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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Trabajo Fin de Grado Comparativa entre sistemas de virtualización nativos Autor CAC. Alberto Gahete Benavente Director/es Director académico: D. Alejandro Rafael Mosteo Chagoyen Director militar: Cap. D. Alfonso Bravo Ruiz Centro Universitario de la Defensa-Academia General Militar 2016 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos ii Comparativa entre sistemas de virtualización nativos iii RESUMEN El presente trabajo ha consistido en la realización de una comparativa entre dos sistemas de virtualización nativos, la plataforma VMware con ESXi y la alternativa de Microsoft, Windows Server 2012 R2 Hyper-V. Se ha efectuado con el fin de determinar un sistema de virtualización eficiente y común para todas las Unidades de Transmisiones, teniendo en cuenta las necesidades de las Fuerzas Armadas (FAS). Se ha realizado un análisis del estado del arte de las tecnologías de virtualización, así como de las capacidades que presentan ambas alternativas. También se han llevado a cabo pruebas en escenarios prácticos aprovechando el ejercicio Tiwar 2016 en el que el Regimiento de Transmisiones Nº1 se ha visto involucrado. Por otro lado, se ha efectuado un análisis comparativo específico y de costes, con el objeto de recabar resultados que permitan una comparativa completa. Por último, se han incluido como conclusiones aspectos clave que la virtualización proporciona a las Unidades de Transmisiones, así como los resultados obtenidos de comparativas y análisis de costes. Asimismo, se han introducido unas líneas futuras de posible investigación. ABSTRACT This project presents a comparison of two native virtualization systems, the VMware platform with ESXi and the alternative from Microsoft, Windows Server 2012 R2 HyperV, in order to determine an efficient and common virtualization system for all Signals Units, taking into account the Army requirements. An analysis of the state of the art of the virtualization technologies has been carried out, and of the capabilities that both alternatives have. Tests have been conducted in practical scenarios during the Tiwar 2016 exercise in which the Regimiento de Transmisiones Nº1 has been involved. A specific comparative analysis of cost and features has been performed, in order to obtain results that allow a complete comparison. Finally, conclusions are drawn about some key benefits that virtualization provides to Signals Units, summarizing too results obtained from feature and cost analysis. Also, some possible lines of future research are suggested. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos iv Comparativa entre sistemas de virtualización nativos v AGRADECIMIENTOS En primer lugar, me gustaría agradecer la realización de este Trabajo Fin de Grado al Batallón I del Regimiento de Transmisiones Nº1. Especialmente al director militar el Cap. D. Alfonso Bravo Ruiz, al Tte. D. Xavier Guerrero Fernández y a todo el personal de la Cía. Centros Nodales que han sido de gran ayuda a través de su conocimiento y experiencia. De igual modo al director académico Dr. Alejandro Rafael Mosteo Chagoyen que ha sido fundamental para poder llevar a cabo la realización de este trabajo. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos vi Comparativa entre sistemas de virtualización nativos vii ÍNDICE Índice de figuras ........................................................................................................ ix Índice de tablas ......................................................................................................... ix Lista de acrónimos .................................................................................................... xi 1 Introducción ......................................................................................................... 1 1.1 Contexto y justificación del trabajo ............................................................... 1 1.2 Objetivos del trabajo ..................................................................................... 1 1.3 Estructura de la memoria .............................................................................. 1 1.4 Marco del proyecto ....................................................................................... 2 2 Tecnologías de virtualización ............................................................................... 3 2.1 ¿Qué es la virtualización? ............................................................................ 3 2.2 Terminología de virtualización ...................................................................... 3 2.3 Tipos de máquinas virtuales ......................................................................... 4 2.3.1 Máquinas virtuales de hardware o sistema ........................................... 5 2.3.2 Máquinas virtuales de proceso o de aplicación ..................................... 5 2.4 Modelos de virtualización ............................................................................. 6 2.4.1 Virtualización de plataforma .................................................................. 6 2.4.2 Virtualización de recursos ..................................................................... 8 2.4.3 Virtualización de aplicaciones ............................................................... 8 2.4.4 Virtualización de escritorio ..................................................................... 8 3 Sistemas de virtualización ................................................................................... 9 3.1 VMware ESXi ................................................................................................ 9 3.1.1 Ventajas competitivas .......................................................................... 10 3.2 Windows Server 2012 Hyper-V .................................................................. 11 3.2.1 Ventajas competitivas .......................................................................... 