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Virtualización de Servidores.
                               Una Solución de Futuro.

           Jesús M. Doña; Juan E. García; Jesús López; Francisco Pascual; Rubén F. Pascual
      Área de Tecnologías y Sistemas de Información. Hospital Universitario Virgen de La Victoria
                      Campus Universitario de Teatinos. 29010, Málaga. España



Resumen.                                               Hoy en día se dan diversas definiciones de lo
                                                       que se denomina virtualización de servidores,
Los sistemas virtualizados en el que los usuarios      aunque todas coinciden en que consiste
finales son capaces de utilizar un único sistema       básicamente en agrupar diferentes aplicaciones
real que comparte sus recursos a través de             y servicios de sistemas heterogéneos dentro de
particiones virtuales representan un importante        un mismo hardware, de forma que los usuarios y
avance dentro de las tecnologías de la                 el propio sistema los vean como máquinas
información. Las ventajas que aporta esta              independientes dedicadas. Para ello, el sistema
tecnología han hecho que la gestión de los             operativo virtualizado debe ver el hardware de
recursos virtualizados se convierta en una             la máquina real como un conjunto normalizado
opción cada vez más usada en los sistemas de           de recursos independientemente de los
información.                                           componentes reales que lo formen.

En este trabajo se presentan los principales           De esta forma, para virtualizar un sistema de
conceptos, pruebas y conclusiones obtenidas en         servidores,    los    administradores     deben,
el Hospital Universitario Virgen de la Victoria        básicamente, optimizar los recursos disponibles,
de Málaga durante la implantación de estos             incluyendo el número y la identidad de los
sistemas en su CTI de servidores con el objetivo       servidores físicos individuales, procesadores, y
de mejorar servicios, reducir costes y aumentar        sistemas operativos, con el objetivo de producir
la seguridad y disponibilidad.                         una mejora tanto en la gestión como en el
                                                       manejo de sistemas informáticos complejos.
Palabras clave: Virtualización, consolidación
de servidores, alta disponibilidad, VMware,            El administrador del sistema virtual utilizará un
XEN, Virtuozzo, Virtual Center, Qemu,                  software para la división del servidor físico en
máquina virtual.                                       entornos virtuales aislados. Estos entornos es lo
                                                       que se conoce técnicamente como servidores
1. Introducción                                        privados virtuales, pero también se pueden
                                                       encontrar referencias como particiones,
La virtualización de servidores se sitúa, en la        instancias, contenedores o emulaciones de
actualidad, en una de las facetas más                  sistemas (Padala et al, 2007a).
importantes dentro de la tendencia de
modernización e implantación de las nuevas
tecnologías en el mundo empresarial.

Estos sistemas incluyen la virtualización del
almacenaje, red, y control de carga de trabajo.

La virtualización en los sistemas informáticos se
usa para paliar, y en muchos casos eliminar, la
infrautilización de servidores, haciendo un uso
más eficiente de los recursos del servidor,
mejorando su disponibilidad, facilitando la               Figura 1. Representación de un modelo de Máquina
recuperación, y descentralizando los servicios                                 Virtual.
de administración.
                                                       En estos últimos años, se han publicado un gran
                                                       número de trabajos que comparan el
funcionamiento de diversos entornos de                El modelo de máquina virtual está basado en la
virtualización para la tecnología x86, tales como     arquitectura cliente/servidor, donde cada cliente
XEN, VMware y UML (Barham et al, 2003;                funciona como una imagen virtual de la capa
Clark et al, 2004; Padala et al, 2007b; Whitaker      hardware. Este modelo permite que el sistema
et al, 2002). Estas comparaciones se han              operativo cliente funcione sin modificaciones.
centrado en la cuantificación de los gastos           Además permite al administrador crear
indirectos de la virtualización y en las ventajas     diferentes sistemas clientes con sistemas
globales que pueden aportar. No obstante, son         operativos independientes entre sí.
pocos los trabajos que además de lo anterior
muestren las distintas fases que se deben             La ventaja principal de este modelo radica en el
cumplir para la implantación práctica de un           desconocimiento por parte de los sistemas
sistema de servidores virtuales, las decisiones a     huésped del sistema hardware real sobre el que
tomar sobre la elección del sistema más               está instalado. Sin embargo, realmente todos los
adecuado, la infraestructura necesaria para           sistemas virtuales hacen uso de recursos
llevarla acabo y los resultados comparativos de       hardwares físicos. Estos recursos son
la situación antes y después de su implantación.      administrados por un sistema denominado
                                                      hypervisor que coordina las instrucciones CPU.
El objetivo de este trabajo es describir cómo se
ha desarrollado un entorno de servidores              El hypervisor es denominado comúnmente
virtuales dentro del Hospital Universitario           monitor de máquina virtual (VMM) y es el
Virgen de la Victoria, los objetivos a cubrir con     encargado de validar todas las peticiones e
este tipo de tecnología dentro de un sistema de       instrucciones de los sistemas virtuales a la CPU,
producción crítico, los recursos hardware antes       supervisando todas las ejecuciones que
y después de la activación del sistema y las          requieran cambios de privilegios. Dos sistemas
mejoras de calidad y servicio obtenidos.              típicos de servidores virtuales son VMware
                                                      (Rosenbblum, 1999; VMware, 2007) y
El artículo se organiza como sigue: en la             Microsoft Virtual Server (Purush et al 2004).
siguiente sección se introducen brevemente los
modelos actuales de virtualización; en la tercera     2.2 Modelo de Máquina Paravirtual
sección se describe el entorno inicial, el sistema
elegido para la implantación del sistema de           El modelo de máquina paravirtual (PVM) se
servidores virtuales y los objetivos a satisfacer.    basa, como el modelo anterior, en la
En la cuarta sección se desarrollan las distintas     arquitectura      cliente/servidor,   incluyendo
fases en la implantación del sistema. En la           también la necesidad de contar con un sistema
quinta sección se muestran los objetivos              monitor. Sin embargo, en este caso, el VMM
satisfechos. Finalmente se exponen las                accede y modifica el código del sistema
conclusiones.                                         operativo    del      sistema    huésped.   Esta
                                                      modificación se conoce como porting. El
2. Modelos de Virtualización                          porting sirve de soporte al VMM para que
                                                      pueda realizar llamadas al sistema directamente.
Los entornos de virtualización se pueden aplicar
para multitud de propósitos. Por ejemplo, la          Al igual que las máquinas virtuales, los sistemas
virtualización se puede utilizar para mantener        paravirtuales son capaces de soportar diferentes
entornos múltiples de software dentro de una          sistemas operativos instalados en el hardware
misma máquina para realizar pruebas o                 real. Modelos de máquinas paravirtuales son
simplemente para que un usuario de escritorio         UML y XEN (Abraham et al, 2003).
pueda ejecutar distintos sistemas operativos. La
tecnología de virtualización se aplica desde hace     2.3 Modelo de Virtualización a nivel de
años en plataformas de servidores comerciales         Sistema Operativo
como VM/370 de IBM o el zOS.
                                                      La virtualización a nivel de sistema operativo se
En la actualidad podemos encontrar tres               diferencia de las anteriores en que, en este caso,
modelos de virtualización (MacAllister, 2007):        no existe un sistema cliente/servidor
el modelo de máquina virtual; el modelo               propiamente dicho. En este modelo el sistema
paravirtual; y la virtualización a nivel de sistema   principal exporta la funcionalidad del sistema
operativo.                                            operativo desde su propio núcleo. Por esta
                                                      razón, los sistemas virtuales usan el mismo
2.1 Modelo de Máquina Virtual                         sistema operativo que el nativo (aunque en la
mayoría de los casos pueden instalar distintas      A continuación se enumeran las desventajas
distribuciones).                                    más significativas que presentan los sistemas
                                                    virtuales.
Esta arquitectura elimina las llamadas del
sistema entre capas, lo que favorece una                •   Necesidad de mayor cantidad de
reducción importante en el uso de CPU.                      recursos hardware del servidor
Además, al compartir los ficheros binarios y                (memoria RAM, procesamiento y
librerías comunes del sistema en la misma                   disco).
máquina, la posibilidad de escalado es mucho
mayor, permitiendo que un mismo servidor                •   Problemas de compatibilidad con los
virtual sea capaz de dar servicio a un gran                 dispositivos Hardware virtualizados.
número de clientes al mismo tiempo. Ejemplos
sistemas que usan virtualización a nivel de             •   Dificultad en la configuración de
sistema operativo son Virtuozzo y Solaris (Sun              servicios de Microsoft Windows
Microsystem, 2004; SWsoft, 2006).                           (Exchange, SQL Server, ...).
2.4 Ventajas de la Virtualización                       •   Vacíos legales respecto al uso de
                                                            licencias virtuales.
Como se ha expuesto, la virtualización de
servicios es una técnica muy extendida en los       Otras desventajas que se suelen asociar a la
sistemas de información actuales (VPN,              virtualización son: la sensación de un
almacenamiento, etcétera). Básicamente la           incremento en la complejidad de los sistemas, la
virtualización nos permite crear en una máquina     aparición de nuevos retos en el testing de las
física varias máquinas virtuales que se             nuevas aplicaciones a implantar y baja
comportan para los sistemas operativos y            disponibilidad de perfiles técnicos especia-
aplicaciones instaladas en ellas como si de una     lizados, entre otros.
máquina real se tratase, es decir que el software
no distingue ninguna diferencia entre una
máquina física y una máquina virtual.
                                                    3. Estado Inicial, Elección del Sistema y
                                                    Objetivos Planteados
Todas las máquinas virtuales pueden
configurarse de forma aislada e independiente       Como consecuencia del constante crecimiento
de las demás, sin influir en el hardware ó en el    de las necesidades de servicios del Hospital
resto de máquinas virtuales. Algunas de sus         Universitario Virgen de la Victoria, el área de
principales ventajas son:                           Tecnologías y Sistemas de Información se
                                                    plantea realizar una reestructuración de los
                                                    servidores que en ese momento daban soporte al
    •    Permite un aislamiento de las
                                                    sistema informático del CTI del Hospital, con el
         particularidades de los dispositivos.
                                                    objetivo de alcanzar un modelo de crecimiento
                                                    que fuera capaz de absorber las nuevas
    •    Conseguimos que el usuario vea los         necesidades de desarrollo.
         recursos que necesita como si fueran
         dedicados.
                                                    Tras diversas reuniones y estudio de las
                                                    posibilidades existentes en el mercado, se
    •    Nos permite homogeneizar todos los         concluye que el modelo más adecuado para
         recursos, por lo que se llega a            cubrir estas necesidades en un plan de futuro
         estandarizar     procedimientos  y         consistirá en adoptar un sistema de
         configuraciones.                           virtualización y consolidación de servidores.
    •    Mejora la tolerancia a fallos.             Inicialmente se realizó un minucioso estudio
                                                    que comprendía, para cada servidor instalado,
Además, la virtualización aporta: ahorro de         información relativa al hardware que lo
costes, mayor eficiencia, flexibilidad y soporte    conforman, carga de trabajo real, consumos de
al uso dinámico de procesos, disminución del        memoria, accesos a discos compartidos, sistema
consumo eléctrico y aumento de la capacidad de      operativo, distribución temporal de accesos, uso
respuesta entre otros.                              de CPU, etcétera.

