MONOGRAFIA:MAQUINASVIRTUALES

Grupon:8

Fecha:28/11/2006

Integrantes:

FrancoPelegrini(frapell@gmail.com)

MatiasCordoba(cormatias@gmail.com)

RodrigoCarreras(rcarreras86@gmail.com)

ndice

1. Historia

2. Introduccindemquinasvirtuales

3. Tiposdemquinasvirtuales

4. VMParaemularhardwareespecifico.

5. VMParacorrerdistintosSO

6. VMParaSoftware

7. Formasenlasqueseintegranlasmquinasvirtuales.

8. Virtualizacin

9. MquinaVirtualJava.

1. Procesodeejecucin

10. MquinaVirtualQEMU

1. Emulacincompletadeunacomputadora

2. Emulacinde"mododeusuario"

3. HostCPU

4. MdulodeaceleracinparaQemu

5. EjemplosdefuncionamientodeQemu

6. Qemumonitor

7. TraduccinDinmica

8. Alocacinderegistro

9. Optimizacindecdigocondicional

10. OptimizacindeestadodeCPU

11. Cachedetraduccin

12. Cdigoautomoficanteeinvalidacindecdigotraducido

13. SoportedeExcepciones

14. EmulacindelaMMU

15. InterrupcionesdelHardware

16. Detallesespecficosdelaemulacindeusuario

17. SealesdeLinux

18. Autovirtualizacin

19. VentajasdeQemu

20. DesventajasdeQemu

11. MquinavirtualVmWare

1. Funcionamiento

2. Hardwareemulado

3. Detalles

4. VmwareESXserver

5. VmwareGSXserver

6. VmwareWorkstation

7. Ventajas

8. Desventajas

12. MquinaVirtualXen

1. Administracindememoria

2. AdministracindelaCPU

3. DispositivosdeEntrada/Salida.

4. Llamadasalsistemaytiempo

5. Dispositivodealmacenamiento

6. MigracindeMquinasVirtuales

7. ComofuncionaXen?

8. Pruebasderendimiento

13. Comparativasentremquinasvirtuales

14. Malware

15. Conclusin

16. Bibliografa

HISTORIA

Lahistoriadelascomputadorasdatadevariasdcadasatrs.Paraserpreciso,suhistoriasedivideenetapasquedancomienzodesde1955hastalaactualidad.Laevolucindetodosloselementosrelacionadosconlascomputadorasactualesnoesloquenosocupa,sinoquenosreferiremosalaformaenqueevolucionaronlossistemascapacesdecorrermaquinasvirtuales(VM).LanecesidaddelaexistenciadeVMdacomienzoporlanecesidaddeobtenerunsistemaoperativoquefuesecapazdesoportarmltiplesusuarioscorriendosobrel(timesharing1),esdecirquefuesecapazdeejecutarlosprocesosquestosnecesitabancorrer.DuranteesteperodosurgieronvariosSistemasoperativos(SO)quetratarondesolucionarestanecesidad.IBMdesarrollunSOllamadoOS/360.Enuncomienzonoestabacapacitadoparasoportartimesharing,perotrassurgirestanecesidadseleincorporestafuncin.ApesardelosintentosdeIBMpordotaral360constafuncionalidad,lograronobtenerunsistemaqueeramuypesado,einconsistente.Parasolucionarlosepropusounnuevosistema(en1972queaunestapresenteenlaactualidad)llamadoVM/370(1).stemarcunpuntomuyimportanteenlahistoria,yaqueparapoderproporcionarunsistemadetiempocompartido,sebasenunaseriedeconceptosquenosehabantenidoencuentahastalafecha.stosfueron:

Multiprogramacin:variosprocesoscorriendoensimultneo. Unmquinaextendidaconinterfazmsconvenientequeelmerohardware.

VM/370eslaesenciadestasdosfunciones.stesimulabavariasmquinascompartidasycadaunadeellasbrindabaacadausuariounacopiaexactadelhardwaredelamquina(cuandoenrealidadsecontabaconunsolohardwareyesteserepartaentretodaslasVM).Tenauncorazn,llamadomonitordelsistema,queeraelencargadodesimularlasmtiplesmaquinas.UnodelosinconvenientesdeesteSOesquesolocorreenarquitecturasIBM/370,hechoquenosignificabaunagranlimitacindurantesusurgimiento.ConeltiempolasVMhanevolucionadomucho,siempreteniendoelmismoconcepto,esdecirunsistemaquebrindaunaabstraccinaotrosentes(SO,procesosdeusuarios,etc).EnlaactualidadnosencontramosconVMquesoncapacesdecorreraplicacionesindependienteshastaunconjuntodesistemasoperativos,siendoestounhechoqueproporcionaindependenciaenlosdistintossistemas.

INTRODUCCINALASMAQUINASVIRTUALES

InicialmenteseutilizabaeltrminoHardwareVirtualMachine,quesurgadeunsistema(VM/370porejemplo)queemulabamltiplesmquinasconsuhardwareparticular,siendoqueenlarealidadestabancorriendosobreunslohardwarequepodasermslimitadodeloquelasVMofrecan.ActualmentenospodemosreferircomoVirtualMachineyaquestashanevolucionadodetalformalquenoesprecisomodificarelhardwareparacorrerlas,sinoquesoncapacesdetrabajarenotrascapasdelsistema.Seharunadescripcindelascapassobrelasquetrabajanmsadelanteenestetrabajo.

Lapreguntaes:Quesunamquinavirtualyquesloquehacen?,pararespondersto,dependedelenfoquequeselehayaqueridodarenelmomentodesudesarrollo.Sinembargolatareaquetieneasignadaesladeproporcionarunacapadeabstraccinaunentre(Proceso,programa,sistemaoperativo,etc)determinado,conelfindequestecreaqueestcorriendosobreunsistemaquecuentaconciertascaractersticas.Dichodeotromodoescrearunentornovirtualentrelaplataformadelacomputadorayelusuariofinal,permitiendoquesteejecuteunsoftwaredeterminado.MsadelantesepuedeconsultarunapartadoparticularquehabladelosdistintosenfoquesqueposeenlasVM.Aqupodemosestablecer3gruposenloscualesenglobarlasVM:

1. VMqueemulanhardware:comoenelcasodela370deIBM.Mquinasquesimulanunacopiadel

1 timesharing:estareferidoalamultiprogramacin,esdecirlaposibilidaddeejecutarmltiplesprocesosalmismotiempo,odarlasensacindequeestoestaocurriendo.

Hardwaresobreelqueestncorriendo.2. VMquepermitencorrerSO:dentrodestaspodemosmencionaraquellasquesoncapacesde

soportardistintossistemasoperativos.3. VMquepermitencorrercorrerlenguajesdeprogramacincompilados.Esdecirlosprogramasse

compilanparaejecutarsesobreunamaquinadeterminada,quegeneralmentefuncionaenvariosSO.DeestaformaseevitatenerquecompilarelsoftwarecadaunodelosSO.

LasVMbrindanbeneficisvariosquedependendeltipodemquinaqueseestejecutando,dentrodestospodemosmencionar:

Permiteaprovecharalmximolascapacidadesdelharwaresobreelquecorren.stoesposibleyaquealtenervariasmquinasejecutandosesobreunamismalosrecursossevenobligadosamantenerseenunusocasiconstante.Unejemplodeestoesunhardwareespecificoquebrindaintel2,queescapazdecorrerVmWare(untipodeVM),endondesepuedereducir100sevidoresauntotalde10,lograndoaprobecharalmaximolascapacidadesdelhardware.

Seguridad.Soncapasesdecorrersobreunhardwaredeterminado,peroabstraertotalmentealusuariodeeste,esdecirquelebrindaunainterfazparaqueestetrabaje,peronopermitequedaenialterelapartefsicadelamquina.Porellosonunelementointeresantealmomentodehacerdistintaspruebasquepuedenperjudicarelsistemadeterminado.

Estabilidad.CorrersobreunaVMunaaplicacinpuedenosermasestablequehacerlosobreunSO.PeroapesardeestobrindaestabilidadenelSOquecorrelaVM,yaqueencasodequeelprogramacausealgunerror,lounicoqueseveraafectadoseralaVM.

MultiplePlataforma.Siestamoshablandodelengujescompilados,solodebemoscompilarunprogramaparacorrersobreunaVMyestaseencargaradepermitirqueseejecuteenmultiplesSO.UncasodeestoeseldeJAVA.EstelenguajeproporcionaunamquinavitualquecorresobreLINUX,WINDOWS,MAC,etc.Luegounprogramadejavaseejecutaraentodosellossinquehallanecesidadderecompilarlo.

PodemosestarejecuntandodosomasSOalmismotiemposobreunamismamquina

EstassonalgunasdelasventajasdeutilizarVM,yotrassurgirandelacombinacindelasmismas.Puedenexistirinfinitasfuncionesquesepuedenhacerconestasydependerandelacapacidaddeaprobecharlaquetengacadausuarioenparticular.

