La máquina virtual: una introducción

Una máquina virtual o VM es un concepto clásico de informática aplicado a la virtualización de hardware que se utiliza para simular sistemas de computación, normalmente en un contexto de pruebas de software. Existen numerosas herramientas de software que permiten el funcionamiento de varios sistemas huéspedes en un sistema host común, pero, ¿cómo funcionan las máquinas virtuales y qué ventajas e inconvenientes se asocian a este concepto de virtualización? Te presentaremos los conceptos básicos de la virtualización de hardware basada en hipervisor y le mostraremos paso a paso cómo implementar entornos virtuales para Windows o Linux.

En la virtualización de hardware, los recursos de un sistema físico pueden distribuirse entre varios sistemas virtuales. Cada sistema invitado, incluyendo todos los programas que se ejecutan en él, está separado del hardware subyacente.

En la práctica, las máquinas virtuales se utilizan principalmente para aislar ciertos procesos y aplicaciones por razones de seguridad. En comparación con otros conceptos de virtualización, las VM ofrecen una fuerte encapsulación y por lo tanto funcionan como base para productos de hosting en los que varios servidores de clientes son operados sobre una plataforma de hardware común. La provisión de máquinas virtuales es la base del alojamiento compartido y las ofertas de VPS (Servidor Virtual Privado). Debido a que cada sistema huésped se ejecuta en un entorno de tiempo de ejecución aislado, los procesos encapsulados en una máquina virtual no afectan al sistema host ni a otros sistemas huéspedes de la misma máquina física.

En el contexto empresarial, las máquinas virtuales se utilizan para reducir los costes de operación y mantenimiento de las infraestructuras de TI. Las empresas a veces poseen una amplia infraestructura de TI que está inactiva la mayor parte del día, por lo que las máquinas virtuales pueden reducir significativamente los tiempos de inactividad de este tipo. En lugar de proporcionar a cada área de aplicación de la estructura de TI empresarial su propia máquina física, se tiende cada vez más a ejecutar servidores de correo, bases de datos, archivos o aplicaciones en entornos virtuales aislados que comparten una misma plataforma de hardware potente. Este concepto se implementa en el contexto de la consolidación de servidores ya que, normalmente, es más barato mantener una gran plataforma informática para diferentes sistemas virtuales que operar en varios ordenadores pequeños. Además, los procesadores siguen siendo componentes caros, por lo que el tiempo no utilizado del procesador es un factor de coste innecesario que puede evitarse al cambiar a sistemas virtuales.

Otro campo de aplicación de los entornos virtuales es el desarrollo de software. Los programadores que desarrollan aplicaciones para diferentes arquitecturas de sistemas a menudo utilizan máquinas virtuales para realizar pruebas de software. Los hipervisores permiten el funcionamiento en paralelo de diferentes sistemas operativos o versiones del sistema, donde las VM pueden crearse, clonarse y eliminarse del disco duro físico con solo pulsar un botón y sin dejar ningún dato guardado. Además, los procesos defectuosos dentro de una máquina virtual no tienen ningún efecto en el sistema subyacente debido a la encapsulación.

Los particulares suelen utilizar hipervisores de emulación para ejecutar aplicaciones escritas originalmente para una arquitectura de sistema diferente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la virtualización del hardware, así como la emulación, siempre van de la mano de pérdidas de rendimiento del sistema. Por ejemplo, si un usuario desea ejecutar un programa Linux con una máquina virtual en su equipo Windows, debe gastar recursos adicionales tanto en el hipervisor como en el sistema invitado. Una aplicación Linux encapsulada de este tipo ya no tiene todo el rendimiento del hardware subyacente a su disposición. Esto se denomina overhead o gastos generales.

Si se ejecutan varias máquinas virtuales en el mismo sistema host, los requisitos de recursos de una máquina durante los picos de rendimiento también pueden afectar al rendimiento de las demás máquinas en el mismo host. Esto se puede contrarrestar garantizando a cada máquina virtual un grupo fijo de recursos de hardware. Si decides crear una máquina virtual, debes asegurarte de que el total de recursos virtuales utilizados simultáneamente nunca supere la potencia máxima disponible en el equipo físico.