2.5 Desventajas de la Virtualización
Como resultado de este estudio se obtienen las        •   Existencia de gran número de
siguientes conclusiones:                                  protocolos para la gestión de los
                                                          distintos sistemas.
    •   En la actualidad existen más de 40
        servidores físicos en todo el Hospital,   Para crear el sistema virtualizado se decide
        sistemas heterogéneos tanto en el         reutilizar servidores físicos actualmente en
        hardware sobre el que están instalados    producción sobre los que se montarán los
        (HP      Proliant,   Fujitsu   RX220,     servicios de virtualización. Inicialmente se
        PrimePower,        Primergy,       Dell   dispondrá de tres equipos Fujitsu RX-220, de
        Poweregde, SUN, ...), como en los         esta forma se ajustará el número de sistemas
        sistemas operativos sobre los que se      virtualizados a las posibilidades que brindan
        ejecutan (Windows, Unix, Solaris, …).     estos equipos con el objetivo de poder realizar
        A todo lo anterior se suma el problema    balanceo de carga según uso y proveer alta
        añadido de no estar todas las máquinas    disponibilidad a los sistemas virtualizados.
        centralizadas en el mismo espacio
        físico.                                   Los servidores que se desean virtualizar en una
                                                  primera fase son:
    •   Se estima, motivado por el aumento y
        mejora en los servicios de sanidad, un        1) Antivirus, servidor que se destina al
        crecimiento para los próximos dos años           control y gestión del sistema de
        en torno a los 80-100 servidores                 antivirus corporativo del Hospital. El
        físicos. Por ejemplo en el último mes            sistema operativo sobre el que está
        se solicitaron un total de 5 nuevos              instalado es Windows XP.
        servidores de aplicaciones sólo en el
        departamento de desarrollo.                   2) Oncofarma, servidor que se usa tanto
                                                         por los servicios de Oncología como de
    •   Es necesario la renovación y                     Farmacia del Hospital. El sistema que
        actualización de los servidores más              usa es Windows Server 2003.
        antiguos, además de centralizar la
        localización de los servidores que se         3) Sintrom, servidor en el que se ejecuta
        encuentran fuera del CTI. También es             una aplicación de la empresa externa
        deseable una redistribución de los               Izasa y usado por el servicio de
        servicios para balancear la carga de             Hematología. La aplicación se gestiona
        trabajo de forma más uniforme.                   desde Windows Server 2003.

3.1 Estado Inicial                                    4) Correo electrónico, servidor dedicado a
                                                         dar servicio de correo electrónico al
Las características iniciales previas a la               personal del hospital. Actualmente está
virtualización de los servidores y que se deben          instalado sobre un Linux Suse 7.1.
mejorar son las siguientes:
                                                      5) Digestivo, servidor dedicado al
    •   Es necesario dar buen servicio en los            tratamiento     de    información     y
        picos de demanda.                                estadísticas del servicio de digestivo.
                                                         Soportado sobre Windows XP.
    •   Se requiere disponibilidad 24/7.
                                                      6) Formación, servidor dedicado a dar
    •   La disponibilidad hasta el momento se            soporte a sistemas web Moodle y Wiki
        realiza por medio de la duplicación de           del Hospital. Usa un sistema operativo
        hardware.                                        RedHat Enterprise.