12 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos viii 4 Ejercicio Tiwar 2016 ........................................................................................... 13 5 Análisis comparativo .......................................................................................... 17 6 Conclusiones ..................................................................................................... 21 6.1 Conclusiones del trabajo ............................................................................ 21 6.2 Líneas futuras ............................................................................................. 21 Anexos ..................................................................................................................... 23 Anexo A: Diagrama Gantt..................................................................................... 23 Anexo B: Características sistemas de virtualización ............................................ 25 Anexo C: Entrevistas ............................................................................................ 33 Bibliografía ............................................................................................................... 35 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos ix Índice de figuras Figura 2-1. Ejemplo hipervisor tipo I. ......................................................................... 4 Figura 2-2. Ejemplo hipervisor tipo II. ........................................................................ 4 Figura 2-3. Arquitectura virtualización completa [13]. ................................................ 7 Figura 2-4. Arquitectura paravirtualización [13]. ........................................................ 7 Figura 4-1. Topología de red [11]............................................................................. 14 Figura 5-1: Gráfico comparativo de costes de virtualización por número de CPUs. 19 Figura 5-2: Gráfico de costes totales para un nodo PUT con 4 CPUs. .................... 20 Figura Anexo A: Diagrama Gantt ............................................................................. 23 Índice de tablas Tabla 5-1: Matriz de decisión. .................................................................................. 17 Tabla Anexo B1: Características generales. .......................................................... 25 Tabla Anexo B2: Características de cómputo. ....................................................... 27 Tabla Anexo B3: Memoria y redes. ........................................................................ 28 Tabla Anexo B4: Almacenamiento......................................................................... 29 Tabla Anexo B5: Administración ............................................................................ 31 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 2 virtualización, también se explican algunos términos específicos relacionados con la misma y que son imprescindibles para comprender el resto de la memoria. En la segunda parte del capítulo se describen los tipos de máquinas virtuales, así como los distintos modelos de virtualización. En el capítulo 3 se detallan las dos tecnologías de virtualización incluidas en la comparativa, VMware ESXi y Windows Server 2012 Hyper-V. Se citan las características generales de ambas soluciones y también se introduce un subapartado con el objetivo de mencionar las ventajas competitivas de cada plataforma de virtualización. A continuación, en el capítulo 4, se incluye el ejercicio Tiwar 2016 en el que se ha visto involucrado el RT-1. Esta es una maniobra en la que han participado también Unidades de Transmisiones de distintos lugares de España. Dentro de este ejercicio, el capítulo se ha orientado a lo concerniente a este TFG, es decir, la virtualización. Se describe el despliegue realizado de equipos físicos y las fases para la implementación de la virtualización de un nodo PUT (Pequeña Unidad Táctica). Posteriormente se ha realizado un análisis comparativo en el capítulo 5. Este análisis se ha llevado a cabo a través de una matriz de decisión y una estimación de costes de adquisición de licencias. Para concluir esta memoria, el capítulo 6, recoge las conclusiones del TFG en base al estudio realizado, así como las experiencias con los escenarios prácticos y pruebas realizadas. También se han incluido unas líneas futuras como posible investigación. 1.4 Marco del proyecto La presente memoria ha sido realizada a partir de los conocimientos adquiridos durante las PEXT realizadas en el RT-1. Durante dichas prácticas, se ha tenido la oportunidad de vivir las experiencias y el trabajo del día a día en un Unidad de Transmisiones, compaginado con la realización del TFG. La realización del TFG ha sido supervisada tanto por el Director militar, destinado en el RT-1 Batallón I, como por el Director académico, profesor del Centro Universitario de la Defensa. En cuanto a la planificación del proyecto para una correcta distribución se ha desarrollado un diagrama temporal (Diagrama Gantt). Este diagrama muestra en una línea temporal las distintas actividades llevadas a cabo durante las Prácticas Externas (PEXT). (Véase Anexo A) Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 3 2 Tecnologías de virtualización 2.1 ¿Qué es la virtualización? La virtualización es una técnica referida a la abstracción de recursos de una computadora que lleva siendo utilizada desde la década de los 60, permite la simulación a partir de un recurso físico de varios recursos, de tal modo que varios sistemas aplicaciones o usuarios finales interactúen con estos recursos lógicos [1] [2]. El origen de esta técnica reside en la necesidad de dividir recursos físicos de una computadora para posteriormente ser utilizados en una máquina virtual. La encargada del desarrollo de esta técnica fue IBM en la década de los 60 para un mejor aprovechamiento y reducción de costes en los recursos informáticos utilizados en aquel momento, los mainframes 1 . A través de la virtualización se particionaban los mainframes creando máquinas virtuales independientes para poder ejecutar numerosas aplicaciones y procesos al