Qu’est-ce que la virtualisation des serveurs ?

La virtualisation des serveurs est une fonction essentielle de l’informatique d’entreprise moderne. Par exemple, lorsque vous réservez un vol, regardez un concert en direct ou accédez à distance à une application d’entreprise, les applications qui sous-tendent ces expériences sont invariablement hébergées sur des serveurs virtualisés. Cette infrastructure permet aux entreprises d’exécuter des milliers de workloads tout en réduisant l’utilisation de matériel physique.

Dans un environnement de serveurs traditionnel, les entreprises consacrent un seul serveur physique à une seule application, ce qui entraîne une sous-utilisation importante des serveurs. La virtualisation des serveurs change la donne. Plusieurs machines virtuelles (VM) se partagent un même serveur physique, chacune disposant de ses propres ressources dédiées et étant isolée des autres. L’infrastructure qui en résulte est moins coûteuse à exploiter, plus rapide à faire évoluer et plus efficace à gérer.

Aujourd’hui, la virtualisation des serveurs est fondamentale pour le cloud computing et l’exploitation des centres de données modernes. Une étude de SkyQuest estime le marché mondial de la virtualisation des serveurs à 9,0 milliards de dollars en 2024. Le rapport prévoit qu’il atteindra 13,96 milliards de dollars à l’horizon 2033, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 5,0 %¹.

En raison de la consolidation des centres de données et de la gestion d’environnements multicloud hybrides au sein des entreprises, les exigences en matière d’infrastructure virtualisée se sont accrues. La virtualisation des serveurs leur offre également la flexibilité nécessaire pour prendre en charge les workloads liés à l’intelligence artificielle (IA) et répondre aux exigences de souveraineté des données pour la gestion de l’infrastructure à travers différentes régions.

Pour bien comprendre la virtualisation des serveurs, il est utile de passer en revue quelques technologies associées qui sous-tendent l’infrastructure informatique moderne :

• Virtualisation
• Conteneurs
• Kubernetes
• Services basés sur le cloud

La virtualisation utilise des logiciels pour créer une couche d’abstraction au-dessus du matériel physique, divisant les ressources d’un serveur unique (par exemple le processeur, la mémoire, le stockage et le réseau) en plusieurs VM.

Chaque VM exécute son propre système d’exploitation indépendant et se comporte comme un serveur distinct, même si elle partage le même matériel sous-jacent.

La modernisation de l’infrastructure des entreprises s’est accompagnée de l’émergence des conteneurs, qui sont devenus, aux côtés des machines virtuelles, un élément essentiel de la création et du déploiement d’applications.

Alors que les VM virtualisent le matériel, les conteneurs virtualisent le système d’exploitation, en regroupant uniquement l’application et ses dépendances, ce qui allège et accélère leur déploiement.

Kubernetes est devenu la plateforme standard pour orchestrer les conteneurs à l’échelle, en automatisant le déploiement, la mise à l’échelle et la gestion dans les environnements multicloud et de cloud hybride.

Kubernetes est couramment utilisé avec les microservices, qui permettent aux entreprises de décomposer leurs applications en services plus petits et indépendants, plus faciles à déployer et à gérer.

Les fournisseurs de services cloud tels qu’Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, Microsoft Azure et IBM Cloud proposent des services logiciels et d’infrastructure selon trois modèles principaux reposant sur des serveurs virtualisés :

• L’IaaS (infrastructure en tant que service) fournit des ressources virtualisées de calcul, de stockage et de réseau que les entreprises peuvent configurer et approvisionner en libre-service. Les serveurs privés virtuels (VPS), par exemple, constituent une offre IaaS courante, fournissant aux entreprises des ressources dédiées sans les coûts liés à la possession de matériel physique.

• Le PaaS (plateforme en tant que service) fournit une plateforme cloud complète à la demande (par exemple matériel, logiciels, infrastructure) pour le développement, l’exécution et la gestion d’applications.

• Le SaaS (logiciel en tant que service), le modèle le plus répandu, fournit des applications qui s’exécutent entièrement dans le cloud (par exemple Zoom, Google Workspace).

La virtualisation des serveurs repose sur divers composants qui fonctionnent ensemble pour créer et gérer des environnements virtuels :

• Serveur bare metal : le matériel physique sous-jacent, également appelé serveur bare metal, fournit les ressources que tous les serveurs virtuels partagent.

