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Articles - Étudiants SUPINFO

Les Hyperviseurs

Par Rolly KAMBAY PETEMBE Publié le 14/12/2017 à 17:13:14 Noter cet article:
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Historique

Le développement de la virtualisation des systèmes apparaît dans les années 1960 et au début de la décennie suivante pour répondre aux besoins de réduction des coûts des systèmes physiques de l'époque. En 1974, alors que les professeurs Gerald J. Popek et Robert P. Goldberg effectuaient, sur le mainframe d'IBM 360/370, les premiers travaux sur la virtualisation, ceux-ci ont mis en avant deux problèmes liés à la disponibilité qui concernent en particulier les temps de réponse et la disponibilité des ressources. Dans les années 1980-1990, certains projets comme Amiga, SideCar ou encore Enplant ont essayé d’exploiter cette technologie. Mais certains problèmes, notamment de protection en cas de panne, ont conduit à leur abandon. Lors du DemoFall de 1999, l’entreprise VMware se dévoile au marché et présente son premier produit, VMware Workstation 1.0 pour Linux et Windows. Ce système va permettre d'améliorer, entre autres, la disponibilité des serveurs lors d'une défaillance avec un faible coût de redondance et un redémarrage très rapide du système en cas de panne. Aujourd'hui, les différents acteurs ont inclus diverses solutions dans leurs produits, tel que, le mirroring, la réplication, le basculement de cluster et les snapshots, afin de disposer d'une haute disponibilité.

Definitions

Un hyperviseur est un programme qui permet d’émuler des machines physiques sur une seule machine réelle en partageant les ressources de la machine physique entre différentes machines virtuelles. La virtualisation consiste à faire fonctionner un ou plusieurs systèmes d'exploitation ou applications complexes comme un simple logiciel, sur un (ou plusieurs) système d’exploitation fonctionnant sur ordinateur ou serveur, au lieu de ne pouvoir en installer qu'un seul par machine. Ces ordinateurs virtuels sont appelés Environnement Virtuel VE. La virtualisation de systèmes d'exploitation est une technique consistant à faire fonctionner en même temps, sur un seul ordinateur, plusieurs systèmes d'exploitation comme s'ils fonctionnaient sur des ordinateurs distincts, on parle alors de Virtual Machines (VM). Les hyperviseurs sont employés pour virtualiser des systèmes d’exploitation ou des applications.

La virtualisation de systèmes d'exploitation a plusieurs intérêts :

  • Gagner en cout d’investissement sur le matériel. Un ordinateur puissant pouvant héberger 5 machines virtuelles représente une bonne acquisition comparée à un achat de 5 machines physiques occupant plus d’espace.

  • Usage d’un autre système d'exploitation sans redémarrer son ordinateur, afin d'utiliser des programmes ne fonctionnant pas nativement dans un système d’exploitation spécifique

  • Exploiter des périphériques ne fonctionnant pas dans un système spécifique mais fonctionnant dans d'autres systèmes d'exploitation ;

  • Tester des systèmes d'exploitation en cours de développement sans compromettre un environnement quotidien stable ;

  • Tester des logiciels dans des environnements contrôlés, isolés et sécurisés ;

    Transporter ses systèmes d'exploitation d'un ordinateur à l'autre, une machine virtuelle fonctionnant sur n'importe quel ordinateur disposant d'un hyperviseur compatible.

Principe de fonctionnement

  • Comment fonctionne un hyperviseur?

Bien qu’il existe plusieurs types de virtualisation, le principe de fonctionnement est commun à tous les hyperviseurs. A la base, il y a un système d’exploitation installé sur une machine physique qui servira d’hébergeur pour les hyperviseurs. Retenons ici que pour ce système le logiciel dit « hyperviseur » est installé comme tout autre logiciel tiers. C’est dans son fonctionnement, qu’il se comporte en hyperviseur, de par sa possibilité de porter d’autres systèmes d’exploitation en lui et d’allouer des ressources matérielles de la machine physique aux machines virtuelles. Les Machines Virtuelles seront gérées et déployer grâce à l’hyperviseur installé sur ce système d’exploitation principal. Ces dernières occuperont des emplacements(Slots) disponibles dans l’hyperviseur. Ils fonctionneront indépendamment les uns des autres. L’hyperviseur vous permettra d’allouer des ressources matérielles de la machine physique pour le fonctionnement de différentes machines virtuelles tels que la RAM, Les processeurs etc… C’est dans la notion de virtualisation que le concept de disque virtuel dit : VHD ou VHDX est bien compris. Ces disques seront pour le système hébergeur de l’hyperviseur de simples fichiers pouvant être supprimé à volonté. Lorsque ces fichiers sont montés comme disque sur des machines virtuelles, ils se comportent exactement comme un vrai disque dur physique.

