Jonathan Echeverría - Lo que tengo en la cabeza » Virtualización

Virtualización: KVM y XEN

Jonathan Echeverria — Mon, 31 Aug 2009 09:29:29 +0000

Tras finalizar el viernes el especial de virtualización, hoy empezamos la semana con un curso muy interesante sobre virtualización con XEN y KVM que he encontrado en saghul.net y que son unas transparencias pertenecientes al e-ghost de este verano.

Herramientas de virtualización: coLinux y Wine (7/7)

Jonathan Echeverria — Fri, 28 Aug 2009 08:00:34 +0000

Y terminamos esta serie de 7 entregas sobre virtualización. Hemos analizado los diferentes tipos de virtualización que existen, y las herramientas más importantes que existen en el mercado para cada uno de los tipos de virtualización. Hoy para terminar analizaremos la emulación, que a pesar de no ser como tal un tipo de virtualización, es algo muy muy parecido y que nos ofrece unos resultados similares y muy útiles. Es por ellos que muchos autores importantes, que son gurús de la virtualización, consideran a la emulación cooperativa y a la emulación a nivel de biblioteca, como una forma más de virtualizar. Para entenderlo mejor, voy a explicar directamente las herramientas asociadas a cada tipo de virtualización.

coLinux – Emulación cooperativa
coLinux es una modificación de núcleo Linux para que pueda ejecutar otro sistema operativo al mismo tiempo. Para ello, el sistema operativo nativo (Windows o Linux) controla el hardware físico, mientras que el sistema operativo invitado emplea un hardware virtual. coLinux ejecuta un proceso en la máquina física, que permite que arranque el sistema operativo virtual instalado. Mediante este proceso el sistema operativo nativo interactúa con el virtual con un driver de control específico, indicándole el hardware, red, memoria…

Esquema de virtualización coLinux

Así pues esta herramienta nos permite por ejemplo, ejecutar desde Linux aplicaciones creadas e instaladas para Windows. Esta funcionalidad ha hecho que co-Linux sea una herramienta extendida sobre todo a nivel de usuarios que desean poder ejecutar diferentes aplicaciones creadas para diferentes sistemas operativos, sobre Linux.

Wine – Emulación a nivel de biblioteca
La emulación a nivel de biblioteca es un método que emula porciones de un sistema operativo empleando una biblioteca específica. Es decir, en realidad no se está ejecutando realmente el otro sistema operativo, si no que es un entorno que lo simula. Por lo general no se emula un sistema operativo completo, si no que permite la ejecución de software correspondiente a un determinado sistema operativo.

Un ejemplo muy conocido de este tipo de virtualización es Wine. Este software implementa la API de Win32 para Linux permitiendo de este modo la ejecución en un entorno Linux, de un programa compilado para Windows. Por tanto, al ser en realidad una implementación de la API, hay quien considera que la emulación no es virtualización como tal, sino una forma un poco “peculiar” de implementar ciertas librerías, ya que en realidad no se virtualiza el sistema operativo al completo, sino únicamente ciertas librerías que Windows necesita para ejecutar determinadas aplicaciones.

Herramientas de virtualización: Linux-Vserver, Virtuozzo y OpenVZ (6/7)

Jonathan Echeverria — Thu, 20 Aug 2009 18:50:43 +0000

Retomamos las explicaciones sobre las herramientas de virtualización, con tres herramientas que se basan en la virtualización a nivel de sistema operativo. Comenzaremos, como en los casos anteriores, explicando este tipo de virtualización, y posteriormente las tres herramientas que nos ofrece el mercado: Linux-Vserver, Virtuozzo y OpenVZ.

Virtualización a nivel de sistema operativo
Sobre un núcleo de base con un determinado sistema operativo se montan Servidores Privados virtualizados. El esquema es el siguiente:

Esquema de virtualización en el nivel del sistema operativo

Esta técnica virtualiza los servidores encima del propio sistema operativo. De esta forma solo se puede instalar un sistema operativo único, pero que es capaz de aislar a los servidores independientes. Para que este sistema funcione se necesitan instalar sistemas operativos que tiene un núcleo adaptado, con funcionalidad para este tipo de virtualización, razón por la que no es un sistema muy extendido, aunque si que tiene una gran tendencia de crecimiento por su utilización en servidores en Internet.

