¿Qué es un hipervisor? Definición | Tipos | Ejemplos

El hipervisor es una tecnología bastante antigua, pero sigue siendo muy relevante para permitir la virtualización. Los primeros hipervisores que proporcionaron virtualización completa fueron desarrollados por IBM en 1967. Fueron desarrollados como una herramienta de prueba (llamada SIMMON) para el sistema operativo CP / CMS de IBM.

Pero, ¿qué es exactamente la virtualización? En términos simples, la virtualización es un proceso de creación de una versión basada en software (o virtual) de algo que usa una cantidad fija de almacenamiento, redes y recursos computacionales. Funciona dividiendo el hardware subyacente y ejecutando cada partición como una máquina virtual separada y aislada, que tiene su propio sistema operativo.

Ahora, aquí es donde entra en juego el hipervisor. Hacen factible el proceso de virtualización. En este artículo de descripción general, hemos explicado los diferentes tipos de hipervisores y cómo funcionan. Comencemos con una pregunta básica.

¿Qué es un hipervisor?

Definición: Un hipervisor es hardware, software o firmware de computadora que crea máquinas virtuales y luego las administra y asigna recursos de manera eficiente. Cada máquina virtual puede ejecutar su propio sistema operativo y aplicaciones.

La computadora en la que está instalado el hipervisor se denomina máquina host y todas las máquinas virtuales se denominan máquinas invitadas. Un hipervisor facilita la división de los recursos de la máquina host y su asignación a máquinas invitadas individuales. También le permite administrar la ejecución de sistemas operativos invitados y aplicaciones en una sola pieza de hardware de computadora.

Supongamos que tiene una PC con 16 GB de RAM y 500 GB de almacenamiento que se ejecutan en el sistema operativo Linux y desea ejecutar aplicaciones que requieren macOS. En este caso, puede crear una máquina virtual que ejecute macOS y luego usar un hipervisor para administrar sus recursos. Por ejemplo, puede asignarle 4 GB de RAM y 100 GB de almacenamiento.

Desde el punto de vista de una máquina invitada, no hay diferencia entre el entorno físico y el virtualizado. Las máquinas virtuales no saben que las crea un hipervisor y que comparten los recursos disponibles. Se ejecutan simultáneamente en el hardware que los alimenta. Y, por lo tanto, dependen completamente del funcionamiento estable del hardware.

Los hipervisores existen desde hace más de medio siglo, pero debido al aumento de la demanda de computación en la nube en los últimos años, su importancia se ha vuelto más evidente.

Tipos de hipervisores

Desde mediados de la década de 1970, se han utilizado dos tipos diferentes de hipervisores para implementar la virtualización:

Hipervisores nativos / nativos / tipo 1

Los hipervisores de tipo 1 se ejecutan directamente en el hardware del host. Dado que tienen acceso directo al hardware subyacente y no necesitan pasar por la capa del sistema operativo, también se denominan hipervisores bare-metal.

Funcionan mejor, se ejecutan de manera más eficiente y son más seguros que otros tipos de hipervisores (Tipo 2). Es por eso que las grandes organizaciones y empresas prefieren los hipervisores sin sistema operativo para los trabajos informáticos del centro de datos.

Si bien la mayoría de los hipervisores de tipo 1 permiten a los administradores asignar recursos manualmente según la prioridad de la aplicación, algunos brindan opciones de administración y asignación de recursos dinámicas.

Los primeros hipervisores, como el software de prueba SIMMON, eran hipervisores de tipo 1.

Ejemplos modernos: VMware ESXi, Nutanix AHV, Oracle VM Server para x86, Microsoft Hyper-V.

Hipervisores alojados / tipo 2

Como todos los programas informáticos, los hipervisores de tipo 2 se ejecutan en un sistema operativo. Por lo tanto, dependen tanto del hardware como del software subyacentes. Los sistemas operativos invitados se construyen sobre el sistema operativo host.

Si bien estos hipervisores le permiten crear varias máquinas virtuales, no pueden acceder directamente al hardware del host y sus recursos. El sistema operativo preinstalado controla la red, la memoria y la asignación de almacenamiento. Esto restringe a los hipervisores para tomar decisiones críticas y agrega una cierta cantidad de latencia.

Sin embargo, son fáciles de configurar y administrar. No requieren un administrador dedicado y son compatibles con una amplia gama de hardware. La mayoría de los desarrolladores los utilizan para realizar pruebas.

Ejemplos: VMware Workstation, VirtualBox, QEMU, VMware Player, VMware Fusion y Parallels Desktop para Mac.