TIPOSDEMAQUINASVIRTUALES

Comoyasemostroenloanteriormencionadoexistendistintostiposdemquinasvirtuales.Apesardeestotodascompartenunmismoconceptoqueesladebrindarunaabstraccinalente..quelosutiliza.AcontinuacinsemostraralosdistintostiposdeVMqueexistenasicomoejemplospuntualesdecomofuncionanestas.

VMParaemularhardwareespecifico.

UnejemplodeestaeslaVM/370deIBM.Sebasanenunharwareespecificoqueposeememoria,procesador,espaciodealmacenamiento,dispositivosdeE/Setc.Sobreestehardwaresecorrelamquinavirtualqueseencargadedividirestedemodoquepuedabrindaralosusuariosfinalesunacopiaexactadeeste.Paraelloexisteuncorazndelsistemaqueseencargadesimularesto.

SistemaoperativoX SistemaoperativoX SistemaoperativoX

Mquinavitual

Hardware

LaCantidaddesistemasoperativosquesepuedencorrerenlacapamasaltadependedelamquina

2 Puedeverseestoenelarticulo:http://www.intel.com/network/connectivity/solutions/virtualization.htm

virtualqueseestecorriendo.EnelcasodelasVM/370sepodanejecutarcomomximo370.Paraquestaspuedanusarseesnecesarioqueelhardwarecumplaciertosrequerimientos,esdecirquenopuedecorrersesobrecualquierarquitecturadecomputadora.ActualmentelasVMsoncapacesdeemularelhardwarequeelusuariosolicite.ParaestohayquetenerencuentaquenodebesuperarconcrecesalHardwarefsicoyaquedelocontrarionosepodrsatisfacerlasnecesidades.LacapasobrelaquecorrenestetipodeVMeslasegunda,siendolaprimeraelhardwarefsico.UnproyectoqueestaencontinuodesarrolloesVMware.EsinteresantemencionarloyaqueproporcionaunainnovacingrandeenrelacinconVM/370.Estaradicaenquepermiteajustaralasnecesidadesdelusuarioelhardwarequeelusuarioprecisa,alavezquepuedecorrersobredistintasarquitecturasdehardware.MsadelanteseharunapartadoespecialparaVMware.EstetipodeVMseencargasimularlacapamasbaja,esdecirladelHardware(deaququelatareaquetengaencargadaesladerecrearvariascopiasdelhardwareoriginal.

VMParacorrerdistintosSO

AntesdecontinuardebemosaclararquelasVMnotienenquepertenecersoloaunodeestosgrupos,porcitaruncasoyamencionadoVMwareescapazdeemularuntipodehardwareespecficoalavezquepermitecorrerdistintossistemasoperativos.ConestoqueremosmostrarlosgruposdefuncionalidadesqueposeenlasVMdemododepoderdescribirlas.Actualmenteexistenmuchossistemascapacesdellevaracaboestafuncionalidad.DentrodeellospodemosmencionarVMware,QEMU,Xen,Botch,VirtualPC,etc.Entreellosdifierenenlaformaenlaquelogranobtenerelmismoobjetivo.AlgunastrabajanconelSistemaoperativohost3ysobreelhardware(comoVMware)otrastrabajansobreunacapasuperioraladelsistemaoperativocomoeselcasodeQEMU.SinembargotodosbuscanlograrcorrerunSOcompleto(quevaradependiendodelaVMqueseestcorriendo).NohablaremosaqudelmodoenquecadaVMllevaacabosutarea,stoseaclararmasadelanteensteinforme.Sibiencadaunoposeeunaformaparticulardellevaracabosutarea,unacaractersticacomnqueposeenesladecrearunanueva"capaenelsistema".Estacapaseubicarentreelsistemaoperativohost(yelhardwaredesernecesario)ylosmltiplessistemasoperativosquequerramoscorrer.PorlocualcuandocorramosunSOXenlaVMestecreerqueseestejecutandodirectamentesobreelHardware4.

VMParaSoftwareEstetipodemquinasvirtuales,aligualquelasdelapartadoanterior,creanunacapaentreelsistemaoperativohostyelprogramaquedeseacorrerelusuario.stasenvaninstruccionesalSOHostysteseencargadehacerlasllamadasnecesariasalhardware(creaunacapadeabstraccinentreelsoftwareyelSOHost),porloquelaVMnotrabajadirectamenteconste.UnejemplodeestetipodeVMeslaJavaVirtualMachine.LaventajadestasesqueunprogramadordesarrollaunsoftwarequeseacapazdeejecutarseenunaVMespecficaylocompilaparasta.LuegoelprogramafuncionarentodoslosSOqueseacapazdecorrerlaVM.DestaformaseahorramuchotiempodedesarrolloyseestableceunestndardeprogramacinenlosdistintosSO.LaCapaqueseencargaderecrearstetipodeVMesladelSO,esdecirelprogramaquecorresobresteenvalasllamadasalsistema5alaVMcomosilohicieraconelSO.Luegostelainterpretayhacelallamadacorrespodiente.

3 EselSistemaOperativosobreelquecorrelamaquinavirtual.PuedeserWindows,Linux,Mac,BSD,etc.EstedependerdelaVMqueseestecorriendo.

4 Notienequecreerqueestacorriendoexactamenteconlascapacidadesdelhardwarereal,laVmpuedehacerquecreaqueesunhardwaredistinto,porejemplolimitandolacantidaddememoria.

5 LlamaalsistemaoSystemcall.EsunmecanismopormediodelcualunprogramadeusuarioutilizaunaseriedeprocedimientosdelSOquehacendiversastareas,porejemplomanejodememoria,E/S,etc.

FORMASENLASQUESEINTEGRANLASMAQUINASVIRTUALES.

Cadatipodemquinavirtualposeeunaformadiferentedefuncionar,dependiendoenlacapaenlaquetrabaje.Parallevaracabosutareasevalededistintastcnicasquetienesusventajasydesventajas.Muchasdeellassacrificanvelocidadyrendimientodelhardware(yaquealabstraercapasconllevaaunmenortiempoderespuesta)yobtienenunmenorcompromisoconelhardwarefsico,mientrasqueotrasprefierentodolocontrario.UntrminoutilizadoenelmbitodelaVMeslavirtualizacin.UnaMquinavirtualestambinllamadaServidordeVirtualizacin.AcontinuacinsehablardelosdistintosmediosquesevalenlasVMparapoderhacerstastareas.

VIRTUALIZACION

Virtualizacineslacreacindeunaversinvirtual(encontradelaversinreal)dealgo,comounsistemaoperativo,unservidor,undispositivodealmacenamientoorecursosdelared.Lavirtualizacindelsistemaoperativoeselusodesoftwareparapermitirqueunmismosistemamanejevariasimgenesdelossistemasoperativosalamismavez.Latecnologaseinicienlosmainframeshacedcadas,permitindolesalosadministradoreslamejorutilizacindelpoderdecmputo.Paraserconcretos,consisteenmontarunsistemaoperativovirtual,olosquenuestramquinaseacapazdemanejar,enbaseaunsistemaoperativo"anfitrin"oHost.Destemodopodemoscargardiversossistemas,inclusototalmentediferentes,sobreunmismohardwareydeformaqueestnaisladoslosunosdelosotrosytambinqueaprovechenelhardwaredisponibleenelHostcomosuconexindeRed,suspuertosUSB,susunidadesdealmacenamiento,etc.EstatcnicaesutilizadapormuchasVMparapoderllevaracabosuobjetivo(Xen,VmWare,QEMU,etc).Latcnicadevirtualizacinfueutilizadaaproximadamente4dcadasatrsenlasgrandesMainframesqueexistan.Estatcnicaseutilizabaparapoderoptimizarlautilizacindelosrecursos.Actualmentestatcnicaesutilizadaparaelmismomotivo,ascomotambinenotrosmbitos,comoenlaseguridad.

EmpresascomoInteloAMDseencuentraneneldiseodeprocesadoresqueseancapazdesoportarlavirtualizacin.Estatecnologaamplalacapacidaddedichosprocesadoresconlacapacidaddeaislarlaejecucindelossistemasoperativosvirtualescargadosenelsistema.Esteaislamientodeprocesosfavorecenotablementealrendimientoyalaestabilidaddelosdiferentessistemasoperativoscargadosenelsistemaanfitrin.CadaunofuncionacomounaparticindentrodelprocesadorloquefavoreceelfuncionamientodelosSOaumentandolaseguridadyelbuenfuncionamientodelmismo.

Dentrodelavirtualizacinsedesprendendistintostipos,queseespecializanenunaspectoenparticular,dentrodelosquepodemosmencionar:

Emulacin,Tambinllamadavirtualizacincompletaconrecompilacindinmica.Consisteenunasimulacincompletadelhardware.Sepuedecorrerunsoftwaredeformaindependientecomosiestuvieraejecutndoseconunprocesadorindependiente.Esunatcnicamuyutilizadaparabrindarcompatibilidaddesoftwarey/ohardware.Porejemploesutilizadoparasimularconsolasdevideojuegosquetienenunhardwarequedifieretotalmenteconeldeunacomputadora.Programasqueutilizanestatcnicasonmuchos,unejemploqueposeeunaexplicacinmsampliaensteinformeesQEMU.