La siguiente tabla compara las principales ventajas e inconvenientes de las máquinas virtuales. La medida en la que estos beneficios y limitaciones importan, depende principalmente del marco dentro del cual deseas implementar tu VM y del propósito de la virtualización.

Las siguientes instrucciones paso a paso te mostrarán cómo crear una máquina virtual en un host Windows y ejecutarla como un sistema invitado de Ubuntu Linux. Para el tutorial utilizamos Windows 7 y Oracle VM VirtualBox como software del hipervisor.

Hay varias soluciones de software disponibles para la provisión de sistemas operativos virtuales. Los líderes del mercado son los productos de Oracle, VMware y Parallels.

La siguiente tabla muestra los productos que ofrecen los hipervisores más populares para Windows, Linux y macOS, así como otros posibles sistemas invitados.

Para el siguiente tutorial utilizamos el hipervisor VM VirtualBox de Oracle. El software está disponible gratuitamente bajo la Licencia Pública General de GNU (GNU GPLv2). Recomendamos la descarga desde la página web oficial del proveedor. Para ello, realiza los siguientes pasos:

1. Accede a la URL de descarga.
2. Selecciona el paquete de descarga adecuado para tu sistema operativo (en nuestro caso Windows).
3. Guarda el archivo .exe con los datos binarios en cualquier directorio de tu ordenador.

Para ejecutar un sistema invitado en una máquina virtual, necesitas una imagen del sistema operativo deseado. Esta es una imagen de memoria que puede ser interpretada por el software del hipervisor como un disco duro del sistema y puede efectuarse en un archivo en formato .iso. Las soluciones de virtualización comunes también utilizan formatos de contenedores para archivos de imagen como .vmdk (VMware), .vhd (Xen y Microsoft Hyper-V) y .vdi (Oracle VM VirtualBox).

Para este tutorial utilizamos el sistema operativo de código abierto Ubuntu 17.10.1, que puede descargarse como archivo .iso desde la página web oficial del proyecto Ubuntu. Para ello, procede del siguiente modo:

1. Accede a la URL de Ubuntu.
2. Selecciona la versión actual del sistema operativo y haz clic en "Download".
3. Guarda el archivo .iso localmente en tu sistema.

En el siguiente paso, decide si deseas crear un disco virtual nuevo o asignar un disco existente a la VM.

En este tutorial crearemos un nuevo disco duro virtual en el que reinstalaremos el sistema invitado desde cero.

Selecciona la opción "Create a virtual hard disk now" y confirma la selección haciendo clic en "Create".

Confirma tu selección con "Next".

El siguiente paso es decidir si deseas asignar una cantidad fija de espacio de disco disponible a la máquina virtual. De forma alternativa, puedes asignar espacio de forma dinámica en el disco físico. En este caso, no se asigna ningún contingente fijo; en su lugar, los recursos de memoria que se utilizan en el disco duro físico se ajustan automáticamente a los requisitos de memoria de la VM.

La máquina virtual recién creada aparece con el nombre elegido en la lista de VM disponibles.

VM VirtualBox crea una carpeta de archivos para cada máquina virtual. Se crea automáticamente en el destino de almacenamiento seleccionado y contiene el archivo VDI para el disco duro virtual, un archivo de registro y una descripción de la VM.

Selecciona el archivo .iso con la imagen de memoria Ubuntu 17.10.1.

Todos los cambios que realices en tu VM se escriben automáticamente en el archivo VDI que creaste como disco duro virtual durante la configuración. Si deseas ejecutar el sistema invitado en otro ordenador, simplemente copia la carpeta de archivos de tu máquina virtual (incluyendo el archivo VDI, el archivo de registro y la definición) en el dispositivo correspondiente. Ten en cuenta que cada equipo en el que desees ejecutar la VM debe tener un software de virtualización compatible.

Una alternativa a la provisión de sistemas invitados en máquinas virtuales son los contenedores. En nuestro tutorial de Docker para principiantes te explicamos cómo se pueden virtualizar las aplicaciones utilizando contenedores a nivel de sistema operativo y qué ventajas aporta este tipo de virtualización.