mismo tiempo. Unas de las principales razones para incluir la virtualización fueron, un ahorro en costes debido al elevado precio de los mainframes, y por otro lado un mejor aprovechamiento de los recursos de estas máquinas [3]. A medida que avanzaron los años, en concreto en la década de los 80, hubo un cambio en la tendencia de uso y diseño de las computadoras coincidiendo con la reducción del coste del hardware. Se abandonan las grandes computadoras y costosas mainframes, y se avanza hacia el concepto de ordenador personal. En este momento el uso de plataformas de virtualización había quedado pausado, pero pronto se vio que estos ordenadores personales estaban desaprovechando gran cantidad de recursos físicos además de aumentar el gasto energético [3]. Debido a todos estos problemas surgidos, actualmente la virtualización está adquiriendo una gran popularidad, llegando a considerarse una de las tecnologías más innovadoras del momento. Esto se está viendo reflejado en que cada vez son más las grandes empresas y también el ET que están implementando en sus equipos diferentes soluciones de virtualización. Aunque existen algunos problemas como puede ser la seguridad que aún requieren una gran mejora y evolución [1]. 2.2 Terminología de virtualización Dos conceptos fundamentales a la hora del estudio de plataformas de virtualización y que actúan como base de la virtualización son: la máquina virtual (VM) y el hipervisor. Es importante conocer la función de estos dos conceptos a la hora de comprender cómo trabaja la virtualización. El primero de ellos, las máquinas virtuales, se podrían definir como el software encargado de simular un ordenador físico, el cual va a disponer de todos los 1 Mainframe: computadora grande, potente y de precio elevado utilizada por empresas para el procesamiento de una gran cantidad de datos. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 4 componentes que disponga físicamente el equipo en el cual se trabaje. Por otro lado, la máquina virtual también permitirá la instalación de un sistema operativo totalmente independiente al del propio ordenador físico. En un nivel anterior a las máquinas virtuales nos encontramos con el hipervisor, o también llamado monitor de máquina virtual (VMM), el cual actúa como una plataforma sobre la cual se aplican las técnicas de virtualización. Permite que diferentes sistemas operativos, tareas y configuraciones puedan coexistir sobre una única máquina física. Se podría decir que es el intermediario entre el hardware y las propias máquinas virtuales. Existen dos tipos de hipervisores dependiendo de si trabajan directamente sobre el hardware o si tienen un sistema operativo de la máquina física de por medio. El hipervisor de tipo I, bare-metal, nativos o unhosted, se ejecuta directamente sobre el hardware del equipo anfitrión. El hipervisor se va a cargar con anterioridad a los sistemas operativos invitados, es decir, los sistemas operativos de las máquinas virtuales. En este tipo, el hipervisor es el encargado de controlar todos los accesos directos a hardware. Actualmente este tipo de hipervisor es utilizado por algunas de las soluciones de virtualización más prestigiosas, por ejemplo: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Citrix Xen Server y Xen Project. El hipervisor de tipo II o hosted, se ejecuta y requiere un sistema operativo completo instalado en el equipo anfitrión, este sistema operativo va a ejecutarse antes que el hipervisor. Este tipo presenta una mayor compatibilidad con el hardware que el hipervisor de tipo I, ya que en este caso el sistema operativo es el encargado de gestionar los drivers. Por otro lado, la desventaja que presenta este hipervisor es que requiere de un sistema operativo trabajando simultáneamente con el hipervisor lo que va a provocar un aumento en el consumo de recursos, lo que se traduce en una disminución del rendimiento de las máquinas virtuales [1] [4]. 2.3 Tipos de máquinas virtuales Con el objetivo de entender mejor cómo operan los dos tipos de máquinas virtuales se va a explicar previamente la estructura de una máquina física. En el nivel más bajo de las máquinas físicas se encuentra el hardware con sus distintos componentes, unidad central de procesamiento (CPU), memorias (tanto volátiles como no volátiles), periféricos de entrada y salida y tarjetas de red. Por encima de este nivel y tomando el hardware como base se instala el sistema operativo, éste va ser el encargado de ejecutar las distintas aplicaciones y programas instalados en el equipo. Figura 2-1. Ejemplo hipervisor tipo I. Figura 2-2. Ejemplo hipervisor tipo II. Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 5 Una vez explicado de forma breve la estructura general de las máquinas físicas, se va a proceder con la descripción de los distintos tipos de máquinas virtuales: las máquinas virtuales de hardware o sistema y las máquinas virtuales de proceso o de aplicación [1] [5]. 2.3.1 Máquinas virtuales de hardware o sistema Son las máquinas que emulan un equipo físico completo, se ejecutan sobre el equipo físico llamado anfitrión y utilizan sus recursos de hardware. La máquina virtual cree disponer exclusivamente de los recursos físicos del hardware que le son asignados, pero realmente solo está haciendo un uso virtual de los mismos. En la máquina virtual irán instalados el sistema operativo y los distintos programas y aplicaciones requeridas. Este tipo de máquinas presentan una gran cantidad de funcionalidades entre las que podemos destacar:  Coexistencia de sistemas operativos: la máquina física va a poder albergar varias máquinas virtuales y por consiguiente se dispone en un único equipo físico con diversos sistemas operativos disponibles.  Consolidación de servidores: a través de las máquinas virtuales ya no es necesario un equipo físico para cada servicio que se desee implementar, cada máquina virtual puede albergar un servicio concreto y todos ellos estar ejecutados sobre un único equipo físico.  La máquina virtual tiene la capacidad de proporcionar arquitecturas de instrucciones (ISA 2 ) diferentes a la implementada por la máquina física anfitriona.  