Ventajas

Portabilidad: Un hipervisor puede ejecutar varias máquinas invitadas (virtuales) independientemente de la máquina host, y cada máquina invitada puede tener un sistema operativo diferente.

Un usuario autorizado puede cambiar las cargas de trabajo y asignar memoria, almacenamiento y recursos informáticos en varias máquinas invitadas según los requisitos. Cuando una aplicación específica necesita más potencia, los usuarios pueden otorgar recursos adicionales (desde la máquina host) a través del hipervisor.

Rentable: Si no instala un hipervisor, es posible que deba comprar hardware físico diferente para ejecutar o probar diferentes aplicaciones. Sin embargo, al usar un hipervisor, puede configurar varias instancias de una variedad de sistemas operativos en una sola máquina física poderosa. También reduce significativamente el costo de los recursos informáticos y el consumo de electricidad.

Flexibilidad: Dado que el hipervisor aísla el sistema operativo del hardware subyacente, las aplicaciones asociadas ya no dependen de controladores de hardware particulares. Esto hace que el sistema general sea más flexible para ejecutar una variedad de software.

Seguro: El aislamiento de cada huésped significa que un problema con un huésped no afecta a los demás. Por ejemplo, si un programa malintencionado corrompe todos los archivos de una máquina virtual, es menos probable que los archivos y las aplicaciones de las otras máquinas se vean afectados.

Copia de seguridad y recuperación del sistema: Las máquinas virtuales son archivos y, como cualquier archivo convencional, se pueden copiar y restaurar. La replicación basada en hipervisor es más fácil y rentable que otras técnicas de replicación de máquinas virtuales. También es natural en el hardware, lo que significa que uno puede almacenar fácilmente cualquier archivo duplicado en cualquier dispositivo de almacenamiento.

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Desventajas

Rendimiento comprometido: Debido a que los recursos se comparten en entornos virtuales (aunque los invitados permanecen aislados entre sí), podría afectar el rendimiento de manera significativa.

A veces, la causa raíz subyacente permanece oculta. Por ejemplo, si la carga aumenta en un programa hasta el punto en que se alcanza la asignación máxima de hardware, entonces la máquina invitada se detiene o comienza a tomar recursos de otros invitados que se ejecutan en la misma máquina host. Esto crea una escasez de hardware, lo que afecta la capacidad de respuesta de otras aplicaciones activas.

Riesgo: La virtualización conlleva un riesgo porque mantiene todos sus huevos en una canasta. Si la máquina host falla, todas sus máquinas invitadas también fallarán. Este tipo de riesgo se denomina "punto único de falla".

Mayor complejidad: Administrar varias máquinas virtuales es más complejo que administrar una máquina física. Algunos hipervisores tienen una curva de aprendizaje pronunciada. Y a medida que la virtualización se vuelve más popular, se requieren más habilidades nuevas.

Hacer que la virtualización sea viable en los equipos domésticos

A mediados de la década de 2000, los fabricantes de microprocesadores comenzaron a agregar asistencia de virtualización de hardware a sus productos, como AMD-V e Intel VT-x. En modelos de procesadores posteriores, integraron más soporte de hardware que permitió ganancias de velocidad significativas. A partir de 2019, todos los procesadores Intel y AMD modernos admiten capacidades de máquina virtual.

Los hipervisores también tienen un lugar en los sistemas integrados modernos. En su mayoría, son hipervisores de tipo 1 diseñados con requisitos específicos. A diferencia del hardware informático, los sistemas integrados utilizan una amplia gama de arquitecturas y entornos menos estandarizados.

La virtualización en estos sistemas facilita una mayor eficiencia, canales de comunicación de gran ancho de banda, aislamiento, seguridad y capacidades en tiempo real. Por ejemplo, OKL4 admite varias arquitecturas, incluidas x86 y ARM. Se ha implementado en más de 2000 millones de teléfonos móviles, tanto como sistema operativo de banda base como para alojar sistemas operativos virtuales.

Seguridad

La seguridad es uno de los factores más cruciales en la tecnología de virtualización. Si un atacante obtiene acceso no autorizado al hipervisor, podría obtener acceso a todas las máquinas invitadas en el software host aprovechando las cachés de hardware compartidas u otras vulnerabilidades. Este tipo de ataque se llama hiperjacking.

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Sin embargo, los hipervisores modernos son robustos y están bien protegidos. Aunque ha habido algunas noticias de pequeños hackeos, hasta ahora no se ha informado ningún hiperjacking importante además de las pruebas de "prueba de concepto".