Linux-Vserver
Linux-Vserver es una herramienta que viirtualiza el núcleo Linux de manera que varios entornos de espacio de usuario llamados Virtual Private Servers (VPS), se ejecutan de forma independiente sin tener conocimiento del resto. Para conseguir este aislamiento, se realizan diferentes modificaciones en el núcleo Linux.

Para aislar cada uno de los espacios de usuario del resto se emplean contextos: contenedores para los procesos de un VPS. Para el arranque inicial el núcleo tiene un contexto por defecto. Además existe un contexto para la administración. Por otra parte se emplea una llamada al sistema (chroot) que permite configurar un directorio como “raíz” del sistema de ficheros para un proceso y sus hijos, aislando de este modo, el directorio raíz de cada VPS. Cada VPS cuenta con su propia raíz y lista de usuarios y contraseñas, no pudiendo acceder a otra VPS. Linux-VServer está soportado en los núcleos Linux v2.4 y v2.6, y funciona sobre x86, x86-64, SPARC, MIPS, ARM y PowerPC.

Virtuozzo
Virtuozzo es una solución de virtualización que se basa en crear múltiples entornos virtuales aislados (VPS). El funcionamiento de Virtuozzo de basa en capas; por una parte la capa del VMM/Hypervisor se encarga de virtualizar todo el hardware del servidor para luego asignárselo a los sistemas operativos virtuales instalados. La siguiente capa es la capa de virtualización que está construida con un sistema de ficheros propietario y la capa de servicios del núcleo para proporcionar independencia y seguridad entre las máquinas virtuales instaladas.

Permite migraciones “en caliente”, comunicaciones entre las máquinas virtuales instaladas… y puede ser instalado en Windows (con arquitecturas 32 y 64 bits) y en Linux (con arquitecturas x86, ia64, AMD64, EMT64T, Itanium).

Esta solución de virtualización es empleada mayoritariamente para la virtualización en servidores web y de correo, puesto que con una misma máquina física se pueden virtualizar varios entornos virtuales que pueden ser ofrecidos como servidores independientes.

OpenVZ
OpenVZ es similar a Linux-VServer pero con diferencias interesantes. OpernVZ es un núcleo modificado para la virtualización que soporta espacios de usuarios aislados, VPS, con un conjunto de herramientas de usuario para la administración.

Para planificar los procesos, OpenVZ utiliza un planificador de dos niveles. El de primer nivel determina que VPS debe obtener la CPU, mientras que el segundo nivel escoge el proceso a ejecutar basándose en las prioridades estándar de Linux. OpenVZ incluye los llamados beancounters: conjunto de parámetros que definen la distribución de los recursos para un VPS. De esta forma podemos indicarle a cada VPS la cantidad de memoria que tiene asignada, y el número de objetos para la comunicación entre procesos (IPC) que están disponibles.

OpenVZ proporciona una gran facilidad de migración ya que permite establecer un punto de control congelando con ello la ejecución del VPS y guardándolo en un fichero. Ese fichero es portable, y una vez copiado en otra máquina se restaura la ejecución del VPS. Las arquitecturas soportadas son: x86, x86-64 y PowerPC.

Herramientas de virtualización: XEN y UML (5/7)

Jonathan Echeverria — Tue, 28 Jul 2009 13:54:18 +0000

A lo largo de las diferentes entradas sobre herramientas de virtualización hemos explicado la emulación y la virtualización completa. Existe otro tipo de virtualización que es conocido como paravirtualización.
Así pues vamos a explicar en primer lugar la paravirtualización, y luego explicaremos dos herramientas que la utilizan, además de ofrecer virtualización completa: XEN y UML.

Paravirtualización
La paravirtualización es un sistema virtualizador mediante el cual, las instrucciones de la MV(Máquina Virtual) se ejecutan directamente en el procesador físico, puesto que emplea sistemas operativos modificados para ello.

