Paper v5 27 may-2013

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DIFVLUD - DIMENSIONAMIENTO DE INFRAESTRUCTURA FÍSICA PARA VIRTUALIZACIÓN DE LABORATORIOS PRÁCTICOS Y SU IMPLEMENTACIÓN EN UN PROTOTIPO PARA UNA ASIGNATURA DEL PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA DE SISTEMAS DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

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Paper v5 27 may-2013

  1. 1. Universidad Distrital. Pérez, Vallejo, Trujillo. Dimensionamiento para Virtualización de Hardware 1 Proyectando un Dimensionamiento para el Uso de Virtualización de Infraestructura Física Pérez Luis, Vallejo Camilo y Trujillo Stick Gestión Tecnológica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas Bogotá, Colombia lucapeto@gmail.com ingenierovallejo@gmail.com taytus@gmail.com 1. INTRODUCCIÓN Resumen: La virtualización es un concepto antiguo pero se concibe hoy en día como la abstracción o simulación virtual de los elementos físicos de un ordenador. Sus ventajas son básicamente proporcionar alta disponibilidad, ahorrar costos, optimizar el uso y control sobre los recursos, contribuir al medio ambiente y mejorar la seguridad de los sistemas virtualizados. Mientras que sus desventajas se enfocan hacia el licenciamiento, los requerimientos exigentes del hardware a utilizar y la dependencia del sistema operativo anfitrión y del sistema de virtualización elegido. Es importante analizar previamente si la virtualización es ideal para nuestros fines de consolidación, por ello se toma este proceso como un proyecto que incluye objetivos, planeación, diseño, migración, gestión y en muchos casos automatización. Abstract: The Virtualization is an old concept but is seen today as the abstract or virtual simulation of the physical elements of a computer. The basics of the Virtualization that we know are: Host System, Guest System, Virtual Machine, Hypervisor, processor, memory, hard disk, input and output elements, models and techniques for the virtualization. Its advantages are basically to provide high availability, save costs, optimize the use and control of resources, contributing to the environment and improve the security of virtualized systems. While focusing disadvantages to licensing, hardware demands requirements to use and dependence on host operating system and the virtualization system chosen. It is important to first analyze whether virtualization is ideal for our purposes of consolidation, therefore this process is taken as a project that includes objectives, planning, design, migration, management and automation in many cases. Palabras Claves: Dimensionamiento, infraestructura, máquina virtual, virtualización. Hypervisor, En la actualidad, de algún modo hemos tenido contacto con la tecnología, ya sea para hacer tareas en el colegio, para participar en una red social o para realizar alguna actividad en el trabajo. Y es que los avances tecnológicos nos han proporcionado muchas facilidades y grandes avances en todos los campos. Sin embargo, y pese a todas las soluciones que nos ofrece la tecnología, ésta tiene ciertas desventajas, como son la compatibilidad entre sus aplicaciones, los costos, el mantenimiento de sus elementos, el desaprovechamiento de algunos de sus recursos e inclusive el impacto en el medio ambiente. Es aquí donde la virtualización aparece como una solución a varios de estos problemas, aportando nuevas facilidades, entre ellas la virtualización de infraestructura como servicios. Sin embargo, es necesario antes de iniciar una virtualización, conocer de qué se trata, que tipos existen, que propiedades posee y las propuestas que hay en el mercado. Así es posible realizar un correcto dimensionamiento de los recursos con que contamos y de aquellos que son necesarios para iniciar dicho proceso. 2. VIRTUALIZACIÓN El concepto de virtualización no es un término nuevo, desde la década de los 60 ya se hablaba de este tema, pero su auge se ha venido dando en las últimas décadas para mitigar ciertas problemáticas tecnológicas principalmente de costos y rendimiento. Con el fin de contextualizar, se define la virtualización de la siguiente manera: “...la virtualización es un medio para crear una versión virtual de un dispositivo o recurso, como un servidor, un dispositivo de almacenamiento, una red o incluso un sistema operativo, donde se divide el recurso en uno o más entornos de ejecución,…los dispositivos, las aplicaciones y los usuarios pueden interactuar con los recursos virtuales como si fueran realmente un recurso único.” [1] Esta definición menciona muchos de los temas que abarca la virtualización y es la más apropiada para personas no versadas en el tema ya que permite abstraer su concepto y diferentes aplicaciones.