Types d'hyperviseur

Bien que tous permettent l’émulation des machines virtuelles, on différencie deux types d’hyperviseur:

Type 1 ''Native'' ou Architecture Native

Un hyperviseur de Type 1, ou natif est un logiciel qui s'exécute directement sur une plateforme matérielle ; cette plateforme est alors considérée comme outil de contrôle de système d'exploitation. Un système d'exploitation secondaire peut, de ce fait, être exécuté au-dessus du matériel. L'hyperviseur type 1 est un noyau hôte allégé et optimisé. Sur des processeurs ayant les instructions de virtualisation matérielle (AMD-V et Intel VT) l'hyperviseur n'a plus à émuler les anneaux de protection et le fonctionnement s'en trouve accéléré. Exemple des hyperviseurs de type 1 :

  • ESXI Server

  • Oracle VM

  • Hyper-V

  • Xen…

Type 2 ''Hosted'' ou Architecture Invitee

Un hyperviseur de Type 2 est un logiciel qui s'exécute à l'intérieur d'un autre système d'exploitation. Un système d'exploitation invité s'exécutera donc en troisième niveau au-dessus du matériel. Les systèmes d'exploitation invités n'ayant pas conscience d'être virtualisés, ils n'ont pas besoin d'être adaptés. Exemples des hyperviseurs de type 2 :

  • VMware Server (anciennement connu sous le nom gsx),

  • VMware Workstation, VMware Fusion, l'hyperviseur open source

  • QEMU

  • Microsoft Hyper-V, Virtual PC et Virtual Server,

  • VirtualBox d'Oracle

  • Parallels Workstation de SWsoft et Parallels Desktop.

Top 5 des hyperviseurs

Partant des données statistiques d’utilisation et de popularité, voici les hyperviseurs de type 1 utilisé en entreprise :

  1. 1. VMware vSphere / ESXi

Le leader des hyperviseurs de niveau 1 est VMware avec son produit vSphere / ESXi - disponible en édition gratuite et 5 éditions commerciales.VMware a dominé le marché en développant des fonctionnalités innovantes telles que le dépassement de mémoire, vMotion, Storage vMotion, Fault Tolerance, et bien d'autres. Auparavant, VMware appelait son hyperviseur gratuit "Free ESXi" car ESXi Server est ce qui est chargé directement sur le serveur physique. Cependant, VMware appelle la "suite" de fonctionnalités "vSphere", disponible dans diverses éditions. Aujourd'hui, même l'hyperviseur gratuit est appelé "VMware vSphere Hypervisor". Alors que l'hyperviseur vSphere gratuit dispose d'une interface graphique (vSphere Client) et d'un engagement excessif de la mémoire, il n'offre pas de fonctionnalités telles que vMotion, svMotion, la haute disponibilité ou la gestion centralisée. La version gratuite a également la limitation de prendre en charge jusqu'à 32 Go de RAM par serveur physique. Les versions commerciales de vSphere incluent des fonctionnalités telles que:

  • Mémoire sur l'engagement

  • Haute disponibilité (appelée vSphere HA)

  • vMotion

  • Stockage vMotion (svMotion)

  • vSphere Data Protection (pour la sauvegarde et la récupération)

  • vSphere Replication

  • Protection vShield Endpoint (l'option d'utiliser des solutions antivirus sans agent)

  • Ajout chaud de la mémoire et de la connexion à chaud pour le processeur

  • Tolérance aux pannes (FT) pour la disponibilité

  • Planificateur de ressources distribuées (DRS) pour l'équilibrage de charge de VM (efficacement)

  • La gestion de l'alimentation distribuée (DPM), consolide les machines virtuelles avec vMotion et arrête les hôtes pour économiser de l'énergie

  • Commutateur virtuel distribué (dvSwitch)

  • Contrôle d'E / S de stockage (SIOC) et contrôle d'E / S de réseau (NIOC)

  • Profils d'hôte

  • Autodeploy

  • Stockeur de ressources distribuées (SDRS)

  • Stockage piloté par profil

  • Virtualisation d'E / S à racine unique (SR-IOV)

  • Gestion basée sur le Web et nouveau déploiement de l'appliance virtuelle vCenter

  • vCenter Single Sign On (SSO)

  • vCenter Operations Manager Foundation Edition Les fonctionnalités facultatives incluent Site Recovery Manager (SRM) pour la récupération après sinistre, vCenter Operations Manager Std / Adv, vCloud Director, vCloud Suite, VMware Horizon Suite, etc. Mettez à l'échelle jusqu'à 512 machines virtuelles par hôte, jusqu'à 2048 vCPU par hôte, jusqu'à 64 vCPUS et 1 To de vRAM par machine virtuelle

  1. 2. Windows Server 2012 hyper-V

Hyper-V est l'un des 3 premiers hyperviseurs de niveau 1 (fréquemment flip / flop entre la 2ème et 3ème place avec XenServer). D'abord publié avec Windows Server, Hyper-V a été grandement amélioré avec Windows Server 2012 Hyper-V. Hyper-V est disponible dans une édition gratuite (sans interface graphique ni droits de virtualisation) et 4 éditions commerciales - Fondations (OEM uniquement), Essentials, Standard et Datacenter. Hyper-V propose:

  • Migration en direct

  • Migration de stockage

  • Réplication de machine virtuelle (réplica)