• Hyperviseur : l’hyperviseur est la couche logicielle qui réside directement sur le serveur bare metal ; il gère l’allocation des ressources et maintient chaque machine virtuelle isolée des autres. Les principales plateformes de virtualisation comprennent VMware vSphere (Broadcom), Microsoft Hyper-V, IBM PowerVM, Red Hat KVM et Citrix.

• Machines virtuelles (VM) : les VM sont des environnements virtuels individuels ayant la capacité d’exécuter leur propre système d’exploitation et leurs propres applications comme s’ils se trouvaient sur du matériel dédié.

• Système d’exploitation invité : les VM d’un même hôte physique peuvent chacune exécuter un système d’exploitation différent. Par exemple, l’une peut exécuter Windows Server tandis qu’une autre exécute Linux sur la même machine physique.

• Interfaces réseau virtuelles : les réseaux définis par logiciel (SDN) permettent aux VM de communiquer entre elles et avec des réseaux externes. Une entreprise de vente au détail, par exemple, peut faire fonctionner son serveur Web, sa base de données et son système de traitement des paiements sur des VM distinctes sur la même machine physique, chacune disposant de sa propre connexion réseau et de ses propres politiques de sécurité.

En matière de virtualisation de serveurs, il n’existe pas d’approche universelle unique. La méthode appropriée dépend des exigences des workloads, des besoins en performances ainsi que du niveau d’isolation et de gestion des ressources requis. Voici quelques-uns des principaux types de virtualisation de serveurs : 

• Virtualisation complète
• Para-virtualisation
• Virtualisation au niveau du système d’exploitation
• Virtualisation assistée par matériel

La virtualisation complète simule l’ensemble du matériel sous-jacent, permettant ainsi aux systèmes d’exploitation invités de fonctionner comme ils le feraient sur une machine physique dédiée. L’hyperviseur gère toutes les interactions entre le système d’exploitation invité et le matériel.

Dans ce cas, pratiquement n’importe quel système d’exploitation peut fonctionner en tant qu’invité. Cette capacité fait de la virtualisation complète l’approche la plus largement utilisée dans les environnements d’entreprise.

Avec la para-virtualisation, le système d’exploitation invité est modifié pour communiquer directement avec l’hyperviseur plutôt que de recourir à une simulation matérielle complète. Cette approche réduit la consommation de ressources et améliore les performances, en particulier pour les workloads gourmands en E/S.

Plutôt que de créer des machines virtuelles distinctes, cette approche divise un seul système d’exploitation en conteneurs. Ces derniers fonctionnent comme des instances utilisateur isolées qui partagent le noyau de l’hôte, ce qui les rend légers et rapides à approvisionner.

Docker est l’outil le plus populaire pour ce type de virtualisation de serveurs ; il est couramment utilisé dans les environnements de microservices et de DevOps où les applications communiquent via des API.

Cette technologie utilise des extensions de processeur (par exemple Intel VT-x et AMD-V) pour gérer les tâches de virtualisation au niveau matériel, ce qui réduit la charge de l’hyperviseur et améliore les performances globales.

Cette intégration matérielle permet aux processeurs modernes de prendre en charge plus efficacement les workloads virtualisés, en particulier pour les applications gourmandes en ressources de calcul telles que l’IA et le machine learning (ML). Les plateformes d’entreprise comme IBM PowerVM et VMware ESXi utilisent l’intégration matérielle pour offrir une virtualisation plus rapide aux workloads qui exigent une haute disponibilité et des performances élevées.

La virtualisation des serveurs est parfois confondue avec la conteneurisation. Bien que ces deux technologies soient liées, elles abordent différemment l’exécution de workloads efficaces.

• La virtualisation des serveurs reproduit un ordinateur entier dans un logiciel, chaque machine virtuelle exécutant un système d’exploitation distinct sur du matériel physique partagé.

• Les conteneurs partagent le noyau du système d’exploitation sous-jacent et regroupent uniquement l’application et ses dépendances, ce qui allège et accélère leur déploiement.

La plupart des entreprises utilisent ces deux technologies, Kubernetes orchestrant les conteneurs entre elles.

