Virtualización en el Cloud Computing: Conceptos, tipos y casos de uso

Si alguna vez te has preguntado cómo pueden los proveedores de la nube ejecutar innumerables aplicaciones globalmente sin bastidores de servidores para cada una, la respuesta está en la virtualización. Es una de las tecnologías centrales que impulsan la nube, trabajando silenciosamente entre bastidores para hacer que la informática moderna sea eficiente, escalable y rentable.

En este artículo, te explicaré qué significa realmente la virtualización, cómo funciona en el contexto de la computación en nube y por qué cambia las reglas del juego para cualquiera que despliegue aplicaciones, gestione infraestructuras o busque tomar decisiones arquitectónicas más inteligentes.

Si eres nuevo en el tema, el curso Comprender el Cloud Computing proporciona una base sólida antes de sumergirte en la virtualización.

Comprender la virtualización

La virtualización es un proceso que abstrae (simplifica) los recursos físicos de hardware y los presenta como entornos informáticos lógicos y aislados. Esto se consigue introduciendo una capa de software que separa las aplicaciones y los sistemas operativos de la máquina física.

El resultado es una máquina virtual (VM), un sistema autónomo con su propia CPU, memoria, almacenamiento e interfaz de red virtuales, que se ejecuta sobre el hardware real del anfitrión.

Esta simplificación es lo que permite que coexistan varias máquinas virtuales en un único servidor físico, cada una funcionando de forma independiente. Mejora drásticamente la utilización de los recursos y constituye la base técnica de modelos de servicios en la nube como IaaS y PaaS.

Para profundizar en la comparación entre contenedores y máquinas virtuales en cuanto a rendimiento y casos de uso, consulta esta comparación detallada para desarrolladores.

El papel de la virtualización en la computación en nube

La virtualización desempeña varias funciones en la computación en nube, como la asignación de recursos independiente del hardware y la multitenencia.

• Asignación dinámica de recursos: Los entornos virtualizados pueden ampliarse o reducirse rápidamente en función de las demandas de carga de trabajo.
• Independencia del hardware: Las máquinas virtuales y los contenedores pueden ejecutarse en cualquier host físico compatible, lo que hace que las cargas de trabajo en la nube sean altamente portátiles.
• Multiarrendamiento: Un único servidor físico puede alojar de forma segura a varios inquilinos con entornos aislados.

El papel de la virtualización en la computación en nube. Imagen del autor.

Las plataformas en la nube como AWS, Azure y GCP se basan en hipervisores y herramientas de orquestación de contenedores para desplegar y gestionar cargas de trabajo virtualizadas a escala, garantizando que los usuarios reciban un servicio fiable y coherente independientemente de la infraestructura subyacente.

Componentes clave de la virtualización

La virtualización moderna se basa en componentes interdependientes para ofrecer y gestionar entornos virtuales. Vamos a echarles un vistazo en esta sección.

Hipervisor

Un hipervisor, o monitor de máquina virtual (VMM), es una capa de software responsable de crear y ejecutar máquinas virtuales. Asigna recursos físicos (CPU, memoria, almacenamiento) a varias máquinas virtuales y gestiona su ejecución.

Hay dos tipos de hipervisores:

• Tipo 1 (bare-metal): Se ejecuta directamente en el hardware físico sin un SO anfitrión. Algunos ejemplos son VMware ESXi y Microsoft Hyper-V. Se utilizan en centros de datos y entornos de nube para obtener un alto rendimiento y seguridad.
• Tipo 2 (alojado): Se ejecuta sobre un sistema operativo anfitrión. Algunos ejemplos son VMware Workstation y VirtualBox. Son más habituales en entornos de desarrollo y pruebas.

El hipervisor mantiene el aislamiento y la equidad de los recursos, evitando que una máquina virtual monopolice los recursos del sistema o afecte a las demás.

Máquinas virtuales (VM)

Una máquina virtual es un ordenador definido por software que funciona como una máquina física. Cada máquina virtual contiene una pila de hardware virtualizada (CPU, memoria, disco y dispositivos de E/S), un sistema operativo y aplicaciones con procesos.

Las máquinas virtuales se pueden pausar, clonar, migrar entre hosts o restaurar a partir de instantáneas. Esta flexibilidad admite la entrega continua, la recuperación ante desastres y la automatización de la infraestructura.

Para tener una visión más amplia de las máquinas virtuales y de cómo se utilizan en los distintos sectores, esta guía sobre los tipos de máquinas virtuales y sus ventajas es una buena lectura.

Herramientas de gestión de la virtualización

Gestionar entornos virtualizados a escala requiere herramientas especializadas. Estas plataformas ofrecen:

• Seguimiento e informes: Información en tiempo real sobre el estado, el rendimiento y el uso de recursos de las máquinas virtuales.
• Automatización: Herramientas como VMware vCenter o Red Hat Virtualization Manager pueden equilibrar automáticamente las cargas de trabajo o crear nuevas máquinas virtuales basándose en políticas.
• Aprovisionamiento y gestión del ciclo de vida: Los administradores pueden definir plantillas y desplegar máquinas virtuales bajo demanda en clusters o regiones.

Puedes profundizar en los fundamentosen el curso Conceptos de virtualización y contenedores,que cubre estos principios con ejemplos prácticos.

Tipos de virtualización

La virtualización se presenta en varias formas, cada una de las cuales aborda diferentes aspectos de la infraestructura informática. A continuación, resumiré los tipos clave y cómo contribuyen a crear entornos en la nube eficientes y flexibles.

Virtualización de servidores

La virtualización de servidores consiste en dividir un único servidor físico en varias máquinas virtuales (VM) aisladas, cada una capaz de ejecutar su propio sistema operativo y aplicaciones de forma independiente. Para ello se utiliza un hipervisor, que abstrae el hardware físico y asigna recursos virtualizados de CPU, memoria, almacenamiento y red a cada máquina virtual. 

Las principales ventajas de la virtualización de servidores son una mejor utilización del hardware, el aislamiento de la carga de trabajo y la posibilidad de ejecutar sistemas operativos heterogéneos en el mismo host físico.

Este tipo de virtualización es fundamental para las ofertas de Infraestructura como Servicio (IaaS) en la computación en nube, donde los servidores físicos se abstraen y se ofrecen como recursos flexibles bajo demanda.

Virtualización del almacenamiento

La virtualización del almacenamiento consolida varios dispositivos de almacenamiento físico de distintos servidores o sistemas de almacenamiento en un único grupo de almacenamiento lógico que puede gestionarse de forma centralizada.

Virtualizar el almacenamiento permite una asignación dinámica de la capacidad, una mejor redundancia y una gestión más eficaz de los datos. Desvincula el almacenamiento del hardware subyacente, lo que permite a los administradores ampliar la capacidad o migrar los datos sin interrumpir el servicio. 

La virtualización del almacenamiento se utiliza habitualmente en centros de datos y servicios de almacenamiento en la nube para garantizar una alta disponibilidad, la organización de los datos en niveles y una utilización rentable.

Virtualización de redes

La virtualización de redes crea redes virtuales que funcionan independientemente del hardware de red físico subyacente. Utiliza tecnologías como VLAN, conmutadores virtuales y redes definidas por software (SDN) para abstraer los recursos de red, mejorando la escalabilidad de los entornos de nube.

Esta virtualización permite a los administradores definir programáticamente las políticas de red, segmentar el tráfico y desplegar redes aisladas a través de la infraestructura compartida sin recablear físicamente ni añadir nuevo hardware.

Virtualización de escritorio

La virtualización de escritorios ofrece un entorno de escritorio completo a los usuarios finales desde un servidor centralizado, a menudo utilizando la Infraestructura de Escritorio Virtual (VDI). En lugar de ejecutarse en el hardware local, el escritorio (incluido el sistema operativo, las aplicaciones y la configuración del usuario) se ejecuta en un servidor remoto y se accede a él a través de la red.

Este enfoque simplifica la gestión de TI, mejora la seguridad (ya que los datos permanecen en el centro de datos) y permite un acceso flexible a entornos coherentes entre dispositivos y ubicaciones.

Virtualización de aplicaciones

Con la virtualización de aplicaciones, los usuarios pueden ejecutar aplicaciones en entornos aislados sin que se instalen directamente en el sistema operativo del usuario.

La aplicación se empaqueta con dependencias y se ejecuta en un entorno de ejecución en contenedor o virtual. Esto evita conflictos entre aplicaciones, simplifica el despliegue y permite una gestión centralizada.

4 Ventajas de la virtualización en la computación en nube

Ahora que hemos cubierto los tipos básicos de virtualización, veamos por qué está tan extendida en la computación en nube, empezando por las ventajas clave que aporta tanto a los proveedores como a los usuarios.

1. Rentabilidad

En esencia, la virtualización minimiza la proliferación de hardware. En lugar de desplegar servidores distintos para cada carga de trabajo, los equipos pueden consolidar varias máquinas virtuales en un único host físico. Esto reduce drásticamente la inversión inicial en hardware y el mantenimiento continuo.

¿El resultado? Menor consumo de energía, menores requisitos de refrigeración y una huella más pequeña del centro de datos, todo lo cual se traduce en un ahorro sustancial de costes a lo largo del tiempo.

2. Escalabilidad y flexibilidad

Escalar en un entorno virtualizado no sólo es más fácil, sino que está incorporado. A diferencia de la infraestructura tradicional, que a menudo requiere un aprovisionamiento manual, las máquinas virtuales y los contenedores pueden clonarse o redimensionarse programáticamente en cuestión de minutos.

¿Necesitas desplegar diez nuevas instancias para hacer frente a los picos de tráfico? Es un simple script de automatización en una nube virtualizada. ¿Quieres reducir la escala cuando baje el uso? Los recursos pueden liberarse con la misma rapidez. Este control dinámico de los recursos permite a las aplicaciones nativas de la nube escalar según la demanda, en lugar de verse constreñidas por los límites del hardware.

3. Recuperación en caso de catástrofe y copias de seguridad

La virtualización simplifica las estrategias de copia de seguridad y recuperación mediante la abstracción. Como las máquinas virtuales son archivos al fin y al cabo, se pueden instantanear, replicar y restaurar con una complejidad mínima.

En la práctica, esto significa que las organizaciones pueden

• Toma instantáneas puntuales de sistemas en funcionamiento
• Clona máquinas virtuales en distintos centros de datos para conseguir redundancia geográfica
• Automatiza la conmutación por error y la restauración con herramientas de orquestación

4. Mejor utilización de los recursos

Las TI tradicionales a menudo dan lugar a infraestructuras infrautilizadas, como servidores que funcionan al 20% o 30% de su capacidad. La virtualización invierte ese modelo al permitir una asignación precisa de los recursos. La memoria, la CPU y el almacenamiento pueden aprovisionarse en función de la demanda real, no de las estimaciones del peor caso.

Por ejemplo, una sola máquina anfitriona que ejecute cinco máquinas virtuales poco cargadas podría alcanzar una utilización del 70-80% sin sacrificar el rendimiento. Esta optimización permite a las organizaciones extraer el máximo valor de cada servidor, reduciendo el despilfarro y la sobrecarga operativa.

Principales ventajas de la virtualización en la computación en nube. Imagen del autor.

Retos y consideraciones

Como cualquier tecnología potente, la virtualización viene con su propio conjunto de advertencias. Implementarlo eficazmente requiere prestar atención a la arquitectura del sistema, las políticas de seguridad y los matices de las licencias. 

Repasemos algunos retos habituales en esta sección.

Gastos generales de funcionamiento

Aunque los hipervisores son cada vez más eficientes, la virtualización sigue introduciendo una capa de abstracción que puede afectar al rendimiento, especialmente en cargas de trabajo intensivas en E/S o en tiempo real.

Vamos a desglosarlo:

• La sobrecarga de la CPU se produce cuando varias máquinas virtuales compiten por los núcleos físicos.
• Los cuellos de botella de E/S surgen si el almacenamiento y la red no están configurados para gestionar demandas concurrentes.
• La latencia (información retardada) aumenta ligeramente debido a las capas de software adicionales entre los sistemas huésped y anfitrión.

En los entornos de alto rendimiento, estos problemas deben mitigarse mediante el anclaje de recursos, controladores optimizados o incluso omitiendo por completo la virtualización para las cargas de trabajo críticas.

Riesgos de seguridad

La naturaleza multiusuario de la virtualización significa que el aislamiento es fundamental. Un paso en falso en la configuración o una vulnerabilidad en el hipervisor podrían permitir la propagación de actividades maliciosas a través de las máquinas virtuales o, peor aún, vulnerar el propio sistema anfitrión.

Algunos riesgos clave son:

• Ataques de fuga de máquinas virtuales, en los que una máquina virtual comprometida rompe el aislamiento.
• Conmutadores virtuales mal configurados o almacenamiento compartido que exponen datos sensibles.
• Los parches inconsistentes de hipervisores o sistemas operativos invitados crean superficies de ataque.

Licencias y cumplimiento

Esta área suele sorprender a los equipos durante las auditorías. Muchos proveedores de software estructuran sus licencias en función de los núcleos físicos, los sockets o incluso el número de instancias virtuales, reglas que no siempre se ajustan bien a las cargas de trabajo dinámicas en la nube.

Una configuración virtualizada puede incumplir fácilmente la normativa si:

• La proliferación de máquinas virtuales provoca despliegues sin seguimiento de aplicaciones con licencia.
• El software se replica en varios hosts para la conmutación por error.
• Las cargas de trabajo se mueven entre regiones o centros de datos con requisitos de residencia específicos.

