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Émulation versus paravirtualisation
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l'article
La virtualisation autorise le déploiement de plusieurs serveurs logiques sur un même serveur physique. Elle fonctionne grâce à un hyperviseur, programme qui prend le contrôle du matériel dès son démarrage et fragmente les ressources en plusieurs environnements autonomes : les machines virtuelles. Chacune d'entre elles exécute son propre système d'exploitation (OS), avec ses propres applications, dans une partie de la mémoire qui lui est réservée. Sa carte réseau, son espace de stockage disque, et sa puissance correspondent à une fraction des capacités offertes par l'ordinateur hôte.
Les machines virtuelles répondent aux mêmes problématiques que les serveurs-lames, à savoir loger plus de traitements dans un même espace physique, et économiser du câblage et de l'électricité. Elles présentent d'ailleurs les mêmes fonctions annexes, notamment la possibilité de s'administrer par grappes. Il s'agit de répartir manuellement la charge de travail et la bande passante accordée à chaque serveur. On gagne encore en concentration en installant des machines virtuelles sur des serveurs-lames, une pratique recommandée par les intégrateurs. L'avantage des machines virtuelles tient à leur facilité de déploiement. En un clic de souris, l'administrateur les crée ou les duplique pour des besoins de redondance ou de tests, puis les déplace d'un serveur physique à un autre pour parer une défaillance matérielle. Mieux, des éditeurs comme Red Hat et BEA commercialisent des serveurs virtuels préconfigurés, associant système d'exploitation et applications, dont l'installation se résume au téléchargement d'un fichier.
Une meilleure utilisation des ressources
Dans un souci de performances, la règle veut que l'on fasse fonctionner simultanément autant de machines virtuelles sur un serveur qu'il possède de cœurs de processeurs. Il s'agit de bénéficier de huit serveurs logiques à partir d'une unité rack 1U, qui contient deux processeurs Xeon ou Opteron à quatre cœurs chacun. Selon Intel et AMD, cette forme de virtualisation constitue le meilleur moyen de rentabiliser la puissance des processeurs. L'alternative qui consiste à reprogrammer les applications afin qu'elles s'exécutent sous la forme de processus parallèles sur une machine physique (multithreading des applications) tombe en désuétude : difficile à mettre en œuvre, cette technique provoque une chute des performances chaque fois que les différents processus d'un logiciel se synchronisent pour garantir la cohérence des données. Néanmoins, ce modèle d'application, capable de s'exécuter sous la forme de plusieurs flux parallèles, subsiste dans les cas où les processus restent relativement indépendants. Par exemple les SGBDR, où plusieurs requêtes peuvent sans danger accéder à une partie différente d'une base de données unique. MySQL ou Oracle ne sont donc pas forcément candidats à la virtualisation, puisqu'ils savent tirer parti des puces multicœurs, sans que celle-ci leur soit interdite. Tous les hyperviseurs du marché sont capables d'attribuer plus d'un cœur de processeur à une machine virtuelle ; une configuration classique comprendra donc un SGBDR exécuté sur quatre cœurs, et quatre serveurs frontaux ou d'applications sur un cœur chacun.
Il existe deux types d'hyperviseurs. L'acteur historique VMware et le nouveau venu Parallels (ex-SWsoft) recourent à un modèle d'émulation. L'hyperviseur open source Xen, récemment racheté par Citrix, et Hyper-V, de Microsoft, privilégient plutôt la paravirtualisation.
L'émulation consiste à simuler un matériel x86 générique dans chaque machine virtuelle, afin d'y installer n'importe quel système d'exploitation compatible x86 (Windows NT ou 2000, Linux, BSD, OS/2 ou DOS) doté des pilotes pour communiquer avec un PC de base. Revers de la médaille, l'émulation impose d'intercepter et de traduire les appels systèmes des OS invités, destinés aux ressources physiques de l'ordinateur hôte (puisque ces OS communiquent avec un matériel leurre, fourni par la couche d'émulation), disques ou réseau en particulier, ce qui consomme de la puissance de calcul.
Avec la paravirtualisation, les machines virtuelles communiquent directement avec le matériel. Mais cette méthode ne fonctionne que si leur système d'exploitation a été modifié pour utiliser les pilotes de l'hyperviseur. Les performances s'avèrent meilleures, mais le choix des systèmes se résume à Windows et aux Linux de Red Hat et de Novell. Toutefois, Xen et Hyper-V acceptent aussi de fonctionner en mode émulation.
L'administration fait la différence
Les machines virtuelles ne sont pas interchangeables. VMware utilise un format spécifique, tandis que Xen et Hyper-V se sont entendus sur un format différent. Présent depuis dix ans sur le marché, VMware fait fonctionner entre 55 et 88 % des machines virtuelles, selon différentes études. Baptisée Virtual Infrastructure, son offre propose des possibilités d'administration très poussées telles que le déploiement automatique ou à la souris des machines virtuelles, la répartition de charge selon un calendrier prédéfini, et la gestion des sauvegardes.