VirtualizacinNativaoVirtualizacinCompleta.statcnicaconsisteensimularunhardwareespecfico.LasVMqueseencargandeestocorrendemaneraindependientelosdistintosSOquecorrensobresta.ExisteunnicoprocesadorqueescompartidoentretodaslasVM.Esdecir,nosesimulacomoenlaEmulacinlaexistenciadeotroprocesadordiferentealqueexistefsicamente.EjemplodeestesistemaesVmwareoXen(consoportedelmicroprocesador).

Paravirtualizacin.statcnicarequieredeayudaespecialdehardware(microprocesador)obienqueelsistemaoperativosobreelquesecorraestparchadoparapoderejecutarse.LaVMqueutilizaestatcnicaseejecutaenunacapainferioraladelSOhost,ydesdeaquseencargaderealizarlassucesivasadministraciones.SehaceunapartadoespecialparaXen(queutilizaestatcnica)endondeseamplalainformacinacercadesta.

CadatcnicaesunaformadevirtualizacindequecadatipodeVMutilizaparasatisfacersuspropsitos.

MAQUINAVIRTUALJAVA

EsunamquinavirtualdesarrolladaporSunMicrosistem.Estaseencargadeinterpretaryejecutaruncdigobinariodejava.Esteesgeneradoporuncompiladorespecificoparadichofin.Enuncomienzoesteerasolopropiedaddelaempresaantesmencionada,enlaactualidadexistendiversoscompiladoresquellevanacaboesafuncin.Esporelloquesehaestablecidounestndardedesarrollodejava.Existeunlibroqueespecificaelestndardelamquinavirtualdejava(JVM),esteesdenominadoelLibroAzul.Unafraseextradadeeldice:

WeintendthatthisspecificationshouldsufficientlydocumenttheJavaVirtualMachinetomakepossiblecompatiblecleanroomimplementations.Sunprovidestestswhichverifytheproperoperationof implementationsoftheJavaVirtualMachine.

Dondesutraduccines:

PretendemosqueestaespecificacindocumentesuficientementelaMquinaVirtualdeJavaparahacerposiblesimplementacionescompatiblesdeentornosdeconfianza.SunofrecemecanismosparaverificarunacorrectaoperacindelasimplementacionesdelaMquinaVirtualdeJava.

EstetipodemquinavirtualesunclaroejemplodeuntipodeVMqueesusadaparacorrerprogramas.Parapoderllevaracaboestatareaesprecisoqueserealicenunaseriedepasosquesedescribirnacontinuacin.Esprecisollevaracaboinicialmenteunprocesodecompilacin.Enesteperiodoseconvierteelcdigofuenteacdigoquepuedainterpretarelcompilador.Enelcasodejavasetransformaenunbytcode.Losproyectosseseparanenclases,endondeseencuentranlosdiversosprocedimientos,funciones,etc.Estaspuedenserempaquetadasenunsoloobjetoconexencin.jar,elcualesusadodirectamenteporelcompilador.ParapoderejecutarlasinstruccionesJava,inicialmentellevabaacabounmtodollamadoInterpretacin.Esteconsisteenleerinstruccinporinstruccineiremulndolassegnelsistemaoperativosobreelcualseestabacorriendo.EnlaactualidadsellevaacabounprocesollamadocompilacinJIT(JustInTime,oalmomento).Estaseaplicasobreelbytecodegeneradotraslaprimeracompilacinaliniciodelaaplicacin,ydacomoresultadounaejecucinmuchomseficiente,aunqueconlapenalizacinentiempoqueconllevaestasegundacompilacin.

ProcesodeEjecucin

Antesdeejecutarunbytcodedejava,laJVMllevaacabounprocesodeverificacin.Estosehaceantesdeejecutarcualquierinstruccincontenidoenelobjeto.jar.Aquseverificancosascomoquenoseaccedanadireccionesdememoriaincorrectas,ahorrandotrabajosalSOporejemplo.

JVMpuedeemplearinstruccionesqueejecutencomandosdiversos.EstetipodecomandosasegurandequeexistancompatibilidadentretodoslosSO.LlevaracaboestatareaesunodelosfactoresmasdifcilesalahoradedesarrollarlaJVM.Elgrupodeinstruccionesquepuedenusarseson:

Cargayalmacenamiento Aritmticas Conversindetipos Creacindeobjetosysumanipulacin Gestindelapila(push/pop,meter/sacar) Saltos Llamadaamtodosysalidadeestos Generacindeexcepciones

Unodelosfactoresparaloscualesfuedesarrolladojavafueparapoderejecutarcomandosollevaracabotareasdeformaremota.Esdecirqueunusuarioqueseencuentraensunavegadorweb

puedeejecutarcdigoprovenientedeunservidorremoto.EsteCdigopuedesermalicioso.PorelloslaJVMproporcionaunentornoseguroquenodejaquesedaeelSO.Encasosdetenerqueejecutaraccionesquelocomprometan,seavisaalusuarioquienpuedepermitirsuejecucin.

UnaspectointeresantedelaJVMessugranpotencial.NoesprecisoqueelbytcodequeejecutehallasidoescritoenJAVA(ellenguaje),sinoquepuedesertambinenC,ADAoCOBOL.SoloesprecisoteneruncompiladorqueinterpreteellenguajeyloconviertaenunbytecodedeJVM.Estoproporcionaunalibertaddedesarrolloparalosdistintosprogramadores.

MAQUINAVIRTUALQEMU

Qemuesunprogramalibrequeproporcionaunavelozemulacindeprocesador,permitiendoalusuariosimularunacomputadoracompletadentrodeotra,fueescritoporFabriceBellard,unprogramadorfrancesqueademsdeserelcreadordeQemu,eselfundadordeFFmpeg,unpequeocompiladordeC"TinyC"entreotros,yadems,eldescubridordelaformulamsrpidaqueseconoceparacalcularcifrasdelnmeroPI.

Qemuesunamquinavirtualcapazdeemularmltiplesarquitecturas,ylaaltavelocidaddeemulacinlalogragraciasaunatcnicallamada"Traduccindinmica",lacualesunacombinacindeotrasdos,la"compilacionabytecode"yla"compilacindinmica",dondebsicamenteelprogramasecompilaabytecodeprimero,queesunlenguajeintermedioantesdellenguajedemquina,pudiendodeestamaneraserportadoacualquierarquitectura.Esaqucuandounamquinavirtuallointerpretayloejecuta.

QemupuedeserinstaladobajoLinux,Windows,FreeBSDyMacOSX,perolaversinparaWindowstodavaseencuentraenestado"Alfa"dedesarrollo.

Poseedosmodosdeoperacin:

1)Emulacincompletadeunacomputadora2)Emulacinde"mododeusuario"

Emulacincompletadeunacomputadora:

Enestemodo,QemuemulaunacomputadoracompletaincluyendoProcesadoryperifricos.

LasarquitecturasqueQemuescapazdeemularensutotalidadson:

X86 X86_64 ARM SPARC PowerPC MIPS

LasArquitecturasqueseencuentranendesarrollodepoderseremuladasson:

SPARC64 PowerPC64 m68k SH4

Asmismo,losperifricosqueQemuemulason:

i440FXhostPCIbridgeandPIIX3PCItoISAbridge TarjetadevideoCirrusCLGD5446PCIVGAotarjetastandardVGAconextensionesVESABochs

(niveldehardware,incluyendotodoslosmodosnostandard) TecladoyMousePS/2 2interfacesPCIIDEconsoportedediscorgidoyCDROM Disquetera AdaptadorderedNE2000PCI PuertoSerial TarjetadesonidoCreativeSoundBlaster16 TarjetadesonidoENSONIQAudioPCIES1370 ChipcompatibleconYamahaYM3812Adlib(OPL2) ControladoraPCIparaUSBUHCIyHUBUSBvirtual

Qemuposeetambinlacapacidaddesimularunsistemaqueposeahasta255procesadores

Emulacinde"mododeusuario":

Enestemodo,QemupermiteejecutarprocesosdeLinuxcompiladosparaunadeterminadaarquitectura,enotra.Estoserealizapormotivosdediferenciasentrearquitecturasde32bitsode64yporel"endianness"

LasarquitecturasqueQemuescapazdeemularenestemodoson:

X86 ARM SPARC PowerPC MIPS

Lasarquitecturasqueestnendesarrolloparaseremuladasson:

SPARC64 m68k SH4

Lasarquitecturasnosoportadasson:

X86_64 PowerPC64

HOSTCPU's

LasArquitecturasdondecorreQemuson:

X86 X86_64 PowerPC

LasarquitecturasdondeQemuseencuentraenunestadode"testing"son:

Alpha Sparc32 ARM S390

LasarquitecturasdondeQemuseencuentraenestadode"desarrollo"son:

Sparc64 ia64 m68k

MdulodeaceleracinparaQemu

ExisteunmduloparaelkerneldeLinuxqueelevalavelocidaddeemulacindei386enmquinasconi386,endondelavelocidaddeejecucinesprcticamentenativa.ElmduloesllamadoKqemu,escritoporelmismoautordeQemu,soloqueelotroeslibreperonoposeeelcdigoabierto.Laaltavelocidaddeemulacinlalogragraciasaqueejecutaelcdigoen"modousuario"yen"modovirtual8086"directamenteenelprocesadordondeestacorriendoQemu,yusandolaemulacindeprocesadoryperifricossoloparaelcdigoen"modokernel"yen"modoreal".AdemsKqemuposeeunmodode"Virtualizacincompleta",enlacualnosoloseejecutaelcdigode"modousuario"enlaCPUhost,sinoqueseejecutatambinelcdigode"modokernel",aumentandoanmslavelocidad.