La virtualisation des serveurs offre des avantages tant opérationnels que financiers, notamment :

• Optimisation des ressources : la virtualisation des serveurs permet d’exécuter plusieurs workloads sur une même machine, ce qui permet aux entreprises de tirer davantage parti de leur matériel existant.

• Rentabilité : la consolidation des workloads sur un nombre réduit de serveurs physiques génère des économies au niveau du matériel, de l’alimentation électrique, du refroidissement et de l’espace occupé dans le centre de données, réduisant ainsi à la fois les dépenses d’investissement et les coûts d’exploitation.

• Évolutivité : la virtualisation des serveurs permet aux entreprises d’adapter l’utilisation des ressources à la hausse ou à la baisse en fonction de la demande réelle, évitant ainsi le coût d’un approvisionnement excessif en matériel pour des workloads qui ne connaissent que des pics occasionnels.

• Gain de productivité : la mise en service d’un nouveau serveur physique peut prendre des jours, voire des semaines, alors que celle d’une machine virtuelle ne prend que quelques minutes. La gestion centralisée des environnements virtuels permet aux équipes informatiques de réagir plus rapidement aux changements, de déployer des environnements à la demande et d’automatiser les tâches, offrant ainsi des résultats plus rapides.

• Résilience de l’entreprise : la virtualisation des serveurs favorise la résilience en permettant aux entreprises de répliquer et de migrer des machines virtuelles d’un hôte physique à l’autre avec un minimum de perturbations. En cas de défaillance d’un hôte physique, les machines virtuelles basculent automatiquement vers un autre hôte, et la migration à chaud permet de maintenir les applications en fonctionnement pendant les opérations de maintenance planifiées ou en cas de pannes imprévues.

• Durabilité : la consolidation des serveurs réduit les besoins en fabrication de matériel et diminue les exigences en matière de refroidissement. Pour les entreprises ayant pris des engagements en matière de durabilité ou soumises à des obligations de reporting ESG, cette transition se traduit par une réduction de la consommation énergétique des centres de données et une diminution de l’impact environnemental.

• Renforcement de la sécurité : la virtualisation des serveurs permet d’isoler les workloads les uns des autres. Ainsi, un incident de sécurité survenant dans une machine virtuelle n’affecte pas automatiquement les autres machines virtuelles hébergées sur le même serveur. Les entreprises peuvent appliquer des politiques de sécurité des données au niveau des machines virtuelles et recourir à la surveillance pour détecter toute activité inhabituelle sur le réseau.

La virtualisation des serveurs offre un large éventail de cas d’utilisation en entreprise, allant des opérations informatiques quotidiennes à des stratégies d’infrastructure plus complexes :

• Sauvegarde et reprise après sinistre
• DevOps et environnements de test
• Virtualisation des postes de travail
• Migration vers le cloud
• Calcul haute performance
• Souveraineté numérique

L’IA modifie la manière dont les entreprises s’appuient sur la virtualisation des serveurs. À mesure qu’elles passent de projets pilotes d’IA à une mise en production à grande échelle, les serveurs virtualisés sont confrontés à des exigences accrues, notamment un volume de workloads plus important, une utilisation plus intensive des ressources, des besoins de puissance de traitement plus élevés et une tolérance réduite aux temps d’arrêt.

Les centres de données virtualisés modernes recourent de plus en plus à l’IA pour gérer plus efficacement les ressources des serveurs. Plutôt que de s’en remettre à une configuration manuelle, les entreprises peuvent surveiller en temps réel l’utilisation du processeur, la consommation de mémoire, les goulots d’étranglement au niveau du stockage et la prolifération des VM, et rééquilibrer les workloads à mesure que les conditions évoluent. La planification prédictive des capacités va encore plus loin, en anticipant la demande avant qu’elle n’atteigne son pic plutôt qu’en réagissant a posteriori.

L’IA a également un impact sur la sécurité de la virtualisation des serveurs. En surveillant en permanence le trafic entre les machines virtuelles et en analysant les modèles de comportement, les entreprises peuvent identifier les menaces plus tôt et réagir plus rapidement que ne le permettent les outils traditionnels basés sur des règles.

Pour les entreprises gérant des workloads d’IA sensibles, la virtualisation des serveurs soutient la souveraineté de l’IA en conservant ces workloads sur une infrastructure contrôlée par l’entreprise.