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Articles - Étudiants SUPINFO

La virtualisation et l’environnement VMware

Par Florian MASCARO Publié le 31/05/2016 à 16:35:28 Noter cet article:
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Introduction

De nos jours, la plupart des systèmes sont virtualisés. Nous verrons donc dans cet article ce qu’est la virtualisation, puis, plus en détails, la solution de virtualisation VMware : ESXi.

La virtualisation

La virtualisation consiste à faire fonctionner un ou plusieurs systèmes d’exploitation sur un ordinateur ou serveur. Ces ordinateurs virtuels sont appelés « machines virtuelles » ou VM.

Pour simplifier, c’est ce qui autorise un ordinateur à faire le travail de plusieurs ordinateurs, c’est le partage des ressources d’un seul matériel à travers de multiples environnements.

Les techniques de virtualisation

Il existe plusieurs techniques de virtualisation. Ces techniques sont décrites ci-dessous :

La virtualisation complète :

C’est la première génération de la virtualisation pour les serveurs x86/x64. Avec cette technique, tous le matériel est émulé, même le CPU. Le système d’exploitation invité n’a pas conscience d’être virtualisé. Les avantages de cette solution sont l’isolation des VM de l’OS hôte, le contrôle de l’accès aux ressources des VM et la portabilité des VM. Cependant, les performances sont limitées à cause de la virtualisation du matériel.

La paravirtualization :

La paravirtualisation permet aux hyperviseurs d'être plus simples et aux machines virtuelles fonctionnant dessus d'atteindre un niveau de performance proche du matériel réel. Cependant, les systèmes d'exploitation doivent explicitement être modifiés afin de fonctionner sur ces hyperviseurs.

La virtualisation assistée par matériel :

La virtualisation assistée par matériel est une technique de virtualisation qui permet la virtualisation complète et efficace en utilisant les capacités matérielles, principalement celles des processeurs de l’hôte. La virtualisation complète est utilisée pour simuler un environnement complet de matériel, ou d'une machine virtuelle, dans lequel un système d'exploitation invité non modifié exécute dans un isolement complet. La virtualisation assistée par matériel est présente dans les processeurs x86 (Intel VT- x ou AMD – V).

Les types de virtualisation

Il y a plusieurs types de virtualisation. Cela peut être de la virtualisation du réseau, du stockage, ou plus encore.

Le stockage virtuel

Le principe de base de la virtualisation du stockage est de gérer une interface qui permet de dissocier la gestion physique des disques (et des baies de stockage) vis-à-vis des serveurs qui l'utilisent. Les systèmes de stockage fournissent soit des données en mode bloc, soit en mode fichier. Les données en mode bloc sont accédées à travers des protocoles tels que Fibre Channel, iSCSI, SAS, FICON ou autres. L'accès en mode fichier se fait à travers NFS ou CIFS. Dans le cas d'un système de stockage, la virtualisation peut se faire de deux façons:

  • Virtualisation en mode bloc (SAN), en introduisant un niveau d'abstraction entre le serveur et le système de stockage.

  • Virtualisation en mode fichiers, en accédant au NAS en masquant les dépendances vis-à-vis de l'emplacement où les données sont physiquement stockées.

La virtualisation d’application

C’est une technologie logicielle qui encapsule le logiciel d'application du système d'exploitation sous-jacent sur lequel il est exécuté. Une application entièrement virtualisée n’est pas installée sur la machine cliente mais elle est encore exécutée comme si elle était.

La virtualisation de bureau

La virtualisation de bureau consiste à afficher sur un ou plusieurs postes physiques, une image virtuelle du poste utilisateur qui est en fait exécutée sur un serveur distant. Nous pouvons prendre l’exemple des bureaux créés sur un environnement Citrix où l’accès se fait via le navigateur ou l’application lourde.