ExisteotromodulodeaceleracinllamadoQVM86,peroalparecerestabandonado.

EjemplosdefuncionamientodeQemu:

qemuimgcreatefqcowimagen.img3G

Estocreaunaimageneneldiscollamada"image.img"conqcowcomotipodeimagen,lacualpermiteiragrandandoelarchivoamedidaquesevaescribiendoenlhastauntamaomximode3GB

qemuhdaimagen.imgcdrom/dev/hdcbootdm128soundhwsb16localtime

Estoinicialamaquinavirtual,especificandoquelaunidadhdaseralaimagencreadaanteriormente,elcdromeseldispositivo/dev/hdc,queiniciedesdeelcdrom,conunamemoriaramde128MBseemulaunaplacadesonido"SoundBlaster16"yseespecificalahoralocal

Qemumonitor:

LamquinavirtualQemuposeeunmonitorquefuncionaentiemporeal.Estemonitoresaccedidoconlacombinacindeteclas"Ctrl+Alt+2"ysepuedehacertodotipodeconsultas,desdelaversinactualdeQemu,hastasaberlosvaloresdelosregistrosdelmicroemulado

TraduccinDinmica:

Qemuesuntraductordinmico.Cuandoencuentraunpedazodecdigo,loconviertealsetdeinstruccionesdelamquinahost.Porlogeneral,lostraductoresdinmicossonmuycomplicados,ygrandesconsumidoresdeCPU.Qemuutilizaalgunostrucosquelohacenporttilrelativamentefcilysimple,almismotiempoquelograbuenaperformanceLaideaesdividirtodaslasinstruccionesx86eninstruccionesmssimples.CadainstruccinestimplementadaporuntrozodecdigoenC.Luegounautilidaddecompilacintomaelcorrespondientearchivoobjetopararealizarungeneradordinmicodecdigo,quienconcatenalasinstruccionessimples,paraarmarunafuncin.

Unaideaclaveparaobtenerunaperformanceptimaesquesepuedanpasarparmetrosconstantesalasoperacionessimples.Paraesepropsito,realocacionesdearchivosELFsongeneradoscongccparacadaparmetroconstante.LuegolautilidaddecompilacinpuedeubicarlasrealocacionesygenerarelcdigoCapropiadocuandoseestconstruyendoelcdigodinmico.Destamanera,Qemunoesmscomplicadodeportarqueunlinkeadordinmico.

Paraanmayorvelocidad,lasvariablesderegistrosestticosdegccsonusadasparamantenerelestado

delaCPUvirtual.

Alocacinderegistro

DesdequeQemuusasimplesinstruccionesfijas,nopuedehacerseunaalocacinderegistroseficiente.Detodasformas,dadoquelosCPU'sRISCposeenmuchosregistros,lamayorpartedelestadodelaCPUvirtualpuedeserpuestoenregistrossinhacerunacomplicadaalocacin.

Optimizacindecdigocondicional

UnpuntocrticoparaobtenerbuenaperformanceesunabuenaemulacindeloscdigoscondicionalesdelaCPU(registrosEFLAGSenx86).Qemuutilizaunaevaluacindecdigocondicionalperezosa:Enlugardecomputarelcdigocondicionalluegodecadainstruccinx86,solamenteguardaunoperando(llamadoCC_SRC),elresultado(llamadoCC_DST)yeltipodeoperacin(llamadoCC_OP).Cuandosepuededemostrarqueloscdigoscondicionalesnovananecesitarseenlasprximasinstrucciones,estasnosecomputan.

OptimizacindeestadodeCPU

LaCPUx86poseemuchosestadosinternos,loscualescambianlaformaenlaqueseevalanlasinstrucciones.Paraobtenerunabuenavelocidad,lafasedetraduccinconsideraquealgunainformacindelosestadosdelCPUx86virtualnopuedencambiarenl.Porejemplo,silossegmentosSS,DSyESposeenunabasecero,entonceseltraductornisiquierageneraunasumaparalabasedelsegmento.

Cachedetraduccin

Unacachde16MBalmacenalastraduccionesusadasmsrecientemente.Unaunidaddetraduccincontienesolounnicobloquebsico(unbloquedeinstruccionesx86terminadasporunsaltooporuncambiodeestadoenlaCPUvirtual,queeltraductornopuedededucirestticamente)

Cdigoautomodicanteeinvalidacindecdigotraducido

elCdigoautomodificanteesundesafoespecialenlaemulacindex86,dadoaque,cuandoelcdigoesmodificado,laaplicacinnoenvaningunasealalainstruccindeinvalidacindecach.Cuandoelcdigotraducidoesgeneradoparaunbloquebsico,lapginacorrespondientedelhost,estprotegidacontraescritura(conlallamadaalsistemamprotect()).Entonces,siunprocesodeescrituraesrealizadoalapgina,Linuxenvaunfallodesegmentacin.Qemuentonces,invalidatodoelcdigotraducidoenlapginaypermitelaescrituraalapgina.Lainvalidacincorrectadelcdigotraducidoesrealizadaeficientementemanteniendounalistaligadadetodoslosbloquestraducidoscontenidosenunapaginadada.Otraslistasligadassontambinmantenidasparadeshacerlaencadenacindebloques.Qemutambininvalidapginasdecdigotraducidocuandodetectaquesemodificanlosmapeosdememoriaconmmap()omunmap().CuandoseutilizaunMMUporsoftware,lainvalidacindecdigoesmseficiente:siunasiunapginadecdigodadaesinvalidadademasiadoseguidoporpermisosdeescritura,entoncesseconstruyeunbitmapquerepresentatodoelcdigodentrodelapgina.Todoalmacenamientodentrodeesapginachequeaelbitmapparaversielcdigorealmentenecesitaserinvalidado.Evitainvalidarelcdigocuandosolamentesehanmodificadodatosenlapgina.

SoportedeExcepciones

Cuandoseencuentranexcepcionestalescomodivisionesporcero,seutilizalongjmp().losmanipuladoresdelassealesSIGSEGV(fallodesegmentacin)ySIGBUS(ErrordeBUS)delhostson

usadosparaobteneraccesosamemoriainvlidos.ElestadoexactodelaCPUpuedeserdevueltodebidoaquetodoslosregistrosdex86sonalmacenadosenregistrosfijosdelhost.Elprogramcountersimuladoesencontradovolviendoatraducirelbloquebsicocorrespondienteybuscandodondeelprogramcounterdelhostestabaenelmomentodelaexcepcin.ElCPUvirtualnopuededevolverlosregistrosEFLAGSexactosporqueenalgunoscasosnosoncomputadosdadoalasoptimizacionesdelcdigocondicional.Noesunagranpreocupacinporqueelcdigoemuladopuedeserrecomenzadoencualquiercaso.

EmulacindelaMMU

ParalaemulacindelaMMU,Qemuutilizalallamadaalsistemammap().FuncionamientraselSistemaOperativoemuladonouseunazonareservadaporelsistemaoperativohost(comolazonasobre0xc0000000enunLinuxx86).Parapodertenerlacapacidaddeejecutarcualquiersistemaoperativo,QemutambinsoportaMMUporsoftware.Enesemodo,latraduccindelaMMUdedireccionesvirtualesafsicassonhechasencadaaccesoamemoria.Qemuusauncachedetraduccionesdememoriaparaacelerarlatraduccin.

InterrupcionesdelHardware

Demaneradesermsrpido,Qemunocontrolacadabloquebsicoporsialgunainterrupcindehardwareseencuentrapendiente,sinoqueelusuariodebellamar,asncronamente,unafuncinespecfica,paraanunciarquehayunainterrupcinpendiente.stafuncinreseteaelencadenamientodelbloquebsicoqueestactualmenteenejecucin..SeaseguraquelaejecucinvaaretornarprontoenelbucleprincipaldelemuladordelaCPU.Luegoelbucleprincipalpuedecomprobarsilainterrupcinestpendienteymanejarla.

Detallesespecficosdelaemulacindeusuario

TraduccionesdelasllamadasalsistemadeLinux

QemuincluyeuntraductorgenricodellamadasalsistemaparaLinux.Esosignificaquelosparmetrosdelasllamadasalsistemapuedenserconvertidosparaarreglarlostemasde"endianness"yde32/64bits.Lasllamadasalsistemaparamanejarentradasalidasonconvertidaspormediodeunsistemagenricodescriptivodetipo.QemusoportaCPU'shostqueposeenpginasmsgrandesque4KB.Almacenatodoslosmapeosquehacenlosprocesosytratadeemularlallamadaalsistemammap()enloscasosdondelallamadammap()enelhostfallaraporunamalaalineacindepgina.

SealesdeLinux

Lassealesnormalesydetiemporealsonencoladasjuntoconsuinformacin(siginfo_t)comosehaceenelkerneldeLinux.LuegounpedidodeinterrupcinesrealizadoalaCPUvirtual.Cuandoesinterrumpida,unasealencoladaesmanejadagenerandounmarcodepilaenlaCPUvirtualcomoelkerneldeLinuxhace.Lallamadaalsistemasigreturn()esemuladapararetornardelmanejadordesealesvirtuales.Algunasseales(comoSIGALRM)vienendirectamentedelhost.OtrassealessonsintetizadasdesdelasexcepcionesdelaCPUvirtualcomoSIGFPEcuandoserealizaunadivisinporcero.LamscaradelasealbloqueadaesmanejadaporelkerneldelhostLinuxdemaneraquelamayoradelassealesdellamadasasistemapuedanserredirigidasdirectamentealkerneldelhostLinux.Solosigaction()ysigreturn()necesitansercompletamenteemuladas.

Hilosyllamadaalsistemaclone()

lallamadaalsistemadeLinux,clone(),esusadaporlogeneral,paracrearhilos.Qemuusalallamadaalsistemaclone()delhostdemaneratalquesecreenhilosenelhostporcadaunoemulado.UnaCPUvirtualescreadaporcadahilo.LasoperacionesatmicasdelaCPUx86virtualsonemuladasconbloqueosglobalesdemaneraquesusemnticaespreservada.ActualmentehayalgunosproblemasdebloqueoenQemu.Particularmente,elvaciadotraducidodecachonoestaprotegidocontrareentrada

Autovirtualizacin

Qemufueconcebidodemaneraqueelpuedaemularseasimismo.Apesardenosermuytil,esuntestimportanteparademostrarelpoderdelemulador.Conseguirautovirtualizacinnoesfcildadoquepuedehabermuchosconflictosdeespaciosdedireccionamiento.QemuresuelveesteproblemasiendounobjetocompartidoELFejecutablecomoelintrpreteELF"ldlinux.so".Deesamanerapuedeserrealocadoenelmomentodecarga

VentajasdeQemu

CapacidaddeemularArquitecturasx86,AMD64,MIPS,SPARC,ARM,SH4yPowerPC AltavelocidadCiertasaplicacionesseejecutanaunavelocidadmuycercanaalanativa ImplementaformatodeimagendediscoCopyOnWrite,loquepermitedeclararunaimagendel

tamaoquesea,peroquesolovaaserdeltamaodeloquerealmenteseuse Implementaelusodeimgenes.Sepuedemantenerunaimagendelsistemaemuladopara

recuperarlosihuboalgnproblema soportalaejecucindebinariosdeLinuxparaotrasarquitecturas. Puedeguardaryrecuperarelestadodeunamquina EmulacindetarjetasdeRedvirtuales SoporteparaSMP(capazdeemularunsistemaconhasta255CPU's) Elsistemaoperativoemuladonotienequesermodificadoni"parcheado" MayorvelocidadcuandoseutilizaKqemu LasherramientasdelineadecomandospermitenuncontroltotaldeQemusinnecesidaddetener

queejecutarX11 ControlremotodelamquinaemuladavaservidorVNDintegrado Dadoquenorequiereejecucinen"modokernel"esmuysegurodeutilizar

DesventajasdeQemu

SoporteincompletoparaMicrosoftWindowsyotrosistemaoperativocomoHost Soporteincompletoparaarquitecturaspocousadas NoposeesoportedeSSEniMMXtodava NoposeellamadasalsistemaparaIPC

SolamenteposeesoporteparalaslibrerasgrficasSDLyCocoaapesarqueexisteunparcheparaGGI

MAQUINAVIRTUALVMWARE

StanfordhasidolacunadeempresastcnicasycientficastanimportantescomoHewlettPackard,CiscoSystem,Yahoo,GoogleyVMwareentreotras.VMwareesunsistemadevirtualizacinporsoftware.Unsistemavirtualporsoftwareesunprogramaquesimulaunsistemafsicoconcaractersticasdehardwaredeterminadas.Cuandoseejecutaelprograma,proporcionaunambientedeejecucinsimilaratodoslosefectosaunordenadorfsico.VMwareemulacompletamenteunaPCconunaplataformahardwaredeterminada.Elhardwareemuladonotienenadaqueverconelequipoquehacedeanfitrin,yaqueelsistemainvitadosoloveloscomponentesvirtuales.VMwarefuncionaenWIndowsyLinuxyproximamenteenMACO2.LaempresaVMwarebrindaasususuarioinfinidaddeproductosparaoptimizarlavirtualizaciondehardwareolasimulacindesistemasoperativosporsoftware.DebidoalafinalidaddeestamonografasolomostraremoslosproductosVMwareworkstation,VMwareESXserveryGSXserver

Funcionamiento

EncasodeWorkstationyGSXserverelfuncionamientoeselsiguiente:

Aplicacin>SO>Hardware>VMware>SOHost>Hardware

EstediagramaindicadederechaaizquierdalascapasenlasqueseimplantaVMware.Enlaprimeraencontraremosalhardwaresubyacente.EnlasegundaesdondesediferencianWorkstationyGSXserverdeESXserver.Yaqueenestasenecesitaunsistemaoperativobaseendondeejecutarlamquinavirtual(Estoafectaelrendimientoydesempeodelasmquinasvirtuales).Enlaterceraencontramosalamquinavirtualpropiamentedichalaqueemulaunhardwarecompletamentevirtual,queseencuentraenlacuartacapa.Siguiendoeldiagramaencontramoselsistemaoperativovirtualquepuedesermasdeuno.Luegoseencuentranlasaplicacionesqueestnvirtualmenteejecutndosesobreelsistemaoperativoantesmencionado.

AdiferenciadelaversinESXserverquefuncionamsomenosdelasiguientemanera.

Aplicacin>OS>Hardware>VMware>hardwarefsico.

Enestecasoencontramoslamaquinavirtualenlasegundacapa,desdeaquseemulaelhardware,yluegoenlasiguientecapasealojaelsistemaoperativovirtual.Estaformadeubicarlamaquinavirtualenlasegundacapaimplicaquedichosoftwarehagalasfuncionesdeunsistemaoperativo.Loqueoptimizaconsiderablementelavirtualizacin.Estamaquinavirtualcuentaconestrategiasdepaginacinysegmentacinparahacerunmejorusodelosrecursosdememoria.

VM1VM2VM3

|||

VMWare>virtualizacin>Hardwareemulado|||

Hardwarefsico

Hardwareemulado

Procesador

IntelPentiumoposteriorAMDAthlonoposterior(DependiendodelaCPUoriginal)SoporteexperimentalparalasprocesadoresAMD64yIA32eRAMHasta3.6GBytesdependiendodelamemoriafsica

UnidadesIDEHasta4unidadesIDEDiscosfsicosyvirtuales(mx.128GBytes)UnidadesCD/DVDROM

UnidadesSCSIHasta7UnidadesDiscosfsicosyvirtuales(mx.256GBytes)SoportedeSCSIgenricoSoporteparaescneres,CD/DVDROM,unidadesdecinta,etc.ControladordeentradasalidaLSILOGICLSI53C1030Ultra320

AnfitrincompatibleconeladaptadordebusMylex(BusLogic)BT958(solamentesobreWindowsXPconcontroladoresdedispositivoadicionales)

MediosextrablesUnidadesCDROM/CDR/CDRW(fsicasoimgenesISO)UnidadesDVDROMUnmximode2unidadesde1.44Mbytes(fsicasocomoimgenes)

HardwaregrficoVGAySVGAconBIOSVESA

Puertos

Hastaunmximode4puertosserie(COM)Hasta2puertosparalelosbidireccionales(LPT)DoscontroladoresUSB1.1UHCITecladocompatibleRatnPS/2

Dispositivosdered

Unmximodetresadaptadoresderedvirtuales(Ethernet)TarjetadesonidocompatibleconAMDPcnetPCIIICompatibleconSoundBlasterAudioPCI(sinsoporteparaMIDIniparajoystick)

BIOSSoporteparalaversin6VESABIOSdePhoenixBIOS4.0conDMIv2.2/SMBIOS

Detalles

Paraquelaemulacinpuedaejecutarcualquieraplicacinconunavelocidadaceptable,esnecesarioquehardwareseabastanterpido.VMwarerecomiendaunPentiumIIAMDequivalente,256MBytesdeRAM,

unadaptadorgrficode16bityporlomenos20MbytesdeespaciolibreeneldiscoduroparaelsoftwareVMware.Porsupuestoquehabrqueaadirespacioendisco,paraqueestdisponiblealsistemaoperativoinvitado,yunatarjetadered,suponiendoqueelhardwarevirtualnecesiteaccederalared.

VmwareESXserver

Esunproductoparaservidores.Constituyeunacapadevisualizacinderecursosmontadadirectamentesobreelhardware,sinlanecesidaddeunsistemaoperativobase.YaqueESXserveresunsistemaoperativoensi.LafuncinprincipalesladevirtualizarygestionarlosrecursosentrelasmltiplesmquinasvirtualesmontadassobrelacapaVmware.