Testeo: posibilidad de realizar distintas pruebas de software sobre las máquinas virtuales sin repercusión en el equipo físico. Este tipo de máquinas virtuales presentan la base de la virtualización y van a dar lugar a distintos modelos de virtualización explicados más adelante. Las alternativas de virtualización que ofrecen este tipo de máquinas virtuales van a estar íntimamente ligadas con el tipo de hipervisor implementado, ya sea de tipo I o de tipo II como se ha explicado anteriormente. 2.3.2 Máquinas virtuales de proceso o de aplicación Este segundo tipo de máquinas virtuales se diferencia claramente de las anteriores ya que no es una máquina virtual completa, sino un proceso ejecutado en el sistema operativo. La máquina se ejecuta como un proceso único y de forma similar al resto de 2 ISA: (Instruction Set Architecture) es una especificación que detalla las instrucciones que una CPU de un ordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de una CPU. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 6 procesos ejecutados en el sistema operativo. Cabe destacar que cada máquina virtual de proceso soporta la ejecución de un único proceso. El objetivo principal de estas máquinas es proporcionar un entorno de ejecución independiente del hardware y del sistema operativo para el proceso que van a ejecutar. Existen numerosos ejemplos de máquinas virtuales de proceso, aunque en la actualidad destacan principalmente dos de ellos: la máquina virtual de Java (JVM) y el Common Language Runtime (CLR 3 ). 2.4 Modelos de virtualización A continuación, se va a proceder a explicar los diferentes modelos de virtualización con los que nos podemos encontrar en el mercado. Debido a la relativa madurez de esta tecnología podemos encontrar diferentes clasificaciones según las fuentes consultadas. De modo genérico los dos modelos principales de virtualización son la virtualización de plataforma y la virtualización de recursos, aunque también existen otros tipos como pueden ser la virtualización de aplicaciones, escritorio, de red, de almacenamiento, etc. De todos los modelos existentes en la actualidad, los más utilizados dentro de las Fuerzas Armadas son la virtualización de plataforma y la virtualización de recursos [6]. Pero tampoco hay que dejar de lado otros dos modelos de virtualización, de escritorio y de aplicación, que como se describe en el artículo sobre la plataforma MC3 4 en la revista Ejército 5 , podrían ser de gran utilidad para las Fuerzas Armadas [1] [4] [2] [7]. 2.4.1 Virtualización de plataforma La virtualización de plataforma es uno de los modelos más populares y consiste en la creación de una máquina virtual a través de una combinación de hardware y software. El software host o anfitrión va a ser el encargado de simular un entorno computacional sobre el cual se va a ejecutar la máquina virtual. En esta máquina virtual se va a instalar un software guest o invitado que normalmente es un sistema operativo completo. La simulación creada por el software anfitrión debe de ser lo suficientemente robusta como para soportar los interfaces externos del software invitado, así como para interactuar con el hardware físico que soporta ambos softwares. Este modelo de virtualización contiene a su vez una subdivisión de modelos, de los cuales vamos a destacar por importancia y uso la emulación, la virtualización completa y la paravirtualización. 3 CLR: es un entorno de ejecución para los códigos de los programas que corren sobre la plataforma Microsoft .NET. 4 Plataforma MC3: creada en 2010 con el objetivo de disponer de una plataforma de pruebas para sistemas CIS del ET en servicio, en evolución o en desarrollo. 5 Revista Ejército, Nº873, pag.69 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 7 2.4.1.1 Emulación Es una de las técnicas de virtualización más antiguas utilizadas en ordenadores personales, concretamente muy popular en la década de los ochenta y principios de los noventa [5]. Consiste en una simulación de un hardware completo, el procesador anfitrión traduce cada una de las instrucciones, simulando en tiempo de ejecución hardware inexistente. Es por eso una técnica altamente ineficiente principalmente por sus excesivos tiempos de cómputo. Una de las capacidades destacable es que permite que la máquina virtual admita sistemas operativos invitados sin modificar para arquitecturas de hardware completamente diferentes al hardware anfitrión. 2.4.1.2 Virtualización completa Un elemento clave en este modelo es el hipervisor, explicado anteriormente. Va ser el encargado de interactuar directamente con los elementos físicos, es decir, con el hardware. El hipervisor crea una plataforma sobre la que van a operar las máquinas virtuales, ofreciendo de esta manera, una total independencia y autonomía con respecto a otras máquinas virtuales en ejecución sobre el mismo hardware [7]. También es el encargado de supervisar los recursos físicos y distribuirlos entre las máquinas virtuales. Un factor a tener en cuenta es que el hipervisor requiere de procesamiento de datos por lo que necesita reservar parte de la potencia de cálculo de los recursos físicos. Esto último podría afectar negativamente al rendimiento general y ralentizar las máquinas virtuales ejecutadas. 2.4.1.3 Paravirtualización Esta técnica surgió como una alternativa, con el objetivo de mejorar la eficiencia de las máquinas virtuales y así poder acercarse al rendimiento nativo. La principal diferencia que presenta este modelo frente a los demás es que en este caso el sistema operativo invitado debe ser modificado [4]. La máquina virtual ofrece una interfaz de programación de aplicaciones (API) especial para ser utilizada por el sistema operativo invitado modificado. Estas modificaciones están basadas en la arquitectura de anillos concéntricos que presentan los sistemas operativos, siendo el nivel interno el más bajo (nivel 0) y el más privilegiado. De acuerdo con este tipo de estructura cuando un proceso padre crea un proceso hijo, este proceso hijo va ser ejecutado en un nivel superior que el padre. De este modo cuando el software de virtualización se ejecute en el nivel 0 la máquina virtual estará trabajando en el nivel 1. El problema que esta técnica evita, viene debido a que gran cantidad de las instrucciones del núcleo de los sistemas operativos solo se ejecutan si están en el anillo Figura 2-3. Arquitectura virtualización completa [13]. Figura 2-4. Arquitectura paravirtualización [13]. