Virtualizacion by Luis Eduardo Sepulveda

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

Impacto ¡ Ambiental ¡ Económico

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 4

Arquitectura tradicional Máquina Real Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux, Windows, Mac OS, etc.) Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Arquitectura tradicional

Procesos

Kernel

Hardware

Desperdicio de espacio

Servidores tipo Torre

Desperdicio de espacio

Centro de datos con servidores tipo Torre

Desperdicio de espacio

Servidor tipo Rack

Servidores tipo - Rack

Centro de datos con servidores tipo Rack

Servidores consolidados

Servidor tipo Blade

Optimizaci贸n de recursos

Impacto La virtualizaci贸n es parte de la soluci贸n.

¿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). 14

¿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. 15

¿Qué es la virtualización? La virtualización permite ejecutar sobre la misma máquina más de un sistema operativo y sus respectivas aplicaciones, de forma simultánea. 16

¿Qué es la virtualización? El término “máquina 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) (Mar tín, Marrero, Urbano, Barra, & Moreiro, 2011). 17

Arquitectura virtual Máquina Real Máquina Virtual Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Máquina Virtual Aplicaciones Software

Aplicaciones Software

Sistema Operativo (Windows, GNU/ Linux, Solaris, etc.)

Hardware Virtual

Capa de virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor) Hardware Físico (CPU, Memoria, Disco, Red, etc.)

Tradicional vs Virtual Arquitectura tradicional

Arquitectura virtual

Máquina Real

Aplicaciones Software

Máquina Virtual

Aplicaciones Aplicaciones Software Software

Sistema Operativo (Windows, GNU/ Linux, Solaris, etc.)

Hardware Virtual

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

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

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

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.

Ventajas de la virtualizaci贸n

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. 23

Beneficios de la virtualización ¡  Independencia

software.

entre hardware y

¡  Simplifica

la administración de los sistemas operativos y las aplicaciones.

¡  Fortalece

la seguridad debido al aislamiento de las máquinas virtuales. 24

Inicios de la virtualizaci贸n Desde los a帽os 60, el MIT e IBM ya ten铆an el concepto de virtualizaci贸n en pleno funcionamiento, al cual llamaban CTSS (Compatible Time Sharing System)

Taxonom铆a de la virtualizaci贸n

Características de la virtualización

Ejecutar varias máquinas virtuales simultáneamente en un solo servidor físico

Particionamiento

Características de la virtualización

Cada máquina virtual está aislada de las demás máquinas virtuales

Aislamiento

Caracter铆sticas de la virtualizaci贸n

Las m谩quinas virtuales encapsulan sistemas enteros (configuraci贸n de hardware, sistema operativo y aplicaciones)

Encapsulamiento

Características de la virtualización

Ejecutar una máquina virtual en otro servidor.

Independencia de hardware

Tipos de virtualización ¡  Alojada

(hosted)

¡  Completa

(Full virtualization)

¡  Paravirtualización

(Paravirtualization)

Virtualización alojada Máquina Real

Aplicaciones de usuario

Máquina Virtual

Aplicaciones Aplicaciones de usuario de usuario

Sistema Operativo Huésped Hardware Virtual

Aplicación de usuario

Nivel 3

VMM

Sistema Operativo Huésped

Nivel 2

…

Hardware Virtual

Nivel 1

…

Nivel 0

S.O Huésped

Capa de virtualización (Virtual Machine Monitor – VMM / Hypervisor) Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux, Windows, Mac OS, etc.)

Hardware

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

Virtualización alojada Aplicación

Aplicación

Sistema Operativo Huésped Free BSD CPU virtual RAM virtual Dispositivos virtuales

Sistema Operativo Huésped Windows NT CPU virtual RAM virtual Dispositivos virtuales

Sistema Operativo Huésped Windows XP CPU virtual RAM virtual Dispositivos virtuales

Capa de Virtualización

Sistema Operativo Anfitrión ( GNU/Linux) Hardware CPU

Memoria

E/S

Virtualización completa Máquina Real Máquina Virtual Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Sistema Operativo Huésped Hardware Virtual

Máquina Virtual Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Sistema Operativo Huésped Hardware Virtual

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

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

Nivel 3

Aplicación de usuario

Nivel 2

…

Nivel 1

S.O. Huésped

Nivel 0

VMM

Hardware

n Traducción binaria de solicitudes del SO.

Virtualizaci贸n completa

Aplicaciones

Sistema Operativo

VM 1

Aplicaciones

Sistema Operativo

VM 2

Implementaci贸n de M谩quina Virtual

Hardware

Aplicaciones

Sistema Operativo

VM 3

Paravirtualización Máquina Real

Aplicaciones de usuario

Máquina Virtual Aplicaciones de usuario

Aplicaciones de usuario

Sistema Operativo Huésped Modificado

Hardware Virtual

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

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

S.O. de Gestión

Máquina Virtual

Nivel 3

Aplicación de usuario

Nivel 2

…

Nivel 1

…

Nivel 0

S.O Huésped Paravirtualizado

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

Ámbitos de aplicación ¡ Servidores ¡ Redes ¡ Escritorios ¡ Almacenamiento ¡ Aplicaciones

Servidores Virtuales Servidor Virtual

Servidor FĂsico

Redes Virtuales

Escritorios Virtuales

Almacenamientos Virtuales Dropbox

OneDrive

Google Drive

Aplicaciones Virtuales

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

Virtualizaci贸n clase empresarial

Requisitos

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

Migraci贸n en vivo de m谩quinas 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

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. 53

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. 54

Gracias ING. LUIS EDUARDO SEPÚLVEDA RODRÍGUEZ. MSC

Preguntas ING. LUIS EDUARDO SEPÚLVEDA RODRÍGUEZ. MSC