    •   Todos los servicios del Hospital              7) Farmacia, servidor exclusivo del
        solicitan un servidor en exclusiva para          servicio de Farmacia donde se ejecutan
        instalar sus aplicaciones.                       aplicaciones específicas del servicio.
                                                         Está instalado sobre Windows 2003
                                                         server.
    •   Proliferan el número de servidores
        infrautilizados.
8) Ensemble, servidor del departamento             El resultado de las pruebas de virtualización
           de desarrollo instalado sobre RedHat 4          con Microsoft Virtual Server fueron muy
           en el que se ejecutan herramientas de           positivas en cuanto a la instalación de los
           integración de sistemas.                        sistemas Windows, no obstante, los
                                                           sistemas Linux que se desearon virtualizar
3.2 Elección del Sistema                                   dieron un resultado muy pobre. El
                                                           rendimiento global de los sistemas
Para la elección del sistema a usar para                   probados fue muy inferior al producido con
implantar el modelo de virtualización dentro de            otras soluciones como VMware.
nuestro sistema hospitalario, se realizó un
estudio exhaustivo sobre las opciones más              XEN
consolidadas en el mercado.
                                                           Desarrollado por la Universidad de
Las pruebas realizadas sobre versiones de                  Cambridge se presenta como una
evaluación suministradas por los distintos                 herramienta muy competitiva junto con
distribuidores fueron:                                     VMware. En la actualidad se puede
                                                           conseguir con varias distribuciones Linux,
   i.       Replicación     de     servidores    en        la versión probada en el estudio realizado es
            producción.                                    la que se adjunta con la distribución RedHat
                                                           Enterprise     Advanced       Platform.   La
  ii.       Creación de Imágenes de servidores             herramienta dio resultados en rendimientos
            con la herramienta Converter.                  similares a VMware y Virtual Center,
                                                           siendo su principal inconveniente la
 iii.       Creación de máquinas virtuales para            dificultad de aprendizaje, la imposibilidad
            pruebas sobre Linux y Windows de               de admitir drivers de los entornos emulados
            sistemas Windows 2003, Suse, Ubuntu,           (si es posible con Virtual Server o
            Windows Vista y Windows XP.                    VMware), falta de documentación y
                                                           principalmente, imposibilidad de mover
 iv.        Prueba de uso de aplicaciones sobre            sistemas virtuales en caliente (aunque,
            sistemas virtuales.                            notificado por RedHat, en próximas
                                                           versiones sí será posible).
  v.        Montaje de servidores web sobre
            máquinas virtuales.                        Virtuozzo

Los sistemas estudiados fueron:                            Sistema basado en virtualización a nivel de
                                                           sistema operativo, se desestimó por la
VMware Server                                              pérdida de escalabilidad que suponía no
                                                           poder virtualizar sistemas heterogéneos en
        Las pruebas realizadas sobre este sistema          la misma máquina, condición necesaria por
        gratuito de VMware fueron muy                      las características del sistema original.
        satisfactorias, pudiéndose generar máquinas
        virtuales de forma sencilla partiendo de       Q-Emu
        instalaciones desde cero e incluso convertir
        máquinas en funcionamiento con la                  Sistema de virtualización Linux, fue
        herramienta Converter. El rendimiento de           desestimado su uso por lo poco
        los sistemas fue el esperado, presentando          desarrollado que se encuentra en la
        mejoras, aunque no muy significativas, con         actualidad. Se realizaron pruebas básicas
        la instalación de las VMTools. Los test de         sobre su funcionamiento donde se dieron
        mantenimiento, copia y cambio de                   problemas al compilar con drivers. No
        ubicaciones de las máquinas virtuales se           posee interfaz gráfica propia y no se pudo
        realizaron sin problemas significativos, a         encontrar soporte para la aplicación.
        excepción de incompatibilidades con
        algunas aplicaciones que usan SQL Server.      Tras el estudio de estos sistemas de
                                                       virtualización, la consulta de referencias
Microsoft Virtual Server                               especializadas y otras evaluaciones propias, se
                                                       decide optar por el sistema basado en el modelo
                                                       de máquina virtual VMware ESX Server en su
                                                       versión 3.5. Las razones principales para esta
elección fueron principalmente: ser el sistema       Se realizarán ciclos formativos con otras áreas
que mejores resultados produjo en los test           del Hospital para puedan crear sus propias
realizados frente a los otros sistemas estudiados;   librerías de entornos preconfigurados y
poseer gran cantidad de información disponible       fácilmente distribuir estos según sus
en diversos medios, por lo que se facilita su        requerimientos.
aprendizaje y búsqueda de solución ante
conflictos; permite contar con un servicio de        Mejora del mantenimiento de los sistemas.
soporte externo de apoyo; y es además una
herramienta con gran implantación en el              El soporte técnico puede usar las herramientas
mercado.                                             de VMware para obtener y almacenar
                                                     fácilmente las configuraciones del cliente y así
3.3 Objetivos                                        poder conseguir solucionar problemas en sus
                                                     sistemas de una forma más rápida y sencilla.
Los principales objetivos planteados han sido        Además se facilita la realización de migraciones
los siguientes:                                      entre los sistemas.

Creación de un parque de máquinas virtuales.         4. Implantación del Sistema

Donde a través del sistema ESX Server se             Para ilustrar la implantación del sistema de
permita simplificar la infraestructura de            virtualización en el Hospital, se va ha realizar
servidores con el objetivo de que éstos puedan       una división por fases: análisis y pruebas;
ser administrados remotamente y estandarizados       formación; y virtualización.
en una plataforma uniforme.
                                                     Fase 1: Análisis y Pruebas
Consolidación de servidores.
                                                     En una primera fase se realizó el estudio de los
La tecnología de virtualización nos permite          sistemas anteriormente descritos junto con
consolidar varios servidores físicos en un solo      pruebas sobre las versiones de evaluación de las
sistema hardware. Adicionalmente aumenta la          distintas plataformas, con las conclusiones
escalabilidad de cada uno de los servidores al       expuestas en el apartado 3.2.
poder usar mas recursos en función de los
mayores requerimientos que cualquiera de ellos       Además se realizó un exhaustivo proceso de
puedan tener en un momento determinado. Esto         documentación por parte del personal técnico
permitirá lograr una optimización máxima del         del Hospital.
hardware, creando arquitecturas preparadas para
una posterior expansión y escalado.                  El análisis de requisitos y las ampliaciones
                                                     hardwares necesarias para la implantación del
Alta disponibilidad.                                 sistema VMware ESX Server 3.5 también se
                                                     desarrollaron en esta fase.
Al mantener protegidas aplicaciones e
información crítica en una máquina virtual           Tras estudiar las opciones compatibles con ESX
aislada se podrá disponer de servidores virtuales    Server se opta por dedicar 3 servidores Fujitsu
en reserva. Además, se desarrollarán sistemas        RX220 al primer cluster de virtualización. A
para el balanceo de cargas, replicación y            cada servidor se le realiza una ampliación de
soluciones cluster para alta disponibilidad.         memoria RAM a 12 Gb, además se les añade
                                                     una tarjeta de comunicaciones de dos interfaces
Rápida provisión de servidores.                      de fibra óptica para la unión con la cabina de
                                                     discos y otra tarjeta auxiliar para ampliar a 4 las
Se desarrollarán protocolos que permitan             conexiones por giga bit.
disponer de un nuevo servidor haciendo uso de
servidores virtuales preconfigurados lo que          A esta primera fase se le dedicó un total de 3
permitirá disponer de forma más eficiente de         meses.
nuevos entornos de pruebas o de producción.
                                                     Fase 2: Formación
Formación y Demostraciones.
                                                     Una vez seleccionado el sistema y probadas sus
                                                     funcionalidades básicas, se procedió a realizar
un proceso de formación teórico-práctico junto              Para dar soporte a la redundancia en el acceso a
con personal técnico especializado suministrado             la cabina de discos, se cambió la configuración
por Fujitsu.                                                del sistema del Hospital a una configuración
                                                            cruzada. El resultado final es el mostrado en la
El periodo de formación se pudo reducir a una               figura 2.
única semana gracias a la base de conocimientos
adquiridos y a la recopilación de documentación             Una vez finalizada la configuración hardware,
realizado en la fase anterior de análisis y                 se pasó a la instalación de la plataforma de
pruebas.                                                    virtualización. En primer lugar se instaló el
                                                            sistema ESX server en cada una de las
Fase 3: Virtualización de los Sistemas                      particiones de arranque asignadas a los
                                                            servidores RX220 en la cabina de disco.
Esta tercera fase se presentó como la más crítica
de la implantación final, tanto por las                     A continuación se instalaron los servicios de
configuraciones sobre los sistemas existentes ya            licencia y virtual center. En este caso ambos se
en producción, como por las modificaciones en               montaron sobre una máquina virtual fuera del
la infraestructura del Hospital realizadas.                 clúster que se estaba instalando. De esta forma,
                                                            se puede mover el virtual center con facilidad,
En primer lugar se realizó una configuración                además de aumentar la tolerancia a fallos de
básica sobre la BIOS de cada servidor para                  esta aplicación.
adaptarla a los requisitos de la infraestructura
VMware.                                                     En los ordenadores desde los que se realiza el
                                                            control del sistema virtual se instalaron la
A continuación se preparó la cabina de discos               aplicación cliente Infraestructure. El resultado
(Clariion CX400) a través de la interfaz                    final del sistema se muestra en la figura 3.
Navisphere para soportar la creación de los
distintos sistemas virtuales previstos.




