Virtualización de Servidores con Herramientas de Software Libre. Resumen

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1 Resumen La Virtualización es una tecnología de software acreditada que rápidamente está transformando el panorama de las Tecnologías de la Información TI (Information Technology) y cambiando fundamentalmente la manera en que las personas utilizan las computadoras. El poderoso hardware de las computadoras x86 de hoy en día fue originalmente diseñado para ejecutar un solo sistema operativo y una sola aplicación, pero la virtualización rompe esa limitación, haciendo posible que múltiples sistemas operativos y múltiples aplicaciones se ejecuten en la misma computadora y al mismo tiempo, incrementando la utilización y flexibilidad del hardware. El presente proyecto tiene como objetivo aprender que es la Virtualización de Servidores y adquirir las habilidades necesarias para instalar y configurar las herramientas que permitan gestionar un centro de datos virtualizado. Andrés Tello Guerrero 1

2 Universidad de Cuenca Facultad de Ingeniería Escuela de Informática Virtualización de Servidores con Herramientas de Software Libre Tesis de Grado previa a la obtención del Título de Ingeniero de Sistemas. Autores: Rodrigo Marco Andrés Tello Guerrero Director: Ing. Luis Otto Parra González Cuenca Ecuador 2009 Andrés Tello Guerrero 2

3 Nuestro agradecimiento: A nuestros padres, hermanos y demás familiares que a cada momento nos impulsaron a seguir adelante en nuestra preparación profesional. A nuestro director de tesis el Ingeniero Otto Parra González, que siempre estuvo orientándonos y guiándonos en la realización de este proyecto. Al Departamento de Desarrollo Informático de la Universidad de Cuenca que supo brindarnos la ayuda necesaria para la culminación de nuestra tesis. A nuestros maestros por haber impartido sus conocimientos y enseñanzas a lo largo de nuestra carrera. A todos nuestros amigos que fueron parte indispensable de este proceso, con quienes hemos compartido alegrías y tristezas propias de un estudiante de la Universidad de Cuenca. Finalmente a Dios, quien nos ha permitido disfrutar de la alegría de este momento. Andrés Tello Guerrero 3

4 Dedicatoria: Dedicamos este trabajo a nuestra querida abuela Mamita Amada que desde el cielo nos ayudó a culminar con éxito esta etapa de nuestras vidas. Joselo Andrés Dedico este trabajo a mis dos mamás Elvia y Yolanda por el esfuerzo y paciencia durante toda mi carrera, a mis hermanos Ma. Belén, Juan Pablo, Verónica y mi sobrina Camila, pilares fundamentales en mi vida, a mi futura esposa Yamile y a mi hijo(a) que aún sin nacer han sido el incentivo para seguir adelante. Joselo Dedico este trabajo a mi Padres por la paciencia y el afán con el que me apoyaron durante toda mi carrera universitaria y a Rafael, mi hermano, con el que he compartido gratos momentos a lo largo de mi vida. Andrés Andrés Tello Guerrero 4

5 Contenido CONTENIDO... 5 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES... 7 ÍNDICE DE TABLAS CAPÍTULO 1: SITUACIÓN ACTUAL DE LOS CENTROS DE DATOS INTRODUCCIÓN CENTROS DE DATOS TRADICIONALES (MÚLTIPLES SERVIDORES) Diseño de un centro de datos tradicional Ventajas de un centro de datos tradicional Desventajas de un centro de datos tradicional CAPÍTULO 2: VIRTUALIZACIÓN DE SERVIDORES INTRODUCCIÓN DEFINICIÓN TIPOS DE VIRTUALIZACIÓN Emulación Virtualización Completa Paravirtualización Virtualización a nivel de Sistema Operativo VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA VIRTUALIZACIÓN Ventajas Desventajas y Desafíos de la virtualización INFRAESTRUCTURA NECESARIA PARA LA VIRTUALIZACIÓN Paso 1: Determinar el alcance de la virtualización Paso 2: Crear una lista de aplicaciones Paso 3: Determinar los requerimientos de los recursos Paso 4: Seleccionar un mecanismo de respaldos para cada aplicación Paso 5: Seleccionar los mecanismos para lograr una alta disponibilidad (Tolerancia a fallos) Paso 6: Resumir y analizar los requerimientos de las aplicaciones Paso 7: Seleccionar un factor de forma para el servidor anfitrión Paso 8: Determinar la ubicación del servidor Paso 9: Mapear las máquinas huéspedes al servidor anfitrión Paso 10: Determinar un mecanismo de respaldos para el servidor anfitrión Paso 11: Diseñar la tolerancia a fallos Paso 12: Diseñar la infraestructura de almacenamiento Paso 13: Diseñar la infraestructura de red Paso 14: Confirmar el acercamiento completo Resumen de los pasos para determinar la infraestructura necesaria para la virtualización CAPÍTULO 3: HERRAMIENTAS DE SOFTWARE PARA LA VIRTUALIZACIÓN DE SERVIDORES HERRAMIENTAS DE SOFTWARE LIBRE XEN KVM (Kernel-based Virtual Machine) OpenVZ VirtualBox Oracle VM Introducción HERRAMIENTAS DE SOFTWARE PRIVATIVO VMware Microsoft Virtual Server Parallels Virtuozzo Containers PROCESO DE SELECCIÓN DE LA MEJOR HERRAMIENTA Andrés Tello Guerrero 5