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 8 0, de modo que obliga a que el software de virtualización se encuentre constantemente recompilando el sistema operativo invitado, para lograr que estas instrucciones se ejecuten fuera del anillo 0. Con las modificaciones realizadas en el sistema operativo invitado se evita el problema mencionado anteriormente, y se recibe la ayuda de un compilador inteligente que reemplaza las instrucciones del sistema operativo que no se pueden virtualizar con hiperllamadas. Una de las ventajas que claramente ofrece esta técnica es aumentar la eficiencia y reducir la sobrecarga, pero, por otro lado, presenta problemas de compatibilidad y la complejidad de los cambios requeridos en el núcleo del sistema operativo. 2.4.2 Virtualización de recursos Este modelo de virtualización involucra como su propio nombre indica, la simulación de recursos, como pueden ser volúmenes de almacenamiento, espacios de nombre y recursos de red. Algunos ejemplos de este tipo de virtualización son: discos RAID 6 y gestores de volúmenes, Redes Privadas Virtuales (VPN) o virtualización de almacenamiento como SAN 7 . 2.4.3 Virtualización de aplicaciones Se entiende por virtualización de aplicaciones cuando la aplicación en cuestión se ejecuta en el equipo sin necesidad de ser instalada. Esta aplicación va a estar contenida en un paquete que contiene a la propia aplicación y a todo el entorno y configuraciones necesarias para su ejecución. La aplicación se ejecutará en el equipo a través de un entorno virtual aislado y sin que se modifique nada en el sistema local. El modelo permite que no sea necesaria la instalación ni la modificación del sistema operativo y una rapidez y facilidad para el despliegue de aplicaciones [1]. 2.4.4 Virtualización de escritorio La infraestructura de escritorio virtual (VDI) separa el propio escritorio sobre el que trabajan los usuarios con sus datos y aplicaciones, de la máquina física. Esta infraestructura permite que se hospede un sistema operativo de escrito en una máquina virtual, que a su vez están alojadas en un clúster de servidores. Las máquinas virtuales se ejecutan en los servidores de forma centralizada y remota. Este tipo de infraestructura permite que no sea necesario el almacenamiento en el propio ordenador y crea un entorno independiente que permite ejecutar y operar aplicaciones no compatibles con el ordenador. 6 RAID: (Redundant Array of Independent Disks) sistemas de discos independientes que trabajan conjuntamente. 7 SAN: (Storage Area Network) red de área de almacenamiento. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 9 3 Sistemas de virtualización En este apartado se va a proceder a hacer una descripción de los dos sistemas de virtualización estudiados, VMware ESXi y Microsoft Hyper-V. Concretamente la descripción se centrará en la versión vSphere 5.5 de VMware y la versión Windows Server 2012 Hyper-V de Microsoft. La elección de estas versiones viene dada una vez realizado el estudio del arte de las tecnologías y buscando una compatibilidad con las licencias disponibles en las Unidades de Transmisiones, con el fin de poder llevar a cabo los escenarios prácticos. Por otro lado, la descripción se focalizará principalmente en los detalles más relevantes y de interés para las Unidades. También se han incluido anexadas una serie de tablas con características de ambos sistemas. (Véase Anexo B) 3.1 VMware ESXi VMware es una gran empresa filial de Dell, con una extensa trayectoria en lo que a soluciones de virtualización se refiere. Se estima que en la actualidad supera los 500.000 clientes distribuidos en empresas de distinta envergadura, que corroboran la calidad de los servicios que ofrecen [8]. Ofrece una gran variedad de paquetes y productos tanto gratuitos como bajo adquisición de licencia. A continuación, se van a destacar los detalles más significativos del paquete de software elegido, vSphere 5.5. Éste ha sido el software utilizado durante las pruebas prácticas que se detallarán más adelante. La plataforma de virtualización vSphere 5.5 fue publicada en 2013 y como es habitual en las versiones nuevas, incluye una serie de mejoras, nuevas capacidades y características con respecto a las anteriores versiones. A través de su procesamiento de operaciones ofrece una gran solución con mejoras operativas en la supervisión del rendimiento y la capacidad de gestión. Está diseñado tanto para pequeños Centros de Transmisiones como para grandes despliegues, con la capacidad de ejecutar un gran número de aplicaciones con altos niveles de servicio y maximizar el ahorro de hardware mediante una mayor tasa de utilización de capacidad y consolidación. Entre las características más destacables de esta plataforma se encuentran:  Duplicado de los niveles máximos en las configuraciones: esta versión puede albergar 320 CPU lógicas, 4096 CPU virtuales y es compatible con hasta 4TB de memoria RAM.  Se añade la posibilidad de añadir y quitar dispositivos SSD en ejecución desde un vSphere 5.5 anfitrión.  Mejora en la administración de energía, se minimiza el consumo de energía por parte de CPU inactivas.  Compatibilidad con la máquina virtual ESXi ampliamente utilizada en las FAS.  Se aplica un nuevo ajuste llamado sensibilidad de latencia. Permite ajustar este parámetro para ayudar a reducir la latencia de la máquina virtual. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 10  Inicio de sesión único, ya no existe una base de datos externa requerida para el servidor de inicio de sesión.  Cliente web compatible con Mac para incluir la posibilidad de acceder a las consolas de máquinas virtuales.  