                                                            Figura 3. Configuración final del sistema de Virtualización.

                                                            Finalmente se procedió a la virtualización de los
                                                            sistemas seleccionados. Para ello se usó la
Figura 2. Representación de la configuración al acceso de   herramienta Converter. Además se usó el
                  la cabina de discos.                      sistema en pruebas OVF (Open Virtual Machine
                                                            Format) actualmente en versión beta para
Se creó una partición para el              sistema de       aquellas máquinas que se dejaron funcionando
arranque (Boot) de cada Host.              Además se        en VMware tras la fase de pruebas.
reservó un espacio particionado             para cada
procesador de la cabina, con el            objetivo de      Hay que señalar que el uso de la aplicación
aumentar el rendimiento de                 acceso al        OVF no fue directo, presentado diversas
almacenamiento.                                             incompatibilidades en los sistemas de
                                                            almacenamiento: las máquinas virtualizadas en
las pruebas usaban discos IDE locales mientras             Además, aunque no era un objetivo inicial,
que el sistema final hace uso de la cabina de              gracias al modelo de virtualización, el área de
almacenamiento.                                            Tecnologías y Sistemas de Información ha
                                                           podido dar sus primeros pasos en lo que ya se
Para solucionar estos problemas se tuvieron que            conoce como la Green IT: los sistemas de
modificar directamente en los ficheros de                  información ecológicos. La virtualización nos
configuración de cada máquina los registros                permite reducir en un 80-90% el consumo
correspondientes a los drivers de los                      energético del CTI, además de disminuir las
dispositivos a usar.                                       necesidades de refrigeración al reducir el
                                                           número físico de las máquinas.
La duración de esta última fase fue de cinco
semanas.                                                   También hay que considerar el ahorro en costes,
                                                           ya sea por hardware (se reduce la adquisición de
5. Objetivos logrados                                      equipos en, al menos, un 70% para los próximos
                                                           dos años), las horas dedicadas al mantenimiento
Los objetivos finalmente satisfechos con este              de sistemas heterogéneos descentralizados o por
tipo de tecnología dentro de un sistema de                 la reducción en consumo eléctrico.
producción crítico como es un sistema
hospitalario finalmente no fueron todos los                6. Conclusiones
planteados en un inicio, aunque si se
consiguieron cubrir todas las necesidades que se           El objetivo planteado para este trabajo ha sido
describieron en el proyecto.                               realizar una introducción a los distintos sistemas
                                                           de virtualización así como a las plataformas
Por un lado se consiguió una mejora                        disponibles en el mercado. Para ello se han
significativa en el uso de los recursos hardware,          descrito las ventajas e inconvenientes
reutilizando infraestructura existente en el               encontrados en las distintas pruebas realizadas
Hospital, dando servicio a nuevos servidores y             por el servicio de informática para la
trasladando otros al nuevo cluster virtual.                implantación de un entorno de servidores
Además en la actualidad se poseen diversos                 virtuales dentro del Hospital Universitario
entornos dedicados a desarrollos y pruebas que             Virgen de la Victoria. Así como las distintas
posibilitan una mejora en la productividad en              fases y configuraciones usadas para la
cuanto análisis y pruebas se refiere.                      instalación del sistema.

No obstante, no se ha conseguido una mejora                Como se ha mostrado, los pasos básicos
significativa en alta disponibilidad, en parte por         recomendados para la realización de un
las limitaciones físicas del sistema actual.               proyecto de virtualización han sido:
Aunque sí se ha logrado aumentar la resistencia
a fallos y disminuir el impacto sobre los                  Estudio de viabilidad: Análisis y pruebas.
usuarios en caso de fallo en el sistema.
                                                              i. Preguntarse si realmente se necesita
                                                                 virtualizar: Realizar un listado de
                                                                 servidores y servicios, monitorizar el
                                                                 rendimiento de servidores, ...

                                                              ii. Averiguar que se puede virtualizar:
                                                                  Sistemas operativos y arquitecturas
                                                                  soportados, recursos hardware...

                                                              iii. Saber exactamente qué características se
                                                                   busca en la virtualización: Tolerancia a
                                                                   fallos, balanceo, disponibilidad, ahorro,
                                                                   etcétera.

                                                              iv. Selección de plataforma de virtualización
                                                                  adecuada.
 Figura 4. Sistema Final: 3 Host Fujitsu RX220 y Virtual
                         Center.
Formación y diseño del sistema                       entre sistemas que no permiten ser virtualizados
                                                     y existen restricciones hardware importantes
   i. Estudio de los sistemas más adecuados a        entre otros.
      la situación real.
                                                     Todo esto hace que sea necesario realizar un
   ii. Especificación de requisitos de cada          profundo estudio de los sistemas que se tienen,
       máquina virtual: Recursos mínimos y           su funcionamiento y rendimiento real, qué se
       máximos, horarios de carga, S.O., nivel       desea virtualizar, qué puede realmente ser
       de criticidad...                              virtualizado y qué debe continuar funcionando
                                                     en máquinas dedicadas.
   iii. Organización inicial      de    máquinas
        virtuales en físicas.                        Referencias

Implantación                                         Barham P., Dragovic B., Fraser K., Hand S.,
                                                     Harris T., Ho A., Neugebauer R., Pratt I.,
   i.     Creación de las primeras máquinas          Warfield A. Xen and the art of virtualization. In
          virtuales y migración de máquinas en       Proceedings of the 19th ACM Symposium on
          producción.                                Operating Systems Principles (SOSP), pages
                                                     164–177, October 2003.
   ii.    Pruebas de funcionamiento, rendi-
          miento y fallos sobre los sistemas         Clark B., Deshane T., Dow E., Evanchik S.,
          reales en funcionamiento por los           Finlayson M., Herne J. and Matthews J. Xen
          usuarios finales.                          and the Art of Repeated Research. Proceedings
                                                     of the USENIX 2004 Annual Technical
   iii.   Monitorización de los nuevos recursos      Conference, FREENIX Track, pp. 135-144,
          y retroalimentación en la organización     June 2004.
          inicial del proyecto adaptándose a los
          nuevos requisitos que surgen tras la       McAllister, Neil. Server Virtualization. Special
          puesta en funcionamiento.                  report: Virtualization Under the Hood.
                                                     Infoworld. 19-32, Feb, 2007.
   iv.    Generación de documentación técnica,
          protocolos y manuales de uso y             Padala P., Zhu X., Wang Z., Singhal S., and
          mantenimiento.                             Shin K. G. Performance Evaluation of
                                                     Virtualization  Technologies     for  Server
En nuestro caso, tras la realización de un estudio   Consolidation. External Publication, Hewlett-
exhaustivo sobre las distintas opciones de           Packard Development Company, 2007a.
virtualización, el servicio de informática
concluye que el más adecuado por las                 Padala P., Zhu X., Uysal M., Wang Z., Singhal
propiedades y necesidades específicas del            S., Merchant A., Salem K., and Shin K. G.
Hospital Virgen de la Victoria es la plataforma      Adaptive control of virutalized resources in
suministrada por VMware ESX Server. Las              utility computing environments. In Proceedings
propiedades a satisfacer con este tipo de            of the EuroSys, 2007b.
tecnología dentro de un sistema de producción
crítico como es un sistema hospitalario se           Purush R., Woolsey J., Yardumian E. Microsoft
pueden sinterizar en las siguientes: mejora en el    Virtual Server 2005. Dell Power Solutions,
uso de los recursos hardware; aumento de la          October, 77-82, 2004.
productividad al poder desarrollar múltiples
entornos de desarrollo y prueba; mejora en           Rosenblum M. VMware’s Virtual Platform: A
recursos de alta disponibilidad y resistencia a      virtual machine monitor for commodity PCs. In
fallos; y reducción del impacto a los usuarios en    Hot Chips 11: Stanford University, Stanford,
situaciones de fallo.                                CA, August 15–17, 1999.