  • Mémoire dynamique

  • Interrupteur virtuel extensible

  • La haute disponibilité

  • Échelle jusqu'à 320 processeurs logiques, 4 To de mémoire, 2 048 processeurs virtuels par hôte, 64 CPU virtuels par VM, 1 To de mémoire par VM et 64 nœuds / 8000 VM par cluster

  • Droits de virtualisation pour exécuter un nombre spécifique de machines virtuelles Windows sans acheter de licences supplémentaires (2 droits d'exploitation Windows sont inclus dans l'édition Standard et un nombre illimité est inclus dans le centre de données)

  1. 3. Xen / Citrix XenServer

Citrix-XenServer Xen est un hyperviseur bare-metal de type 1. Tout comme Red Hat Enterprise Virtualization utilise KVM, Citrix utilise Xen dans le XenServer commercial. En 2007, Citrix a acheté XenSource, Inc, qui prenait en charge Xen. Aujourd'hui, les projets open source Xen et la communauté sont sur Xen.org. Aujourd'hui, XenServer est une solution hyperviseur commerciale de niveau 1 de Citrix, proposée en 4 éditions. Confusément, Citrix a également marqué leurs autres solutions propriétaires comme XenApp et XenDesktop avec le nom Xen. XenServer offre des fonctionnalités telles que:

  • Outils de conversion

  • Gestionnaire de machines virtuelles du Centre d'intégration

  • Instantané et retour

  • XenCenter Management Console (même dans l'édition gratuite)

  • Migration en direct (même dans l'édition gratuite)

  • Migration de stockage dynamique

  • Commutateur virtuel distribué

  • La haute disponibilité

  • Gestion de l'alimentation

  • Optimisation de la mémoire

  • Surveillance et alerte…

  1. 4. Red Hat Enterprise Virtualization (RHEV)

Red Hat Enterprise Virtualization (RHEV) est une implémentation commerciale de l'hyperviseur KVM Type-1. Red Hat Enterprise Virtualization utilise le protocole SPICE et VDSM (Virtual Desktop Server Manager) avec un serveur de gestion centralisé RHEL. RHEV offre les fonctionnalités avancées suivantes:

  • Liaison réseau, VLAN et 10 Go

  • Migration en temps réel, équilibrage de charge de travail basé sur des règles, haute disponibilité, économie d'énergie, maintenance de cluster, gestion d'image, modélisation, provisionnement dynamique et surveillance des événements

  • Les hôtes prennent en charge jusqu'à 160 cœurs et 2 To de RAM. Les clients prennent en charge jusqu'à 64 CPU virtuels et 512 Go de RAM

  • Portail utilisateur Self-Service

  • Reporting et surveillance, capacités de reporting historique détaillées, suivi historique de l'utilisation, tendances, qualité de service

  1. 5. KVM :

Le KVM open-source (ou machine virtuelle basée sur le noyau) est un hyperviseur de type 1 basé sur Linux qui peut être ajouté à la plupart des systèmes d'exploitation Linux, y compris Ubuntu, SUSE et Red Hat Enterprise Linux. Il prend en charge les systèmes d'exploitation Linux les plus courants, Solaris et Windows. La plupart des hyperviseurs qui offrent KVM offrent des outils de gestion supplémentaires tels que Virtual Machine Manager de Red Hat.

Avis de l'expert

Les hyperviseurs ont un fonctionnement communs mais ont leur specificité qui les différencie les uns des autres. Des fonctionnalités spéciales orienteront les choix à porter sur chacun. Des fonctionnalités comme Fault Tolerance de VMware, HyperV Replica de Hyper-V ou MemoryOptimizer de Citrix justifient pleinement leur bon placement sur le classement. Retenons que le rapport cout/eficacité est un bon facteur de decision. Il s’avèrera inutilement couteux de déployer une solution de virtualisation très couteuse et qui sera utilisé qu’aux 1/3. Inutile de déployer une solution de virtualisation ne répondant pas pleinement à vos besoins pour de besoin d’économie. La décision sur le choix à porter sur la solution de virtualisation doit être une réponse parfaite à votre besoin tenant compte de la sécurité, l’efficacité et le cout.

Conclusion

Cet article a essentiellement porté sur les différents hyperviseurs, types d’hyperviseur et spécificité des uns et des autres. A retenir que tout ordinateur n’est pas habilité à faire de la virtualisation. Soyez attentif sur le choix du processeur lors de l’acquisition d’un matériel qui devra faire de la virtualisation. Aussi, vous investirez beaucoup financièrement à l’acquisition d’une machine dotée d’un processeur habilité à la virtualisation. En vue de l’ampleur de votre future virtualisation, pensez à la RAM présente sur votre ordinateur. Celle-ci nécessitera peut être une optimisation pour rendre vos VM plus rapides. Utilisez un SSD pour avoir des VM ultras rapides.

Bibliographie et Webographie

Web ressources

  • https://doc.ubuntu-fr.org/virtualisation https://docs.openstack.org/mitaka/config-reference/compute/hypervisors.html

  • http://www.virtualizationsoftware.com/top-5-enterprise-type-1-hypervisors/ https://fr.wikipedia.org/wiki/Hyperviseur

  • https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_des_hyperviseurs

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