Arquitectura:Diseadaparaelfuncionamientoenproduccindemltiplesmaquinasvirtualesdeformaindependientes.

Virtualizacin:Proporcionaacadamquinavirtualunamquinafsicaidealizada,totalmenteaisladadeotrasmquinasvirtuales.

Gestinderecursos:reaprovecharecursosdeunamquinavirtualaotramediantelamultiprogramacin.

Caractersticas:Particionanadoenmquinasvirtuales,encapsulado,aislamientodefallosygestindinmicaderecursos.

VmwareGSXserver

Esunsoftwaredevirtualizacinenentornoscomercialescrticos.Simplificalasestructurasinformticasmediantelaparticinyaislamientodeservidoresenmquinasvirtualessegurasytransportables.VMwareGSXServerpermitequeestosservidoresdemquinasvirtualessepuedanadministrardeformaremotayestandarizarsobreunaplataformasegurayuniforme.Transformalosordenadoresfsicosenunconjuntodemquinasvirtuales.Lossistemasoperativosylasaplicacionesseaislanendistintasmquinasvirtuales.Losrecursosdelsistemaseutilizanencualquiermquinavirtual,dependiendodelasnecesidadesquesetengan,detalformaqueseconsigaunagestindecapacidadyuncontrolsobrelasinfraestructurastecnolgicas(hardware).Sepuedeutilizarparaimplantarlaconciliacinentreservidoresoparamejorarelsoportetcnicodesoftware.ConVMwareGSXServerhacequelaaltadisponibilidadseaeconmicayescalable,protegiendolasaplicacionescrticasylosdatosenunmximode64mquinasvirtualesaisladasysegurassobreunanicaplataformadehardware.

VmwareWorkstation

EsunpotentesofwareparavisualizacindeEscritorios(desktop).Ejecutamltiplessistemasoperativoscomo,MicrosoftWindows,LinuxyNovellNetWare,deformasimultneaenmquinasvirtuales.VMwareWorkstationproporcionamsopciones,mayorflexibilidadyunafuncionalidadmspotentequecualquierotrosoftwaredevirtualizacinquehayaenelmercado.

Desdesulanzamientoen1999,VMwareWorkstationharevolucionadolaformaenquesedesarrollantantoelsoftwarecomolasinfraestructurastecnolgicasysehaconvertidoenunestndardefactoparalosprofesionalesdelastecnologasylosdesarrolladores.

Lopodemosutilizarparadesarrollo,pruebaeinstalacindesoftware.SepuedencrearaplicacionescrticasbasadasenLinuxoMicrosoftydesarrollaryrealizarpruebassobreaplicacionesmltiplesendiferentessistemasoperativossimultneamentey,adems,archivarentornosdepruebasyrestablecerlosrpidamente.

Asegurarcedelacompatibilidaddelasaplicacionesylamigracindesistemasoperativos.Sepuededarsoporteaaplicacionesexistentesalmismotiempoqueserealizalamigracinaunsistemaoperativonuevo

deunaformasegura,alavezquesepuedenrealizarpruebassobreestenuevosistemaoperativoantesdelainstalacin.

Permiteexperimentarconlasnuevasaplicacionesoherramientasy,adems,distribuireinstalarsoftwareparademosyaplicacionescomplejasencualquierPC.

Mejorarelsoportetcnicodesoftware.ConVMwareWorkstationsepuedenresolverproblemasrpidamenteyproporcionarunservicioalclientedecalidad.

AdiferenciadelosemuladoresdeAPI(delinglsApplicationProgrammingInterfaseInterfazdeProgramacindeAplicaciones)comoWINE,VMwareworkstationemulaunordenadorcompletocomounprogramadesoftware.EldenominadosistemaoperativoinvitadofuncionadentrodelaemulacinVMwaresinquepuedadistinguiresteentornodelaPCdeverdad.

Ventajas

Sepuedenejecutarmltiplessistemasoperativosalmismotiempoenunamismamquinafsica. Totalutilizacindelosrecursosdecadaservidor. Aislamientodefallosyaltaseguridadaniveldehardware. RendimientocontroladodelosrecursosdeCPU,RAM,Disco,ynetwork. TodoelconjuntobajoVMseencapsula:Memoria,disco,imgenes,dispositivoE/S. ElconjuntoVMsepuedesalvaraunfichero(Checkpointing,Suspend/Resume). SepuedentransferirlosVMscomoficheros,aesamismavelocidad. Flexibilidadyfacilidadenloscambios. Pruebasenentornosidnticosalosdeproduccinsinningnproblemadeejecucin. Rpidarecuperacinydisponibilidad. AumentodelaSeguridad.

Soportanuevasyviejasaplicaciones,SistemasOperativosyherramientasdegestin.

Soporteparasistemasoperativosde64bits.

SoporteparalasltimasdistribucionesLinux,Windows,Solaris,BSD. MejoracapacidadeswirelesendistribucionesLinux.

Desventajas

Lasmquinassolodisponendedriverestndar.

Nosoportaaceleracingrfica.

Algunosproductosnosoportanlavirtualizacin

Elsoftwaredevirtualizacinnoestacertificadoparatodoslosservidores

Rendimientoenaccesoadisco

GastamemoriaRAMfsica,noseusaswap.

MAQUINAVIRTUALXEN

XenesunaMquinaVirtualdesarrolladaporlauniversidaddeCambridgeenEEUUquecorresobrearquitecturasx86.SeencuentrabajolalicenciadeGNUGeneralPublicLicence.FueelresultadadeXXXaosdetrabajo.ElobjetivodelequipoeradesarrollarunaVMquefueracapazdecorrermltiplesSistemasOperativosteniendoelmenordesperdicioderecursosposibles,esdecirquesepudieralograrundesarrollosimilaraldeunSOcorriendodeformanativa.

Dichoobjetivofueconseguido,llegndosealograrperdidasderendimientoverdaderamentebajas,siendoincluso,eldesempeodeXen,superiorenotrosmbitos.

Parapoderllevaracaboesto,elequipodedesarrollo,utilizunatcnicallamadaParavitualizacin.EstaSedescribirmasadelante.Peroloqueesimportantetenerpresente,esque,paraqueXenpuedafuncionarprecisaqueelSOhostposeaunportparaeste,obienestecorriendobajounmicroprocesadorquesoportelatcnicamencionada(LineaPacficaencasodeAMDyVanderboolenINTEL).

LossistemasoperativosquetienenportsdesarrolladossonLinux,MacOS,BSDyWindowsXP.Enelultimoporcuestioneslegalesnoesposiblelanzarelportalpblico6.

Xenescapazdecorrer100mquinasalmismotiempo(siempreycuandoelhardwaresobreelqueseejecutesoporteesto),brindandounaindependenciadeentreestasmuyefectiva.DeestaformacadasistemaoperativoquecorresobreunaVMdiferentenosepercatasobrelaexistenciadelosotrosSO.

Lograrunaejecucincasinativaesunatareaquerequieretrabajarconmuchocuidadoalmomentodeimplementardiferentesaspectoscomoson:

1. Administracindememoria

2. AdministracindelaCPU

3. AdministracindelosdispositivosdeE/S(discosduros,grabadoras/lectoras,Interrupciones,etc.)

ParaverdequeformalograestoXen,analizaremosdeformaindependientelosapartadosrecinmencionados.

Administracindememoria.

EsteesunaspectomuyimportanteyaqueesunodelospuntosquemarcarnloptimoonodelaejecucindelasVM.Estosedebeaquesinoseadministrabienlamemoria,elSOseveraobligadoarealizarmuchosintercambiosconeldiscoduro.

Laadministracinesdejadaalsistemaoperativohost,esteseencargaderesolverlospedidosdealocacinyliberacindememoria.ParapodermantenerlaindependenciassobrelasdiversasVMqueestncorriendo,Xendeberealizaralgunamodificacionesendichaadministracin.

Loprimeroquehaceesreservarunespaciode64MBaltopedelamemoria.EstamemoriaesdedicadaaltrabajodeXen,ysolopuedeseraccedidaporeste.Estosedebealanecesidaddecontarentodomomentoconunespacioparaalmacenarsusdatos(quesearpido7).ElSOhostseencargadecolocarlospermisosnecesariosparaquesoloXenpuedautilizarla.

OtroaspectoenelqueseinvolucraXenesenlospermisosdelamemoria.LosSOmodernosadministranlamemoriaatravsdesegmentos,estostienediversospermisosquedeterminanqueprocesopuedeaccederaestos.Porcuestionesdeeficienciaunsegmentopuedesercompartidoconconvariosprocesos(yaque

6 MicrosoftasumequenopuedengarantizarelcorrectofuncionamientodelaVMdeXenaltenerqueparcharsuKernel(eldeWindows),porestemotivorecomiendanlautilizacindeVirtualPC,unaMquinavirtualadquiridaporestos.