6 3.3.1 Factores que afectan la selección Resultados del proceso de selección Resumen general del proceso de selección CAPÍTULO 4: CONFIABILIDAD EN LA VIRTUALIZACIÓN DE SERVIDORES VIRTUALIZACIÓN Y RECUPERABILIDAD RECUPERACIÓN TRAS SINIESTROS DEL SERVIDOR ANFITRIÓN Y LAS MÁQUINAS VIRTUALES. 183 CAPÍTULO 5: INSTALACIÓN Y CONFIGURACIÓN INSTALACIÓN DE LA HERRAMIENTA DE VIRTUALIZACIÓN VIRTUALBOX CREACIÓN Y CONFIGURACIÓN DE MÁQUINAS VIRTUALES Creación de una máquina virtual Configuración de una máquina virtual PRUEBAS CAPÍTULO 6: HERRAMIENTAS DE MONITOREO INTRODUCCIÓN MONITOREO DEL SERVIDOR ANFITRIÓN Y MÁQUINAS VIRTUALES CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Andrés Tello Guerrero 6

7 Índice de ilustraciones Ilustración 1: Vista de un centro de datos tradicional 13 Ilustración 2: Isla de Recursos 17 Ilustración 3: Emulación 20 Ilustración 4: Virtualización Completa 21 Ilustración 5: Paravirtualización 22 Ilustración 6: Virtualización a nivel de S.O. 23 Ilustración 7: Comparación de los tiempos de aprovisionamieto entre un ambiente distribuido y un ambiente consolidado. 25 Ilustración 8: Pasos para montar una infraestructura virtualizada. 30 Ilustración 9: Estructura de una máquina en la cual se ejecuta Xen Hypervisor 67 Ilustración 10: Diagrama de funcionamiento de la red con Xen. 69 Ilustración 11: Diagrama de operación de KVM. 72 Ilustración 12: Esquema de funcionamiento de OpenVZ. 77 Ilustración 13: Esquema de funcionamiento de Oracle VM. 86 Ilustración 14: Interfaz de Oracle VM Manager 86 Ilustración 15: Esquema de funcionamiento de VMware. 90 Ilustración 16: Arquitectura de Virtual Server 92 Ilustración 17: Esquema de funcionamiento de Virtuozzo. 102 Ilustración 18: Compresión y Descompresión con 7ZIP en el S.O. anfitrión Linux 108 Ilustración 19: Restauración y Respaldo de una base de datos PostgreSQL en el S.O. anfitrión Linux 109 Ilustración 20: Transferencia de archivos vía FTP desde el S.O. anfitrión Linux a los clientes.111 Ilustración 21: Transferencia de archivos mediante Carpeta Compartida desde el S.O. anfitrión Linux a los clientes. 112 Ilustración 22: Transferencia de archivos vía FTP desde el S.O. anfitrión Linux hacia los servidores virtuales. 114 Ilustración 23: Transferencia de archivos mediante Carpeta Compartida desde el S.O. anfitrión Linux hacia los servidores virtuales. 115 Ilustración 24: Compresión y Descompresión con 7ZIP en el S.O. anfitrión Windows. 117 Ilustración 25: Restauración y Respaldo de una base de datos PostgreSQL en el S.O. anfitrión Windows. 118 Ilustración 26: Transferencia de archivos vía FTP desde el S.O. anfitrión Windows a los clientes. 120 Ilustración 27: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde el S.O. anfitrión Windows a los clientes. 121 Ilustración 28: Transferencia de archivos vía FTP desde el servidor anfitrión hacia los servidores virtuales. 123 Ilustración 29: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde el servidor anfitrión hacia los servidores virtuales. 124 Ilustración 30: Compresión y Descompresión con 7ZIP en la máquina virtual Linux 126 Ilustración 31: Restauración y Respaldo de una base de datos PostgreSQL en la máquina virtual Linux. 127 Ilustración 32: Transferencia de archivos vía FTP desde la máquina virtual Linux a los clientes. 129 Ilustración 33: Transferencia de archivos mediante Carpeta Compartida desde máquina virtual Linux a los clientes. 130 Ilustración 34: Transferencia de archivos vía FTP desde la máquina virtual Linux hacia los servidores (Servidor Anfitrión Linux). 132 Ilustración 35: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde la máquina virtual Linux hacia los servidores (Servidor Anfitrión Linux). 133 Ilustración 36: Transferencia de archivos vía FTP desde la máquina virtual Linux hacia los servidores (Servidor Anfitrión Windows). 135 Ilustración 37: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde la máquina virtual Linux hacia los servidores (Servidor Anfitrión Windows). 136 Andrés Tello Guerrero 7

