Superar los límites físicos de la informática

Este tipo de virtualización es posible gracias a una capa de software que se ejecuta en el hardware real, y por tanto “media” entre el servidor físico y los servidores virtuales. Esta capa de software recibe diversos nombres: Hypervisor, Virtual Machines Monitor, Host de máquinas virtuales, etc. La función de la capa de software es presentar abstracciones del hardware real a las máquinas virtuales, y cada vez que una máquina virtual tenga que acceder al hardware físico, realizar la “traducción” correspondiente.

La naturaleza concreta del Hypervisor dependerá la solución comercial que se utilice para virtualizar; en algunos casos es un sistema operativo completo, y en otros una aplicación especial que corre directamente sobre el hardware.

En la virtualización pura, los sistemas operativos de las máquinas virtuales son los mismos que se instalarían en una máquina física, porque las máquinas virtuales “desconocen” que su hardware es virtual, y además, éste es del mismo tipo que el hardware físico.

Esto es posible porque todo el trabajo de la virtualización recae en la capa software intermedia. En contraposición, nuevamente este tipo de virtualización introduce cierto retardo, aunque menor que la emulación.

Algunas de las herramientas comerciales para la virtualización pura o nativa son VMWare, Virtual PC, Máquinas Virtuales Integrity y zVM.

Paravirtualización

La paravirtualización es muy semejante a la virtualización pura, ya que también permite la creación de máquinas virtuales con hardware del mismo tipo que el físico, mediante una capa de software intermedia que tiene las mismas funciones que en el caso de la virtualización pura.

La diferencia fundamental es que en la paravirtualización, el hypervisor modifica los sistemas operativos que se ejecutan dentro de las máquinas virtuales, integrando en ellos parte del código de la virtualización. De esta manera, es posible distribuir el trabajo de la virtualización entre el hypervisor y las máquinas virtuales.

La modificación del sistema operativo de las máquinas virtuales es la gran ventaja y también el mayor inconveniente de la paravirtualización: gracias a su “consciencia” de la virtualización, el rendimiento de las máquinas virtuales es casi el mismo que el de las máquinas físicas; pero los sistemas operativos modificados son más complejos de mantener y soportar.

Algunas de las herramientas comerciales para la paravirtualización son Xen, UML (User Mode Linux) y Sun Logical Domains.

Virtualización sin máquinas virtuales

Los tipos de virtualización descritos hasta ahora son diferentes entre sí, pero tienen algo en común, y es que hacen uso del concepto de “máquina virtual”. Sin embargo, existen otros dos tipos de virtualización que no utilizan máquinas virtuales: la virtualización de instrucciones y la virtualización del sistema operativo.

Virtualización del juego de instrucciones

La virtualización del juego de instrucciones (o traducción binaria) consiste en que un juego de instrucciones virtual se traduce al juego de instrucciones físico del hardware subyacente, normalmente de forma dinámica, y si esa instrucción puede causar problemas, no se llega a ejecutar y se falsean los resultados. La traducción se hace por partes, es decir, cuando se va a ejecutar el código, se realiza la traducción de la porción de instrucciones correspondiente.

La virtualización del juego de instrucciones se utiliza también en las tecnologías de virtualización pura. La virtualización del juego de instrucciones vigila lo que está haciendo el sistema operativo de las máquinas virtuales, y si es necesario lo cambia sobre la marcha. Por ejemplo, si el sistema operativo va a realizar la instrucción XYZ, y XYZ puede causar problemas en el motor de virtualización, se cambiará XYZ a algo más inofensivo y falseará los resultados de lo que XYZ tendría que haber devuelto.

Este tipo de virtualización consume bastante CPU, pero es necesaria y de hecho uno de los métodos más viables de virtualizar determinados procesadores (x86) que no cumplen los requerimientos de virtualización (Teorema de Popek y Goldberg que veremos en apartados sucesivos).

La denominada CPU Crusoe (diseñada por Transmeta) es un ejemplo reciente de este modelo. Esta arquitectura implementa traducción binaria bajo la marca registrada Code Morphing.

Virtualización del sistema operativo

La virtualización del sistema operativo permite virtualizar por encima del propio sistema operativo. Para ello, crea subdivisiones o compartimentos de recursos (cpus, memoria, disco, red) en el sistema operativo y asigna aplicaciones a los compartimentos, de manera que cada aplicación puede utilizar sólo los recursos que se encuentren en su compartimento.

La virtualización del sistema operativo permite aislar las aplicaciones que se ejecutan en el sistema operativo, para asegurar que no se interfieren unas con otras, y que un malfuncionamiento en una de ellas no tiene impacto en las demás.

La virtualización del sistema operativo requiere cambios en el núcleo del sistema operativo, pero como contraprestación, cuenta con la ventaja de que el rendimiento es igual a la ejecución nativa.

Algunos de los productos comerciales que proporcionan virtualización a nivel de sistema operativo son HP Secure Resource Partitions, Solaris Zones y Linux V-Server.