Virtualisation - Définition

Comparaison de différentes techniques de virtualisation

Afin d'avoir une idée théorique des performances des applications au sommet, il faut comparer verticalement l'empilage de couches. Il est possible d'élargir les schémas en rajoutant des environnements virtualisés consommant également des ressources de l'hôte.

Isolateur

Isolateur

Un isolateur est un logiciel permettant d'isoler l'exécution des applications dans ce que l’on appelle des contextes ou bien zones d'exécution. L'isolateur permet ainsi de faire tourner plusieurs fois la même application dans un mode multi-instance (plusieurs instances d’exécution) même si elle n’était pas conçue pour ça.

Cette solution est très performante, du fait du peu d'overhead (temps passé par un système à ne rien faire d'autre que se gérer), mais les environnements virtualisés ne sont pas complètement isolés.

La performance est donc au rendez-vous, cependant on ne peut pas vraiment parler de virtualisation de systèmes d’exploitation. Uniquement liés aux systèmes Linux, les isolateurs sont en fait composés de plusieurs éléments et peuvent prendre plusieurs formes.

Exemples :

• Linux-VServer : isolation des processus en espace utilisateur ;
• chroot : isolation changement de racine ;
• BSD Jail : isolation en espace utilisateur ;
• OpenVZ : libre, partitionnement au niveau noyau sous Linux.

Noyau en espace utilisateur

Noyaux en mode utilisateur

Un noyau en espace utilisateur (user-space) tourne comme une application en espace utilisateur de l'OS hôte. Le noyau user-space a donc son propre espace utilisateur dans lequel il contrôle ses applications.

Cette solution est très peu performante, car deux noyaux sont empilés et l’isolation des environnements n’est pas gérée et l’indépendance par rapport au système hôte est inexistante. Elle sert surtout au développement du noyau.

Exemples :

• User Mode Linux : noyau tournant en espace utilisateur
• Cooperative Linux ou coLinux : noyau coopératif avec un hôte Windows
• Adeos : micro noyau RT faisant tourner Linux en kernel-space non-RT
• L4Linux : micro noyau RT faisant tourner Linux en kernel-space non-RT

Hyperviseur de type 2

Hyperviseur de type 2

Un hyperviseur de type 2 est un logiciel (généralement assez lourd) qui tourne sur l'OS hôte. Ce logiciel permet de lancer un ou plusieurs OS invités. La machine virtualise ou/et émule le matériel pour les OS invités, ces derniers croient dialoguer directement avec ledit matériel.

Cette solution est très comparable à un émulateur, et parfois même confondue. Cependant l’unité centrale de calcul, c'est-à-dire le microprocesseur, la mémoire de travail (ram) ainsi que la mémoire de stockage (via un fichier) sont directement accessibles aux machines virtuelles, alors que sur un émulateur l’unité centrale est simulée, les performances en sont donc considérablement réduites par rapport à la virtualisation.

Cette solution isole bien les OS invités, mais elle a un coût en performance. Ce coût peut être très élevé si le processeur doit être émulé, comme cela est le cas dans l’émulation. En échange cette solution permet de faire cohabiter plusieurs OS hétérogènes sur une même machine grâce à une isolation complète. Les échanges entre les machines se font via les canaux standards de communication entre systèmes d’exploitation (TCP/IP et autres protocoles réseau), un tampon d’échange permet d’émuler des cartes réseaux virtuelles sur une seule carte réseau réelle.

Exemples :

• QEMU : émulateur de plateformes x86, PPC, Sparc
• bochs : émulateur de plateforme x86
• Lismoresystems Guest PC : propriétaire, émulateur de plateforme x86 sur matériel PC
• MacOnLinux : émulateur de plateforme Mac OS sur Linux PPC
• Microsoft VirtualPC et Microsoft VirtualServer : propriétaire, émulateur de plateforme x86
• Parallels : propriétaire
• PearPC : émulateur de plateforme PPC sur matériel x86
• Plex86 : émulateur de plateforme x86
• VirtualBox : émulateur de plateforme x86
• VMware : propriétaire, émulateur de plateforme x86 (produits VMware Server, VMware Player et VMware Workstation)
• Hercules : émulateur qui permet l'émulation d'un mainframe z/OS sur PC Windows ou Linux avec émulation des disques

Hyperviseur de type 1

Hyperviseur de type 1

Un hyperviseur de type 1 est comme un noyau système très léger et optimisé pour gérer les accès des noyaux d'OS invités à l'architecture matérielle sous-jacente. Si les OS invités fonctionnent en ayant conscience d'être virtualisés et sont optimisés pour ce fait, on parle alors de para-virtualisation (méthode indispensable sur Hyper-V de Microsoft et qui augmente les performances sur ESX de VMware par exemple).

Actuellement l’hyperviseur est la méthode de virtualisation d'infrastructure la plus performante mais elle a pour inconvénient d’être contraignante et onéreuse, bien que permettant plus de flexibilité dans le cas de la virtualisation d'un centre de traitement informatique.

Exemples :

• Xen : libre, hyperviseur supportant des noyaux Linux, Plan9, NetBSD, etc.
• VMware : propriétaire, hyperviseur sur plateforme x86 (produits ESX et ESXi -Gratuit-)
• Microsoft Hyper-V Server : propriétaire (Microsoft), hyperviseur sur plateforme x64 uniquement
• Microsoft Windows Server 2008 (ou R2): propriétaire (Microsoft), avec le rôle Hyper-V, sur plateforme x64 uniquement
• KVM : libre, module noyau Linux tirant parti des instructions de virtualisation des processeurs Intel et AMD (Intel VT ou AMD-V)
• Oracle VM : propriétaire, hyperviseur sur plateforme x86 (gratuit)

Matériel

Le support de la virtualisation peut être intégré au processeur ou assisté par celui-ci, le matériel se chargeant, par exemple, de virtualiser les accès mémoire ou de protéger le processeur physique des accès les plus bas niveau. Cela permet de simplifier la virtualisation logicielle et de réduire la dégradation de performances.

Des exemples de virtualisation matérielle :

• Hyperviseur IBM Power & Micro-partitionnement AIX
• Mainframes : VM/CMS
• Sun LDOM (hyperviseur pour la gestion de "logical domains")
• Sun E10k/E15k
• HP Superdome
• AMD-V (Assistance à la virtualisation de AMD, anciennement Pacifica)
• Intel VT (Assistance à la virtualisation de Intel, anciennement Vanderpool)