  2. 2. Universidad Distrital. Pérez, Vallejo, Trujillo. Dimensionamiento para Virtualización de Hardware Además, es importante conocer que en el argot de la virtualización, se le llama anfitrión (Host) al sistema físico e invitado o huésped (Guest) a los sistemas virtualizados. Dicho lo anterior, se puede indicar que todo el proceso de virtualización trabaja en la simulación de los siguientes componentes de la arquitectura de un ordenador anfitrión: • • • • 2 Los Hypervisores pueden clasificarse en dos tipos: Hypervisor tipo 1: También denominado nativo, unhosted o sobre el metal desnudo (bare metal), es software que se ejecuta directamente sobre el hardware, para ofrecer la funcionalidad descrita. [4] Memoria RAM Procesador (Unidad central de procesamiento o CPU) Disco duro (almacenamiento) Entrada y Salida de dispositivos Para considerar una máquina virtual útil es necesario comprender que los dispositivos de entrada y salida no son solamente de red, también lo son el subsistema compuesto por video, sonido, tarjeta de red, puertos seriales y paralelos, unidades de disco, controladora de IDE, SCSI, USB, teclado y mouse. Es aquí donde muchos programas fallan ya que se han encontrado falencias para manejar varios de estos dispositivos. Figura 2. Hypervisor tipo 1. [5] Hypervisor tipo 2: También denominado hosted, es software que se ejecuta sobre un sistema operativo para ofrecer la funcionalidad descrita. [4] Figura 3. Hypervisor tipo 2. [6] Figura 1. Estructura Virtualización [2] 2.1 Máquinas virtuales e Hypervisor “El concepto de máquina virtual (MV), es una implementación de software en una máquina física, ya sea un servidor o una PC. Sus tipos son: [3] 2.1.1 Lo anterior es importante mencionarlo en detalle, ya que la introducción a los conceptos imprescindibles de máquina virtual e Hypervisor, da una mejor visión del tema a tratar, ya que en el primer término (MV), aunque haya tipos de virtualización en los que no sea necesario su uso, es imposible entender el fundamento de las principales técnicas de virtualización sin saber en qué consiste una máquina virtual, tanto si es de sistema como si es de aplicación. El segundo (Hypervisor), por ser el aspecto más importante y diferenciador de las técnicas de virtualización completa y para-virtualización, los dos modelos más extendidos actualmente en el uso de infraestructuras virtuales. [7] Máquinas virtuales de hardware o de sistema Son las que corren paralelamente sobre una máquina física anfitrión o host, de manera que tienen acceso y hacen uso de los recursos hardware que son abstraídos de él. [3] 2.1.3 Tipos de virtualización: Son las que proporcionan un entorno de ejecución independiente del hardware y del propio sistema operativo para las aplicaciones que ejecutarán; éstas arrancan la máquina a su inicio y de igual manera la apagan cuando finalizan. [3] Los tipos de virtualización suelen confundirse mucho, por ello se han agrupado en los siguientes modelos: virtualización de plataforma, virtualización de recursos, de aplicaciones y de escritorio. Estos se fundamentan especialmente en dos conceptos, como son el recurso virtual que se abstrae y el ente (aplicación, sistema operativo, máquina) que virtualizado, dispone de ese recurso [7]. Sin embargo por ahora solo se hará énfasis en las principales técnicas de virtualización de plataforma, las cuales hacen referencia a conceptos ya definidos y algunas son propias de los modelos anteriormente mencionados: Por otro lado el Hypervisor o Virtual Machine Monitor (VMM), que va ligado principalmente al primer tipo de máquina virtual (de Hardware), no es más que la plataforma o capa de software que permite ejecutar y monitorear el proceso de virtualización. [3] 2.1.4 Emulación: Esta se basa en crear máquinas virtuales que emulan el hardware de una o varias plataformas distintas. Este tipo de virtualización es la más costosa y la menos eficiente, ya que obliga a simular completamente el 2.1.2 Máquinas virtuales de proceso o de aplicación
