Conceptos Básicos

En Informática, virtualización es la creación -a través de software- de una versión virtual de algún recurso tecnológico, como puede ser una plataforma de hardware, un sistema operativo, un dispositivo de almacenamiento u otros recursos de red [27]. Dicho de otra manera se refiere a la abstracción de los

recursos de una computadora, llamada Hipervisor o VMM (Virtual Machine Monitor) que crea una capa de abstracción entre el hardware de la máquina física (host) y el sistema operativo de la máquina virtual

(virtual machine, guest), siendo un medio para crear una versión virtual de un dispositivo o recurso, como un servidor, un dispositivo de almacenamiento, una red o incluso un sistema operativo, donde se divide el recurso en uno o más entornos de ejecución. [65]

FIGURA 4.1: Entornos virtualizados vs sin virtualizar

Esta capa de software (VMM) maneja, gestiona y arbitra los cuatro recursos principales de una computadora que son CPU, memoria, red y almacenamiento; y así podrá repartir dinámicamente dichos recursos entre todas las máquinas virtuales definidas en el computador central. De este modo se permite tener varios ordenadores virtuales ejecutándose sobre el mismo ordenador físico.

Consideremos la posibilidad de un entorno de producción que consta de procesos que se ejecutan de fondo y transacciones en línea que se ejecutan en la parte superior de una transacción. Los desarrolladores necesitan para poner a prueba, nuevas características del sistema. Un enfoque típico es el uso de una máquina para el entorno de producción y otro, suele ser más pequeño, para el desarrollo y pruebas.

La virtualización permite ejecutar los dos ambientes en la misma máquina de tal manera que estos dos

entornos estén completamente aislados unos de otros. Tal como muestra la figura, el entorno de

producción se ejecuta en la parte superior de sistema OS1 y el entorno de prueba se ejecuta sobre el sistema OS2 del sistema operativo. Ambos sistemas operativos se ejecutan en parte superiores del monitor de máquina virtual (VMM). El VMM virtualiza todos los recursos (por ejemplo, procesadores, memoria, secundaria almacenamiento, redes) y los asigna a los diversos virtuales máquinas que funcionan en la parte superior de la VMM.

Para entrar más en detalle sobre virtualización, se debe discutir sobre la arquitectura de las computadoras. El conjunto de instrucciones es en general dividido en (al menos) dos categorías: instrucciones sin

privilegios y privilegiadas.

Las instrucciones sin privilegios no cambian la asignación (y en algunos casos, el estado) de cualquiera de

los recursos de la máquina que se reparten entre los diferentes procesos de ejecución. Ejemplos de tales recursos son procesadores, memoria principal, dispositivos de almacenamiento secundario, conexiones de red, el temporizador y registros de propósito especial como el contador de programa y bits.

Las instrucciones privilegiadas incluyen a todos aquellas que se utilizan para cambiar la asignación o el estado de los recursos compartidos de una máquina. Ejemplos de tales instrucciones son: detener la

máquina, establecer el temporizador, el contador del programa, cambiar el valor de la memoria de registros de la asignación, el bit de modo, y de E / S relacionada instrucciones, entre otras.

Una máquina funciona en dos modos: usuario y supervisor. En el modo de supervisor, el conjunto de instrucciones completo puede ser ejecutado. Este es el modo en que el sistema operativo funciona. En el modo de usuario, sólo instrucciones no privilegiadas pueden ser ejecutados. El sistema operativo establece el bit de modo de usuario antes de dar el control de la CPU a un programa de usuario. Si una instrucción privilegiada se ejecuta en modo de usuario, una interrupción se genera y se pasa el control a una interrupción rutina de manejo, que es parte del sistema operativo.

La mayoría de las arquitecturas tienen más de dos niveles de privilegio. Por ejemplo, las arquitecturas x86 tienen cuatro niveles, denominado anillos, numerados del 0 al 3. Ring 0 tiene el privilegio más alto y este es el nivel en el que el sistema operativo funciona en los entornos no virtualizados.

En un entorno de máquina virtual, VMM se ejecuta en el modo supervisor que controla el acceso a los recursos compartidos por todas las máquinas virtuales que se ejecutan en el modo usuario. El VMM coordina las máquinas virtuales, de manera similar a cómo un sistema operativo coordina los procesos, y asigna los ciclos del procesador para ellos.

Por ejemplo, si la instrucción ejecutada por una máquina virtual es una instrucción de detención, la maquina virtual afectada se detendrá, pero todas las otras seguirán su curso. Si ésta genera una operación de E/S, el VMM tiene que mapear que esa E/S en una operación que se lleva a cabo en uno de los dispositivos reales que se utilizan para soportar al dispositivo virtual visto por las máquinas virtuales. Esto se ilustra a continuación, donde se puede observar que los discos virtuales VD-A y B-VD se asignan a un disco físico y que los discos virtuales VD-C, VD-D, y VD-E se asignan a B. El VMM mantiene un seguimiento de la información asignada como parte de una del estado de la máquina virtual.

FIGURA 4.3: Mapeo de discos virtuales a discos físicos.

4.2.1. Virtualización relacionada con el Green IT

Estudios realizados basados en el ahorro de energía que generan las empresas para sus clientes, demuestra que las soluciones de virtualización reducen los costos económicos y emisiones de CO2. Esto se puede llevar acabo fusionando varias máquinas en un solo servidor, disminuyendo el consumo energético y los costos; ahorrando 7.000 kilovatios hora o cuatro toneladas de emisiones de CO2 al año. Las PCs virtualizadas pueden reducir el consumo de energía y los costos en un 35%. Hoy en día, la mayor parte consumen entre un 70 y un 80% de su energía estimada.

Otra medida es la desconexión de los servidores y desktops durante los períodos de inactividad, como por ejemplo a la noche o los fines de semana, con lo que se puede ahorrar aproximadamente un 25% en su consumo energético. Las empresas hoy en día son las más interesadas en el tema de la virtualización, ya que para ellas es muy importante reducir costos y energía principalmente.