Una mquina virtual o VM es un concepto clsico de informtica aplicado a la virtualizacin de hardware que se utiliza para simular sistemas de computacin, normalmente en un contexto de pruebas de software. Existen numerosas herramientas de software que permiten el funcionamiento de varios sistemas huspedes en un sistema host comn, pero, cmo funcionan las mquinas virtuales y qu ventajas e inconvenientes se asocian a este concepto de virtualizacin? Te presentaremos los conceptos bsicos de la virtualizacin de hardware basada en hipervisor y le mostraremos paso a paso cmo implementar entornos virtuales para Windows o Linux.
Cada mquina virtual se basa en un hipervisor (tambin llamado monitor de mquina virtual o VMM). El hipervisor se ejecuta como una aplicacin en el sistema operativo host (hipervisor alojado) o bien directamente en el hardware de la mquina fsica (hipervisor bare-metal) y administra los recursos de hardware proporcionados por el sistema host. El software del hipervisor crea una capa de abstraccin entre el hardware fsico y la mquina virtual. Cada VM se ejecuta aislada del sistema host y de otros sistemas invitados en su propio entorno virtual, lo que se conoce como encapsulacin y los procesos dentro de una mquina virtual no afectan al host u otras VM en el mismo hardware.
Numerosos hipervisores combinan tecnologas de virtualizacin de hardware con funciones de emulacin. Los productos de virtualizacin adecuados no solo crean una capa de abstraccin entre el hardware fsico en el que se implementan y la capa virtual utilizada, sino que tambin resuelven las incompatibilidades entre diferentes arquitecturas de sistemas. Esto permite a los usuarios emular entornos de tiempo de ejecucin para diferentes sistemas operativos en un sistema host. Por lo tanto, los usuarios tambin pueden ejecutar sistemas invitados en mquinas virtuales cuya arquitectura de sistema no corresponde a la del sistema host.
La siguiente captura de pantalla muestra los sistemas operativos Windows 7 y Ubuntu 17.10 como sistemas huspedes virtualizados en el mismo sistema host. Cada mquina virtual se ejecuta en una ventana separada y Oracle VM VirtualBox se utiliza como software de virtualizacin.
En la virtualizacin de hardware, los recursos de un sistema fsico pueden distribuirse entre varios sistemas virtuales. Cada sistema invitado, incluyendo todos los programas que se ejecutan en l, est separado del hardware subyacente.
En la prctica, las mquinas virtuales se utilizan principalmente para aislar ciertos procesos y aplicaciones por razones de seguridad. En comparacin con otros conceptos de virtualizacin, las VM ofrecen una fuerte encapsulacin y por lo tanto funcionan como base para productos de hosting en los que varios servidores de clientes son operados sobre una plataforma de hardware comn. La provisin de mquinas virtuales es la base del alojamiento compartido y las ofertas de VPS (Servidor Virtual Privado). Debido a que cada sistema husped se ejecuta en un entorno de tiempo de ejecucin aislado, los procesos encapsulados en una mquina virtual no afectan al sistema host ni a otros sistemas huspedes de la misma mquina fsica.
En el contexto empresarial, las mquinas virtuales se utilizan para reducir los costes de operacin y mantenimiento de las infraestructuras de TI. Las empresas a veces poseen una amplia infraestructura de TI que est inactiva la mayor parte del da, por lo que las mquinas virtuales pueden reducir significativamente los tiempos de inactividad de este tipo. En lugar de proporcionar a cada rea de aplicacin de la estructura de TI empresarial su propia mquina fsica, se tiende cada vez ms a ejecutar servidores de correo, bases de datos, archivos o aplicaciones en entornos virtuales aislados que comparten una misma plataforma de hardware potente. Este concepto se implementa en el contexto de la consolidacin de servidores ya que, normalmente, es ms barato mantener una gran plataforma informtica para diferentes sistemas virtuales que operar en varios ordenadores pequeos. Adems, los procesadores siguen siendo componentes caros, por lo que el tiempo no utilizado del procesador es un factor de coste innecesario que puede evitarse al cambiar a sistemas virtuales.
Otro campo de aplicacin de los entornos virtuales es el desarrollo de software. Los programadores que desarrollan aplicaciones para diferentes arquitecturas de sistemas a menudo utilizan mquinas virtuales para realizar pruebas de software. Los hipervisores permiten el funcionamiento en paralelo de diferentes sistemas operativos o versiones del sistema, donde las VM pueden crearse, clonarse y eliminarse del disco duro fsico con solo pulsar un botn y sin dejar ningn dato guardado. Adems, los procesos defectuosos dentro de una mquina virtual no tienen ningn efecto en el sistema subyacente debido a la encapsulacin.
