Con la llegada de era de la digitalización, la revolución tecnológica avanza a pasos agigantados dando lugar a nuevos sistemas y avances que van abriéndose camino entre la multitud tecnológica como es la máquina virtual (VM).
Las máquinas virtuales, han cambiado la forma en que interactuamos con la informática y con la gestión de sistemas transformando la forma de abordar los desafíos informáticos por parte de profesionales de IT, programadores y entusiastas tecnológicos.
Acompáñanos en este recorrido tecnológico donde profundizaremos sobre las máquinas virtuales.
¿Qué es una máquina virtual?
Para comprender el concepto de forma clara, una máquina virtual es un ordenador simulado dentro de un ordenador real.
Hablando de forma más técnica, La máquina virtual (VM por sus siglas en inglés) corresponde a un ordenador que se ejecuta de forma completa en software en vez de hardware físico (host) con la misión de emular o replicar la funcionalidad de un sistema operativo u ordenador diferente.
Para los usuarios, el uso de la máquina virtual es el mismo que el de los ordenadores normales. Disponen de un sistema operativo (SO), ejecutan programas, almacenan archivos, así como tienen componentes de hardware virtuales. Como las VM se basan solo software, necesitan los recursos de hardware de un ordenador (host) para su utilización.
Varias Máquinas Virtuales se pueden ejecutar desde un solo ordenador, aunque dispongan de funcionalidades y sistemas operativos diferentes.
Gracias a las VM, las empresas pueden optimizar el rendimiento de la red ofreciendo soluciones de seguridad en los servidores, así como soluciones de software en la nube. Igualmente, las máquinas virtuales ayudan a la reducción de costes.
Tipos de máquinas virtuales
En función del tipo de máquina virtual utilizado, estas pueden realizar diferentes tareas.
Las podemos dividir en dos categorías:
Máquina virtual de proceso
Este tipo de máquina virtual permite la ejecución de algunas herramientas como si la funcionalidad estuviese incorporada en la misma. Las VM de procesos pueden crear un entorno de programa aislado de la plataforma al encubrir el sistema operativo del host y la información sobre el hardware.
Máquina virtual de sistema
Una máquina virtual de sistema, es un entorno de software que emula un sistema operativo completo y que permite ejecutar múltiples sistemas operativos simultáneamente en un solo hardware físico. A diferencia de las máquinas virtuales de proceso, que emulan solo aplicaciones específicas, las máquinas virtuales de sistemas replican la totalidad de un sistema informático, proporcionando a cada VM un conjunto completo de recursos de sistema, incluyendo la CPU, memoria, almacenamiento y periféricos.
Utilidad de las máquinas virtuales
Las máquinas virtuales (VM) se utilizan para una variedad de propósitos en el ámbito de la informática y la tecnología de la información.
Entre sus aplicaciones, están las siguientes:
- Ejecución de múltiples servidores virtuales en un solo servidor físico, optimizando el uso de recursos y reduciendo costes de hardware, espacio y energía.
- Otra utilidad, para los desarrolladores, es la creación de entornos de prueba que simulen diferentes configuraciones de hardware y software, facilitando el desarrollo y la depuración de aplicaciones en entornos controlados y replicables.
- Las VM pueden aislar aplicaciones o servicios específicos, protegiendo el sistema principal de posibles fallos o amenazas de seguridad. También son utilizados en entornos de pruebas de penetración y análisis de malware.
- Permiten ejecutar sistemas operativos y aplicaciones antiguas con el hardware o software moderno.
- Facilitan la creación de copias de seguridad y planes de recuperación ante desastre, permitiendo restaurar rápidamente sistemas críticos en caso de fallos.
- En entornos de nube, las VM permiten escalar recursos de manera dinámica según la demanda, optimizando el uso de infraestructura.
- Se utilizan en sistemas educativos para ensera administración de sistemas, redes y otros aspectos de la informática sin riesgo de dañar el hardware real.
Funcionamiento de las máquinas virtuales
Las máquinas virtuales (VM) funcionan mediante la emulación de un entorno completo de hardware en el cual se puede instalar y ejecutar un sistema operativo (SO) junto con sus aplicaciones. Este proceso se logra mediante una capa de software llamada hipervisor o monitor de máquina virtual.
Existen dos tipos de hipervisores:
- Tipo1 (Nativo o Bare Metal): Se ejecuta directamente sobre el hardware físico. Como ejemplo podemos incluir VMware ESXi, Microsoft Hyper-V y Xen.
- Tipo2 (Alojado): Se ejecuta sobre un sistema operativo host. Como ejemplo se incluye VMware Worksatation y Oracle VM VirtualBox.
Creación de una máquina virtual
Para la creación de una máquina virtual, se define la misma, especificando los recursos que se asignarán: CPU, memoria RAM, almacenamiento y dispositivos de red, entre otros.
El hipervisor asigna estos recursos físicos del host a la VM de manera virtual, permitiendo que se comporte como un ordenador físico independiente.
Instalación del Sistema Operativo Invitado
En la máquina virtual creada, se instala un sistema operativo invitado (guest OS) de la misma manera que se instala en un hardware físico.