Esquema de paravirtualización utilizado en XEN y UML

La paravirtualización es una variante de la virtualización completa en la que el Hypervisor accede al sistema operativo directamente. Es decir, la máquina virtual envía las instrucciones al procesador directamente, sin necesidad de ser traducidas. Así pues, la gestión del código máquina se realiza de una forma considerablemente más eficiente, al ejecutarse directamente, razón por la que el proceso de comunicación entre el hardware nativo y el sistema operativo de la MV es más eficiente que en el caso de la virtualización completa.

XEN
Es la solución de fuente abierta creada en la Universidad de Cambridge que inicialmente nos ofrecía únicamente paravirtualización a nivel del sistema operativo. Actualmente Xen es una solución de virtualización que nos ofrece virtualización completa únicamente bajo procesadores Intel VT o AMD Pacifica.

Los sistemas operativos que utilicen Xen con paravirtualización deben ser sistemas operativos modificados, también denominados parcheados, puesto que el Hypervisor y el sistema operativo colaboran en la virtualización para de esta forma ofrecer la paravirtualización. A consecuencia de ello, Xen ha crecido en sistemas Linux por ser de código fuente abierto, y por tanto poder realizar modificaciones en el kernel. Actualmente, sistemas operativos sin modificar, como por ejemplo Windows, también pueden ser alojados en Xen, ya que Xen nos ofrece la tecnología de virtualización completa, aunque sólo en sistemas hardware que soporten la tecnología Vanderpool o Pacifica (tecnologías para procesadores, propietarias de Intel y AMD respectivamente, que procesan instrucciones virtuales directamente, sin necesidad de traducirlas) como se ha comentado anteriormente. Otros sistemas operativos como Minix, Plan 9, NetBSD, FreeBSD y OpenSolaris también pueden ser soportados por Xen.

Estructura de las capas de una máquina con XEN

Xen es una solución cada vez más extendida en entornos empresariales por la robustez y fiabilidad que ha demostrado. Tanto es así que actualmente hay empresas que se dedican a ofrecer herramientas de pago desarrolladas sobre Xen, como por ejemplo la empresa Citrix que adquirió XenSource (antigua empresa explotadora de Xen) ofreciendo productos como Citrix XenDesktop o Citrix XenServer.

UML
User-mode Linux (UML) permite que un Linux ejecute otros sistemas operativos Linux en el espacio de usuario. Estos sistemas operativos alojados se ejecutan como un proceso alojado en el sistema Linux anfitrión. De esta forma varios núcleos Linux se ejecutan en el contexto de un solo núcleo de Linux.

Esquema de virtualización UML

UML se encuentra implementado en el núcleo de Linux desde la versión del kernel 2.6, pero debe ser activado y recompilado antes de poder utilizarse. UML permite virtualizar dispositivos permitiendo a los sistemas operativos alojados compartir los dispositivos existentes: unidades CD-ROM, sistemas de ficheros, consolas, dispositivos NIC…El núcleo anfitrión se ejecutará sobre el hardware y los núcleos alojados se ejecutan sobre el espacio de usuario del núcleo anfitrión. Los núcleos pueden ser anidados de forma que un núcleo alojado actúe como anfitrión de otro.

Herramientas de virtualización: z/VM y Linux KVM (4/7)

Jonathan Echeverria — Mon, 20 Jul 2009 14:00:14 +0000

El otro día comenzamos a explicar la virtualización completa y un par de herramientas muy utilizadas y extendidas como son VMware y VirtualBox. Hoy seguimos con la segunda parte de herramientas de virtualización que se basan en virtualización completa, en el que vamos a entrar en dos herramientas: x/VM y Linux KVM.

z/VM
z/VM es un sistema operativo de IBM que se utiliza como Hypervisor. En su interior está el Programa de Control que proporciona la virtualización de los recursos físicos a los sistemas operativos alojados. De esta forma varios procesadores y otros recursos pueden ser virtualizados para los diferentes sistemas operativos alojados. También se puede emular una LAN virtual para la comunicación entre sí de los diferentes sistemas operativos emulados. Esta LAN se emula en el Hypervisor, dándole así gran seguridad.