  3. 3. Universidad Distrital. Pérez, Vallejo, Trujillo. Dimensionamiento para Virtualización de Hardware comportamiento del escenario de hardware e implica que cada instrucción que se ejecute en ellas, sea traducida al hardware real haciéndolo demasiado lento en su ejecución [7]. 2.1.5 Virtualización completa: El sistema operativo anfitrión simula el hardware (utilizando un Hypervisor tipo II) y sobre él se ejecutan los sistemas operativos huésped sin modificar 2.1.6 Para-virtualización: Utiliza un Hypervisor tipo I, sobre el que se ejecutan todas las máquinas virtuales, no hay realmente un sistema operativo anfitrión. 2.1.7 Virtualización por hardware: Similar a la virtualización completa, aunque es más eficiente al utilizar hardware (CPU) adaptado expresamente a la virtualización. También se denomina virtualización acelerada o Hardware virtual machine. 2.1.8 Virtualización por Sistema Operativo: Anfitrión y huésped comparten el mismo sistema operativo. [9] Tabla 1: Clasificación de los tipos de Virtualización [10] 2.2 Ventajas y desventajas Todo lo anterior nos da una visión de lo que es la virtualización, y aunque esto parezca la panacea a muchas problemáticas de la actual tecnología, es importante mirar las principales ventajas y desventajas que trae consigo la Virtualización, ya que hoy por hoy sus aplicaciones van desde un equipo de escritorio familiar hasta un centro de datos completo. Por un lado, los beneficios van principalmente encaminados a: • • • • • • • Propiedades de Aislamiento, Seguridad, Flexibilidad, Agilidad y Portabilidad. Incremento en el aprovechamiento y control sobre los recursos. Reducción de gastos asociados al hardware (espacio, enfriamiento, energía, mantenimiento y administración). Contribuye al medio ambiente disminuyendo CO2 y el calentamiento global. Aumenta el reciclaje y la conservación de recursos naturales y físicos. Proporciona alta disponibilidad. Recuperación ante desastres. 3 Por otra parte, las desventajas se miran de la siguiente forma: • • • • Problemas de licencias. Requerimientos de hardware muy exigentes. Dependencia del sistema operativo anfitrión y del sistema de virtualización elegido. Disponibilidad de recursos suficientes. Sin embargo con todo lo bueno y lo malo que ofrece la virtualización, esta promete grandes soluciones y aplicaciones en diferentes ámbitos, que ya van en el sector informático hacia lo comercial y la academia. [11] 3. PROYECTANDO UN PRIMER DIMENSIONAMIENTO HACIA LA VIRTUALIZACIÓN Dimensionamiento en términos generales, se define como tomar las medidas para un fin. Tomando este concepto y recordando que la virtualización no es solo tecnología, también involucra planeación, cambios de procesos y una nueva perspectiva de cómo funcionan las cosas, para realizar un primer acercamiento a la virtualización de una infraestructura, es necesario enfocar este apartado a revisar lo que se debe tener en cuenta básicamente para iniciar con este proceso: 3.1.1 Contextualizar: Lo primero que se debe considerar, es tener claros los conceptos, elementos, modelos y técnicas de virtualización, junto con sus ventajas y desventajas. Esto contextualiza y pone al tanto de la tecnología a utilizar. Esta parte de proceso ya ha sido tratada globalmente en el transcurso de este artículo. 3.1.2 Si después de conocer la conceptualización se decide iniciar un proyecto de consolidación basado en virtualización, se deben seguir los siguientes pasos: 3.1.2.1 Establecimiento de metas y Objetivos apoyados en la formulación de preguntas [11]: • ¿Cuáles son los motivos de la virtualización y/o la consolidación de servidores? • ¿Cuántos servidores físicos podrían consolidarse? • ¿Qué soluciones podrían aprovecharse y cuál es la solución preferida? • ¿Cómo afectará la virtualización a los usuarios? • ¿Tenemos una persona o equipo profesional que encabece la gestión y conozca de todo lo relacionado con la institución y la virtualización? • ¿Cuáles son las implicaciones de seguridad de migrar a una infraestructura virtual respecto a mantener la situación actual?