No obstante, hay que señalar que, como se ha         Sun Microsystems. Solaris Containers – Server
mostrado en este trabajo, la virtualización no es    Virtualization and Manageability, p. 5,
la solución a todos los problemas de crecimiento     September 2004.
y desarrollo de un CTI. En la actualidad
continúan los problemas de incompatibilidades
SWsoft. An Introduction to OS Virtualization
and Virtuozzo. White Paper, July 2006.

Virtualization Overview. Vmware Technology
Network. Technical Resources, Wait Paper,
2007.

Whitaker A., Shaw M., Gribble S. Scale and
Performance in the Denali Isolation Kernel. In
Proceedings of the 5th Symposium on
Operating Systems Design and Implementation
(OSDI 2002), ACM Operating Systems Review,
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Boston, MA, USA, December 2002.

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Virtualizcion de servidores

  • 1. Virtualización de Servidores. Una Solución de Futuro. Jesús M. Doña; Juan E. García; Jesús López; Francisco Pascual; Rubén F. Pascual Área de Tecnologías y Sistemas de Información. Hospital Universitario Virgen de La Victoria Campus Universitario de Teatinos. 29010, Málaga. España Resumen. Hoy en día se dan diversas definiciones de lo que se denomina virtualización de servidores, Los sistemas virtualizados en el que los usuarios aunque todas coinciden en que consiste finales son capaces de utilizar un único sistema básicamente en agrupar diferentes aplicaciones real que comparte sus recursos a través de y servicios de sistemas heterogéneos dentro de particiones virtuales representan un importante un mismo hardware, de forma que los usuarios y avance dentro de las tecnologías de la el propio sistema los vean como máquinas información. Las ventajas que aporta esta independientes dedicadas. Para ello, el sistema tecnología han hecho que la gestión de los operativo virtualizado debe ver el hardware de recursos virtualizados se convierta en una la máquina real como un conjunto normalizado opción cada vez más usada en los sistemas de de recursos independientemente de los información. componentes reales que lo formen. En este trabajo se presentan los principales De esta forma, para virtualizar un sistema de conceptos, pruebas y conclusiones obtenidas en servidores, los administradores deben, el Hospital Universitario Virgen de la Victoria básicamente, optimizar los recursos disponibles, de Málaga durante la implantación de estos incluyendo el número y la identidad de los sistemas en su CTI de servidores con el objetivo servidores físicos individuales, procesadores, y de mejorar servicios, reducir costes y aumentar sistemas operativos, con el objetivo de producir la seguridad y disponibilidad. una mejora tanto en la gestión como en el manejo de sistemas informáticos complejos. Palabras clave: Virtualización, consolidación de servidores, alta disponibilidad, VMware, El administrador del sistema virtual utilizará un XEN, Virtuozzo, Virtual Center, Qemu, software para la división del servidor físico en máquina virtual. entornos virtuales aislados. Estos entornos es lo que se conoce técnicamente como servidores 1. Introducción privados virtuales, pero también se pueden encontrar referencias como particiones, La virtualización de servidores se sitúa, en la instancias, contenedores o emulaciones de actualidad, en una de las facetas más sistemas (Padala et al, 2007a). importantes dentro de la tendencia de modernización e implantación de las nuevas tecnologías en el mundo empresarial. Estos sistemas incluyen la virtualización del almacenaje, red, y control de carga de trabajo. La virtualización en los sistemas informáticos se usa para paliar, y en muchos casos eliminar, la infrautilización de servidores, haciendo un uso más eficiente de los recursos del servidor, mejorando su disponibilidad, facilitando la Figura 1. Representación de un modelo de Máquina recuperación, y descentralizando los servicios Virtual. de administración. En estos últimos años, se han publicado un gran número de trabajos que comparan el
  • 2. funcionamiento de diversos entornos de El modelo de máquina virtual está basado en la virtualización para la tecnología x86, tales como arquitectura cliente/servidor, donde cada cliente XEN, VMware y UML (Barham et al, 2003; funciona como una imagen virtual de la capa Clark et al, 2004; Padala et al, 2007b; Whitaker hardware. Este modelo permite que el sistema et al, 2002). Estas comparaciones se han operativo cliente funcione sin modificaciones. centrado en la cuantificación de los gastos Además permite al administrador crear indirectos de la virtualización y en las ventajas diferentes sistemas clientes con sistemas globales que pueden aportar. No obstante, son operativos independientes entre sí. pocos los trabajos que además de lo anterior muestren las distintas fases que se deben La ventaja principal de este modelo radica en el cumplir para la implantación práctica de un desconocimiento por parte de los sistemas sistema de servidores virtuales, las decisiones a huésped del sistema hardware real sobre el que tomar sobre la elección del sistema más está instalado. Sin embargo, realmente todos los adecuado, la infraestructura necesaria para sistemas virtuales hacen uso de recursos llevarla acabo y los resultados comparativos de hardwares físicos. Estos recursos son la situación antes y después de su implantación. administrados por un sistema denominado hypervisor que coordina las instrucciones CPU. El objetivo de este trabajo es describir cómo se ha desarrollado un entorno de servidores El hypervisor es denominado comúnmente virtuales dentro del Hospital Universitario monitor de máquina virtual (VMM) y es el Virgen de la Victoria, los objetivos a cubrir con encargado de validar todas las peticiones e este tipo de tecnología dentro de un sistema de instrucciones de los sistemas virtuales a la CPU, producción crítico, los recursos hardware antes supervisando todas las ejecuciones que y después de la activación del sistema y las requieran cambios de privilegios. Dos sistemas mejoras de calidad y servicio obtenidos. típicos de servidores virtuales son VMware (Rosenbblum, 1999; VMware, 2007) y El artículo se organiza como sigue: en la Microsoft Virtual Server (Purush et al 2004). siguiente sección se introducen brevemente los modelos actuales de virtualización; en la tercera 2.2 Modelo de Máquina Paravirtual sección se describe el entorno inicial, el sistema elegido para la implantación del sistema de El modelo de máquina paravirtual (PVM) se servidores virtuales y los objetivos a satisfacer. basa, como el modelo anterior, en la En la cuarta sección se desarrollan las distintas arquitectura cliente/servidor, incluyendo fases en la implantación del sistema. En la también la necesidad de contar con un sistema quinta sección se muestran los objetivos monitor. Sin embargo, en este caso, el VMM satisfechos. Finalmente se exponen las accede y modifica el código del sistema conclusiones. operativo del sistema huésped. Esta modificación se conoce como porting. El 2. Modelos de Virtualización porting sirve de soporte al VMM para que pueda realizar llamadas al sistema directamente. Los entornos de virtualización se pueden aplicar para multitud de propósitos. Por ejemplo, la Al igual que las máquinas virtuales, los sistemas virtualización se puede utilizar para mantener paravirtuales son capaces de soportar diferentes entornos múltiples de software dentro de una sistemas operativos instalados en el hardware misma máquina para realizar pruebas o real. Modelos de máquinas paravirtuales son simplemente para que un usuario de escritorio UML y XEN (Abraham et al, 2003). pueda ejecutar distintos sistemas operativos. La tecnología de virtualización se aplica desde hace 2.3 Modelo de Virtualización a nivel de años en plataformas de servidores comerciales Sistema Operativo como VM/370 de IBM o el zOS. La virtualización a nivel de sistema operativo se En la actualidad podemos encontrar tres diferencia de las anteriores en que, en este caso, modelos de virtualización (MacAllister, 2007): no existe un sistema cliente/servidor el modelo de máquina virtual; el modelo propiamente dicho. En este modelo el sistema paravirtual; y la virtualización a nivel de sistema principal exporta la funcionalidad del sistema operativo. operativo desde su propio núcleo. Por esta razón, los sistemas virtuales usan el mismo 2.1 Modelo de Máquina Virtual sistema operativo que el nativo (aunque en la