vCenter Server Appliance, es una base de datos rediseñada que ofrece una mayor escalabilidad.  vSphere App HA, es una aplicación que incorpora para supervisar los servicios de aplicaciones que se ejecutan en la máquina virtual, y cuando se detectan problemas la aplicación lleva a cabo acciones de reinicio.  vSphere Big Data Extensions: permite desplegar y administrar clústeres cuando se procesan grandes volúmenes de datos.  Soporte para 62TB VMDK: se aumenta el tamaño máximo del archivo de disco de máquina virtual.  Clústeres que se ejecutan y son compatibles con Microsoft Windows 2012. 3.1.1 Ventajas competitivas Analizando las capacidades de la plataforma VMware, concretamente la versión vSphere 5.5 y comparando con el resto de plataformas disponibles en el mercado, se pueden destacar las siguientes características como ventajas competitivas de este sistema de virtualización:  VMotion: es una característica de VMware que facilita la migración de máquinas virtuales entre los servidores físicos, esto sin necesidad de apagar los equipos ni moverlos de servidor. Esta capacidad también tiene gran utilidad en caso de que se lleve a cabo un mantenimiento de los equipos o en caso de producirse un fallo de hardware.  HA (High availability): la característica de Alta Disponibilidad proporciona, en caso de fallo de algún servidor físico, un análisis del estado de las máquinas virtuales contenidas hasta el momento del fallo, y una reanudación las máquinas virtuales en otro servidor disponible de la arquitectura.  DRS (Dynamic Resource Scheduling): analiza la utilización de los recursos del sistema y con ayuda de VMotion, migra las máquinas entre servidores para evitar la saturación de los equipos físicos. Esta reasignación o reacomodo de las máquinas virtuales puede efectuarse de manera manual o automática, previa configuración de la consola de administración. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 11 3.2 Windows Server 2012 Hyper-V La solución de virtualización desarrollada por Microsoft recibe el nombre de HyperV. Primero fue introducido como parte de Windows Server 2008, continuó evolucionando con mejoras en una segunda versión del Server 2008 para finalmente llegar a la versión actual Windows Server 2012. Hyper-V proporciona a las organizaciones una herramienta para optimizar las inversiones en relación al hardware de los servidores físicos mediante la consolidación de múltiples funciones de servidor como máquinas virtuales independientes que se ejecutan en un solo servidor físico. También ofrece la posibilidad de un funcionamiento eficiente en múltiples sistemas operativos, incluyendo los sistemas operativos que no sean Windows, como Linux, operando juntos en un único servidor y aprovechando el poder de computación de 64 bits [9]. Del mismo modo que el sistema de virtualización VMware, la versión que se va a detallar de Hyper-V será la misma que la utilizada en las pruebas prácticas que más adelante se detallan, coincidiendo también con la utilizada en el RT 1 para la virtualización del nodo PUT. Esta versión fue lanzada en 2012 y trajo un extenso número nuevo de capacidades mejoradas. Algunas de estas capacidades tienen que ver con mejoras de escalabilidad, nuevas características de almacenamiento y redes, mejoras significativas en cuanto a la migración en vivo, mayor integración con el hardware y caja de máquinas virtuales con capacidad de replicación. Estas mejoras se pueden agrupar principalmente en 4 áreas clave: [9] [10]  Escalabilidad y rendimiento: en la actualidad los clientes buscan entornos de trabajo cada vez mayores, máquinas virtuales más potentes que permitan manejar las demandas de carga de trabajo. Además, se desea aprovechar el hardware de los sistemas físicos de la forma más eficiente para conducir a una reducción de costes.  Seguridad y multiusuario: los centros de datos virtualizados son cada vez más populares y frecuentes entre las grandes instituciones. Debido a esta tendencia, las organizaciones de Tecnologías de la Información (TI) y los proveedores de alojamiento deben ofrecer a los clientes una mayor seguridad y aislamiento entre infraestructuras virtualizadas, y el algún caso, codificación para satisfacer la demanda.  Infraestructura flexible: en los centros de datos modernos y también muy aplicable al entorno de las FAS, los clientes buscan agilidad del sistema, con el fin de responder a las demandas cambiantes de forma rápida y eficiente. Disponer de la capacidad de desarrollar cargas de trabajo de manera flexible alrededor de la infraestructura es de vital importancia, teniendo así mismo la posibilidad de que el cliente elija donde desplegar sus cargas de trabajo.  Alta disponibilidad y flexibilidad: la confianza por parte del cliente con la virtualización está creciendo, lo que provoca que también se aplique esta tecnología a cargas de trabajo críticas, aumentando a su vez la importancia de mantener disponibles continuamente dichas cargas. Con capacidades integradas disponibles en las plataformas no sólo se ayudará a mantener esas cargas de trabajo altamente disponibles, sino también, en el caso de algún tipo de fallo, disponer de una rápida reacción para restaurar información en otra ubicación. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 18 El primer grupo de variables está relacionado con el manejo del propio software y recibe una ponderación de 0.8 ya que representan variables de gran importancia, aunque sin llegar a ser un elemento clave. Se ha estudiado la complejidad del sistema de instalación y su uso teniendo en cuenta los tiempos necesarios y lo intuitivo que se presenta el software ante el operador. En cuanto a la formación de los operadores ha recibido la misma puntuación debido a que el aspecto crítico de dicha formación sería el tiempo, y ambos sistemas requieren del mismo tiempo de formación. El segundo y tercer grupo pertenecen a características del software. Se diferencian, como se puede observar en la tabla anterior, en la ponderación recibida, ya que el segundo grupo representan un elemento clave las para las UT. Por el contrario, el tercer grupo son variables con una