8 Ilustración 38: Compresión y Descompresión con 7ZIP en la máquina virtual Windows. 138 Ilustración 39: Restauración y Respaldo de una base de datos PostgreSQL en la máquina virtual Windows. 139 Ilustración 40: Transferencia de archivos vía FTP desde la máquina virtual Windows a los clientes. 141 Ilustración 41: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde la máquina virtual Windows a los clientes. 142 Ilustración 42. Transferencia de archivos vía FTP desde la máquina virtual Windows hacia los servidores (Servidor Anfitrión Linux). 144 Ilustración 43: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde la máquina virtual Windows hacia los servidores (Servidor Anfitrión Linux). 145 Ilustración 44: Transferencia de archivos vía FTP desde la máquina virtual Windows hacia los servidores (Servidor Anfitrión Windows). 147 Ilustración 45: Transferencia de archivos mediante carpeta compartida desde la máquina virtual Windows hacia los servidores (Servidor Anfitrión Windows). 148 Ilustración 46: Vista principal de Virtual Machine Manager. 151 Ilustración 47: Vista de los detalles de una máquina virtual 151 Ilustración 48: Vista principal del Administrador de VirtualBox 152 Ilustración 49: Vista de la Administración de estados (snapshots) de una máquina virtual. 153 Ilustración 50: Vista general de Parallels Management Console. 154 Ilustración 51: Vista del monitoreo de memoria y CPU. 155 Ilustración 52: Vista principal de VMware Infrastructure Web Access. 156 Ilustración 53: Vista de la consola remota de VMware que permite conectarse a una MV. 157 Ilustración 54: Vista de la creación del enlace con el servidor anfitrión 158 Ilustración 55: Vista de la creación de una máquina virtual 158 Ilustración 56: Vista principal de la herramienta de administración de virtual server Ilustración 57: Creación y configuración de una máquina virtual con OpenVZ. 160 Ilustración 58: Vista del Administrador de discos virtuales. 163 Ilustración 59: Vista de la pantalla para migración de OracleVM 164 Ilustración 60: Vista de la pantalla de configuración de recursos de una MV. 167 Ilustración 61: Vista de la pantalla de configuración de los recursos de una MV. 168 Ilustración 62: Vista de la pantalla de configuración de recursos. 169 Ilustración 63: Vista de la pantalla de configuración de disco duro. 169 Ilustración 64: Vista principal de la pantalla de configuración de recursos. 170 Ilustración 65: Vista de la pantalla de configuración de recursos. 171 Ilustración 66: Esquema de protección MV a MV. 184 Ilustración 67: Esquema de protección Servidores físicos a MVs. 185 Ilustración 68: Pantalla inicial de VirtualBox. 187 Ilustración 69: Pantalla inicial del asistente de creación de MVs 188 Ilustración 70: Nombre y tipo de sistema operativo de la MV. 188 Ilustración 71: Asignación de memoria para la MV. 189 Ilustración 72: Creación del disco duro virtual. 189 Ilustración 73: Pantalla inicial del asistente para la creación del disco duro virtual. 190 Ilustración 74: Tipos de almacenamiento. 190 Ilustración 75: Ubicación y tamaño del disco duro virtual. 191 Ilustración 76: Resumen de las características del disco duro virtual. 191 Ilustración 77: Resumen de las características de la MV. 192 Ilustración 78: Configuración general. 193 Ilustración 79. Configuración del sistema. 193 Ilustración 80: Configuración de pantalla. 194 Ilustración 81. Configuración de disco duro. 194 Ilustración 82: Configuración de CD/DVD-ROM. 195 Ilustración 83: Configuración de disquete. 195 Ilustración 84: Configuración de audio. 196 Ilustración 85: Configuración de red. 196 Ilustración 86: Configuración de puertos seriales. 197 Andrés Tello Guerrero 8

9 Ilustración 87: Configuración de puertos USB. 197 Ilustración 88: Configuración de carpetas compartidas. 198 Ilustración 89: Servidor virtual de aplicaciones (Linux). 199 Ilustración 90: Servidor virtual de base de datos. (Windows) 200 Ilustración 91: Acceso a la aplicación desde un cliente. 200 Ilustración 92: Monitoreo al servidor anfitrión 203 Ilustración 93: Monitoreo al servidor virtual de aplicaciones 203 Ilustración 94: Monitoreo al servidor virtual de base de datos 204 Andrés Tello Guerrero 9

