Qu'est-ce que la virtualisation ?

La virtualisation est un processus qui permet une utilisation plus efficace du matériel informatique et qui pose les bases du cloud computing.

Le logiciel de virtualisation crée une couche d'abstraction sur le matériel informatique qui permet aux composants matériels d'un ordinateur (processeurs, mémoire, archivage et plus encore) d'être divisés en plusieurs ordinateurs virtuels, souvent appelés machines virtuelles (VM). Chaque machine virtuelle exécute son propre système d'exploitation et fonctionne comme un ordinateur indépendant, même si elle s'exécute sur la partie matérielle sous-jacente d'un ordinateur.

Il s'ensuit que la virtualisation permet une utilisation plus efficace du matériel informatique physique et permet un meilleur retour sur l'investissement matériel d'une organisation.

Aujourd'hui, la virtualisation est une pratique courante dans l'architecture informatique des entreprises. Il s'agit également de la technologie qui pilote le modèle économique du cloud computing. La virtualisation permet aux fournisseurs de cloud de servir les utilisateurs avec leur matériel informatique existant ; elle permet aux utilisateurs du cloud d'acheter uniquement les ressources informatiques nécessaires au moment où ils en ont besoin, et de faire évoluer ces ressources de manière rentable au fur et à mesure que leur charge de travail augmente.

La virtualisation apporte plusieurs avantages aux opérateurs de centre de données et aux prestataires de services :

• Efficacité des ressources : Avant la virtualisation, chaque serveur d'application avait besoin de sa propre unité centrale assignée. L'équipe informatique devait acheter et configurer chaque serveur qu'elle souhaitait exécuter. (L'équipe informatique préfère en général gérer une seule application et un seul système d'exploitation par ordinateur pour des raisons de fiabilité.) Invariablement, chacun des serveurs physiques était sous-utilisé. Par opposition, la virtualisation des serveurs permet d'exécuter plusieurs applications, chacune sur sa propre VM avec son propre système d'exploitation, sur un seul ordinateur physique (généralement un serveur x86) sans sacrifier la fiabilité. Cela permet une utilisation maximale de la capacité de traitement du matériel physique.
  
  
• Gestion simplifiée : Le remplacement des ordinateurs physiques par des machines virtuelles définies par les logiciels simplifie l'utilisation et la gestion des stratégies écrites en langage logiciel. Cela permet de créer des flux de travaux automatisés pour la gestion des services informatiques. Par exemple, des outils de déploiement et de configuration automatisés permettent aux administrateurs de définir des groupes de machines virtuelles et d'applications en tant que services, dans des modèles logiciels. Cela signifie qu'ils peuvent installer ces services à plusieurs reprises et de manière cohérente sans paramétrage fastidieux ni chronophage ou sujet aux erreurs. Les administrateurs peuvent utiliser les politiques de sécurité de la virtualisation pour imposer certaines configurations de sécurité en fonction du rôle de la machine virtuelle. Les politiques peuvent même accroître l'efficacité des ressources en retirant les machines virtuelles inutilisées pour économiser de l'espace et de la puissance de calcul.
  
  
• Durée d'indisponibilité minimale : Les plantages du système d'exploitation et des applications peuvent causer des temps d'indisponibilité et interrompre la productivité des utilisateurs. Les administrateurs peuvent exécuter plusieurs machines virtuelles redondantes les unes à côté des autres et basculer entre elles en cas de problème. L'exécution de plusieurs serveurs physiques redondants est plus coûteuse.
  
  
• Mise à disposition plus rapide : L'achat, l'installation et la configuration du matériel pour chaque application est chronophage. Pour autant que le matériel soit déjà en place, la mise à disposition de machines virtuelles pour exécuter toutes vos applications est nettement plus rapide. Vous pouvez même l'automatiser à l'aide d'un logiciel de gestion et l'intégrer dans les flux de travaux existants.

Pour une présentation plus détaillée des avantages potentiels, voir « Les 5 avantages de la virtualisation. »

Plusieurs entreprises offrent des solutions de virtualisation couvrant des tâches caractéristiques des centres de données ou des scénarios de virtualisation de bureau orientés utilisateur final. Parmi les exemples les plus connus, citons VMware, qui se spécialise dans la virtualisation de serveurs, de bureaux, de réseaux et de systèmes de stockage ; Citrix, qui se spécialise dans la virtualisation d'applications mais propose également des solutions de virtualisation de serveurs et de bureaux ; et Microsoft, dont la solution de virtualisation Hyper-V est fournie avec Windows et se concentre sur les versions virtuelles de serveurs et de bureaux.

Les machines virtuelles (VM) sont des environnements virtuels qui simulent un ordinateur physique sous la forme d'un logiciel. Elles comprennent normalement plusieurs fichiers contenant la configuration de la machine virtuelle, le stockage du disque dur virtuel, et quelques instantanés de la machine virtuelle qui maintiennent son état à un point de cohérence.