menor relevancia. Las características incluidas en la licencia hacen referencia a las tecnologías que se incluyen con la licencia adquirida, teniendo en cuenta si alguna de las que requiere el ET es necesaria con una licencia extra. La variable disponibilidad está relacionada con la supervivencia del sistema, es decir, las características de cada software que permiten la disponibilidad de las máquinas virtuales en caso de fallo de algún sistema físico. Por último, se han analizado el tiempo de despliegue y los costes. El tiempo de despliegue se refiere al tiempo que cada software necesita para iniciarse y ponerse en funcionamiento. En cuanto a los costes es necesario detallar esta variable tanto por su repercusión, como por su complejidad al incluir varias licencias. Para llegar a las calificaciones que figuran en la tabla, se ha realizado una estimación de costes sobre las versiones analizadas de cada producto y teniendo en cuenta las licencias extras necesarias en las UT. Los precios se han calculado sobre las licencias necesarias para la virtualización de un nodo PUT, como el utilizado en el escenario práctico, con dos servidores y dos procesadores cada servidor. Es importante destacar el número de procesadores ya que las licencias se adquieren para cada procesador en el caso de VMware y cada dos procesadores en el caso de Microsoft. En el caso de VMware son necesarias dos tipos de licencias:  Vcenter, versión enterprise. Requiere una licencia para cada nodo. Precio por licencia: 3152 €.  VSphere 5.5 enterprise plus. Necesaria una licencia para cada procesador. Precio por licencia: 1602 €. Con los precios anteriores y teniendo en cuenta el número de procesadores totales, cuatro en este caso, se puede calcular el precio total. El precio total del sistema de virtualización VMware para un nodo PUT es: 9567€. La alternativa de Microsoft, Hyper-V, también requiere la adquisición de dos tipos de licencias:  Windows Server 2012 R2 Datacenter. Cada licencia es válida para dos procesadores. Precio por licencia: 4307€.  System Center 2012 R2. Es necesario adquirir una licencia por cada nodo. Precio por licencia: 3231€. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 19 El coste total del sistema de virtualización de Microsoft para un nodo PUT tiene un precio total de: 11845€. Todos los precios mostrados no incluyen el IVA y han sido extraídos de adquisiciones realizadas por UT del ET. El precio que se ha estimado para ambos sistemas incluye únicamente la plataforma de virtualización (ver Figura 5-1), es decir, no se incluye el precio de los sistemas operativos o licencias de servicios en caso de que supongan un coste. Este aspecto está relacionado directamente con una característica que ofrece Microsoft con la versión incluida en la comparativa, licencias ilimitadas para las máquinas virtuales. Esto se traduce en un importante ahorro en licencias de sistemas operativos. Un aspecto que puede inducir a error es que el precio de licencia vSphere es por CPU, sin embargo, Windows Server 2012 incluye dos CPU. Este aspecto puede hacer pensar que en una infraestructura de un mayor tamaño la opción rentable sería la de Microsoft, pero como se puede observar en el siguiente gráfico las diferencias aumentan a medida que se incluyen más procesadores. Ahora bien, si tenemos en cuenta todas adquisiciones de licencias que son necesarias, es decir, a las mostradas anteriormente se deben de añadir las correspondientes a los sistemas operativos de las máquinas virtuales. Estas licencias deben de ser adquiridas sólo en el caso de utilizar el sistema de virtualización de VMware, ya que como se ha explicado previamente Microsoft proporciona licencias ilimitadas para las máquinas virtuales creadas. A continuación, se muestra un gráfico con los costes totales de licencias, sistemas de virtualización y sistemas operativos. Se ha tomado como referencia el precio de licencias de sistemas de virtualización para un nodo PUT de 4 procesadores y como 0 € 10.000 € 20.000 € 30.000 € 40.000 € 50.000 € 60.000 € 70.000 € 80.000 € 90.000 € 100.000 € 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Número de CPUs Costes de virtualización VMware Hyper-V Figura 5-1: Gráfico comparativo de costes de virtualización por número de CPUs. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 20 precio unitario de licencia de sistema operativo (Windows 7 Enterprise) 229€. De forma genérica un nodo PUT crea 20 máquinas virtuales con exigencia de sistema operativo, en este caso se ha realizado un gráfico para observar la evolución de costes desde 1 máquina virtual hasta 50. Se ha obtenido como punto de inflexión que a partir de 10 máquinas virtuales los costes del sistema VMware aumentan considerablemente, siendo la opción más rentable Microsoft. Como balance final del análisis comparativo en forma de matriz de decisión se ha llegado a los resultados mostrados en la tabla 5-1. El sistema con una mayor puntuación ha sido Microsoft, aunque con una ventaja mínima ya que ambos sistemas presentan abundantes similitudes. Es preciso destacar que la comparativa está exclusivamente orientada a las UT debido a que la matriz de decisión y la asignación de ponderaciones ha sido en base a los criterios y necesidades de dichas Unidades. 0 € 5.000 € 10.000 € 15.000 € 20.000 € 25.000 € 1357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Número de máquinas virtuales Costes totales VMware Hyper-V Figura 5-2: Gráfico de costes totales para un nodo PUT con 4 CPUs. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 21 6 Conclusiones 6.1 Conclusiones del trabajo El alcance de este TFG ha consistido en la realización de una comparativa entre dos sistemas de virtualización, pertenecientes a dos grandes compañías, VMware y Microsoft. Se ha logrado el objetivo principal, la realización de la comparativa con el análisis de las distintas capacidades y carencias que presentan ambos sistemas, también otros objetivos secundarios como pueden ser el conocimiento de los equipos a utilizar y del software implementado. Por otro lado, a través de las experiencias y estudios realizados se han extraído las siguientes conclusiones. Un aspecto importante que se ha de mencionar como resultado del estudio y las experiencias durante las PEXT, es que la virtualización representa el futuro en cuanto a las Transmisiones se refiere. Esta tecnología permite una gran flexibilidad a las unidades y un mejor uso de los equipos que se poseen en dotación, ya que cuando se despliega un Centro de Transmisiones (CT), generalmente implica equipos físicos de un elevado coste. Con la virtualización se abre la posibilidad de que el CT sea capaz de ofrecer los mismos o incluso más servicios sin necesidad de adquirir más equipos de gran coste. Por otro lado, hay dos factores muy importantes que a través de esta tecnología facilitan la maniobra de las Unidades de Transmisiones, los cuales se han podido observar directamente durante el ejercicio Tiwar 2016. El primero de ellos es la escalabilidad, la virtualización permite la agregación de equipos con gran facilidad y rapidez de acuerdo a las necesidades de la maniobra. El segundo factor está relacionado con los tiempos de despliegue y repliegue. Las Unidades de Transmisiones efectúan sus despliegues en los ejercicios tácticos como apoyo a las unidades de maniobra que están en constante movimiento por sus zonas de responsabilidad. Esto obliga, en muchas ocasiones, a las UT a realizar cambios de asentamiento, para lo que es un factor clave realizarlos con rapidez y seguridad. Por último, y con lo recabado de análisis, comparativas y costes se han observado dos sistemas muy similares. Por lo que, en cuanto a características no existe un sistema ideal que se sitúe por encima de su alternativa. Esto implica que se deben valorar un gran número de factores como pueden ser equipos, sistemas operativos, costes o formación de los operadores a la hora de seleccionar una alternativa, teniendo siempre un mayor peso los costes de adquisición. Y es aquí dónde si hay un sistema dominante, en lo que a costes se refiere, Microsoft. Si se tienen en cuenta el coste global de todo el software a adquirir, Microsoft es la opción más rentable ya que permite un gran ahorro en licencias de sistema operativo, las cuales son necesarias una por máquina virtual. 6.2 Líneas futuras Todas las consideraciones obtenidas llevan a vislumbrar la posibilidad de nuevas líneas de investigación que permitan estudios más beneficiosos para las FAS. Generalmente dentro de la FAS se trabajan con versiones de software no muy actualizadas, que en ocasiones no permiten un rendimiento óptimo y un uso eficiente de los equipos. Por eso sería interesante y beneficioso realizar un comparativa de los sistemas de virtualización presentes en este trabajo, pero seleccionando las últimas versiones disponibles en el mercado. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 22 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 23 Anexos Anexo A: Diagrama Gantt Figura Anexo A: Diagrama Gantt Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 24 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 25 Anexo B: Características sistemas de virtualización Las fuentes para estas características detalladas son [8] [9]. Feature vSphere 5.5 Hyper-V 2012 R2 Migrate running VMs vMotion/SvMotion* Live Migr/Live Storage Migr Multi-NIC Migration Multi-NIC vMotion* SMB3 Live Migration High Availability vSphere HA and FT* MS Failover cluster, no FT Replication vSphere Replication* Hyper-V Replication Storage Protocols FC, FCoE, iSCSI, NFS FC, FCoE, iSCSI, SMB3 Native MPIO Yes Yes Storage Offloading Yes, VAAI Yes, ODX DRS Yes* Yes* Virtual Switches vSwitch, VDS*, Nexus 1kv* Virtual Switch, Nexus 1kv* Memory Management TPS, Ballooning, Compr. Dynamic Memory Thin Provisioned VM disk Yes Yes * Requires vCenter or System Center Virtual Machine Manager Tabla Anexo B1: Características generales. Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 26 Compute and High Availability vSphere 5.5 Hyper-V 2012 R2 vCPUs per core or socket, CPU hot plug vCPUs per socket only, no CPU hot plug CPU scheduler based on Unix CPU scheduling based on traditional Windows threading NUMA exposed to guest OS at 9 vCPU or higher by default or manually NUMA exposed by default, NUMA spanning disabled per host vNUMA disabled if vCPU hot plug enabled Dynamic memory disables vNUMA, static RAM recommended for large RAM VMs No AD required to cluster AD required to cluster VMotion requires a checkmark* Constrained delegation for Kerberos Live Migration VMotion traffic cannot be encrypted Live Migration can be encrypted with IPSec Can’t VMotion when using SR-IOV Live Migration supported when using SRIOV Only option to speed up VMotion is multiple NICs Multi-NIC Live Migration with SMB3 or Compression vCenter does not certify MSCS, supports SQL clustering now SCVMM, DB, and Library shares can be clustered Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 27 Limited virtual graphics options RemoteFX Graphical processing in VM SRM Azure SRM Fault Tolerance No Fault Tolerance equivalent feature Tabla Anexo B2: Características de cómputo. Memory and Networking vSphere 5.5 Hyper-V 2012 R2 Memory over commitment No memory over commitment TPS*, Ballooning, Compression Dynamic memory VMs can swap to host SSD VMs can swap to shared SSD only Memory allocated upfront, contention faster Dynamic memory and growing .bin file No network HA Protected networking Port groups easily assign VLANs to VMs VLANs assigned per VM manually without SCVMM Port groups and vSwitch design simple Logical networks, VM networks in SCVMM more complex Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 34 Comparativa entre sistemas de virtualización nativos 35 Bibliografía [1] Cte. Lopera, Fundamentos de los ordenadores, Academia General Militar, 2015. [2] D. Kusnetzky, Virtualization, a manager´s guide, O´Reilly Media, 2011. [3] M. T. Jones, «Virtualización de aplicaciones, pasado y futuro,» IBM, [En línea]. Available: http://www.ibm.com/developerworks/ssa/linux/library/lvirtual-machine-architectures/. [4] M. 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