  4. 4. Universidad Distrital. Pérez, Vallejo, Trujillo. Dimensionamiento para Virtualización de Hardware • • • • ¿Cuánto tiempo de desconexión sería necesario para llevar a cabo una migración? ¿Cuáles serían los riesgos y cómo podrían reducirse? ¿Cuál es el costo estimado del proyecto? ¿Cuál es el ROI calculado (ROI = [(Recuperación de la inversión Inversión)/Inversión)]*100)? Estas preguntas ayudan a establecer lo que se espera de la virtualización y así definir metas y objetivos más claros. 3.1.2.2 Planeación: Etapa que incluye análisis y diseño, dirigido a validar que elementos son susceptibles de virtualizar. Existen herramientas como HP Capacity Advisor, que recopilan información de la utilización de recursos de las aplicaciones antes de la consolidación (CPU, memoria, disco, red), y empleando esta información, permiten simular cómo se comportaría esa aplicación en otra plataforma, en una máquina virtual o lo que nos queramos inventar[12]. Esta última etapa es opcional. Sin embargo, ya se ha explicado que es clave si se desea disponer de una infraestructura virtual dinámica, que se reorganice sin intervención humana y en tiempo real según las demandas del negocio. La Automatización, puede estar embebida en la propia tecnología de virtualización, o ser proporcionada por aplicaciones adicionales, que permitan que los servidores virtuales respondan a diversas métricas, que pueden ser de negocio [12]. 3.1.3 Antes de lanzase a una virtualización, también es importante analizar las siguiente preguntas que van enfocadas a los procesos y las personas del sector y son vitales, ya que como se ha mencionado, la virtualización no solo es tecnología, también tiene su componente humano y de procesos: [12] • • • • • Referente a las especificaciones solicitadas por los diferentes proveedores, ya sean licenciados, gratuitos o libres, se debe tener en cuenta que los requisitos para virtualizar dependen de cada red, de las necesidades de la empresa y de la inversión que se quiera hacer. Lo básico y mínimo que se tendrá que tener claro es lo siguiente: • Qué proveedor va a prestar sus servicios de virtualización • Tipo de licenciamiento (libre o comercial) • Presupuesto • Estudio de hardware y software que se tiene y el que se requiere. 3.1.2.3 Migración: Una vez diseñada la plataforma final, se configuran las máquinas virtuales y se realiza la migración de las aplicaciones. Esta conversión de físico a virtual se conoce con el nombre “Migración Physical to Virtual” o, de manera abreviada, “P2V”. La migración se puede realizar manualmente o ayudado por herramientas que permiten replicar los entornos de máquinas físicas a máquinas virtuales. Un ejemplo sería p2vassist, utilidad proporcionada por la última versión de máquinas virtuales HP Integrity [12]. Gestión: Una vez las máquinas virtuales están operativas, es necesario disponer de herramientas que incorporen procedimientos de monitorización y gestión para las máquinas virtuales. Existen múltiples soluciones comerciales para ello, por ejemplo, HP Virtualization Manager o VWWare Virtual Center [12]. 4 ¿Cómo va a afectar la virtualización a las personas involucradas? ¿Habrá cambios en sus acciones, roles o responsabilidades? ¿Se necesitará de capacitación o moverlos a posiciones nuevas? ¿Qué clase de cambios culturales serán necesarios para asegurar el éxito? ¿Está la institución preparada para concebir el departamento de TI como un proveedor de servicio, y no como alguien que gestiona los sistemas? 4. DIMENSIONAMIENTO Cuando se requieren incorporar tecnologías de virtualización, habitualmente se pretende mejorar la eficacia del hardware existente. El uso más frecuente de este tipo de aplicativos está orientado a mejorar la utilización de los recursos de hardware, de modo de aprovechar al máximo las capacidades de procesamiento del mismo, así mismo, estas aplicaciones pueden ser utilizadas para contribuir con el mejoramiento de la gestión de los distintos servicios tecnológicos que brindan las organizaciones, permitiendo establecer un acuerdo de nivel de servicio (SLA = Service Level Agreement) que sea representativo de la disponibilidad requerida de los mismos. [13] Así las cosas, se debe tener en cuenta la descripción del hardware que se quiere virtualizar. Esta descripción incluye entre otras cosas, marcas, modelos, cantidades de servidores, procesadores por servidor, núcleos de procesadores por servidor, memoria RAM por servidor, interfaces, dispositivos SAN existentes, etc., lo cual permite estimar las licencias y/o suscripciones y otros aspectos requeridos para realizar la virtualización. 3.1.2.4 3.1.2.5 Automatización: Se debe tener en cuenta que entre más heterogénea sea la infraestructura tecnológica existente, más detallada debe ser la descripción del hardware, indicando la cantidad de servidores y/o máquinas a virtualizar y el tipo de configuración de cada uno de ellos (blade, cluster, stand-alone, etc.). [13] Acorde a la cantidad de máquinas virtuales requeridas, el dimensionamiento está en función de las exigencias técnicas