Los particulares suelen utilizar hipervisores de emulacin para ejecutar aplicaciones escritas originalmente para una arquitectura de sistema diferente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la virtualizacin del hardware, as como la emulacin, siempre van de la mano de prdidas de rendimiento del sistema. Por ejemplo, si un usuario desea ejecutar un programa Linux con una mquina virtual en su equipo Windows, debe gastar recursos adicionales tanto en el hipervisor como en el sistema invitado. Una aplicacin Linux encapsulada de este tipo ya no tiene todo el rendimiento del hardware subyacente a su disposicin. Esto se denomina overhead o gastos generales.
En informtica, a los recursos de TI como el tiempo de clculo, la memoria o el ancho de banda utilizados durante la ejecucin de un proceso sin contribuir directamente al resultado del proceso se les denominan gastos generales.
Si se ejecutan varias mquinas virtuales en el mismo sistema host, los requisitos de recursos de una mquina durante los picos de rendimiento tambin pueden afectar al rendimiento de las dems mquinas en el mismo host. Esto se puede contrarrestar garantizando a cada mquina virtual un grupo fijo de recursos de hardware. Si decides crear una mquina virtual, debes asegurarte de que el total de recursos virtuales utilizados simultneamente nunca supere la potencia mxima disponible en el equipo fsico.
La siguiente tabla compara las principales ventajas e inconvenientes de las mquinas virtuales. La medida en la que estos beneficios y limitaciones importan, depende principalmente del marco dentro del cual deseas implementar tu VM y del propsito de la virtualizacin.
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Las siguientes instrucciones paso a paso te mostrarn cmo crear una mquina virtual en un host Windows y ejecutarla como un sistema invitado de Ubuntu Linux. Para el tutorial utilizamos Windows 7 y Oracle VM VirtualBox como software del hipervisor.
Para seguir las instrucciones en tu propio sistema, todo lo que necesitas es un PC con sistema operativo Windows y acceso a Internet. El software utilizado en el tutorial puede descargarse gratuitamente desde tu pgina web oficial.
Para el siguiente tutorial utilizamos el hipervisor VM VirtualBox de Oracle. El software est disponible gratuitamente bajo la Licencia Pblica General de GNU (GNU GPLv2). Recomendamos la descarga desde la pgina web oficial del proveedor. Para ello, realiza los siguientes pasos:
Oracle tambin proporciona el Oracle VM VirtualBox Extension Pack, un mdulo de extensin para software de virtualizacin de cdigo abierto, de forma gratuita. Sin embargo, no necesitas descargar la extensin para seguir este tutorial.
Una vez finalizada la descarga, haz doble clic en el archivo .exe para ejecutar el paquete de datos binarios. Sigue las instrucciones del asistente de instalacin para instalar Oracle VM VirtualBox localmente en tu sistema.
Para ejecutar un sistema invitado en una mquina virtual, necesitas una imagen del sistema operativo deseado. Esta es una imagen de memoria que puede ser interpretada por el software del hipervisor como un disco duro del sistema y puede efectuarse en un archivo en formato .iso. Las soluciones de virtualizacin comunes tambin utilizan formatos de contenedores para archivos de imagen como .vmdk (VMware), .vhd (Xen y Microsoft Hyper-V) y .vdi (Oracle VM VirtualBox).
Para este tutorial utilizamos el sistema operativo de cdigo abierto Ubuntu 17.10.1, que puede descargarse como archivo .iso desde la pgina web oficial del proyecto Ubuntu. Para ello, procede del siguiente modo:
Los usuarios que deseen ejecutar una mquina virtual Windows como sistema invitado encontrarn varios archivos de imagen para las soluciones de hipervisor de VMware, Hyper-V, VirtualBox y Parallels en el entorno de desarrollo oficial de desarrolladores de Microsoft. Aqu tambin encontrars paquetes completos para mquinas virtuales de Windows VMs que Microsoft provee para entornos de pruebas.
Algunos proveedores proporcionan a los usuarios mquinas virtuales totalmente configuradas como un mapa de memoria. Si deseas aprovechar esta opcin, descarga la VM en uno de los formatos de contenedor compatibles y seleccinala mediante la opcin "Use an existing virtual hard disk file". Oracle VM VirtualBox es compatible con el formato de archivo propietario VirtualBox Disk Image (.vdi) e imgenes de memoria en formatos Virtual Hard Disk (.vhd) y Virtual Machine Disk (.vmdk).
En el siguiente paso, selecciona el formato de contenedor que VirtualBox debe utilizar para el nuevo disco duro virtual. A menos que planees ejecutar la mquina virtual recin creada utilizando otro programa de virtualizacin, te recomendamos el formato VDI predeterminado.
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