De esta forma, el sistema operativo invitado cree que está interactuando con hardware real, pero en realidad está interactuando con hardware emulado por el hipervisor.
Creación de recursos
El hipervisor gestiona el acceso a los recursos físicos de host, asegurando que cada VM reciba su parte asignada de CPU, memoria, almacenamiento y otros recursos.
Igualmente, el hipervisor, maneja la virtualización de dispositivos, permitiendo que las VMs utilicen periféricos (como discos duros, tarjetas de red, etc.) sin interferir entre sí.
Aislamiento y seguridad
Las VMs están aisladas entre sí, lo que significa que un problema o fallo en una VM no afecta a las demás. Este aislamiento proporciona seguridad, ya que el acceso no autorizado a una VM no necesariamente da acceso al sistema host o a otros VMs.
Comunicación y redes
Las máquinas virtuales pueden comunicarse entre sí y con el exterior mediante interfaces de red virtuales gestionadas por el hipervisor.
Estas interfaces pueden estar conectadas a redes físicas, a otras VMs o a redes virtuales definidas dentro del entorno del hipervisor.
Ventajas de las máquinas virtuales
Las máquinas virtuales (VM) son utilizadas por los profesionales y empresas debido a que son muy versátiles. Las ventajas del uso de máquinas virtuales incluyen:
- Eficiencia: en un solo dispositivo se puede ejecutar tanto MacOS como Windows para ahorro de costes, tiempo y espacio físico.
- Ampliación de recursos: Una VM permite la utilización de un software que no es compatible con el host aumentando las posibilidades con un solo dispositivo.
- Innovación: los desarrolladores y programadores pueden probar su software para comprobar cómo funciona en otros sistemas operativos.
- Seguridad: Las VM disponen de aprovisionamiento de aplicaciones integradas para mitigar las amenazas de software a sus redes, así como la recuperación de desastres.
El uso de las máquinas virtuales en la automatización industrial
El uso de las máquinas virtuales en la automatización industrial tiene un impacto significativo en la eficiencia, flexibilidad y coste operativo de las operaciones. A continuación, se detallan las principales aplicaciones y beneficios de la VM en esté ámbito:
Desarrollo y pruebas de software para Controladores Lógicos Programables (PLC)
Las máquinas virtuales permiten a los ingenieros desarrollar y probar software de control en un entorno virtual antes de implementarlo en el hardware físico. Esto incluye la simulación de PLCs y otros dispositivos de control industrial.
Del mismo modo, facilitan la detección y corrección de errores en fases tempranas de desarrollo, lo que reduce el tiempo y el coste de implementación.
Simulación de procesos industriales
Las máquinas virtuales se utilizan para simular procesos industriales completos, permitiendo a los ingenieros la validación del diseño y optimizar la operación sin interrumpir la producción real.
Permiten la formación de operadores y la prueba de escenarios de emergencia en un entorno seguro.
Mantenimiento predictivo y diagnóstico remoto
Las soluciones de mantenimiento predictivo pueden ejecutarse en VM para analizar grandes volúmenes de datos de sensores en tiempo real y prever fallos antes de que ocurran. Permiten realizar diagnósticos remotos y actualizadores de software, reduciendo la necesidad de intervención física y minimizando el tiempo de inactividad.
Gestión de infraestructura IT y Virtualización de Servidores
En la automatización industrial, la virtualización de servidores mejora la utilización de los recursos de hardware y simplifica la gestión de la infraestructura IT.
Facilita la implementación de aplicaciones industrial y la gestión de bases de datos, mejorando la eficiencia operativa y reduciendo los costos de capital.
Ciberseguridad y Pruebas de Seguridad
Las máquinas virtuales proporcionan entornos aislados para probar la seguridad de los sistemas industriales, permitiendo identificar y corregir vulnerabilidades sin riesgo para la producción real.
Igualmente, facilitan el desarrollo y la implementación de estrategias de defensa contra ciberataques, protegiendo las operaciones críticas.
Control de calidad y análisis de datos
Las VM pueden utilizarse para ejecutar aplicaciones de control de calidad que analicen datos en tiempo real y detecten desviaciones en el proceso de producción.
Permiten el análisis avanzado de datos y la aplicación de técnicas de aprendizaje automático para mejorar la calidad y eficiencia.
Flexibilidad y escalabilidad
La virtualización permite a las industrias ajustar rápidamente su capacidad de procesamiento según necesidades cambiantes, sin necesidad de adquirir nuevo hardware, así como, facilita la implementación de nuevos sistemas y la adaptación a cambios en los procesos de producción.
Reducción de costos
Al reducir la necesidad de hardware físico, las VM disminuyen los costos de capital y operativos.
La virtualización también permite un mejor aprovechamiento de los recursos y una gestión más eficiente de la energía.
Conclusiones
El uso de las máquinas virtuales no solo mejora la eficiencia y flexibilidad operativa, sino que también optimiza los costos y mejora la capacidad de respuesta ante problemas y cambios en la producción. Esta tecnología es esencial para la evolución hacia fábricas inteligentes y la industria 4.0.
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