Virtualisation

Nicolas Dewaele
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Table des matières
Virtualisation..............................................................................................................................................................................1
I- Principes de la virtualisation............................................................................................................................2
1- Introduction..............................................................................................................................................................2
2- Virtualisation totale (hyperviseur type 1)......................................................................................3
3- Virtualisation assistée par matériel (Hyperviseur type 1)...............................................3
4- Para-virtualisation (Hypervision de type 2)................................................................................4
5- Virtualisation d'environnement (ou de processus)..............................................................4
6- Virtualisation purement matérielle....................................................................................................5
II- Hyperviseur (exemple avec Hyper-V).....................................................................................................6
1- Partage de ressources..................................................................................................................................6
2- Disques virtuels et stockage...................................................................................................................6
3- Réseaux virtuels.................................................................................................................................................7
III- Migrations : P2V – V2P - V2V...........................................................................................................................9
1- P2V....................................................................................................................................................................................9
2- V2P..................................................................................................................................................................................9
3- V2V.................................................................................................................................................................................9
IV- Maintenance et sauvegardes...................................................................................................................10
1- Clichés.........................................................................................................................................................................10
2- Sauvegardes........................................................................................................................................................10
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I- Principes de la virtualisation
1- Introduction
En informatique, on essaye toujours de distinguer deux mondes : Le monde du
matériel et le monde du logiciel.
Le premier fournit les équipements physiques, le second fournit les données et
les applications.
La virtualisation a été inventée dans le but de s'affranchir au maximum de la
couche matérielle de l'informatique, le matériel étant cycliquement obsolète et
tombant régulièrement en panne.
Dans un système non virtualisé, quand le matériel tombe en panne, la couche
logicielle n'est pas toujours migrable. Il arrive fréquemment que l'on soit
dépendant du matériel et donc obligé de garder en vie du matériel dépassé.
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2- Virtualisation totale (hyperviseur type 1)
La virtualisation complète utilise un système d'exploitation hôte classique (Linux,
Windows dont les noyaux ne sont pas modifiés) et un logiciel de virtualisation qui
émule un matériel virtuel.
Les machines virtuelles installent des systèmes d'exploitation invités qui utilisent
des pilotes pour gérer le matériel virtuel.
Logiciel de
virtualisation
O.S. VM
O.S. VM
...
Pilotes VM
Pilotes VM
...
Matériel émulé
VM 1
Matériel émulé
VM 2
...
VM x
O.S. hôte
Pilotes hôte
Matériel hôte
Exemples :
– VirtualBox
– VMWare Server, VMWare Workstation
– MS VirtualPC, Virtual Server (arrêté)
3- Virtualisation assistée par matériel (Hyperviseur type 1)
Il s'agit toujours d'un système de virtualisation totale mais une amélioration
importante est ajoutée : Le VMM est capable d'utiliser les fonctionnalités
avancées des processeurs gérant la virtualisation (voir chapitre sur la
virtualisation matérielle) : Intel-VT et AMD-V.
Moniteur de
machine
virtuelle
(VMM)
O.S. VM
O.S. VM
...
Pilotes VM
Pilotes VM
...
Matériel émulé
VM 1
Matériel émulé
VM 2
...
VM x
O.S. hôte
Pilotes hôte
Matériel hôte
Les logiciels cités au chapitre précédents sont aujourd'hui capable de faire de la
virtualisation assistée par matériel.
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4- Para-virtualisation (Hypervision de type 2)
La para-virtualisation évite d'utiliser un système hôte complet pour faire la
virtualisation.
A la place, un noyau très léger de système d'exploitation hôte est utilisé. Les
performances sont bien meilleures en para-virtualisation qu'en virtualisation
complète.
Exemples de systèmes de paravirtualisation :
– VMWare ESX
– Hyper-V
– Oracle VM
– Xen
– KVM
O.S. VM
O.S. VM
...
API
API
...
Matériel émulé
VM 1
Matériel émulé
VM 2
...
VM x
O.S. de virtualisation
Pilotes hôte
Matériel hôte
5- Virtualisation d'environnement (ou de processus)
La virtualisation d'environnement concerne uniquement la partie applicative. Il n'y
a qu'un système d'exploitation utilisé mais l'application ou l'environnement
utilisateur ou logiciel est cloisonné de sorte que les processus soient
indépendants.
O.S. VM
O.S. VM
...
Au niveau de l'environnement, on Environnement 1 Environnement 2 Env x
utilise des logiciels comme :
Système hôte
– Jail BSD
Pilotes hôte
– OpenVZ
– Chroot
Matériel hôte
Au niveau applicatif, de nombreux logiciels sont capables de créer des processus
virtuels comme :
– les hôtes virtuels d'Apache
– les hôtes virtuels de Postfix
– ...
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6- Virtualisation purement matérielle
Comme nous l'avons vu dans la virtualisation assistée par matériel, les
constructeurs de processeurs comme AMD et Intel ont intégré depuis plusieurs
années des fonctions de virtualisation directement dans l'architecture de leurs
processeurs.
Cette technologie permet au processeur de faire fonctionner sur une même puce
plusieurs systèmes d'exploitation en parallèle. Les VMs peuvent utiliser le
matériel directement, sans que l'hyperviseur leur en donne l'autorisation.
Les gains de performances sont très importants avec un processeur gérant la
virtualisation.
http://sites.amd.com/fr/business/it-solutions/virtualization/
http://www.intel.com/content/www/fr/fr/virtualization/intel-virtualizationtransforms-it.html
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II- Hyperviseur (exemple avec Hyper-V)
1- Partage de ressources
Le rôle principal de l'hyperviseur est de dédier des ressources matérielles à
chaque VM.