Casos prácticos y ejemplos

La virtualización va más allá de los conceptos teóricos y potencia los sistemas del mundo real a escala. Su versatilidad la convierte en una solución imprescindible en todos los sectores, desde la infraestructura de nube pública hasta la TI empresarial y el desarrollo ágil de software. Exploremos cómo los distintos sectores aplican la virtualización en la práctica.

Proveedores de servicios en la nube

Las principales plataformas en la nube, como AWS, Microsoft Azure y Google Cloud Platform (GCP), se basan en sólidos marcos de virtualización.

• AWS: Basado inicialmente en el hipervisor Xen, AWS pasó a su sistema personalizado Nitro -una combinación del hipervisor ligero y el hardware dedicado- para optimizar la seguridad, el rendimiento y el coste. Nitro permite que las instancias EC2 se ejecuten a velocidades más cercanas a las de bare-metal, manteniendo el aislamiento del inquilino.
• Azure: Microsoft aprovecha Hyper-V, su hipervisor de nivel empresarial, para ejecutar máquinas virtuales y contenedores. El controlador de tejido de Azure gestiona miles de máquinas virtuales, garantizando la disponibilidad y el escalado en todos los centros de datos.
• GCP: Google utiliza KVM (Kernel-based Virtual Machine), un hipervisor nativo de Linux, integrado en sus servicios Compute Engine. GCP también admite la virtualización anidada, lo que resulta valioso para los clientes que ejecutan sus propios hipervisores dentro de las máquinas virtuales.

Estas plataformas muestran cómo la virtualización admite arquitecturas multiinquilino masivas sin sacrificar el rendimiento ni la seguridad.

Entornos informáticos empresariales

La virtualización se utiliza a menudo en entornos empresariales para consolidar las cargas de trabajo, ampliar los ciclos de vida del hardware y simplificar la gestión del sistema.

Piensa en una empresa mediana que antes mantenía 30 servidores físicos, cada uno dedicado a una única carga de trabajo. Al adoptar la virtualización de servidores, redujo ese número a cinco hosts de gran capacidad que ejecutan docenas de máquinas virtuales. Esto no sólo redujo los costes de hardware y el consumo de energía, sino que también hizo que el mantenimiento y las actualizaciones del sistema fueran mucho menos molestos.

Las empresas también utilizan la virtualización para implantar nubes privadas, lo que permite a los departamentos aprovisionar recursos bajo demanda sin necesidad de acceder a la nube pública. Esto es especialmente valioso en sectores con estrictos requisitos de gobernanza de datos.

Para entender dónde encaja la virtualización en el modelo de nube más amplio , esta comparación de nubes privadas frente a públicas ofrece ideas clave.

Desarrollo y pruebas

Pocos ámbitos se benefician de la virtualización tan directamente como el desarrollo de software y la garantía de calidad.

He aquí por qué: Los desarrolladores necesitan entornos coherentes y aislados para crear, probar y desplegar aplicaciones. Las máquinas virtuales y los contenedores permiten a los equipos replicar entornos de producción localmente o en staging sin afectar a los sistemas vivos.

Un flujo de trabajo típico podría incluir:

• Poner en marcha una máquina virtual para probar nuevas funciones del sistema operativo.
• Utilizar contenedores (por ejemplo, Docker) para construir entornos reproducibles para microservicios.
• Ejecutar pruebas automatizadas en canalizaciones CI/CD aisladas, y luego desmantelar esos entornos tras la ejecución.

Este enfoque mejora la fiabilidad de las pruebas, acelera los ciclos de desarrollo y reduce el riesgo de errores de despliegue debidos a la falta de correspondencia con el entorno.

Para ir más allá de lo básico y trabajar con contenedores en la práctica, el curso Docker Intermedio proporciona un aprendizaje práctico con herramientas del mundo real.

Conclusión

La virtualización es algo más que una herramienta: es la capa de infraestructura que hace posible la computación en nube moderna. Abstraer el hardware en unidades escalables, flexibles y portátiles permite a las organizaciones optimizar el uso de los recursos, desplegar aplicaciones más rápidamente y garantizar la resistencia del sistema.

Desde las plataformas en la nube a hiperescala hasta los departamentos de TI de las empresas y los equipos de desarrollo ágiles, la virtualización apoya la innovación al tiempo que mantiene la infraestructura eficiente y rentable. A medida que crece la adopción de la nube y las cargas de trabajo se hacen cada vez más complejas, la virtualización seguirá siendo un pilar fundamental de la transformación digital. 

Si acabas de iniciar tu andadura en la nube, esta guía para principiantes sobre el aprendizaje del cloud computing en 2025 es una útil plataforma de lanzamiento.