  • 3. mayoría de los casos pueden instalar distintas A continuación se enumeran las desventajas distribuciones). más significativas que presentan los sistemas virtuales. Esta arquitectura elimina las llamadas del sistema entre capas, lo que favorece una • Necesidad de mayor cantidad de reducción importante en el uso de CPU. recursos hardware del servidor Además, al compartir los ficheros binarios y (memoria RAM, procesamiento y librerías comunes del sistema en la misma disco). máquina, la posibilidad de escalado es mucho mayor, permitiendo que un mismo servidor • Problemas de compatibilidad con los virtual sea capaz de dar servicio a un gran dispositivos Hardware virtualizados. número de clientes al mismo tiempo. Ejemplos sistemas que usan virtualización a nivel de • Dificultad en la configuración de sistema operativo son Virtuozzo y Solaris (Sun servicios de Microsoft Windows Microsystem, 2004; SWsoft, 2006). (Exchange, SQL Server, ...). 2.4 Ventajas de la Virtualización • Vacíos legales respecto al uso de licencias virtuales. Como se ha expuesto, la virtualización de servicios es una técnica muy extendida en los Otras desventajas que se suelen asociar a la sistemas de información actuales (VPN, virtualización son: la sensación de un almacenamiento, etcétera). Básicamente la incremento en la complejidad de los sistemas, la virtualización nos permite crear en una máquina aparición de nuevos retos en el testing de las física varias máquinas virtuales que se nuevas aplicaciones a implantar y baja comportan para los sistemas operativos y disponibilidad de perfiles técnicos especia- aplicaciones instaladas en ellas como si de una lizados, entre otros. máquina real se tratase, es decir que el software no distingue ninguna diferencia entre una máquina física y una máquina virtual. 3. Estado Inicial, Elección del Sistema y Objetivos Planteados Todas las máquinas virtuales pueden configurarse de forma aislada e independiente Como consecuencia del constante crecimiento de las demás, sin influir en el hardware ó en el de las necesidades de servicios del Hospital resto de máquinas virtuales. Algunas de sus Universitario Virgen de la Victoria, el área de principales ventajas son: Tecnologías y Sistemas de Información se plantea realizar una reestructuración de los servidores que en ese momento daban soporte al • Permite un aislamiento de las sistema informático del CTI del Hospital, con el particularidades de los dispositivos. objetivo de alcanzar un modelo de crecimiento que fuera capaz de absorber las nuevas • Conseguimos que el usuario vea los necesidades de desarrollo. recursos que necesita como si fueran dedicados. Tras diversas reuniones y estudio de las posibilidades existentes en el mercado, se • Nos permite homogeneizar todos los concluye que el modelo más adecuado para recursos, por lo que se llega a cubrir estas necesidades en un plan de futuro estandarizar procedimientos y consistirá en adoptar un sistema de configuraciones. virtualización y consolidación de servidores. • Mejora la tolerancia a fallos. Inicialmente se realizó un minucioso estudio que comprendía, para cada servidor instalado, Además, la virtualización aporta: ahorro de información relativa al hardware que lo costes, mayor eficiencia, flexibilidad y soporte conforman, carga de trabajo real, consumos de al uso dinámico de procesos, disminución del memoria, accesos a discos compartidos, sistema consumo eléctrico y aumento de la capacidad de operativo, distribución temporal de accesos, uso respuesta entre otros. de CPU, etcétera. 2.5 Desventajas de la Virtualización
  • 4. Como resultado de este estudio se obtienen las • Existencia de gran número de siguientes conclusiones: protocolos para la gestión de los distintos sistemas. • En la actualidad existen más de 40 servidores físicos en todo el Hospital, Para crear el sistema virtualizado se decide sistemas heterogéneos tanto en el reutilizar servidores físicos actualmente en hardware sobre el que están instalados producción sobre los que se montarán los (HP Proliant, Fujitsu RX220, servicios de virtualización. Inicialmente se PrimePower, Primergy, Dell dispondrá de tres equipos Fujitsu RX-220, de Poweregde, SUN, ...), como en los esta forma se ajustará el número de sistemas sistemas operativos sobre los que se virtualizados a las posibilidades que brindan ejecutan (Windows, Unix, Solaris, …). estos equipos con el objetivo de poder realizar A todo lo anterior se suma el problema balanceo de carga según uso y proveer alta añadido de no estar todas las máquinas disponibilidad a los sistemas virtualizados. centralizadas en el mismo espacio físico. Los servidores que se desean virtualizar en una primera fase son: • Se estima, motivado por el aumento y mejora en los servicios de sanidad, un 1) Antivirus, servidor que se destina al crecimiento para los próximos dos años control y gestión del sistema de en torno a los 80-100 servidores antivirus corporativo del Hospital. El físicos. Por ejemplo en el último mes sistema operativo sobre el que está se solicitaron un total de 5 nuevos instalado es Windows XP. servidores de aplicaciones sólo en el departamento de desarrollo. 2) Oncofarma, servidor que se usa tanto por los servicios de Oncología como de • Es necesario la renovación y Farmacia del Hospital. El sistema que actualización de los servidores más usa es Windows Server 2003. antiguos, además de centralizar la localización de los servidores que se 3) Sintrom, servidor en el que se ejecuta encuentran fuera del CTI. También es una aplicación de la empresa externa deseable una redistribución de los Izasa y usado por el servicio de servicios para balancear la carga de Hematología. La aplicación se gestiona trabajo de forma más uniforme. desde Windows Server 2003. 3.1 Estado Inicial 4) Correo electrónico, servidor dedicado a dar servicio de correo electrónico al Las características iniciales previas a la personal del hospital. Actualmente está virtualización de los servidores y que se deben instalado sobre un Linux Suse 7.1. mejorar son las siguientes: 5) Digestivo, servidor dedicado al • Es necesario dar buen servicio en los tratamiento de información y picos de demanda. estadísticas del servicio de digestivo. Soportado sobre Windows XP. • Se requiere disponibilidad 24/7. 6) Formación, servidor dedicado a dar • La disponibilidad hasta el momento se soporte a sistemas web Moodle y Wiki realiza por medio de la duplicación de del Hospital. Usa un sistema operativo hardware. RedHat Enterprise. • Todos los servicios del Hospital 7) Farmacia, servidor exclusivo del solicitan un servidor en exclusiva para servicio de Farmacia donde se ejecutan instalar sus aplicaciones. aplicaciones específicas del servicio. Está instalado sobre Windows 2003 server. • Proliferan el número de servidores infrautilizados.