La virtualisation de réseau

Il s’agit de la reproduction logicielle complète d’un réseau physique. Les réseaux virtuels offrent les mêmes fonctions et garanties que les réseaux physiques, mais procurent les avantages opérationnels et l’indépendance du matériel assurés par la virtualisation, à savoir un provisionnement rapide, un déploiement sans interruption de service et une automatisation de la maintenance et du support pour les applications existantes et nouvelles.

Pourquoi la virtualisation

Il y a de nombreux avantages à la virtualisation. Tout d’abord, il y a l’économie sur le matériel. Une seule machine physique peut gérer une dizaine, voire plus, de machines virtuelles. Grâce à cela, il y a une forte économie sur le nombre de serveurs, de matériels informatiques et donc moins de consommation électrique (Green IT ; moins de ventilation, moins de CO2).

Ensuite, il y a une meilleure flexibilité de l’infrastructure dû à la multitude de systèmes d’exploitation qu’il est possible d’installer sur une même machine.

Autre point, la stabilité et la sécurité. Lorsqu’une machine virtuelle plante, cela n’affecte pas les autres machines. En cas de virus, cela est très pratique. De même, la sauvegarde des différentes machines virtuelles est simplifiée grâce aux solutions disponibles sur le marché.

Concernant les coûts, il y a une forte réduction du CAPEX et de l’OPEX puisque le nombre de matériels est réduit. La mise en place d’un plan de reprise d’activité (PRA) en est simplifiée et moins couteux. La plupart des PRA inclut un autre site géographique qui peut être très couteux à cause de la réplication de l’infrastructure. Mais dans le cas de la virtualisation, il n’est pas nécessaire d’avoir la mêle infrastructure, juste de quoi redémarrer un environnement critique. De plus, si les postes de travail sont virtualisés, les employées peuvent retourner au travail facilement. . Il est aussi possible de prioriser les infrastructures essentielles et démarrer les autres par rapport à la charge de l’hôte.

Dû à la virtualisation, le RPO et le RTO sont meilleurs. Le RTO peut ne prendre que quelques minutes et pour le RPO, avec un stockage centralisé, aucune donnée n’est perdue.

Pour finir, la compatibilité matérielle n’est pas une condition préalable pour les machines virtuelles.

Les composants de l’hyperviseur

Nous étudierons, ici, les différents composants de l’hyperviseur vSphere ESXi Hypervisor 5.5.

Les composants d’une machine virtuelle :

Dans l’hyperviseur, la machine virtuelle est découpée en différents fichiers tels que la configuration de la VM, le BIOS virtuel, le swap et le stockage des données de la VM dans le fichier ayant l’extension « .flat-vmdk ».

Ces fichiers sont stockés dans le dossier de la machine virtuelle présent dans une datastore.

Les outils de management

VMware vSphere Client

Il s’agit de l’interface qui permet de se connecter au vCenter. L’accès à ce dernier se fait soit via l’interface web, soit par le client lourd.

vCenter Server

C’est le composant de gestion centralisé pour les ESX. Il gère les hôtes connectés au réseau ainsi que les machines virtuelles présentes sur ces différents hôtes. L’installation d’un vCenter se fait soit sur une machine Windows, soit en prenant l’Appliance fournit par VMware.

Pour gérer de nombreux ESX, il est aussi possible d’avoir plusieurs instances parallèles de vCenter.

Les fonctionnalités avancées

vMotion

Le vMotion permet de migrer un machine virtuelle d’un hôte vers un autre sans interruption de service. Il y a plusieurs types de migrations :

  • Cold : quand la VM est éteinte

  • Suspended : quand la VM est suspendue

  • Hot : quand la VM est en marche

Storage vMotion

Le vMotion Storage permet la migration en temps réel d’un stockage vers un autre et permet donc de distribuer la charge sur le stockage.

Snapshot

Cela permet de préserver l’état de la machine virtuelle à un point dans le temps. Toutes les nouvelles écritures se font dans le fichier de snapshot. Cette fonctionnalité est très pratique lors de l’installation ou de modifications dans la machine virtuelle, et permet de faire un retour en arrière rapidement.

