de software, donde los desarrolladores y/o probadores de código de software pueden replicar rápidamente un entorno de producción y probar la compatibilidad del software en una variedad de sistemas operativos y configuraciones sin afectar al entorno anfitrión.

Hipervisores de tipo 2

Los hipervisores de Tipo 2, que suelen utilizarse en entornos de sobremesa o estaciones de trabajo, se ejecutan sobre el sistema operativo anfitrión y proporcionan capacidades de virtualización a la máquina virtual invitada, que puede ejecutarse en un sistema operativo distinto al de la máquina física. A diferencia de los hipervisores de Tipo 1, que ajustan dinámicamente los recursos de hardware para las máquinas virtuales que gestionan, con los hipervisores de Tipo 2 el usuario asigna recursos físicos como RAM a la máquina virtual; si la máquina virtual experimenta problemas de rendimiento, el usuario debe ajustar la asignación de recursos. Los hipervisores de Tipo 2 incluyen VMware® Workstation, Oracle® VirtualBox y Microsoft Virtual PC.

Entre los casos de uso de los hipervisores de tipo 2 se incluyen:

• Virtualización de escritorios, en la que un usuario ejecuta una máquina virtual en su sistema local para utilizar aplicaciones heredadas o para aislar entornos informáticos (por ejemplo, la informática relacionada con el trabajo de la informática personal);
• Desarrollo de software, cuando un desarrollador escribe código en su dispositivo local utilizando un sistema operativo distinto al de su máquina física, o cuando un desarrollador desea aislar su máquina de desarrollo de su máquina física;
• Pruebas y depuración de software, en las que una sola máquina es adecuada para las pruebas (es decir, no un entorno de producción completo);
• Educación y formación, donde un estudiante puede practicar y experimentar con diferentes sistemas operativos, configuraciones de software y ajustes de red sin necesidad de hardware dedicado para cada uno;
• Demostración y presentación, donde un presentador o representante de ventas puede ejecutar demostraciones de software bajo demanda utilizando una única máquina física.

Tenga en cuenta que los hipervisores de Tipo 1, y no los de Tipo 2, se utilizan para habilitar la virtualización de servidores en entornos de producción debido a su capacidad para ajustar dinámicamente la asignación de recursos.

Enfoques alternativos de software de virtualización de servidores

Entre los enfoques alternativos de software para servidores virtuales se encuentran la paravirtualización y la virtualización a nivel de sistema operativo (también conocida como contenedorización).

Paravirtualización

En la paravirtualización, el sistema operativo (SO) huésped se modifica para comunicarse directamente con el hipervisor subyacente, lo que permite que el SO huésped sea consciente de que se está ejecutando en un entorno virtualizado, de modo que pueda realizar las llamadas oportunas al hipervisor en relación con las necesidades de recursos al ejecutar determinadas operaciones.

Al comunicarse directamente con el hipervisor, la paravirtualización reduce la sobrecarga asociada a tareas como la gestión de la memoria, las operaciones de E/S y las llamadas al sistema, por lo que su rendimiento es superior al de la virtualización completa en determinados escenarios.

Dado que la paravirtualización requiere realizar modificaciones en el sistema operativo invitado, es posible que no sea compatible con todos los sistemas operativos desde el primer momento. Dos plataformas de virtualización compatibles con la paravirtualización son VMware vSphere® y Xen (que es gratuita y de código abierto). Otra posibilidad es modificar el código fuente del sistema operativo huésped para permitir la paravirtualización.

Cuando se utiliza para la virtualización de servidores, la para-virtualización funciona mejor para estos casos de uso:

• Cargas de trabajo intensivas en E/S, en las que los datos de la aplicación se intercambian frecuentemente con un dispositivo de almacenamiento secundario;
• Cuando se requiere un alto rendimiento de la red (es decir, aplicaciones con mucho ancho de banda);
• Aplicaciones en tiempo real (videoconferencia, VoIP, juegos en línea, algunas aplicaciones de comercio electrónico, mensajería instantánea, colaboración en equipo);
• Computación de alto rendimiento;
• Aplicaciones heredadas.

Virtualización/containerización a nivel de sistema operativo

La virtualización a nivel de sistema operativo, también conocida como contenedorización, permite la creación y gestión de múltiples contenedores aislados dentro de una única instancia del sistema operativo. Estos contenedores no son "verdaderas" máquinas virtuales porque no incluyen un sistema operativo. En su lugar, cada contenedor proporciona un entorno independiente con su propia aplicación y recursos aislados, como CPU, memoria y sistemas de archivos, compartiendo todos los contenedores el núcleo del sistema operativo anfitrión, a diferencia de una máquina virtual "tradicional", en la que las máquinas virtuales que se ejecutan en el anfitrión no necesitan utilizar el mismo sistema operativo que éste.

Este enfoque, que elimina la ejecución de varios sistemas operativos en un único servidor físico, significa que los contenedores consumen menos recursos que las máquinas virtuales completas, pero no ofrecen la misma flexibilidad relacionada con los sistemas operativos. Docker®, una de las primeras tecnologías de contenedores, está basada en Linux, pero aborda esta flexibilidad reducida mediante el aprovisionamiento de contenedores en máquinas Windows® y MacOS® utilizando una micro VM Linux que se ejecuta en la máquina física.

Los contenedores se utilizan habitualmente para desplegar y ejecutar aplicaciones de forma portátil y escalable. Cada contenedor encapsula una aplicación y sus dependencias, lo que facilita el empaquetado, la gestión y el despliegue del software. Los contenedores también proporcionan aislamiento entre aplicaciones, eliminando los conflictos entre aplicaciones incluso cuando éstas se ejecutan en el mismo servidor host.

Cuando se utiliza para la virtualización de servidores, la contenedorización funciona mejor para estos casos de uso:

• Actividades de "DevOps", como las pruebas y el despliegue de aplicaciones;
• Despliegue de aplicaciones en entornos multicloud, permitiendo que esas aplicaciones se ejecuten de forma coherente en cada entorno;
• Optimización de la infraestructura mediante la eliminación de varios sistemas operativos, lo que permite mejorar la escalabilidad y asignar los recursos de forma más eficiente;
• Pruebas y depuración de aplicaciones;
• Compatibilidad con aplicaciones heredadas, lo que facilita la migración y la integración con sistemas modernos.

¿Cuál es la mejor opción para las aplicaciones de usuario final?

A la hora de entregar aplicaciones a los empleados, la virtualización de servidores mediante un hipervisor de tipo 1 es el enfoque más típico. ¿Por qué? La tecnología de escritorios virtuales se creó específicamente para ofrecer a los empleados escritorios virtuales con aplicaciones de productividad, con muchas funciones que permiten a los equipos de TI gestionar los recursos del servidor y optimizar la experiencia del usuario final.

La tecnología virtual que utiliza un hipervisor de tipo 2 suele ser utilizada por particulares para los casos de uso descritos en este post.

La paravirtualización se emplea con mayor frecuencia en un entorno corporativo para aplicaciones específicas en las que la respuesta y el rendimiento son primordiales.

Los contenedores son utilizados principalmente por los equipos de desarrollo de software y DevOps para facilitar su trabajo. Dado que los equipos informáticos de los usuarios finales han realizado una importante inversión en tecnología de virtualización mediante hipervisores de tipo 1, existen pocos incentivos para pasarse a la tecnología de contenedores, salvo en casos de uso poco habituales como las aplicaciones heredadas críticas para la empresa.

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