  • 5. 8) Ensemble, servidor del departamento El resultado de las pruebas de virtualización de desarrollo instalado sobre RedHat 4 con Microsoft Virtual Server fueron muy en el que se ejecutan herramientas de positivas en cuanto a la instalación de los integración de sistemas. sistemas Windows, no obstante, los sistemas Linux que se desearon virtualizar 3.2 Elección del Sistema dieron un resultado muy pobre. El rendimiento global de los sistemas Para la elección del sistema a usar para probados fue muy inferior al producido con implantar el modelo de virtualización dentro de otras soluciones como VMware. nuestro sistema hospitalario, se realizó un estudio exhaustivo sobre las opciones más XEN consolidadas en el mercado. Desarrollado por la Universidad de Las pruebas realizadas sobre versiones de Cambridge se presenta como una evaluación suministradas por los distintos herramienta muy competitiva junto con distribuidores fueron: VMware. En la actualidad se puede conseguir con varias distribuciones Linux, i. Replicación de servidores en la versión probada en el estudio realizado es producción. la que se adjunta con la distribución RedHat Enterprise Advanced Platform. La ii. Creación de Imágenes de servidores herramienta dio resultados en rendimientos con la herramienta Converter. similares a VMware y Virtual Center, siendo su principal inconveniente la iii. Creación de máquinas virtuales para dificultad de aprendizaje, la imposibilidad pruebas sobre Linux y Windows de de admitir drivers de los entornos emulados sistemas Windows 2003, Suse, Ubuntu, (si es posible con Virtual Server o Windows Vista y Windows XP. VMware), falta de documentación y principalmente, imposibilidad de mover iv. Prueba de uso de aplicaciones sobre sistemas virtuales en caliente (aunque, sistemas virtuales. notificado por RedHat, en próximas versiones sí será posible). v. Montaje de servidores web sobre máquinas virtuales. Virtuozzo Los sistemas estudiados fueron: Sistema basado en virtualización a nivel de sistema operativo, se desestimó por la VMware Server pérdida de escalabilidad que suponía no poder virtualizar sistemas heterogéneos en Las pruebas realizadas sobre este sistema la misma máquina, condición necesaria por gratuito de VMware fueron muy las características del sistema original. satisfactorias, pudiéndose generar máquinas virtuales de forma sencilla partiendo de Q-Emu instalaciones desde cero e incluso convertir máquinas en funcionamiento con la Sistema de virtualización Linux, fue herramienta Converter. El rendimiento de desestimado su uso por lo poco los sistemas fue el esperado, presentando desarrollado que se encuentra en la mejoras, aunque no muy significativas, con actualidad. Se realizaron pruebas básicas la instalación de las VMTools. Los test de sobre su funcionamiento donde se dieron mantenimiento, copia y cambio de problemas al compilar con drivers. No ubicaciones de las máquinas virtuales se posee interfaz gráfica propia y no se pudo realizaron sin problemas significativos, a encontrar soporte para la aplicación. excepción de incompatibilidades con algunas aplicaciones que usan SQL Server. Tras el estudio de estos sistemas de virtualización, la consulta de referencias Microsoft Virtual Server especializadas y otras evaluaciones propias, se decide optar por el sistema basado en el modelo de máquina virtual VMware ESX Server en su versión 3.5. Las razones principales para esta
  • 6. elección fueron principalmente: ser el sistema Se realizarán ciclos formativos con otras áreas que mejores resultados produjo en los test del Hospital para puedan crear sus propias realizados frente a los otros sistemas estudiados; librerías de entornos preconfigurados y poseer gran cantidad de información disponible fácilmente distribuir estos según sus en diversos medios, por lo que se facilita su requerimientos. aprendizaje y búsqueda de solución ante conflictos; permite contar con un servicio de Mejora del mantenimiento de los sistemas. soporte externo de apoyo; y es además una herramienta con gran implantación en el El soporte técnico puede usar las herramientas mercado. de VMware para obtener y almacenar fácilmente las configuraciones del cliente y así 3.3 Objetivos poder conseguir solucionar problemas en sus sistemas de una forma más rápida y sencilla. Los principales objetivos planteados han sido Además se facilita la realización de migraciones los siguientes: entre los sistemas. Creación de un parque de máquinas virtuales. 4. Implantación del Sistema Donde a través del sistema ESX Server se Para ilustrar la implantación del sistema de permita simplificar la infraestructura de virtualización en el Hospital, se va ha realizar servidores con el objetivo de que éstos puedan una división por fases: análisis y pruebas; ser administrados remotamente y estandarizados formación; y virtualización. en una plataforma uniforme. Fase 1: Análisis y Pruebas Consolidación de servidores. En una primera fase se realizó el estudio de los La tecnología de virtualización nos permite sistemas anteriormente descritos junto con consolidar varios servidores físicos en un solo pruebas sobre las versiones de evaluación de las sistema hardware. Adicionalmente aumenta la distintas plataformas, con las conclusiones escalabilidad de cada uno de los servidores al expuestas en el apartado 3.2. poder usar mas recursos en función de los mayores requerimientos que cualquiera de ellos Además se realizó un exhaustivo proceso de puedan tener en un momento determinado. Esto documentación por parte del personal técnico permitirá lograr una optimización máxima del del Hospital. hardware, creando arquitecturas preparadas para una posterior expansión y escalado. El análisis de requisitos y las ampliaciones hardwares necesarias para la implantación del Alta disponibilidad. sistema VMware ESX Server 3.5 también se desarrollaron en esta fase. Al mantener protegidas aplicaciones e información crítica en una máquina virtual Tras estudiar las opciones compatibles con ESX aislada se podrá disponer de servidores virtuales Server se opta por dedicar 3 servidores Fujitsu en reserva. Además, se desarrollarán sistemas RX220 al primer cluster de virtualización. A para el balanceo de cargas, replicación y cada servidor se le realiza una ampliación de soluciones cluster para alta disponibilidad. memoria RAM a 12 Gb, además se les añade una tarjeta de comunicaciones de dos interfaces Rápida provisión de servidores. de fibra óptica para la unión con la cabina de discos y otra tarjeta auxiliar para ampliar a 4 las Se desarrollarán protocolos que permitan conexiones por giga bit. disponer de un nuevo servidor haciendo uso de servidores virtuales preconfigurados lo que A esta primera fase se le dedicó un total de 3 permitirá disponer de forma más eficiente de meses. nuevos entornos de pruebas o de producción. Fase 2: Formación Formación y Demostraciones. Una vez seleccionado el sistema y probadas sus funcionalidades básicas, se procedió a realizar
  • 7. un proceso de formación teórico-práctico junto Para dar soporte a la redundancia en el acceso a con personal técnico especializado suministrado la cabina de discos, se cambió la configuración por Fujitsu. del sistema del Hospital a una configuración cruzada. El resultado final es el mostrado en la El periodo de formación se pudo reducir a una figura 2. única semana gracias a la base de conocimientos adquiridos y a la recopilación de documentación Una vez finalizada la configuración hardware, realizado en la fase anterior de análisis y se pasó a la instalación de la plataforma de pruebas. virtualización. En primer lugar se instaló el sistema ESX server en cada una de las Fase 3: Virtualización de los Sistemas particiones de arranque asignadas a los servidores RX220 en la cabina de disco. Esta tercera fase se presentó como la más crítica de la implantación final, tanto por las A continuación se instalaron los servicios de configuraciones sobre los sistemas existentes ya licencia y virtual center. En este caso ambos se en producción, como por las modificaciones en montaron sobre una máquina virtual fuera del la infraestructura del Hospital realizadas. clúster que se estaba instalando. De esta forma, se puede mover el virtual center con facilidad, En primer lugar se realizó una configuración además de aumentar la tolerancia a fallos de básica sobre la BIOS de cada servidor para esta aplicación. adaptarla a los requisitos de la infraestructura VMware. En los ordenadores desde los que se realiza el control del sistema virtual se instalaron la A continuación se preparó la cabina de discos aplicación cliente Infraestructure. El resultado (Clariion CX400) a través de la interfaz final del sistema se muestra en la figura 3. Navisphere para soportar la creación de los distintos sistemas virtuales previstos. Figura 3. Configuración final del sistema de Virtualización. Finalmente se procedió a la virtualización de los sistemas seleccionados. Para ello se usó la Figura 2. Representación de la configuración al acceso de herramienta Converter. Además se usó el la cabina de discos. sistema en pruebas OVF (Open Virtual Machine Format) actualmente en versión beta para Se creó una partición para el sistema de aquellas máquinas que se dejaron funcionando arranque (Boot) de cada Host. Además se en VMware tras la fase de pruebas. reservó un espacio particionado para cada procesador de la cabina, con el objetivo de Hay que señalar que el uso de la aplicación aumentar el rendimiento de acceso al OVF no fue directo, presentado diversas almacenamiento. incompatibilidades en los sistemas de almacenamiento: las máquinas virtualizadas en