10 Índice de tablas Tabla 1: Lista de aplicaciones que deberían virtualizarse 35 Tabla 2: Sondeo de los requerimientos de recursos de hardware 37 Tabla 3: Estadísticas del monitoreo de rendimiento 38 Tabla 4: Estadísticas de monitoreo de rendimiento para Memoria Requerida 38 Tabla 5: Estadísticas de monitoreo de rendimiento para unidades de disco 40 Tabla 6: Estadísticas de monitoreo de rendimiento para conexiones de red 40 Tabla 8: Modelos de dispositivos de entorno huésped. 95 Tabla 9: Tipos de licencia de las herramientas de virtualización. 105 Tabla 10: Resultados de las pruebas de 7ZIP y PostgreSQL sobre servidor anfitrión Linux 110 Tabla 11: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde el Servidor Anfitrión Linux a los clientes. 113 Tabla 12: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde el Servidor Anfitrión Linux hacia los servidores. 116 Tabla 13: Resultados de las pruebas de 7-zip y PostgreSQL sobre el servidor anfitrión Windows. 119 Tabla 14: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde el Servidor Anfitrión Windows a los clientes. 122 Tabla 15: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde el Servidor Anfitrión Windows hacia los servidores. 125 Tabla 16: Resultados de las pruebas de 7-Zip y PostgreSQL sobre la Máquina Virtual Linux 128 Tabla 17: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde la máquina virtual Linux a los clientes. 131 Tabla 18: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde la máquina virtual Linux hacia los servidores (Servidor Anfitrión Linux). 134 Tabla 19: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde la máquina virtual Linux hacia los servidores (Servidor Anfitrión Windows). 137 Tabla 20: Resultados de las pruebas de 7-zip y PostgreSQL sobre la máquina virtual Windows. 140 Tabla 21: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde la máquina virtual Windows a los clientes. 143 Tabla 22: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde la máquina virtual Windows hacia los servidores (Servidor Anfitrión Linux). 146 Tabla 23: Resultados de las pruebas de transferencia de archivos desde la máquina virtual Windows hacia los servidores (Servidor Anfitrión Windows). 149 Tabla 24: Plataformas soportadas por las herramientas de virtualización. 161 Tabla 25: Clasificación de las herramientas según su licencia. 172 Tabla 26: Resultados de rendimiento de las herramientas de virtualización que funcionan sobre un sistema operativo Linux. 173 Tabla 27: Resultados de rendimiento de las herramientas de virtualización que funcionan sobre un sistema operativo Windows. 174 Tabla 28: Resultados de la evaluación de las herramientas de administración 176 Tabla 29: Resultados de la evaluación de las plataformas de soporte 176 Tabla 30: Resultados de la evaluación de migración. 177 Tabla 31: Resultados de la evaluación de la administración de recursos. 178 Tabla 32: Resultados generales del proceso de selección. 179 Andrés Tello Guerrero 10

11 Capítulo 1: Situación actual de los centros de datos En este capítulo, inicialmente, se da una breve reseña de los inicios de los centros de datos. Además, se describe el diseño de un centro de datos tradicional (Múltiples Servidores), sus ventajas y desventajas. 1.1 Introducción Los centros de datos tienen su raíz en los grandes cuartos de computadores de las primeras épocas de la industria de la computación. Los primeros sistemas computacionales eran complejos de operar y mantener, necesitaban de un ambiente especial para funcionar y de un sin número de cables para conectar todas sus partes. Además, los viejos computadores requerían gran cantidad de energía y tenían que ser enfriados para prevenir recalentamientos. La seguridad era importante, los computadores eran costosos y frecuentemente utilizados para propósitos militares. Por estas razones, las prácticas de ingeniería se desarrollaron desde el inicio de la industria de la computación. Se crearon directivas básicas para el control de acceso al cuarto de servidores. Elementos como estantes para montar el equipo, pisos falsos y canaletas para los cables se pusieron en práctica en aquella época; dichos elementos eran relativamente modernos comparados con los sistemas computacionales en sí. Durante el auge de la industria del microcomputador, especialmente en los años ochenta, los computadores comenzaron a difundirse mucho, en la mayoría de los casos con poco o ningún cuidado en cuanto a los requerimientos operativos. Sin embargo, a medida que las TI (Tecnologías de la Información) iban creciendo en complejidad, las compañías empezaron a tener consciencia de la necesidad de controlar sus recursos tecnológicos. Con la llegada de la arquitectura cliente-servidor, durante la década de los noventa, los servidores comenzaron a tener su lugar dentro de los antiguos cuartos de computadores. La disponibilidad de un equipo de red no muy costoso, asociado con los nuevos estándares de cableado de la red, hicieron posible utilizar un diseño jerárquico, el cual ponía a los servidores en un cuarto específico dentro de la compañía. Debido a todo esto, el término Centro de Datos comenzó a ganar popularidad en aquella época. El boom de los centros de datos vino durante la época de la burbuja punto-com (por su similar en inglés dot-com bubble 1 ). Las compañías necesitaban una rápida conexión y una operación continua para desplegar sus sistemas y establecer su presencia en Internet, pero la instalación de tales equipos no resultaba viable para muchas compañías pequeñas. Muchas compañías comenzaron a construir instalaciones muy grandes llamadas Centros de Datos de Internet o IDCs por sus siglas en inglés Internet Data Centres, los cuales proporcionaban a las empresas una gran gama de soluciones para la operación y despliegue de sus sistemas. 1 Dot-com bubble: Burbuja hipotética que cubre aproximadamente la época Andrés Tello Guerrero 11