Produit open source, l'hyperviseur de Xen sert de moteur à plusieurs solutions de virtualisation, en particulier celles des acteurs historiques du monde des serveurs. Citons, entre autres, les Linux de Red Hat et de Novell, xVM chez Sun, ou encore Oracle VM. Bien que techniquement compatibles, il n'existe aucun support commun à ces offres, chaque fournisseur préservant son pré carré.
Les interfaces d'administration constituent un autre point de concurrence et leur qualité varie d'un éditeur à l'autre. Virtual Iron tente de tirer son épingle du jeu avec un environnement Java capable de s'interfacer avec des applications tierces. De son côté, Citrix, qui détient la propriété intellectuelle de Xen, ambitionne de faire de la virtualisation de serveurs un composant de son offre de dématérialisation des machines. Il propose des interfaces d'administration éprouvées et bien intégrées à Windows, alors que les autres éditeurs se contentent d'environnements web.
Concurrent le plus dangereux pour VMware, Microsoft n'a pas encore commercialisé son offre de virtualisation. Son Hyperviseur Hyper-V devrait être disponible en tant que brique autonome de l'écosystème Windows Server 2008 à la rentrée prochaine. Compatible avec Xen, il en reprendra le principe technique et s'intégrera dans les outils d'administration System Center de Windows.
Deux technologies s'affrontent
agrandir la photoA gauche, VMware fait fonctionner n'importe quel OS x86 par machine virtuelle. La console d'administration qu'il embarque a un impact sur les performances. A droite, Xen ou Hyper-V utilisent une machine virtuelle pour chapeauter les autres. Ces dernières offrent de meilleures performances si leur OS est modifié.
2 questions à… : Xavier Crombez, directeur marketing solutions chez le constructeur Dell
Quel type d'hyperviseur choisir ?
“ La différence de performances entre l'émulation et la paravirtualisation constitue une caractéristique négligeable dans le choix d'une solution de virtualisation. La qualité de ces offres se mesure au nombre de besoins qu'elles couvrent. Sur ce point, VMware bénéficie d'une longueur d'avance. D'abord parce qu'il est le seul à virtualiser des installations historiques telles que des serveurs Windows NT. Ensuite, parce qu'il s'accompagne d'un écosystème très riche, dont des outils pour l'administration et les sauvegardes. ”
La virtualisation va-t-elle faire chuter les ventes de serveurs ?
“ Au contraire. La virtualisation suppose la modernisation du matériel, notamment des serveurs. Les bénéfices de la virtualisation s'avèrent si importants en termes d'économie d'énergie, de câblage, et d'administration qu'ils encouragent à investir au mieux. ”
2 questions à… : Xavier Touboul, directeur des projets chez l'intégrateur Neurones
Quand les entreprises passeront-elles à la virtualisation ?
“ Les chantiers s'accélèrent depuis deux ans. Désormais, les entreprises n'hésitent plus à virtualiser leurs serveurs de production. La virtualisation rend des services inédits ; ainsi elle autorise le fonctionnement de copies redondantes d'un serveur physique de façon à garantir la continuité d'activité sans doubler les coûts. ”
VMware conservera-t-il longtemps son avance ?
“ En informatique, rien n'est acquis. On se souvient comment Novell, solidement ancré sur le réseau local, s'est fait doubler par Microsoft. Demain, se poseront des questions auxquelles personne, aujourd'hui, ne sait répondre. Par exemple, une défaillance matérielle entraînera l'indisponibilité d'un plus grand nombre de serveurs. A chacun de montrer comment il anticipe les bonnes problématiques. ”
2 questions à… : Pascal Jakobi, architecte solutions chez l'éditeur Red Hat
Xen est-il le standard de facto des solutions open source ?
“ Nous avons retenu Xen parce qu'il est arrivé il y a deux ans avec d'excellentes performances, puis a apporté le support des hôtes Windows non modifiés grâce à l'émulation. Mais nous ne sommes pas mariés à Xen. Ainsi, la prochaine version de notre Linux acceptera l'offre alternative KVM. Notre mission consiste à proposer une solution de virtualisation où la technique doit rester transparente. ”
Quels sont les enjeux de la virtualisation ?
“ L'administration des machines virtuelles doit converger avec celle des serveurs physiques. Reste aussi à travailler sur le partage des ressources et l'adaptation des pilotes. Ainsi, il convient de trouver comment éviter qu'un serveur virtuel accapare toute la bande passante de la carte réseau. La course aux développements est lancée, et les communautés open source devraient être les plus rapides. ”
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