Esquema de funcionamiento de z/VM

z/VM no es un sistema virtualizador muy extendido, puesto que es propiedad de IBM y únicamente se utiliza en sus servidores y ordenadores. Es una tecnología muy antigua y que se sigue utilizando dada su estabilidad y potencia. Su última versión se lanzó a principios de 2007 con lo que puede que esté cayendo en desuso.

Linux KVM
Linux KVM (Kernel Virtual Machine) está implementada en el propio núcleo Linux a partir de la versión 2.6.20. KVM convierte el núcleo Linux en un Hypervisor utilizando un módulo del núcleo que permite a otros sistemas operativos alojados ejecutarse en este espacio de usuario del núcleo. El módulo KVM instalado en el núcleo expone el hardware virtualizado a través del dispositivo virtual /dev/kvm. Este modo de virtualización permite al sistema operativo alojado que se comunique con el módulo KVM utilizando un proceso que ejecuta un Qemu, modificado para obtener la emulación hardware.

Esquema de virtualización con Linux KVM

El módulo KVM aporta al núcleo un nuevo modo de ejecución: el modo guest (es el modo para ejecutar un sistema operativo virtualizado distinto del Linux base), mientras que el kernel vanilla(es el kernel estándar de Linux) aporta el modo kernel y el modo user. El nuevo módulo aportado por KVM es utilizado para ejecutar todo el código del sistema operativo virtualizado en el que no se utiliza E/S, y el modo normal de usuario proporciona la E/S para los sistemas operativos virtualizados.
KVM es una buena solución de virtualización puesto que es la primera tecnología de virtualización que está implementada en el propio núcleo Linux. Cuando se ejecuta en hardware que soporta virtualización es posible hospedar a Linux (32 y 64 bits) y Windows (32 bits).

Herramientas de virtualización: VMware y VirtualBox (3/7)

Jonathan Echeverria — Mon, 13 Jul 2009 13:00:06 +0000

En numerosas ocasiones he hablado en el blog de VMware y VirtualBox como soluciones de virtualización potentes, muy efectivas y fáciles de administrar por usuarios con conocimientos bajos en informática. Hoy toca hablar de estas dos soluciones de forma más técnica, para introducirnos en la virtualización completa.

Virtualización completa
Este tipo de virtualización envía las instrucciones de la MV al procesador físico según la siguiente figura:

Virtualización completa utilizado por VMWare y VirtualBox

La virtualización completa es una técnica mucho más extendida que la anterior, sobre todo entre usuarios comunes, ya que permite la posibilidad de ejecutar un sistema operativo sobre otro totalmente distinto instalado en la máquina física.
La técnica empleada para ello se basa en una máquina virtual (Hypervisor VMM) que media entre el sistema operativo instalado en la MV y el hardware físico. El Hypervisor se sitúa entre el hardware real y el sistema operativo virtual ofreciendo con ello la posibilidad de ejecutar un sistema operativo tal cual es, sobre el hardware real. Es el encargado de realizar las traducciones pertinentes de las instrucciones máquina (generadas por la máquina virtual) para que puedan ser interpretadas por el procesador físico. El único requisito es que dicho SO esté diseñado para ese hardware en concreto.

Este tipo de virtualización obtiene mejores rendimientos si el procesador da soporte a instrucciones virtuales, como es el caso de las tecnologías VT y PACIFICA de Intel y AMD respectivamente. Esto es debido a que el procesador es capaz, en cierta forma, de interpretar las instrucciones generadas por la MV, sin ser necesaria su traducción.

VMware
VMware es una solución comercial muy extendida (tanto en entornos empresariales como a nivel de usuario doméstico) que ofrece virtualización completa y paravirtualización(sólo en su versión empresarial). Entre los sistemas operativos alojados y el hardware de la máquina real, se instala el Hypervisor que es el encargado del entendimiento entre ambos. Esta solución virtualiza también el hardware de E/S y ofrece drivers para dispositivos desde el Hypervisor. Además crea una LAN virtual para conectar los sistemas virtualizados con el host pudiendo dar conectividad al exterior. VMware guarda la representación de la máquina emulada en un fichero alojado en la máquina real, por lo que la migración de una máquina a otra es sencilla.