Pour une présentation exhaustive des machines virtuelles, voir « Qu'est-ce qu'une machine virtuelle ? »

Un hyperviseur est la couche logicielle qui coordonne les machines virtuelles. Il sert d'interface entre la machine virtuelle et le matériel physique sous-jacent, garantissant que chacun a accès aux ressources physiques dont il a besoin pour s'exécuter. Il garantit également que les VM n'interfèrent pas les unes avec les autres en empiétant sur leur espace mémoire ou cycle de calcul respectifs.

Il existe deux types d'hyperviseurs :

• Les hyperviseurs « bare-metal » ou de type 1 interagissent avec les ressources physiques sous-jacentes, remplaçant complètement le système d'exploitation traditionnel. Ils apparaissent le plus souvent dans des scénarios de serveur virtuel.
• Les hyperviseurs de type 2 s'exécutent comme une application sur un système d'exploitation existant. Plus couramment utilisés sur les points de terminaison pour exécuter des systèmes d'exploitation alternatifs, ils doivent utiliser le système d'exploitation hôte pour accéder aux ressources matérielles sous-jacentes et les coordonner.

La page « Hyperviseurs : un guide complet » offre une présentation complète de tout ce qui concerne les hyperviseurs.

Jusqu'à présent, nous avons passé en revue la virtualisation de serveur, mais de nombreux autres éléments d'infrastructure informatique peuvent être virtualisés pour offrir des avantages significatifs aux responsables informatiques, en particulier, et à l'entreprise, dans son ensemble. Dans cette section, nous allons couvrir les types de virtualisation suivants :

• Virtualisation de bureau
• Virtualisation du réseau
• Virtualisation du stockage
• Virtualisation des données
• Virtualisation d'applications
• Virtualisation du centre de données
• Virtualisation des unités centrales
• Virtualisation des GPU
• Virtualisation Linux
• Virtualisation du cloud

Virtualisation de bureau

La virtualisation de bureau vous permet d'exécuter plusieurs systèmes d'exploitation, chacun sur sa propre machine virtuelle, sur le même ordinateur.

Il existe deux types de virtualisation de bureau :

• L'infrastructure de bureau virtuel (VDI) exécute plusieurs bureaux dans des machines virtuelles sur un serveur central et les diffuse aux utilisateurs qui se connectent sur des clients légers. De cette façon, elle permet à une organisation de fournir à ses utilisateurs un accès à une variété de systèmes d'exploitation depuis tout appareil, sans installer de système d'exploitation sur aucun appareil. Voir « Qu'est-ce que l'infrastructure de bureau virtuel (VDI) ? » pour une explication plus détaillée.
• La virtualisation de bureau locale exécute un hyperviseur sur un ordinateur local, ce qui permet à l'utilisateur d'exécuter un ou plusieurs systèmes d'exploitation supplémentaires sur ce ordinateur et de basculer d'un système d'exploitation à un autre selon les besoins, sans rien changer au système d'exploitation principal.

Pour plus d'informations sur les bureaux virtuels, voir « Bureau en tant que service ».

Virtualisation du réseau

La virtualisation du réseau utilise un logiciel pour créer une « vue » du réseau qu'un administrateur peut utiliser pour gérer le réseau à partir d'une console unique. Elle extrait les éléments et les fonctions du matériel (par exemple, les connexions, les commutateurs, les routeurs, etc.) et les transforme en logiciels fonctionnant sur un hyperviseur. L'administrateur de réseau peut modifier et contrôler ces éléments sans toucher aux composants physiques sous-jacents, ce qui simplifie considérablement la gestion du réseau.

Les types de virtualisation du réseau incluent la mise en réseau définie par logiciel (SDN), qui virtualise le matériel qui contrôle l'acheminement du trafic réseau (appelé plan de contrôle), et la virtualisation de la fonction réseau (NFV), qui virtualise un ou plusieurs dispositifs matériels qui offrent une fonction réseau spécifique (par exemple, un pare-feu, un équilibreur de charge, ou un analyseur de trafic), ce qui simplifie la configuration, l'approvisionnement et la gestion de ces appareils.

Virtualisation du stockage

La virtualisation du stockage permet d'accéder à tous les dispositifs de stockage du réseau, qu'ils soient installés sur des serveurs individuels ou sur des unités de stockage autonomes, et d'y accéder ou de les gérer comme un périphérique de stockage unique. Plus précisément, la virtualisation du stockage regroupe tous les blocs de stockage en un seul pool partagé à partir duquel ils peuvent être affectés à n'importe quelle machine virtuelle sur le réseau, selon les besoins. La virtualisation du stockage facilite la mise à disposition du stockage pour les machines virtuelles et permet d'utiliser tout le stockage disponible sur le réseau.