Parmi ces ressources on peut citer :
– Un nombre de processeurs ou de cœurs de
processeur (le CPU doit gérer la virtualisation)
– Une quantité de RAM
– Un disque dur virtuel
– Un lecteur de CD/DVD
– Une carte réseau virtuelle
2- Disques virtuels et stockage
Dans une VM, les données sont stockées sur un disque dur virtuel. Ce disque dur
se présente sous forme de fichier dans le système de fichiers de l'hôte :
– VHD chez Microsoft
– VDI chez Oracle
– VMDK chez VMWare
– OVF pour le format ouvert
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Tous les formats de disques durs virtuels (VDI, VHD, VMDK, OVF) sont
transformables dans d'autres sont difficulté particulière. Par exemple les outils en
ligne de commande de Virtualbox le permettent.
Les disques virtuels peuvent être statiques ou dynamiques. Dans le premier cas,
si vous créez un disque de 50 Go, le fichier de disque virtuel fera 50 Go sur votre
système hôte (attention pour les sauvegardes !). Avec un disque dynamique, le
fichier de disque virtuel se remplit au fur et à mesure qu'il est utilisé. Un disque de
50 Go dans lequel il n'y a pas de données ne pèsera dans le système de fichiers
hôte que quelques octets.
En cas de besoin, ces disques virtuels peuvent être ouverts par le système hôte,
par exemple un fichier VHD peut s'ouvrir dans le gestionnaire des disques de
Windows 2008 (et ultérieur) et il peut également s'ouvrir avec le logiciel libre 7-Zip.
3- Réseaux virtuels
Les machines virtuelles doivent pouvoir accéder au réseau mais seule la machine
hôte est directement connectée au réseau.
Il existe plusieurs techniques pour permettre aux VMs d'accéder au réseau.
La technique la plus simple consiste à faire un pontage (bridging) de la carte
réelle vers une carte virtuelle. L'hyperviseur agit alors comme un switch sur
lequel sont connectées toutes les VMs. L'hyperviseur peut également prendre en
charge l'appartenance aux VLANs si besoin.
L'autre technique est d'utiliser le NAT comme le ferait un routeur. Cela rend
difficile (ou impossible selon le logiciel choisi) l'accès en tant que serveur d'une VM
(il faut translater le ou les ports nécessaires).
Enfin les VMs peuvent être connectées à un réseau interne complètement fermé
à l'extérieur (comme si le switch virtuel n'était connecté à aucun autre switch).
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Technique du pontage (carte virtuelle faisant office de switch) :
Réseau virtuel
Carte virtuelle
Carte physique
Réseau physique
Technique du NAT (carte virtuelle faisant office de routeur NAT) :
Réseau virtuel
Carte virtuelle
Carte physique
Réseau physique
Technique du réseau interne (Réseaux virtuels et physiques séparés) :
Réseau virtuel
Carte virtuelle
Carte physique
Réseau physique
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III- Migrations : P2V – V2P - V2V
1- P2V
Le P2V est la transformation d'une machine physique vers une machine virtuelle
(Physical to virtual).
O.S. VM
P2V
V
Pilotes VM
Matériel émulé
VM
O.S. origine
O.S. de virtualisation
Pilotes origine
Pilotes hôte
Matériel origine
Matériel hôte
Sous Windows, le logiciel Disk2VHD transforme un disque physique en disque VHD.
D'autres logiciels plus complets peuvent être achetés. Dans tous les cas, les
contraintes d'une telle transformation sont fortes, et ce processus n'est pas
toujours réalisable dans de bonnes conditions.
Il est fortement conseillé de supprimer tous les pilotes spécifiques (cartes vidéo,
cartes réseau, Raid, …) avant de virtualiser. Le premier redémarrage est conseillé
en mode sans échec pour vérifier que tout fonctionne et pour corriger les
erreurs.
2- V2P
Il s'agit de transformer une machine virtuelle en machine physique. Cette
opération est beaucoup moins commune car les environnements sont aujourd'hui
en grande partie virtualisés. Il existe néanmoins des outils, par exemple chez
VMWare et Virtualbox permettant de réaliser cette opération.
3- V2V
Cette opération est très commune, il s'agit de migrer une VM d'un environnement
virtuel un à autre...
– soit parce que le système hôte a changé (passage de MS VirtualServer à
Hyper-V, par exemple)
– soit parce que la solution de virtualisation a changé (migration vers
VMWare, vers Hyper-V, vers Xen, …).
Comme toujours, des solutions existent chez tous les éditeurs.
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IV- Maintenance et sauvegardes
1- Clichés
Les clichés de disques durs ne sont pas des sauvegardes. Les deux systèmes
sont complémentaires.
Un gros avantage de la VM est de pouvoir revenir en arrière quand un
événement se produit. Les données des VMs étant dans des fichiers sur le disque
de l'hôte, il suffit de garder une copie du disque d'origine avant de se lancer dans
une opération de maintenance.
Les clichés de disques virtuels sont des images du disque à un instant t pour y
revenir en cas de besoin. Le schéma suivant illustre ce principe :
+
15 janvier
Disque d'origine
17 janvier
Cliché 1
18 janvier
Crash
2- Sauvegardes
Les machines virtuelles ont quelques particularités qui les rendent spécifiques à
sauvegarder :
–
–
Premièrement, les données à sauvegarder sont forcément plus
importantes (on sauvegarde toutes les partitions intégralement).
Deuxièmement, les données sont toujours vivantes puisque le système
d'exploitation des VMs ne s'arrête jamais.
Il faut donc utiliser des logiciels professionnels prenant bien en charge la
virtualisation.
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