7 porestoesquesequiereevitarreservarmemoriaeneldiscoduro,yaqueesterepresentaunaamenazaaltiempoderespuesta,loquederivaenuntiempoderespuestamenor.

esmaseficientetenerunacopiadelosdatosquevariasdeeste).Paraevitarproblemasconaccesosindebidosdesegmentos,Xenrevisalospermisosconlosqueseadministranlosrecursos.

Debetenerespecialcuidadocuandoseactualizanlastablasdememoria,paraquenoquedeinconsistente.EstosedebeaqueelSOhostenconjuntoconlasactualizacionesquellevaacaboXenpuedenafectarlaintegridaddelaspginas.

UnultimoelementoquetieneencuentaXen,esquetodoslossegmentosdememoriaqueseanresultadodelasallocacionesdelasVMquecorrensobreeste,debenpoderseraccedidosporel.XendalailusinacadaVMquetieneunsegmentodememoriacontiguoparasuutilizacin,esdecirqueposeeunbloquedeXtamaoparautilizar.Sinembargoenlarealidadlamemoriaquelesbrindapuedeestardistribuidaensegmentosseparados.Deestaformaselograoptimizarlosespaciosdememoriaquesonotorgados.

AdministracindelaCPU

Coneltiempolosmicroprocesadoreshanevolucionadoensuarquitectura.Estostieneunvariosmodosenlosquedeterminanlaprioridaddelaejecucin.Esteesunaspectomuyimportanteenlaparavirtualizacin.Hacemosaquunadivisinenlostiposdemicroprocesadores:

1. Losqueposeendosnivelesdeprioridad.Existeunniveldemayorprioridad(elcero).EnesteseejecutaelSO,dejandoelotroparalasinstruccionesdelasaplicacionesquecorrensobreeste.

2. Losqueposeen5nivelesdeprioridad.Laarquitecturax86sebasaenunsistemadeanillos,siendoelanilloceroeldemayorprioridad,yel4eldemenor.DejandoelprimeroparaelSOyelultimoparaelsoftwaredelusuario.

3. ProcesadoresdelaLineaPacficayVanderbooldeAMDeIntel.Estoscuentanconunatecnologaquebrindanunniveldeejecucinnuevo,queeselquemayorniveldeprioridadposee.Esteesusadoparalaparavirtualizacin.

EntodosloscasosesposiblecorrerXen,peroinvolucrandistintasmodificacionesanivelsoftware.ParalosdosprimeroscasosesnecesarioqueexistaunPortdelSOhost,estosedebeaqueesnecesariodesplazarlounaniveldeprioridad,yaqueXennecesitaejecutarseenelmasbajo.EnelprimercasoelSOesdesplazadoalsegundonivelenconjuntoconlosprogramasdelusuario.Estedebeserprotegido(espaciosdememoria,prioridades,etc).ParaelsegundocasoelSOesmovidoalanillo1,mientrasqueXenseinstalaenelanillo0.EltercercasosonmicroprocesadoresquenodemandanrealizarunportdelSOhost.YaseencuentranpreparadosparaqueelSOcorraenlacapanumero1ylasmquinasvirtualespreparadasparaparavirtualizacinenlanumero0.

XenprecisainstalarseenlacapadeprioridadmasbajayaquenecesitatenertodoslosprivilegiosparapoderrealizaroperacionescomoadministrarciertasLlamadasalsistema.Deestaformalaspuedemanejardeformamaseficiente,esdecirsincronizarlasconlasmltiplesVM.

Antesdecontinuar,semostraraunatablacomparativaenlaqueseilustraelcostodeportarunSOxparautilizarXen.Elcostoestamostradoenlineasdecdigoquesonnecesariasimplementar.

SO Linux WindowsXP

Arquitecturaindependiente

78 1299

Red 484

SO Linux WindowsXP

Driverdedispositivosdebloque.

1070

Xen(NoinvolucranDriver).

1363 3321

Total 2995 7620

DispositivosdeEntrada/Salida.

Xenposeeseencuentramuyinvolucradoenesteaspecto.Encuantoalosdispositivosdealmacenamientobrindaunaabstraccindeestos,proporcionandoasiunaindependenciaentrelasdistintasVM.AlmomentodecrearseunanuevaVM,Xendeterminaendondesemontaraeldispositivodealmacenamientoasicomosucapacidadypermisosqueestetendr.Estossealmacenanenunarchivoqueposeeunaestructuraespecial.

AdemsproporcionaunaMemoriacompartidayunbufferasncrono.DeestaformacuandounprocesocorriendoenunaVMutilizaalgndispositivodeE/S,suspeticiones,datos,etc.sonenviadosenestebufferparasuanlisisysuposterioradministracin.

Porltimoproporcionaunainterfazdeadministracindelasinterrupciones.Seencargadederivarlasadondeseannecesarias.PuedehacerqueelsistemaoperativoHostnolasvea,paracasoscomoWakeUpdeprocesos,porejemplo.

Llamadasalsistemaytiempo.

XenimplantounmecanismoquepermiteadministrarlasSyscallsquellevanacabolosSOqueseencuentracorriendoenlasVM.EstesedenominaHipercalls.Cuandounprocesollamaaunadeterminadapginadememoria,yestanoseencuentra,esprecisocargarlaparaqueestedisponible.Cuandounechocomoesteocurreentraenmarchaelmecanismodehiperllamadas.Xeninterceptaenestallamada,yrealizalasoperacionesnecesariassegnsusistemadeadministracindememoria.LuegodeechoestoregresaelcontrolalaVMquellevoacabolallamada.

Lasmquinasconvencionalesusanunrelojinternoparadeterminarlahoraactual.TenerunaunidaddemedidadeltiempoesfundamentalparaelfuncionamientodelSO.Xenposeeunrelojvirtualyunrelojbase.ElprimerocomienzasucontadordetiempoenelmomentoenquesecrealaVMyluegolomideennanosegundosdesdeelmomentodesucreacin.EsusadoparahacerlosclculosdelSchedulerporejemplo.ElotroesunrelojconvencionalqueXendebeencargarsedeajustaralahoracorrectaymantenerloencorrectofuncionamiento.

Dispositivodealmacenamiento.

SoloellaVM0eslaautorizadaparaaccederalosdispositivosdedisco.Lasrestantesutilizanunaabstraccindeeste,queconsisteenunarchivoalmacenadoeneldispositivofsico,queendondesonalmacenadoslosdatos.

Xenmantieneunalgoritmodecola,paraadministrarlospedidosdeE/Sdeldisco,quesonproporcionados

porlasdistintasVM.Buscahacerlaformamsrpidaderesponderalospedidosdeestos.

MigracindeMquinasVirtuales.

UnacaractersticamuyinteresantedeXeneslaposibilidaddepodermigrarlasmquinasVirtualesdeunacomputadoraaotra.Enesteprocesolamemoriaesmigradaiterativamentedesdeundispositivoalotro.Lointeresantedeesteprocesoesqueesposiblerealizarlosinhaberdetenidolamquinavirtual.Existeunpequeoretardodealrededorde60a300ms,quesonutilizadospararealizarajustesysincronizarlaVMquehasidocopiada.LatcnicademigracindeunaVMescomplejayabarcamuchosaspectosatenerencuenta(Memoria,datosalmacenadosendispositivosfsicos,etc.).LaMemoriaescopiadadeapginas.Siunprocesointentaaccederaunapginaqueestasiendocopiada,sedarunfalloysevolveratenerelaccesocuandoestedisponibles(queserluegodequehallasidocopiada).Sinembargo,elusuariopuedeutilizardistintaspolticasparaelcopiadodememoria.LamseficienteconsisteendetenerlaVMycopiarensutotalidadlamemoria.Estaalternativanoeslaapropiadaencasodequeseestecorriendounsistemaquenopuedeserdetenido.Otraalternativaeslacopiasegnlademanda.Primerocopialamemoriaesencialparapodercorreryluegocopialaspginassegnsondemandadasporlosprocesosqueestnenejecucin.Porultimoexisteunmtodollamadoprecopia,queconsisteencopiarnpaginasenintervalosdetiemposcortos.DurantelacopialaVMesdetenida.ParacopiarlosDatosdedispositivosfsicosseutilizantcnicassimilaresalasdememoria,siendomassimpleeltraspasodeestos.Paraevitarlacopialosservidoresgeneralmentesuelenutilizarotrotipodealmacenamientodedatos,comodispositivoscompartidos,porloquenoesnecesariohacerlacopiadelosdatos.

EstatcnicapuedeserinteresantesiesnecesariomigrardeservidorunaVMydetenerestaimplicaconflictos.

Acontinuacinsemuestrauncuadroqueresumeelprocesodemigracin8.

Paso1PreMigracin.SeinicialanuevaVMenlaquesequieremigrarlosdatos(VMB).Estaesseleccionadocomoobjetivoparacopiarlosdatos.

Paso2

Confirmacin.LaVMAenvaunpedidodeconfirmacinalaVMB.EstadebeconstatardequedisponedelosrecursosnecesariosparasoportarlaVmquesecopiara.Encasodequeestonoocurre,Acancelalacopiaysiguecorriendosinningnefecto.

Paso3Secopialamemoriadeformaiterativaobienconalgunodelosmtodosantesmencionados.