12 En el año 2007, el diseño, construcción, y operación de los centros de datos fue una disciplina muy bien conocida. Documentos de estándares de acreditados grupos profesionales, como la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones TIA (Telecommunications Industry Association), especificaban los requerimientos para el diseño de centros de datos. Actualmente se siguen creando normas para la operación y diseño de un centro de datos y están orientadas a la conservación del medio ambiente. (1) 1.2 Centros de Datos Tradicionales (Múltiples Servidores) Un centro de procesamiento de datos CPD, es un cuarto dispuesto para mantener en él una gran cantidad de equipamiento electrónico. Los CPDs suelen ser creados y mantenidos por grandes organizaciones con objeto de tener acceso a la información necesaria para sus operaciones. Prácticamente todas las compañías que son medianas o grandes tienen algún tipo de CPD, mientras que las más grandes llegan a tener varios. (2) Entre los factores más importantes que motivan la creación de un CPD se puede destacar el garantizar la continuidad del servicio a clientes, empleados, ciudadanos, proveedores y empresas colaboradoras, pues en estos ámbitos es muy importante la protección física de los equipos informáticos o de comunicaciones, así como servidores de bases de datos que puedan contener información crítica. (2) Un centro de datos tradicional puede ocupar un cuarto de un edificio, uno o más pisos, o un edificio entero. La mayoría de los equipos se encuentran frecuentemente colocados dentro de estantes (racks) de 19 pulgadas, los cuales son usualmente colocados en filas individuales formando corredores entre ellos. Esto permite que las personas puedan acceder a la parte frontal y trasera de cada equipo. Los servidores difieren considerablemente en el tamaño, desde servidores de 1R 2 hasta enormes torres de almacenamiento. Algunos equipos como los mainframes y dispositivos de almacenamiento son tan grandes como sus racks, y son colocados al lado de ellos. 2 1R (una unidad de rack): Unidad de medida usada para describir el alto de un servidor, de un switch de red u otro dispositivo similar montado en un rack. 1R Equivale a pulgadas. Andrés Tello Guerrero 12

13 Ilustración 1: Vista de un centro de datos tradicional Diseño de un centro de datos tradicional El diseño de un centro de procesamiento de datos comienza por la elección de su ubicación geográfica. Por otro lado hay que tener en cuenta si se dispone de servicios como energía eléctrica, telefonía, entre otros. Generalmente, todos los grandes servidores se suelen concentrar en una sala denominada sala fría. Esta sala requiere un sistema específico de refrigeración para mantener cierta temperatura (entre 21 y 23 grados centígrados), necesaria para evitar averías en las computadoras a causa del sobrecalentamiento. Según las normas internacionales la temperatura exacta debe ser 22.3 grados centígrados. La primera meta de los sistemas de acondicionamiento de aire para los centros de datos es mantener la temperatura dentro del nivel de especificaciones del fabricante. Esto es esencial, puesto que los equipos electrónicos en un espacio confinado generan exceso de calor y están propensos al mal funcionamiento a causa de un enfriamiento inadecuado. Los sistemas de acondicionamiento de aire también ayudan a mantener los niveles de humedad dentro de los parámetros adecuados, estos parámetros son entre 35% y 65% de humedad relativa. Demasiada humedad y agua podrían llegar a condensar los componentes internos; muy poca humedad junto con la estática, en cambio, podría dañar los componentes. La seguridad física juega un papel muy importante dentro de los centros de datos, por ello cuentan con medidas estrictas de seguridad en el acceso físico; Andrés Tello Guerrero 13

