Máquinas virtuales, contenedores y Cloud

1. El cloud

El cloud le permite alquilar servicios de infraestructura en Internet: servidores virtuales, redes, espacio de almacenamiento, etc., bajo la forma de un IaaS (Infrastructure as a Service), por ejemplo. Un servidor en la nube no es más que una máquina virtual, alojada en los servidores de un proveedor (Amazon, Google, Microsoft u otro), al que se accede a través de Internet o a través...

1. El aislamiento

El aislamiento consiste en ejecutar aplicaciones en entornos aislados los unos de los otros, llamados contextos o zonas de aislamiento. Algunas instancias de una misma aplicación se pueden arrancar simultáneamente, cada una en su contexto. La aplicación no se ejecuta en una verdadera máquina virtual, sino que se encuentra aislada de las otras gracias a una funcionalidad del sistema operativo. El aislador más conocido en Linux es chroot, que permite un cambio de raíz de sistema.

Principio de los aisladores

El principio de chroot es simple. Un directorio contiene todos los elementos necesarios para ejecutar un programa, por ejemplo, un servidor web o ftp: la aplicación y sus archivos de configuración, así como las librerías y los comandos que utilizará. Se aplica el comando chroot a dicho directorio, el cual se convierte en la raíz. Los procesos del servidor solo tienen acceso a los datos que se encuentran en esta nueva raíz y no pueden salir de ella. 

El kernel de Linux presenta mecanismos de aislamiento integrados que se llaman namespaces o "espacios de nombre " que definen lo que los procesos podrán ver. El principio es prácticamente el mismo que para chroot (un punto de montaje o directorio contiene todos los elementos necesarios para ejecutar la aplicación). Los procesos que se encuentren...

1. Principio

Cuando nos encontramos en presencia de un hipervisor de tipo 1 o 2, el sistema host puede proponer una interfaz aplicativa optimizada y similar a la del hardware real. Esto se conoce como paravirtualización. La interfaz aplicativa API permite que el sistema invitado tenga un acceso casi directo a uno o a varios componentes de hardware.

Paravirtualización: el sistema accede al host gracias a las API

Esta posibilidad la puede ofrecer el kernel, la arquitectura de hardware (por ejemplo, el microprocesador), o incluso los dos.

Cuando son los sistemas invitados los que acceden al hardware, los pilotos que se instalarán establecerán una comunicación directa con la API del sistema host.

En Linux, los productos XEN y KVM utilizan técnicas de paravirtualización si están disponibles.

2. VirtIO

VirtIO, Virtual Input Output, se trata de la interfaz de programación (API) del kernel Linux dedicada a los pilotos de los periféricos de las máquinas virtuales (o más bien de los sistemas invitados).

Una comunicación de tipo FIFO se establece entre el hipervisor (el kernel del sistema host) y el kernel del sistema invitado. Los pilotos se basarán en esta interfaz. 

VirtIO es la API predeterminada de KVM, y Linux propone los pilotos de red y discos asociados. Hay otros pilotos que también están disponibles para Windows. VMWare y Virtualbox disponen...

1. Principio

El aislamiento de uno o de distintos procesos lo realiza el kernel de Linux usando para ello los espacios de nombres y los grupos de control.

El kernel de Linux ofrece las funciones predeterminadas:

Los namespaces, o espacios de nombres, permiten:

Los cgroups, o grupos de control, definen los recursos del sistema que un grupo de procesos puede utilizar para:

La asociación de estos dos mecanismos es la base del principio del contenedor.

2. Contenedor y máquina virtual

A veces, se comparan los contenedores con las máquinas virtuales y, aunque se trate de dos tipos de tecnología de virtualización, el concepto es diferente.

Las máquinas virtuales funcionan en hipervisores. Independientemente de si el hardware es emulado o no, las máquinas virtuales ejecutan un sistema operativo completo, con kernel y drivers para los periféricos (incluso los que usan la paravirtualización). Las aplicaciones se instalan en el sistema operativo de la máquina virtual. Desde el punto de vista del hipervisor, la máquina virtual es un proceso único.

Los contenedores funcionan directamente en el host, directamente en el kernel. Los procesos que este contiene son iguales que los otros, pero aislados y limitados en recursos. Si un contenedor tiene 10 procesos, habrá 10 procesos funcionando en el host.

El contenedor usa el kernel del host

3. Los espacios de nombres

Contenedores: espacios de nombres y grupos de control

El PID del primer proceso de un espacio de nombres es el número 1. Todos los procesos hijo forman parte automáticamente de este espacio de nombres y están aislados del resto de espacios de nombres. No ven lo que sucede fuera de su espacio: se trata del «PID namespace».

Dentro de un espacio de nombres...

1. Servicios Cloud (o en la nube)

Se distinguen distintos servicios propuestos por los operadores, que se pueden reconocer fácilmente gracias al sufijo "aaS", que significa "as a Service". Todos son servicios en la nube. He aquí los principales:

1. Hipervisor y adiciones

Por sistema invitado, entendemos el sistema operativo instalado en la máquina virtual. Dependiendo del sistema operativo host, habrá disponibles distintos programas. Para Linux:

Qemu y KVM disponen, por supuesto, de comandos accesibles en shell, y también, gracias a libvirt, dispone de una interfaz gráfica muy eficiente, que permite incluso administrar máquinas virtuales de otros hipervisores (como Virtualbox, Xen, VMware...).

Una distribución Slitaz virtualizada en un hipervisor VirtualBox dentro en una Debian en un sistema Virtualbox en una Ubuntu

Para conseguir un funcionamiento óptimo de los sistemas operativos invitados, se deben tener en cuenta algunos elementos: