Tipos de virtualización de servidores en redes informáticas – Part 1

La virtualización de servidores es la partición de un servidor físico en varios servidores virtuales pequeños, cada uno con su propio sistema operativo. Estos sistemas operativos se conocen como sistemas operativos invitados. Estos se ejecutan en otro sistema operativo conocido como el sistema operativo host. Cada invitado que se ejecuta de esta manera no tiene conocimiento de ningún otro invitado que se esté ejecutando en el mismo host. Se emplean diferentes técnicas de virtualización para lograr esta transparencia. 

Tipos de virtualización de servidores: 

1. Hipervisor – 

Un hipervisor o VMM (monitor de máquina virtual) es una capa que existe entre el sistema operativo y el hardware. Proporciona los servicios y características necesarios para el buen funcionamiento de múltiples sistemas operativos. 

Identifica trampas, responde a instrucciones de CPU privilegiadas y maneja la cola, el envío y la devolución de las requests de hardware. Un sistema operativo host también se ejecuta sobre el hipervisor para administrar y administrar las máquinas virtuales.

2. Para virtualización – 

Está basado en Hipervisor. Gran parte de la sobrecarga de emulación y captura en la virtualización implementada por software se maneja en este modelo. El sistema operativo invitado se modifica y vuelve a compilar antes de la instalación en la máquina virtual. 
Debido a la modificación en el sistema operativo invitado, se mejora el rendimiento ya que el sistema operativo invitado modificado se comunica directamente con el hipervisor y se elimina la sobrecarga de emulación. 

Ejemplo: Xen usa principalmente paravirtualización, donde se usa un entorno Linux personalizado para admitir el entorno administrativo conocido como dominio 0. 

ventajas: 

• Más fácil
• Rendimiento mejorado
• Sin sobrecarga de emulación

Limitaciones:

• Requiere modificación a un sistema operativo invitado

3. Virtualización completa – 

Es muy similar a la paravirtualización. Puede emular el hardware subyacente cuando sea necesario. El hipervisor atrapa las operaciones de la máquina utilizadas por el sistema operativo para realizar E/S o modificar el estado del sistema. Después de la captura, estas operaciones se emulan en el software y los códigos de estado se devuelven de manera muy consistente con lo que entregaría el hardware real. Esta es la razón por la que un sistema operativo no modificado puede ejecutarse sobre el hipervisor. 

Ejemplo: el servidor VMWare ESX utiliza este método. Se utiliza una versión personalizada de Linux conocida como Consola de servicio como sistema operativo administrativo. No es tan rápido como la paravirtualización. 
 

ventajas: 

• No es necesario modificar el sistema operativo invitado.

Limitaciones:

• Complejo
• Más lento debido a la emulación
• La instalación del nuevo controlador de dispositivo es difícil.

4. Virtualización asistida por hardware: 

Es similar a la virtualización completa y la paravirtualización en términos de funcionamiento, excepto que requiere soporte de hardware. Gran parte de la sobrecarga del hipervisor debido a la captura y emulación de las operaciones de E/S y las instrucciones de estado ejecutadas dentro de un sistema operativo huésped se maneja confiando en las extensiones de hardware de la arquitectura x86. 

El sistema operativo no modificado se puede ejecutar ya que el soporte de hardware para la virtualización se usaría para manejar requests de acceso de hardware, operaciones privilegiadas y protegidas, y para comunicarse con la máquina virtual. 

Ejemplos: AMD – V Pacifica e Intel VT Vanderpool brindan soporte de hardware para la virtualización. 

ventajas: 

• No se requiere ninguna modificación en un sistema operativo invitado.
• Muy poca sobrecarga de hipervisor

Limitaciones:

• Soporte de hardware requerido

5. Virtualización a nivel de kernel: 

En lugar de usar un hipervisor, ejecuta una versión separada del kernel de Linux y ve la máquina virtual asociada como un proceso de espacio de usuario en el host físico. Esto facilita la ejecución de varias máquinas virtuales en un solo host. Se utiliza un controlador de dispositivo para la comunicación entre el kernel principal de Linux y la máquina virtual. 
Se requiere compatibilidad con el procesador para la virtualización (Intel VT o AMD – v). Se utiliza un proceso QEMU ligeramente modificado como contenedor de visualización y ejecución para las máquinas virtuales. En muchos sentidos, la virtualización a nivel de kernel es una forma especializada de virtualización de servidores. 

Ejemplos: usuario: modo Linux (UML) y máquina virtual kernel (KVM) 

ventajas: 

• No se requiere ningún software administrativo especial.
• Muy menos gastos generales

Limitaciones:

• Soporte de hardware requerido

6. Nivel del sistema o virtualización del sistema operativo: 

Ejecuta entornos múltiples pero lógicamente distintos en una sola instancia del kernel del sistema operativo. También llamado enfoque de kernel compartido, ya que todas las máquinas virtuales comparten un kernel común del sistema operativo host. Basado en el concepto de raíz de cambio «chroot». 
chroot se inicia durante el arranque. El núcleo utiliza sistemas de archivos raíz para cargar controladores y realizar otras tareas de inicialización del sistema en etapa inicial. Luego cambia a otro sistema de archivos raíz usando el comando chroot para montar un sistema de archivos en disco como su sistema de archivos raíz final y continuar con la inicialización y configuración del sistema dentro de ese sistema de archivos. 
El mecanismo chroot de virtualización a nivel de sistema es una extensión de este concepto. Permite que el sistema inicie servidores virtuales con su propio conjunto de procesos que se ejecutan en relación con sus propios directorios raíz del sistema de archivos. 
La principal diferencia entre la virtualización a nivel de sistema y de servidor es si se pueden ejecutar diferentes sistemas operativos en diferentes sistemas virtuales. Si todos los servidores virtuales deben compartir la misma copia del sistema operativo, se trata de virtualización a nivel de sistema y si diferentes servidores pueden tener diferentes sistemas operativos (incluidas diferentes versiones de un solo sistema operativo), se trata de virtualización de servidores. 

Ejemplos: FreeVPS, Linux Vserver y OpenVZ son algunos ejemplos. 

ventajas: 

• Significativamente más ligero que las máquinas completas (incluido un núcleo)
• Puede alojar muchos más servidores virtuales
• Seguridad y aislamiento mejorados
• La virtualización de un sistema operativo generalmente tiene poca o ninguna sobrecarga.
• La migración en vivo es posible con la virtualización del sistema operativo.
• También puede aprovechar el equilibrio de carga de contenedores dinámicos entre Nodes y clústeres.
• En la virtualización del sistema operativo, el método de copia en escritura (CoW) a nivel de archivo es posible, lo que facilita la copia de seguridad de los datos, hace que el espacio sea más eficiente y más fácil de almacenar en caché que los esquemas de copia en escritura a nivel de bloque.

Limitaciones:

• Los problemas del kernel o del controlador pueden derribar todos los servidores virtuales.

Referencia:  
Tipos de Virtualización de Servidores