  5. 5. Universidad Distrital. Pérez, Vallejo, Trujillo. Dimensionamiento para Virtualización de Hardware que demanden los distintos servicios que se requiere ejecutar en cada una de ellas, incluyendo los posibles parámetros de escalabilidad (asignación de recursos adicionales). En otras palabras, cuando se realiza el dimensionamiento de los recursos virtuales (asignación de memoria RAM, CPU, espacio en disco, etc.) de cada máquina virtual, dicho dimensionamiento deberá estar justificado técnicamente en función de los servicios que se requieran ejecutar en cada una de las maquinas virtuales. [13] Para que las ventajas de las tecnologías de virtualización sean adecuadamente aprovechadas, resulta conveniente definir un reducido conjunto de templates (modelos de maquinas virtuales), vale decir, poseer un número reducido de tipos de maquinas virtuales simplifica su administración y realza las ventajas que las tecnologías de virtualización ofrecen en ese sentido. [13] Muchas veces, los servicios que se deben brindar son variables y poseen ciclos con mayor y menor demanda, por lo cual se deberá definir la cantidad de máquinas virtuales concurrentes (ejecutándose al mismo tiempo) que la organización requiera. [13] En la siguiente tabla, se presenta una breve guía sobre los pasos a seguir en el proceso de virtualización. 5 aprovechamiento a sus bondades y mitigar así las desventajas que puedan derivarse. En una primera proyección hacia el dimensionamiento para virtualizar infraestructura, no solo se deben tener en cuenta los elementos contenidos en un proyecto informativo (objetivo, análisis, planeación, ejecución y validación de resultados) o los proveedores y las soluciones que prestan, también se debe contemplar que la virtualización es un concepto no solo de tecnología, sino como un conjunto de ciencias aplicadas y la reunión de aspectos tecnológicos, culturales, humanos y de procesos. REFERENCIAS [1] Definición de Virtualización en http://www.alegsa.com.ar/Dic/virtualizacion.php Fecha de consulta: 26/03/2009 [2] Figura 1 Estructura Virtualización http://fiocs.googlecode.com/svn/trunk/Documentation/Imagenes%20 Analisis/Virtualizacion/ Fecha de consulta: 25/05/2013 [3] Máquina virtual http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_virtual Fecha de consulta: 01/05/2013 [4] Qué es un Hypervisor http://khan1.blogspot.com/2008/09/qu-es-un-hypervisor.html Fecha de consulta: 01/05/2013 [5] Figura 2 Hypervisor tipo 1 http://www.baitic.com/wpcontent/uploads/2009/10/hipervisor_hardware.jpg Fecha de consulta: 25/05/2013 [6] Figura 3 Hypervisor tipo 2 http://www.baitic.com/wpcontent/uploads/2009/10/hipervisor_software.jpg Fecha de consulta: 25/05/2013 [7] Virtualización de Servidores de Telefonía Ip en Gnu/Linux http://www.adminso.es/images/6/6d/Eugenio_cap1.pdf Fecha de consulta: 01/05/2013 Tabla 2: Guía de Virtualización [14] 5. CONCLUSIONES Acorde a lo tratado dentro de este artículo, se puede decir que la virtualización de recursos informáticos nace como la creación de una versión virtual de un recurso tecnológico, surge como una nueva perspectiva de tecnología y se ratifica por las diferentes ventajas que proporciona. Su contextualización es extensa, pero necesaria, con el fin de determinar cuál es la mejor metodología a adoptar para dar mejor [8] AdminXEN http://www.redes-linux.com/manuales/virtualizacion/AdminXen.pdf Fecha de consulta: 01/05/2013 [9] Introducción a la Virtualización - Principales técnicas de Virtualización http://albertomolina.files.wordpress.com/2009/10/virtualizacion.pdf Fecha de consulta: 01/05/2013 [10] Tabla 1. Clasificación de los tipos de Virtualización. Virtualización como una estrategia para reducir costos de operación en centros de cómputo. César Hernández Brito [11] Virtualización: Cómo planificar una infraestructura virtual http://www.acronis.com.uy/documentos/pdf/Virtualization_Virtual_I nfrastructure_wp.es.pdf Fecha de consulta: 01/05/2013
  6. 6. Universidad Distrital. Pérez, Vallejo, Trujillo. Dimensionamiento para Virtualización de Hardware [12] Ventajas y desventajas de la virtualización http://www.techweek.es/virtualizacion/techlabs/1003109005901/ventajas-desventajas-virtualizacion.4.html Fecha de consulta: 01/05/2013 [13] Lineamientos Estándares – Aplicativos de Virtualización. ETAP Argentina, Versión 18.1 [14] Guía de Virtualización Virtualización como una estrategia para reducir costos de operación en centros de cómputo. César Hernández Brito 6

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