Paso4SesuspendelaVMA.ENestemomentoseredireccionaeltraficodelaredaBysecopianlaspginasdememoriaquenohanpodidocopiarseantes.Esunaetapadereajustedelosdatos.

Paso5Benvauncomunicadodequerecibicorrectamentelacopiadelaimagen.AseeliminayBseconvierteenelVMprimaria.

Paso6LuegoqueBesactivadocomoprimariaesprecisoactivarelprocesodepostmigracin,queseencargadereconfigurarlosdriversdelosdispositivos.

ComofuncionaXen?

Enesteapartadomostraremoscomofuncionadesdeelmomentodesuinstalacin.ParasupruebafueutilizadoLinuxSUSU10.1conKernel2.6.Comonocontamosconmicroprocesadoresquesoportenparavirtualizacin,esprecisoinstalarXenconunconjuntodeparchesparaelKernel.Lospaquetesestndisponiblesparasuinstalacinencualquieradelosrepositoriosdeladistribucin.Unavezinstalados,Seagregaunanuevaopcindebooteoenlamquina,enlacualsepuedeiniciarelnuevokerneldelinux

8 LiveMigrationofVirtualMachines.ChristopherClark,KeirFraser,StevenHand,JacobGormHansen,EricJul,ChristianLimpach,IanPratt,AndrewWarfield.

corriendobajoXen.

AlIniciardeestaforma,secrealaprimeramaquinavirtualsobrelaquecorrerelLinuxhost(lanmero0).Xencreadostiposdekernel,unoqueposeeprivilegiosespecialesyotroquenolosposee.ElprimeroesdejadoparalaprimeraVM(la0)mientrasqueelsegundoesdejadoparalassucesivasVMquesepuedancrear.LanecesidaddehacerestoesquelaVM0precisaadministraralasrestantes,porellodebepoderhaceroperacionesespecialesquenoleestnpermitidasalasotras.Elpasoaseguirescrearlassucesivasmquinasquesenecesitencorrer.Enelmomentodehacerlosedebeespecificarlacantidaddememoriaquesequierequeutilicecomomximo,unespaciodediscoendondesevanaalmacenarlosdatos,unidadesdeE/S,etc.Unavezespecificadosestosparmetrossecrealamquinavirtualquesimulaunanuevacomputadoraconelelhardwareantesmencionado.

PruebasdeRendimiento.

Acontinuacinsemuestranbenchmarkrealizadossobredistintosaspectos,endondesevequeXenbrindaunrendimientoqueesmuysimilaraldeunSOcorriendosinningunaVM.Enalgunosaspectossepodrobservarqueelrendimientoesinclusosuperior.AcontinuacinsedetallaranpruebasoficialesderendimientollevadasacaboconXenVMqueseencuentranenelmercado.

1. LaprimerapruebafuellevadacaboconunasuitedeevaluacinderendimientollamadaSPECINT200.EstaseencargaderealizarpruebasendistintosmbitosdelaPC.DentrodeellosseveelrendimientodelaCPU,pruebasdeE/S,pruebasdememoria,etc.

2. EnlasegundasepuedeobservareltiempoensegundosquetomocompilarLinuxconkernel2.4conlacompilacinpordefecto.

3. LasdospruebassiguientesfueronllevadasacaboconlabasededatosPostgreSQL7.Seevaluaronconlaconfiguracinpordefecto.Enlaprimeraseviolallegadadedatosdemltiplesusuarios,yenlasegundallegadaportransferenciaonline.

4. dbenchesunprogramaparahacertestingdesistemasdearchivos.EmulalacargaenunservidorrealizadaporclientesconWindows95.

5. Lasultimasbarras(SPECWEB99)esunasuitequeevalaelrendimientodeunservidorwebydelossistemasquelohostean.

COMPARATIVAENTREMAQUINASVIRTUALES

Seadjuntaarchivodehojadeclculos(comparativa.ods)endondesecomparandistintosaspectosdediversasmquinasvirtuales.Estatablafueextradadelawikipediaenespaol.

SPECINT200(score)

CompilaciondeLinux(Segundos)

OSDBIR(tups/s)

OSDBOLTP(tups/s)

dbench(score)

SpecWEB99(score)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

567

263172

1714

418518

567

271158

1633

400514554

334

80199

310

150

550 535

65

306

111172

PruebasdeRendimiento

LinuxNativoXen

VmwareWorkstation

LinuxUserMode

MALWARE

EnesteapartadoharemosunaespecialreseaauntemaqueinvolucraenlaactualidadalasVM.Comomalwaresedenominaauntipoespecialdesoftwarequetieneintencionesperjudicialesparaelusuarioylamquinaenlaqueseestcorriendo.Estetienelaparticularidaddequeposeeuncontrolsobreelsistemamuchomasampliodeelquetienecualquierotrosoftwareconlamismaintencin.

Elsoftwaremaliciosopuedecorrersobreunacapasuperioraladecualquiersoftwarequeseesteejecutando,generandodeestaformaquesepuedaninterceptarlassealesollamadasquerealiceelprimero.Porelloparapodercombatirlosenprecisoqueelsoftwaredeproteccinseencuentreenunacapainferioraeste.

ElmalwaresepresentacomounamquinavirtualqueseinstalasobreunhardwaredeterminadoycorreluegosobrecapasinferioresalsistemaoperativoHost(queesunacopiadeloriginal).Otraformaesquesecorradosomasmquinasvirtualesenparaleloyenalgunasdeellasseencuentrainstaladoelsoftwaremalicioso.

ElMalwaresacaprovechodedosaspectosquelebrindanpodercorrersobreunamquinavirtual,elprimeroserefierequealcorrersobreunaVMqueesindependientealasotrasloquelaaisladelosprogramasdeproteccin.Lootroqueutilizaesquepuedevermodificacionesqueocurranenelsistema,comocambioseneldisco,memoria,puertoscomoastambinlainterceptacindeseales,etc.

Acontinuacinseexplicaracomohacenestosprogramasmaliciososparainstalarse.Inicialmentenecesitantenerprivilegiosaltosparapodermodificarelmododebooteodelamquina,deestaformasebooteaconlaVMmaliciosa.Parahacerestosepuedenutilizardiversastcnicasquevandesdeelusodeprogramasparadichainstalacin,comoadquisicindeunacontraseaderoot,etc.Unavezqueestahaconseguidobootearmodificaelsistemadeformaquepuedacorrersinqueesteseadviertadesuexistencia.Deestaformalograquedarinstalada.

Luegodeestopuedecorrerdiversasaplicacionesmaliciosasqueafectenelsistema.Unodelosprimerospasosarealizaresdesactivarlossistemasdeproteccindelsistema.

Existentrestiposdeataquesposibles

1. Aquellosquenointerfierenconelsistema.Esdecirnoafectansufuncionamiento,laVMcorredeformaindependiente.

2. Aquellosqueinteractanconelsistema,peroparainterceptarseales,porejemplopararobarinformacin.

3. Aquellosquetienecomoobjetivodesestabilizarelsistema.Afectansufuncionamiento.

SibienunMalwaretieneunformadefuncionamientoquepuedecomprometermuchoalsistema,paraqueestospuedancorrerelprecisoinstalarseenunamquinadeterminadayparaellosprecisadeprivilegiosaltos.Sinesterequisitonoesposiblequepuedacorrer.

Losesquemasantesmostradossepuedenobservarenelsiguientegrfico

[SistemaoperativoREAL]|\>[Malware]+[MquinaVirtual]

\>[CopiadelSO]\>[Programasdelusuario]

obienpuedeserdelasiguienteforma:

[Mquinavirtual]\>[SOReal]+[MquinaVirtual]

\>[Mquinavirtual]

\>[SOCopia]\>[Programasdelusuario]

Lasegundaestructuraesmascomplejaynoestanfcilqueselleveacabo.Parapoderhacerestoesnecesarioutilizarlaparavirtualizacinobienunmicroprocesadorconsoporteparavirtualizacin.

CONCLUSION

LasVMhanevolucionadomuchodesdelasprimerasquefueronimplementadasporlosMainframesdeIBM.Sinembargoconelpasodeltiemposepudoverquesemantuvieronlosconceptosiniciales.

Elusodestasbrindasolucionesaproblemasdelosusuarios.Ademsexistendediversostiposparalasdistintasutilidades.Suprincipalaplicacinseharadicadoenelmbitoderedesparaoptimizarlautilizacindelosrecursos(Xen,VmWare,etc.),brindarfuncionesespeciales,compatibilidaddesistemasoperativos(JAVAvirtualmachine)yproporcionarseguridadenmbitosenlosqueesnecesarioprotegerelhardwarefsico.

Apesardelasventajassehapodidoverquepuedenserutilizadasconfinesmaliciosos(Malwares),siendounaformadeataquesofisticadoquepuedecausargrandesdaosenlossistemasafectados.

PodemosconcluirdiciendoquelaslasVMtieneunfuturoextenso,sepuedeobservarcomoelhardwareevolucionaparapoderbrindarlesmayoresfuncionalidadesyposeenunestadodemaduracinquepermitesuutilizacindeformasegura.

Bibliografa

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