  • 8. las pruebas usaban discos IDE locales mientras Además, aunque no era un objetivo inicial, que el sistema final hace uso de la cabina de gracias al modelo de virtualización, el área de almacenamiento. Tecnologías y Sistemas de Información ha podido dar sus primeros pasos en lo que ya se Para solucionar estos problemas se tuvieron que conoce como la Green IT: los sistemas de modificar directamente en los ficheros de información ecológicos. La virtualización nos configuración de cada máquina los registros permite reducir en un 80-90% el consumo correspondientes a los drivers de los energético del CTI, además de disminuir las dispositivos a usar. necesidades de refrigeración al reducir el número físico de las máquinas. La duración de esta última fase fue de cinco semanas. También hay que considerar el ahorro en costes, ya sea por hardware (se reduce la adquisición de 5. Objetivos logrados equipos en, al menos, un 70% para los próximos dos años), las horas dedicadas al mantenimiento Los objetivos finalmente satisfechos con este de sistemas heterogéneos descentralizados o por tipo de tecnología dentro de un sistema de la reducción en consumo eléctrico. producción crítico como es un sistema hospitalario finalmente no fueron todos los 6. Conclusiones planteados en un inicio, aunque si se consiguieron cubrir todas las necesidades que se El objetivo planteado para este trabajo ha sido describieron en el proyecto. realizar una introducción a los distintos sistemas de virtualización así como a las plataformas Por un lado se consiguió una mejora disponibles en el mercado. Para ello se han significativa en el uso de los recursos hardware, descrito las ventajas e inconvenientes reutilizando infraestructura existente en el encontrados en las distintas pruebas realizadas Hospital, dando servicio a nuevos servidores y por el servicio de informática para la trasladando otros al nuevo cluster virtual. implantación de un entorno de servidores Además en la actualidad se poseen diversos virtuales dentro del Hospital Universitario entornos dedicados a desarrollos y pruebas que Virgen de la Victoria. Así como las distintas posibilitan una mejora en la productividad en fases y configuraciones usadas para la cuanto análisis y pruebas se refiere. instalación del sistema. No obstante, no se ha conseguido una mejora Como se ha mostrado, los pasos básicos significativa en alta disponibilidad, en parte por recomendados para la realización de un las limitaciones físicas del sistema actual. proyecto de virtualización han sido: Aunque sí se ha logrado aumentar la resistencia a fallos y disminuir el impacto sobre los Estudio de viabilidad: Análisis y pruebas. usuarios en caso de fallo en el sistema. i. Preguntarse si realmente se necesita virtualizar: Realizar un listado de servidores y servicios, monitorizar el rendimiento de servidores, ... ii. Averiguar que se puede virtualizar: Sistemas operativos y arquitecturas soportados, recursos hardware... iii. Saber exactamente qué características se busca en la virtualización: Tolerancia a fallos, balanceo, disponibilidad, ahorro, etcétera. iv. Selección de plataforma de virtualización adecuada. Figura 4. Sistema Final: 3 Host Fujitsu RX220 y Virtual Center.
  • 9. Formación y diseño del sistema entre sistemas que no permiten ser virtualizados y existen restricciones hardware importantes i. Estudio de los sistemas más adecuados a entre otros. la situación real. Todo esto hace que sea necesario realizar un ii. Especificación de requisitos de cada profundo estudio de los sistemas que se tienen, máquina virtual: Recursos mínimos y su funcionamiento y rendimiento real, qué se máximos, horarios de carga, S.O., nivel desea virtualizar, qué puede realmente ser de criticidad... virtualizado y qué debe continuar funcionando en máquinas dedicadas. iii. Organización inicial de máquinas virtuales en físicas. Referencias Implantación Barham P., Dragovic B., Fraser K., Hand S., Harris T., Ho A., Neugebauer R., Pratt I., i. Creación de las primeras máquinas Warfield A. Xen and the art of virtualization. In virtuales y migración de máquinas en Proceedings of the 19th ACM Symposium on producción. Operating Systems Principles (SOSP), pages 164–177, October 2003. ii. Pruebas de funcionamiento, rendi- miento y fallos sobre los sistemas Clark B., Deshane T., Dow E., Evanchik S., reales en funcionamiento por los Finlayson M., Herne J. and Matthews J. Xen usuarios finales. and the Art of Repeated Research. Proceedings of the USENIX 2004 Annual Technical iii. Monitorización de los nuevos recursos Conference, FREENIX Track, pp. 135-144, y retroalimentación en la organización June 2004. inicial del proyecto adaptándose a los nuevos requisitos que surgen tras la McAllister, Neil. Server Virtualization. Special puesta en funcionamiento. report: Virtualization Under the Hood. Infoworld. 19-32, Feb, 2007. iv. Generación de documentación técnica, protocolos y manuales de uso y Padala P., Zhu X., Wang Z., Singhal S., and mantenimiento. Shin K. G. Performance Evaluation of Virtualization Technologies for Server En nuestro caso, tras la realización de un estudio Consolidation. External Publication, Hewlett- exhaustivo sobre las distintas opciones de Packard Development Company, 2007a. virtualización, el servicio de informática concluye que el más adecuado por las Padala P., Zhu X., Uysal M., Wang Z., Singhal propiedades y necesidades específicas del S., Merchant A., Salem K., and Shin K. G. Hospital Virgen de la Victoria es la plataforma Adaptive control of virutalized resources in suministrada por VMware ESX Server. Las utility computing environments. In Proceedings propiedades a satisfacer con este tipo de of the EuroSys, 2007b. tecnología dentro de un sistema de producción crítico como es un sistema hospitalario se Purush R., Woolsey J., Yardumian E. Microsoft pueden sinterizar en las siguientes: mejora en el Virtual Server 2005. Dell Power Solutions, uso de los recursos hardware; aumento de la October, 77-82, 2004. productividad al poder desarrollar múltiples entornos de desarrollo y prueba; mejora en Rosenblum M. VMware’s Virtual Platform: A recursos de alta disponibilidad y resistencia a virtual machine monitor for commodity PCs. In fallos; y reducción del impacto a los usuarios en Hot Chips 11: Stanford University, Stanford, situaciones de fallo. CA, August 15–17, 1999. No obstante, hay que señalar que, como se ha Sun Microsystems. Solaris Containers – Server mostrado en este trabajo, la virtualización no es Virtualization and Manageability, p. 5, la solución a todos los problemas de crecimiento September 2004. y desarrollo de un CTI. En la actualidad continúan los problemas de incompatibilidades
  • 10. SWsoft. An Introduction to OS Virtualization and Virtuozzo. White Paper, July 2006. Virtualization Overview. Vmware Technology Network. Technical Resources, Wait Paper, 2007. Whitaker A., Shaw M., Gribble S. Scale and Performance in the Denali Isolation Kernel. In Proceedings of the 5th Symposium on Operating Systems Design and Implementation (OSDI 2002), ACM Operating Systems Review, Winter 2002 Special Issue, pages 195- 210, Boston, MA, USA, December 2002.