14 así como medidas de extinción de incendios adecuadas, tales como extinción por agua nebulizada, por gas, dióxido de carbono o nitrógeno. Los viejos centros de datos tienen un piso falso de 60 cm. con baldosas removibles. La tendencia actual va de 80 a 100 cm., para abastecer de una mejor distribución. Esto provee de un espacio que permite la circulación de aire por debajo del piso. Como parte del sistema de acondicionamiento de aire, adicionalmente provee espacio para el cableado de energía eléctrica. El cableado de red es comúnmente encaminado a través de canaletas en los modernos centros de datos. Los centros de datos más pequeños podrían utilizar baldosas antiestáticas para la superficie de los pisos, en lugar del costoso piso falso. (1) Ventajas de un centro de datos tradicional Entre las ventajas que puede brindar un centro de datos tradicional se pueden citar: Los centros de datos tradicionales manejan únicamente los sistemas operativos servidores, sin ningún requerimiento adicional de software que implique conocimiento especializado, lo que evita la necesidad de contratar personal, que podría imponer otra solución, como lo son los entornos virtualizados. Una de las mayores causas de detención de un servicio o sistema sin redundancia es la interrupción de suministro eléctrico al equipo servidor donde reside. Al no contarse con un adecuado sistema de respaldo de energía durante apagones, se puede perder el suministro en varios o en todos los equipos del centro de datos. Dentro de un entorno tradicional, una falla en la energía o hardware de un equipo, implica únicamente problemas para el servidor alojado dentro de ese equipo. Los demás servicios no se verán afectados si residen en equipos diferentes. Esto se da por la independencia en los suministros de energía que inherentemente se obtiene al tener equipos separados. Como causa del mismo problema, los tiempos de baja de un servidor, ya sea por actualizaciones o mantenimiento de hardware, así como por un rediseño del centro de datos, implican solamente la suspensión de los servicios alojados en dicho equipo. Esto permite realizar actualizaciones de hardware o en las instalaciones del centro de datos, de una manera gradual, es decir, deshabilitando y bajando servicios y sistemas gradualmente y por secciones, en lugar de tener bajas masivas, las que pueden ser críticas para el desarrollo de los procesos de la empresa. En un entorno tradicional, puede implementarse servidores soportados por equipos de mediana capacidad. Esto es debido a que estos equipos pueden soportar, hasta para un determinado límite, un sistema operativo servidor, y los servicios y sistemas que sobre éste se implementen, es decir que dentro de este límite, el equipo estará brindando sus recursos Andrés Tello Guerrero 14

15 al máximo, pero sin un margen para crecimiento. Esto puede ser ventajoso en empresas pequeñas, o de un requerimiento de aplicaciones o rendimiento muy limitado y poco tendiente a crecer con el tiempo, y que busquen una solución menos costosa para un centro de datos Desventajas de un centro de datos tradicional Entre las desventajas más significativas de mantener un centro de datos tradicional están: el alto costo total de propiedad TCO, por sus siglas en inglés Total Cost Ownership; La infrautilización de los recursos, arquitecturas de proceso independientes (islas de recursos) y la complejidad en la administración de activos informáticos Alto costo de propiedad (TCO) En la actualidad, las operaciones del centro de datos enfrentan más desafíos que nunca. Las nuevas reglamentaciones exigen que las empresas almacenen volúmenes de datos cada vez mayores y tomen medidas para moderar el impacto ambiental del consumo de energía de los centros de datos. Por otra parte, los clientes requieren un acceso permanente y a toda hora a las transacciones y servicios, por lo que toda inactividad del centro de datos se convierte en un factor crítico para la empresa. Asimismo, la impredecible y creciente velocidad de los cambios resalta la importancia de la agilidad y capacidad de adaptación del centro de datos. Ante esta realidad, no es sorprendente que los costos del centro de datos sigan en aumento. (3) Una de las principales causas del crecimiento del costo de propiedad de los centros de datos es sin duda el consumo de energía. Los centros de datos utilizan corriente alterna de alto voltaje: toman la corriente alterna y la convierten en continua, a menudo con hardware barato y poco eficiente, y en el transcurso de la operación pierden entre un 25 y un 40% de la energía. El aire acondicionado es uno de los principales componentes de la factura de electricidad de un centro de datos. Por cada KWh. usado en la alimentación de servidores se requiere aproximadamente otro KWh. para refrigeración. Sin embargo hay otros factores que incrementan el consumo de energía como el mayor uso de los computadores, la conectividad ininterrumpida, el procesamiento de doble núcleo y el aumento de las aplicaciones vitales para el trabajo. (4) Un estudio realizado en el año 2007 demostró que tan solo en Estados Unidos los centros de datos consumieron 59 billones de KWh. Estas cifras son alarmantes y es por ello que muchas empresas están optando por cambiar el tipo de potencia que utilizan los centros de datos, de corriente alterna CA a Andrés Tello Guerrero 15