VMware High Availability

Permet le redémarrage automatique des machines virtuelles sur un autre hôte en cas de défaillance sur l’hôte ESX où elles sont démarrées. C’est le vCenter qui redémarre les machines.

Il y a plusieurs prérequis pour mettre en place cette fonctionnalité. Tout d’abord, il faut un minimum de 2 hôtes, et ces derniers doivent être dans un cluster géré par un vCenter. Ensuite, le stockage doit être partagé et donc disponible depuis les 2 hôtes. Pour finir, les hôtes doivent avoir accès au réseau virtuel des VM.

vApp

C’est un groupe de VM que l’on rassemble ensemble. C’est un objet où l’on dispose de facilité de configuration, et la possibilité de démarrer toutes les VMs en un seul clic, dans l’ordre que l’on souhaite. Il y a aussi la possibilité de faire de la réservation et de la limitation au niveau du CPU et de la RAM.

Template

C’est une copie de la VM qui inclut l’OS, les applications et la configuration de la VM. Cela permet d’avoir déjà une machine fonctionnelle, facilement configurable avec un déploiement rapide. Cela permet aussi de réduire la charge de travail de l’architecte.

Resource Pool

Les pools de ressources permettent de déléguer le contrôle des ressources d’un hôte. Il est possible de mettre plusieurs pools de ressources dans un autre pool de ressource.

L’utilisation d’un pool de ressource entraine les avantages suivants :

  • Une organisation flexible et hiérarchique

  • La possibilité de limiter les ressources pour les machines virtuelles présentes dans le pool

  • La réservation CPU / RAM pour les machines virtuelles présentes dans le pool

Alarme

Il est possible de créer des alarmes personnalisées.

Fault Tolerance

VMware Fault Tolerance assure la disponibilité continue d’une machine virtuelle, en cas de défaillance de l’hôte, en créant une instance de cette VM sur un autre hyperviseur. En cas de panne, le basculement est fait automatiquement.

VMware DRS & DPM

Cela permet de faire de l’équilibrage de charge sur les différents hôtes, tout en optimisant l’efficacité et la gestion d’énergie.

Le DPM permet d’éteindre un ou plusieurs serveurs hôtes lorsque les ressources globales consommées par les machines virtuelles du cluster permettent la mise hors tension du serveur hôte une fois les migrations effectuées.

Le stockage

Plusieurs types de stockages peuvent être mis en place dans l’environnement de l’hyperviseur.

  • Supports boot from SAN : permet de booter depuis le SAN

  • Support for vMotion : Migration d’une machine à chaud

  • Support for HA (Haute Disponibilité) : Reboot sur un autre ESX si l’ESX est défaillant

  • Support for DRS : Automatisation du vMotion

  • Support for Raw Device Mapping : Un RDM est un fichier particulier ou fichier dit de mappage qui se trouve dans un volume VMFS (système de fichier VMware) et qui gère les métadonnées pour son périphérique mappé. Ce fichier agit comme un proxy pour un périphérique de stockage physique (LUN, …) et donne certains avantages de l’accès direct au périphérique physique tout en conservant les avantages du disque virtuel VMFS.

Datastore :

Une datastore est une unité de stockage logique. Elle peut utiliser l’espace disque d’un ou plusieurs disques physiques. De plus, le système de fichiers est soit le VMFS, soit le système de fichiers utilisé dans la partage NFS.

Contrairement au NFS, qui se base sur les fichiers, le VMFS a été conçu spécifiquement pour la virtualisation, en se basant sur les blocs.

Conclusion

De nos jours, la virtualisation est un élément très important dans les entreprises hébergeant des serveurs. De plus, VMware semble être le bon choix en matière de virtualisation au vue de la multitude de fonctionnalités et de solutions logicielles apportées par cet éditeur.

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