Virtualización completa: uso de máquinas virtuales

Objetivos

  1. Conocer las diferentes tecnologías y herramientas de virtualización tanto para procesamiento, comunicación y almacenamiento.

  2. Diseñar, construir y analizar las prestaciones de un centro de proceso de datos virtual.

  3. Documentar y mantener una plataforma virtual.

  4. Realizar tareas de administración de infraestructuras virtuales.

Introducción

El objetivo de las plataformas de virtualización es, eventualmente, crear y gestionar una máquina virtual completa que funcione de forma aislada del resto del sistema y que permita trabajar con sistemas virtualizados de forma flexible, escalable y adaptada a cualquier objetivo. Eventualmente, el objetivo de este este tema es aprender a crear infraestructura como servicio tal como vimos en el primer tema. Para ello necesitamos configurar una serie de infraestucturas virtuales, especialmente almacenamiento.

Los programas que permiten crear infraestructuras virtuales completas se denominan hipervisores. Un hipervisor permite manejar las diferentes infraestructuras desde línea de órdenes o mediante un programa, y a su vez se habla de dos tipos de hipervisores: los de tipo I o bare metal que se ejecutan directamente sobre el hardware (es decir, el sistema arranca con ellos) y los de tipo II o alojados, que se ejecutan dentro de un sistema operativo tradicional como un módulo del núcleo o simplemente un programa. En muchos casos la diferencia no está clara, porque hay hipervisores que son distribuciones de un sistema operativo con módulos determinados y por lo tanto de Tipo II (si consideramos el módulo) o de Tipo I (si consideramos el sistema operativo completo), y en todo caso la distinción es más académica que funcional; en la práctica, en la mayoría de los casos nos vamos a encontrar con hipervisores alojados que se ejecutan desde un sistema operativo.

Ilustración de los dos tipos de hipervisores (alojada en la Wikipedia)

Para apoyar la virtualización, casi todos los procesadores actuales y especialmente los de las líneas más populares basadas en la arquitectura x86 tienen una serie de instrucciones que permiten usarla de manera segura y eficiente. Esta arquitectura tiene dos ramas: la Intel y la AMD, cada uno de los cuales tiene un conjunto de instrucciones diferentes para llevarla a cabo. Aunque la mayoría de los procesadores lo incluyen, los portátiles de gama baja y algunos ordenadores de sobremesa antiguos no la incluyen, por lo que habrá que comprobar si nuestro procesador lo hace. Si no lo hiciera, se habla de paravirtualización en la que los hipervisores tienen que interpretar cada imagen del sistema operativo que alojan (llamado invitado) y convertirla en instrucciones del que aloja (llamado anfitrión o host). La mayor parte de los hipervisores, como Xen o KVM incluyen también la capacidad de paravirtualizar ciertos sistemas operativos en caso de que los anfitriones no tengan soporte; por ejemplo, KVM se ha asociado con QEMU que lo usa en caso de que el procesador tenga soporte.

A continuación veremos el uso básico de estos sistemas de virtualización basándonos, sobre todo, en uno de ellos KVM.

Creando máquinas virtuales desde la línea de órdenes.

Crear una máquina virtual requiere seguir un proceso similar a la construcción e instalación del sistema operativo de un ordenador por primera vez: hay que montar los discos, conectar una unidad externa donde tengamos los discos de instalación, y a partir de ahí simplemente llevar a cabo la instalación a mano con la única diferencia que nuestro sistema invitado estará ejecutándose como un proceso (que crea una serie de procesos aislados) dentro de nuestro sistema anfitrión y que lo veremos en una ventana del mismo.

Vamos a usar en estos ejemplos KVM, por ser un sistema fácil de usar, pero el proceso en otros hipervisores, incluyendo los sistemas gráficos, será similar.

Instalar los paquetes necesarios para usar KVM. Se pueden seguir estas instrucciones. Ya lo hicimos en el primer tema, pero volver a comprobar si nuestro sistema está preparado para ejecutarlo o hay que conformarse con la paravirtualización.