16 corriente continua CC. Dicho cambio puede reducir en un 30% el consumo de energía. (4) El creciente volumen de servidores ha tenido repercusiones físicas en las instalaciones, convirtiéndose el espacio en unos de los principales problemas, hasta el punto de que algunos centros de datos ya no pueden seguir ampliándose. Cabe tener en cuenta que la construcción de un nuevo centro de datos lleva años y supone una gran inversión de capital lo que deriva el crecimiento en el costo de propiedad del centro de datos. (5) Infrautilización de Recursos La creciente demanda de servicios en las empresas supone un aumento del parque de servidores de las mismas. Además, debido a problemas de coexistencia, en cada una de esas plataformas suelen implantarse un reducido número de aplicaciones, lo que supone una infrautilización de los recursos de la máquina. Es decir, la ejecución de un único servicio por servidor acaba redundando en una plataforma normalmente sobredimensionada e infrautilizada. Por los constantes avances tecnológicos cada vez hay mucho más poder de cómputo en los procesadores, los cuales no llevan una relación correcta, en muchos de los casos, con los servicios que van a utilizar el poder de procesamiento; lo cual provoca un enorme desperdicio. (6) (7) El grado de utilización de los servidores rara vez llega a un porcentaje próximo a las decenas. Su infraestructura se ve afectada tanto por la infrautilización como por la sobre utilización. Las necesidades de sus servidores dificultan una respuesta rápida ante demandas nuevas. (8) Hoy en día, la introducción de plataformas de 64 bits, capacidades actuales de procesamiento (dual-core, quad-core), memoria, capacidad de almacenamiento y red de la plataforma acentúa la tendencia a una infrautilización de los servidores, la cual puede ser aprovechada si tomamos ventaja y compartimos estos recursos entre múltiples servicios optimizando de esta manera la utilización y así sacar el máximo provecho a la inversión del hardware que estamos ejecutando. (7) Arquitecturas de proceso independientes (islas de recursos) Actualmente la mayoría, si no la totalidad, de los sistemas orientados a comercialización de soluciones TIC se encuentran soportados por arquitecturas de proceso independientes. Por ello, cada sistema debe dotarse, de elementos que proporcionen conectividad, almacenamiento y la capacidad de proceso necesaria con el fin de garantizar la prestación del servicio de forma continua (independientemente de las condiciones de carga, incidencias ocurridas, ). Este modelo de funcionamiento, basado en islas de computación independientes presenta como principal inconveniente la baja optimización de recursos, produciéndose situaciones de duplicidad de servidores (en muchas Andrés Tello Guerrero 16

17 ocasiones infrautilizados), consumo elevado de potencia eléctrica, necesidad de espacio físico para su ubicación, etc. Estas limitaciones repercuten, generalmente, en el incremento de las acciones inversoras para la creación, administración y crecimiento de los centros de datos (CPD), condicionando, de forma indirecta, las tarifas de las soluciones TIC comercializadas. (9) Ilustración 2: Isla de Recursos Complejidad en la administración de activos informáticos En los centros de datos actuales, el aumento de aplicaciones y plataformas de hardware, dispositivos y sistemas operativos presentan retos operativos significativos para los gerentes de TI. De manera similar, la complejidad de las arquitecturas de aplicaciones distribuidas y con varios niveles ha ocasionado una explosión de servidores y bases de datos que los gerentes de TI deben aprovisionar y administrar. En todos los casos, los entornos heterogéneos han aumentado los costos operativos de manera considerable; por lo tanto, se reducen los beneficios que se obtienen de una capacidad de almacenamiento y procesamiento más económica y flexible. (10) Las organizaciones normalmente utilizan 50 o más herramientas distintas para administrar sus volúmenes y sistemas de archivos en un momento específico, así como tecnologías para administrar el agrupamiento, la replicación, las copias de respaldo y recuperación; y otros aspectos importantes de su infraestructura de TI. Cada tecnología es única y generalmente proporciona su propia interfaz de usuario, lo que agrega costo y complejidad administrativos. (10) Es claro que ante esta inminente complejidad se puede correr el riesgo de no cumplir con los SLAs (Service Level Agreements) 3 dando como resultado disminución en la calidad de servicio. (11) 3 SLA: Contrato que existe entre el cliente y su proveedor de servicios o entre proveedores de servicios. Andrés Tello Guerrero 17

18 Capítulo 2: Virtualización de Servidores En este capítulo se describe brevemente la historia de la virtualización. Se define la virtualización de servidores, se explica cada uno de los tipos de virtualización, ventajas y desventajas que ésta ofrece y la infraestructura necesaria para montar un centro de datos virtualizado. 2.1 Introducción La virtualización no es algo nuevo. En 1960, IBM ya descubrió las posibilidades de esta tecnología, y las llevó a efecto en sus máquinas System/360. Aquellas máquinas ejecutaban un sistema operativo específico, VM/360, y los mainframes actuales de IBM (los zseries) aún ejecutan una versión evolucionada de MV. Más adelante, sería Sun Microsystems el que desarrollaría la máquina virtual Java, Java Virtual Machine, sobre la que se compilan las aplicaciones escritas en lenguaje Java. Esta máquina añade varios niveles de sofisticación al incluir un microprocesador completo, un gestor de memoria avanzado, un sistema de comunicaciones de red TCP/IP, y un fuerte entorno de seguridad, sobre los que se construyen la mayoría de las grandes aplicaciones de negocio de hoy en día. (12) Sobre los pasos de Sun fue de nuevo Microsoft quien creó la plataforma.net, un entorno con una arquitectura general muy similar a Java (máquina virtual propia y lenguaje insignia, llamado C#, Csharp), pero mejorando algunos de los errores de aquel: la máquina virtual.net puede programarse en cualquier lenguaje, siempre que exista una pequeña biblioteca de código para ese lenguaje. Las anteriores técnicas se han orientado fundamentalmente en la virtualización de aplicaciones, es decir a la ejecución de aplicaciones específicas sobre máquinas virtuales. Un paso más allá dentro de las técnicas de virtualización consiste en la simulación de un entorno de hardware completo, en el que un sistema operativo convencional se puede ejecutar de forma normal (con todas sus aplicaciones por encima), y éste tiene la ilusión de estar ejecutándose sobre una máquina física real. Esta técnica ha sido habitual desde hace mucho tiempo para el desarrollo de sistemas de hardware especializados: hace ya varias generaciones de microprocesadores que los diseños se simulan antes, mediante una aplicación que implementa el funcionamiento del diseño sin necesidad de llegar a construirlo físicamente, una evidente virtualización del diseño. En fin, las técnicas de virtualización llevan bastante tiempo con nosotros y son una técnica común de diseño en determinados campos. Sin embargo, en los últimos años se han dado una serie de avances tecnológicos que han permitido el salto de esta técnica a otros entornos en los que antes no era una opción, e incluso se ha hecho accesible en computadores personales y servidores de pequeño y medio tamaño. (12) Andrés Tello Guerrero 18