Su gran expansión se ha producido al incorporar el procesamiento de instrucciones virtuales a nivel de procesador, con lo que se produjo una notable mejora en el rendimiento de las máquinas virtuales.

A diferencia de las opciones comentadas anteriormente, VMWare tiene una interfaz de usuario muy avanzada, permitiendo configurar prácticamente todo gráficamente. Esto le ha permitido situarse en el mercado de la virtualización como una de las herramientas más extendidas, además de su robustez y rapidez en la ejecución de máquinas virtuales. VMWare también ofrece paravirtualización orientada principalmente a servidores y grandes centros de datos, pero es una solución no muy extendida por su alto coste económico, y sobre todo por haber otras soluciones de paravirtualización como Xen que son GPL.

VirtualBox
VirtualBox es una solución de virtualización completa para la familia de arquitecturas x86. VirtualBox nació con una licencia privada, y ha terminado convirtiéndose en GLP, por lo que su uso se ha incrementado notablemente. VirtualBox puede ser instalado en Windows, Linux y Macintosh y puede emular Windows 98/NT/2000/2003 Server/XP/Vista, Linux (2.4 y 2.6), FreeBSD, OpenBSD…

VirtualBox ofrece modularidad (diseño modular con diseño cliente/servidor), portabilidad (características de las máquinas virtuales almacenadas en fichero XML), integrabilidad (software con opciones adicionales para Windows y Linux), controlador USB, protocolo de acceso remoto (una máquina virtual puede actuar como un servidor RDP), carpetas compartidas entre el host y las máquinas virtuales…

Además ofrece una interfaz gráfica muy sencilla e intuitiva para una herramienta tan potente. Tal es así que VirtualBox se ha convertido en un duro competidor de VMware, ya que ofrece muchas opciones similares, y de forma gratuita.

Herramientas de virtualización: Bochs y Qemu (2/7)

Jonathan Echeverria — Thu, 09 Jul 2009 07:08:17 +0000

La emulación hardware simula cada instrucción del procesador como si de otro hardware se tratara. Para implementar este tipo de virtualización se sigue el siguiente esquema:

Emulación hardware que siguen Bochs y Qemu

En este tipo de virtualización, la máquina virtual (MV) es empleada para emular un determinado tipo de hardware. De tal modo que, como cada instrucción debe ser simulada por el hardware subyacente, es un sistema lento con respecto a los otros tipos de virtualización. Aun así, este tipo de virtualización está muy extendida entre los desarrolladores de firmware para hardware que todavía no ha sido fabricado, o que está en fase experimental. A continuación veremos Bochs y Qemu, dos soluciones de virtualización-emulación:

Bochs
Bochs es un sistema de emulación bajo licencia LGPL y que es capaz de simular diferentes arquitecturas, todo ello mediante el hardware subyacente.
Así pues, se puede simular un ordenador x86 que es portable entre varias plataformas: x86, PowerPC, Alpha, SPARC y MIPS. Bochs es un sistema de virtualización en el que se simula el ordenador completo: procesador, periféricos, tarjetas gráficas, adaptadores de red… Permite la creación (mediante emulación) de cualquier arquitectura, y la ejecución de múltiples sistemas operativos sobre Linux (Windows 95/98/NT/2000, FreeBSD, OpenBSD,…)
Es un sistema muy poco extendido principalmente porque carece de una interfaz gráfica muy amigable y sencilla, como ofrecen el resto de herramientas de virtualización.

Qemu
Qemu es una opción de virtualización que ofrece dos modos de operación: modo de emulación de sistema completo y modo de emulación de usuario.
El primer modo es similar a Bochs ya que emula un ordenador completo (procesador, sistemas de almacenamiento y periféricos) y puede emular arquitecturas como x86, x86-64, ARM, SPARC, PowerPC y MIPS. De esta forma se puede emular Windows y Linux, sobre un sistema Linux, Solaris y FreeBSD.
El segundo modo solamente se puede alojar en Linux, y nos permite ejecutar binarios para arquitecturas MIPS, ARM, SPARC, PowerPC, u otras en desarrollo, sobre un Linux instalado en una arquitectura x86.
Al igual que Bochs, Qemu tampoco tiene una interfaz muy amigable con lo que su uso no está muy extendido. Hay que reseñar que Qemu fue la base sobre la que luego se desarrollaron otras tecnologías de virtualización, como por ejemplo Xen, de la que hablaremos más adelante.