A continuación hay que crear un disco duro virtual en formato QCOW2 como hemos visto anteriormente y descargar una distribución de algún sistema operativo, por ejemplo Debian.

Dado que KVM es un módulo del kernel, puede que no esté cargado por defecto. Dependiendo del procesador que usemos, lo cargamos con

sudo modprobe kvm-amd

o

sudo modprobe kvm-intel

Con los ficheros de almacenamiento virtual y una ISO para poder arrancar el sistema ya podemos arrancar KVM para instalarlo usando, por ejemplo

qemu-system-x86_64 -hda /media/Backup/Isos/discovirtual.img -cdrom	~/tmp/debian-7.3.0-i386-netinst.iso

La opción -hda indica el fichero en el que se va a alojar el sistema operativo instalado y -cdrom recibe el camino a la ISO en la que está el sistema que se va a instalar, en este caso la versión netinstque contiene un sistema operativo mínimo que se instala en su mayor parte desde la red. El disco duro creado debe tener espacio suficiente para alojar al sistema operativo, pero puede ser, como en este caso, un fichero disperso que se irá llenando según se vaya ocupando. Este almacenamiento virtual puede estar en cualquier lugar del sistema operativo, incluyendo tarjetas o pendrives; la diferencia, principalmente, será la velocidad paro para pruebas se puede usar cualquier dispositivo.

Si se ha cortado la instalación o ha habido algún problema el comando anterior tratará de arrancar de todas formas del disco duro. Se puede cortar la máquina virtual simplemente cerrando la ventana y tratar de arrancar de nuevo empezando por el CD virtual usando

qemu-system-x86_64 -hda otro-disco.img -cdrom picaros-diego-b.iso
-boot once=d

con -boot se le indica el orden de arranque; once indica que sólo va a ser así esta vez y d, como antiguamente, es el CD

  1. Crear varias máquinas virtuales con algún sistema operativo libre tal como Linux o BSD. Si se quieren distribuciones que ocupen poco espacio con el objetivo principalmente de hacer pruebas se puede usar CoreOS (que sirve como soporte para Docker) GALPon Minino, hecha en Galicia para el mundo, Damn Small Linux, SliTaz (que cabe en 35 megas) y ttylinux (basado en línea de órdenes solo).

  2. Hacer un ejercicio equivalente usando otro hipervisor como Xen, VirtualBox o Parallels.

En esta guía se explica cómo trabajar con KVM usando VMM, o virtual machine manager, una herramienta gráfica que trabaja sobre KVM

La máquina virtual, una vez instalada, se puede arrancar directamente desde el fichero en el que la hemos instalado, usando una orden tal como esta

qemu-system-x86_64 -boot order=c -drive	file=/media/Backup/Isos/discovirtual.img,if=virtio

En este caso no necesitamos pegarle el CD, sino que le indicamos en qué orden tienen que arrancar (usando el DD, en este caso) y mediante -drive le indicamos que use virtio, una paravirtualización de la entrada/salida que permite acceso mucho más rápido al disco; esto se lo indicamos mediante la segunda opción if al argumento.

Crear un benchmark de velocidad de entrada salida y comprobar la diferencia entre usar paravirtualización y arrancar la máquina virtual simplemente con

qemu-system-x86_64 -hda /media/Backup/Isos/discovirtual.img

Cuando se tienen varias máquinas funcionando no hace falta que se abran ventanas para cada una de ellas, pero el problema es interaccionar con las mismas. Lo podemos hacer de diferentes formas, pero una de ellas es arrancarlas dentro de un servidor VNC con una orden como esta

	qemu-system-x86_64 -hda /media/Backup/Isos/discovirtual.img -vnc :1

Con esto podemos conectar a la máquina virtual usando algún cliente de VNC tal como vinagre. Hay múltiples opciones más en la línea de órdenes, que nos permiten establecer los tipos de CPU, todo tipo de periféricos, tamaño de memoria (son 128 megas por omisión) o nombre del invitado.

Crear una máquina virtual Linux con 512 megas de RAM y entorno gráfico LXDE a la que se pueda acceder mediante VNC y ssh.