19 2.2 Definición Existen varias definiciones aceptables de la Virtualización de Servidores, a continuación se dan algunas de ellas: La Virtualización de servidores consiste en el particionamiento de un servidor físico en servidores virtuales más pequeños. En la virtualización de servidores, los detalles técnicos y los recursos del servidor como tal están ocultos o encapsulados a los usuarios; y el software es utilizado para dividir el servidor en múltiples ambientes llamados servidores virtuales o privados. (13) La Virtualización de servidores es una técnica para ocultar las características físicas de los recursos informáticos de la manera en la cual otros sistemas, aplicaciones o usuarios finales interactúan con esos recursos. Esto comprende hacer que un único recurso físico (como un servidor, un sistema operativo, una aplicación o un dispositivo de almacenamiento) funcione como múltiples recursos lógicos; o hacer que varios recursos físicos (como dispositivos de almacenamiento o servidores) aparezcan como un único recurso lógico. (14) La Virtualización es una tecnología de software acreditada que rápidamente está transformando el panorama de las Tecnologías de la Información TI (Information Technology) y cambiando fundamentalmente la manera en que las personas utilizan las computadoras. El poderoso hardware de las computadoras x86 de hoy en día fue originalmente diseñado para ejecutar un solo sistema operativo y una sola aplicación, pero la virtualización rompe esa limitación, haciendo posible que múltiples sistemas operativos y múltiples aplicaciones se ejecuten en la misma computadora y al mismo tiempo, incrementando la utilización y flexibilidad del hardware. (15) La Virtualización es una técnica que provee la habilidad de particionar y compartir el hardware de manera que permite que más de un sistema operativo corra simultáneamente. Cada instancia del sistema operativo y sus aplicaciones corren sobre el hardware original. (16) 2.3 Tipos de Virtualización Entre los métodos más populares de virtualización de servidores podemos citar: Emulación, Virtualización Completa, Paravirtualización y Virtualización a nivel de Sistema Operativo Emulación La emulación se basa en crear máquinas virtuales que emulan el hardware de una o varias plataformas de hardware distintas. Este tipo de virtualización es la más costosa y la menos eficiente, ya que obliga a simular completamente el comportamiento de la plataforma de hardware a emular e implica también que Andrés Tello Guerrero 19

20 cada instrucción que se ejecute en estas plataformas sea traducida al hardware real. Sin embargo la emulación tiene características interesantes: como permitir que un sistema operativo creado para una arquitectura en particular sea ejecutado sobre una arquitectura diferente sin tener que modificarlo, o cuando se desarrolla firmware 4 para hardware, se puede comenzar el desarrollo aún sin tener el dispositivo de hardware real. (17) Ilustración 3: Emulación La figura ilustra como un emulador basado en Java se ajusta a la jerarquía de los programas que usan el hardware real de la computadora. El sistema operativo real es instalado sobre el hardware real y la máquina virtual de java JVM es instalada sobre el sistema operativo real. El emulador simula una capa de hardware virtual sobre la cual otro sistema operativo y sus aplicaciones pueden ser instalados. (18) Virtualización Completa La virtualización completa (full virtualization), también llamada virtualización nativa, esta diseñada para proveer una abstracción completa del hardware subyacente 5 y crear un sistema virtual completo (hypervisor) en el cual el SO huésped puede ser ejecutado. Algunas instrucciones protegidas deben capturarse y manejarse dentro del hypervisor ya que el hardware subyacente no es propiedad de un sistema operativo sino que es compartido a través del hypervisor. No se requiere ninguna modificación del SO huésped; el SO huésped no es consciente de que se está ejecutando en un entorno virtualizado por lo que tienen la capacidad de comportarse como si el hardware emulado fuera su propio hardware real. Esto puede ser ventajoso, ya que permite una completa independencia entre el software y el hardware, pero puede llegar a penalizar el rendimiento. Para que el SO huésped funcione correctamente, el software virtualizador deberá emular el hardware a la perfección, haciendo creer al SO huésped que 4 Firmware: Programa que es grabado en una memoria ROM y establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo 5 Hardware subyacente: Hardware físico del servidor anfitrión. Andrés Tello Guerrero 20

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