Herramientas de virtualización: Introducción (1/7)

Jonathan Echeverria — Tue, 07 Jul 2009 16:16:18 +0000

Comienzo con esta entrada una serie de 7 entradas en las que pretendo hablar (sin entrar en mucho detalle) de varias herramientas de virtualización que existen en el mercado y que funcionan sobre servidores Linux (algunas soluciones propuestas también están disponibles para Windows). Lo que pretendo con ello es dar unas pinceladas de cada una de estas herramientas, de forma que si alguien necesita virtualizar algo, tenga aquí un buen punto de partida, para luego pasar a analizar en detalle las opciones que más le interesen a primera vista.

Cada una de las siguientes soluciones de virtualización, tiene sus peculiaridades, características, estructura y usos más extendidos. A continuación podemos ver las soluciones que voy a tratar, en este índice (iré añadiendo los enlaces, conforme vaya publicando las entradas):

VirtualBox 2.1.2 (publicada 21/01/09)

Jonathan Echeverria — Thu, 29 Jan 2009 18:00:06 +0000

La semana pasada publicaron VirtualBox 2.1.2 para todas las arquitecturas y sistemas operativos. La verdad es que desde que la compró SUN, VirtualBox se ha convertido en una solución de virtualización seria, potente, y para mi gusto, superior a VMWare. En esta versión se han corregido numerosos bugs, y problemas con hardware específico:

Enormes aumentos de velocidad en algunas operaciones de I/O, como el formateo del disco.
Aumentado el límite de memoria para nuevas VMs hasta 75% del total del host.
Mejorado el soporte de USB para recientes hosts Linux.
Agregado soporte para X.org 1.6 RC en huéspedes Linux.
Agregado soporte para Windows 7 Beta.

Pero lo más sorprendente es que VirtualBox tiene soporte para OpenGL, con lo que los resultados pueden ser espectaculares (WindowsXP sobre Ubuntu 8.10):

Y a finales de año se espera que este soporte se amplie a DirectX. ¿Quién más opina que VirtualBox es mucho mejor que VMWare?

VirtualBox muchísimo mejor que VMware

Jonathan Echeverria — Thu, 18 Dec 2008 06:00:44 +0000

A principios de noviembre me instalé el nuevo VMWare 2.0, que según decían era la repera. A mi personalmente no me gustó, sobre todo desde el momento en que vi que la interfaz de admininstración era web, y que ocupaba más de el doble de espacio. Y sobre todo por lo que no me gustó es porque le quitaron funcionalidades con respecto a sus versiones anteriores. Por ejemplo, teniendo la máquina virtual maximizada a toda la pantalla, ya no puedes poner otras ventanas del host por encima. Esto no es una tonteria cuando uno se dedica a desarrollar y utiliza 2 monitores, y la máquina virtual para hacer las pruebas pertinentes. Además de esto, cada vez que encendía el ordenador tenía que recompilar el vmware para que me parcheara el kernel. He buscado mucho por foros, y hablado con expertos en vmware y nadie me ha sabido dar solución.

Conclusión: abandono vmware y me cambio a VirtualBox 2.10 , habiendo leido las alabanzas hacia este producto. Llevo con VirtualBox una semana y todo son ventajas respecto a vmware:

Consume muchísimos menos recursos, tanto de espacio en disco, como de RAM; cuestión que es muy importante para correr un par de máquinas virtuales.
No necesito recompilar ni el kernel, ni nada de nada, y la máquina virtual arranca muchísimo más pronto que con vmware.
Puedo expandir la máquina virtual a un monitor completo y superponer a esta ventanas del host.
Se ha equiparado a vmware en cuanto a ofrecer RDP, compartición de carpetas con el host, soporte a USB 2.0, tarjeta de video…

Y que feliz soy con mi VirtualBox! Si alguien quiere más información sobre esta herramienta puede preguntarme con todo tranquilidad.

Jonathan Echeverría - Lo que tengo en la cabeza » Virtualización

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