Trabajando con máquinas virtuales en la nube

Azure permite, tras la creación de almacenamiento virtual, la creación de máquinas virtuales, como es natural. Se puede crear una máquina virtual desde el panel de control, pero también desde la línea de órdenes. Primero hay que saber qué imágenes hay disponibles:

azure vm image list

Por ejemplo, se puede escoger la imagen b39f27a8b8c64d52b05eac6a62ebad85__Ubuntu_DAILY_BUILD-trusty-14_04-LTS-amd64-server-20131221-en-us-30GB de la última versión de Ubuntu (para salir dentro de cuatro meses) o alguna más probada como la b39f27a8b8c64d52b05eac6a62ebad85__Ubuntu-13_10-amd64-server-20131215-en-us-30GB Con

azure vm image show b39f27a8b8c64d52b05eac6a62ebad85__Ubuntu-13_10-amd64-server-20131215-en-us-30GB

nos muestra detalles sobre la imagen; entre otras cosas dónde está disponible y sobre si es Premium o no (en este caso no lo es). Con esta (o con otra) podemos crear una máquina virtual

azure vm create peasomaquina b39f27a8b8c64d52b05eac6a62ebad85__Ubuntu-13_10-amd64-server-20131215-en-us-30GB peasousuario PeasoD2clav= --location "West Europe" --ssh

En esta clave tenemos que asignar un nombre de máquina (que se convertirá en un nombre de dominio peasomaquina.cloudapp.net, un nombre de usuario (como peasousuario) que será el superusuario de la máquina, una clave como PeasoD2clav= que debe incluir mayúsculas, minúsculas, números y caracteres especiales (no uséis esta, hombre), una localización que en nuestro caso, para producción, será conveniente que sea West Europa pero que para probar podéis llevárosla a la localización exótica que queráis y, finalmente, para poder acceder a ella mediante ssh, la última opción, si no no tengo muy claro cómo se podrá acceder. Una vez hecho esto, conviene que se cree un par clave pública/privada y se copie al mismo para poder acceder fácilmente.

La máquina todavía no está funcionando. Con azure vm list nos muestra las máquinas virtuales que tenemos y el nombre que se le ha asignado y finalmente con azure vm start se arranca la máquina y podemos conectarnos con ella usando ssh Una de las primeras cosas que hay que hacer cuando se arranque es actualizar el sistema para evitar problemas de seguridad. A partir de ahí, podemos instalar lo que queramos. El arranque tarda cierto tiempo y dependerá de la disponibilidad de recursos; evidentemente, mientras no esté arrancada no se puede usar, pero conviene de todas formas apagarla con

azure vm shutdown maquina

cuando terminemos la sesión y no sea necesaria, sobre todo porque, dado que se pagan por tiempo de uso, se puede incurrir en costes innecesarios.

Crear una máquina virtual ubuntu e instalar en ella alguno de los servicios que estamos usando en el proyecto de la asignatura.

Trabajar con estas máquinas virtuales como se tratara de máquinas reales no tiene mucho sentido. El uso de infraestructuras virtuales, precisamente, lo que permite es automatizar la creación y provisionamiento de las mismas de forma que se puedan crear y configurar máquinas en instantes y personalizarlas de forma masiva. Veremos como hacerlo en el siguiente tema.

Automatizando la creación de máquinas virtuales

Una máquina virtual es, desde el punto de vista del administrador, algo parecido a una máquina real: se arranca con el disco de instalación y a partir de ahí se instala manualmente. Sin embargo, se puede intentar también crear automáticamente un disco duro con al menos parte de las herramientas necesarias y arrancar a partir de ahí. A este tipo de actividad se le llama provisionar y hay muchas herramientas útiles para ello, pero esencialmente todas hacen lo mismo: crear un dispositivo virtual de almacenamiento e instalar paquetes en él sin necesidad de arrancar la máquina virtual. Este almacenamiento, posteriormente, se puede agregar luego a la máquina virtual que se desee o bien usarse para arrancar una máquina virtual desde él. La ventaja que tiene este tipo de programas es que permite automatizar la creación de máquinas virtuales y hacerlo masivamente. La desventaja es que, a priori, es específico del sistema operativo, aunque veremos más adelante formas de hacerlo independiente.

Hay diferentes herramientas que se pueden usar para este tipo de provisionamiento; Cobbler es una de ellas. Cobbler permite trabajar no sólo con almacenamiento virtual, sino también con cualquier dispositivo conectado por red que se pueda acceder desde fuera con diferentes protocolos. Sin embargo, esta herramienta es un poco más avanzada y, para el propósito de este artículo, vamos a usar ubuntu-vm-builder (que se llamaba previamente python-vm-builder), una herramienta escrita en Python que permite, desde la línea de órdenes, crear una imagen virtual con las características que le demos. ubuntu-vm-builder necesita tener un hipervisor funcionando; puede trabajar con Xen, VMWare, kvm y vmserver. Sólo trabaja con una distribución: Ubuntu (jolines, que se llama ubuntu-vm-builder, ¿qué te esperabas?).

Por otro lado, también puede usar virt-manager para gestionar las máquinas virtuales creadas, así que habrá que instalar una serie de utilidades para echarlo a andar:

sudo ubuntu-vm-builder kvm virt-manager

Con eso ya podemos crear una imagen para usar

sudo vmbuilder kvm ubuntu --suite precise --flavour server 
	 -o --dest /un/directorio/vacío --hostname paraiv --domain paraiv

Esta orden crea, usando el hipervisor kvm, una instalación de Ubuntu Precise Pangolin, o sea, 12.04. La versión más moderna que tienen es la 12.04, así que no sé yo el futuro que tiene esta herramienta, que en todo caso se puede usar para hacer una serie de pruebas. Por otro lado, con flavour se indica el sabor, que puede ser para distros modernas (aunque no demasiado) o virtual o la versión server que es la que elegimos aquí. La siguiente opción -o sobreescribe el contenido de la imagen si existiera y el resto asigna tanto un nombre externo que podamos usar nosotros desde virt-manager(domain) aunque ahora mismo hay un bug que impide usarlo correctamente, como un hombre interno para el propio ordenador.

Esta orden creará, tras una buena cantidad de minutos, un fichero de nombre ignoto (algo así como tmpGAPl8O.qcow2) en el que habrá una distribución Ubuntu instalada con un solo usuario, ubuntu con la misma clave. Como no se le ha indicado ninguna personalización, tendrá el teclado en inglés y la hora que le parezca bien. Una vez construido podemos arrancarlo con

sudo qemu-system-x86_64 -drive file=/directorio/donde/este/tmpGAPl8O.qcow2,if=none,id=drive-ide0-0-0,format=qcow2

y trabajar con ella, o directamente con

sudo qemu-system-x86_64 -hda /que/me/dir/tmpGAPl8O.qcow2

que carga el sistema del disco duro virtual creado.

Instalar una máquina virtual con Linux Mint para el hipervisor que tengas instalado.

Como la máquina creada anteriormente necesita más trabajo todavía que una máquina instalada desde una ISO (por aquello de que necesita instalar idioma, usuarios y demás), en realidad ubuntu-vm-builder permite configurar el tamaño del disco, la IP, qué mirror se va a usar para descargar los paquetes, usuarios, claves y también qué paquetes se van a instalar, al menos en el caso de los más comunes. En todo caso, este programa permite crear configuraciones de forma fácil y reproducible usando una sola orden.

Aparentemente, los errores señalados arriba están siendo solucionados pero no se encuentran en las últimas versiones disponibles en los repositorios.

A dónde ir desde aquí

En el siguiente tema pondremos en práctica todos los conceptos aprendidos en este tema y el tema relacionado con el almacenamiento para crear configuraciones que sean fácilmente gestionables y adaptables a un fin determinado. Antes, habrá que hacer y entregar el último hito.

Si lo que necesitas es un sistema ligero de virtualización, puedes mirar cómo virtualizar con contenedores.