Pour un examen plus approfondi de la virtualisation du stockage, voir « Qu'est-ce que le stockage cloud ? »

Virtualisation des données

Les entreprises modernes stockent des données qui proviennent de plusieurs applications, sous différents formats, à plusieurs endroits, allant du cloud aux systèmes matériels et logiciels sur site. La virtualisation de données permet à toute application d'accéder à l'ensemble des données, quels que soient leur source, leur format ou leur emplacement.

Les outils de virtualisation de données créent une couche logicielle entre les applications qui accèdent aux données et les systèmes qui les stockent. La couche traduit la demande ou la requête de données d'une application selon les besoins et renvoie des résultats qui peuvent couvrir plusieurs systèmes. La virtualisation de données peut permettre de briser les silos de données lorsque d'autres types d'intégration ne sont pas réalisables, souhaitables ni abordables.

Virtualisation d'applications

La virtualisation d'applications permet d'exécuter les applications logicielles sans les installer directement sur le système d'exploitation de l'utilisateur. Cette méthode diffère de la virtualisation de bureau complète (mentionnée ci-dessus), car l'application est la seule à s'exécuter dans un environnement virtuel. Le fonctionnement du système d'exploitation de l'appareil de l'utilisateur final restant inchangé. Il existe trois types de virtualisation d'applications : 

• La virtualisation d'application locale : L'application dans son ensemble s'exécute sur le point de terminaison, mais fonctionne dans un environnement d'exécution plutôt que sur le matériel natif.
• Le streaming d'application : L'application vit sur un serveur qui envoie de petits composants du logiciel s'exécuter sur l'appareil de l'utilisateur final si nécessaire.
• La virtualisation d'application basée sur un serveur :L'application s'exécute entièrement sur un serveur qui n'envoie que son interface utilisateur à l'appareil client.

Virtualisation du centre de données

La virtualisation du centre de données transforme la plus grande partie du matériel d'un centre de données en logiciel, ce qui permet effectivement à un administrateur de diviser un centre de données physique unique en plusieurs centres de données virtuels pour différents clients.

Chaque client peut accéder à sa propre infrastructure en tant que service (IaaS), qui s'exécute sur le même matériel physique sous-jacent. Les centres de données virtuels offrent une rampe d'accès facile au cloud computing, en permettant à une entreprise de mettre rapidement en place un environnement de centre de données complet sans acheter de matériel d'infrastructure.

Virtualisation des unités centrales

La virtualisation des processeurs est la technologie fondamentale qui matérialise les hyperviseurs, les machines virtuelles et les systèmes d'exploitation possibles. Elle permet à un processeur unique d'être divisé en plusieurs processeurs pour être utilisé par plusieurs machines virtuelles.

Au début, la virtualisation de processeurs était entièrement définie par logiciel, mais de nombreux processeurs actuels incluent des jeux d'instruction détaillés qui prennent en charge la virtualisation des processeurs, ce qui améliore les performances des machines virtuelles.

Virtualisation des GPU

Une unité de traitement graphique (GPU) est un processeur multicœur spécial qui améliore les performances de calcul globales en prenant en charge le traitement complexe d'éléments graphiques ou mathématiques. La virtualisation des GPU permet à plusieurs machines virtuelles d'utiliser tout ou une partie de la puissance de traitement d'une unité de traitement graphique pour accélérer la vidéo, l'intelligence artificielle (IA) et d'autres applications à fort contenu graphique ou mathématique.

• Les GPU de type pass through mettent l'ensemble des GPU à la disposition d'un seul système d'exploitation invité.
• Les vGPU partagées divisent les noyaux des GPU physiques entre plusieurs GPU virtuelles (vGPUs) pour être utilisées par des machines virtuelles basées sur un serveur.

Virtualisation Linux

Linux inclut son propre hyperviseur, appelé machine virtuelle multinoyau (KVM), qui prend en charge les extensions de processeur de virtualisation d'Intel et de AMD, de sorte que vous pouvez créer des machines virtuelles basées sur x86 à partir d'un système d'exploitation hôte Linux.

En tant que système d'exploitation open source, Linux est hautement personnalisable. Vous pouvez créer des machines virtuelles exécutant des versions de Linux adaptées à des charges de travail spécifiques ou des versions à sécurité renforcée pour certaines applications plus sensibles.

Virtualisation du cloud

Comme indiqué ci-dessus, le modèle de cloud computing repose sur la virtualisation. En virtualisant les serveurs, le stockage et d'autres ressources physiques du centre de données, les fournisseurs de cloud computing peuvent offrir tout un éventail de services à leurs clients, dont les suivants : 

• L'infrastructure en tant que service (Iaas) : Ressources virtualisées de serveur, stockage et réseau que vous pouvez configurer en fonction des besoins.  
• La plateforme en tant que service (PaaS) : Outils de développement, bases de données et autres services cloud virtualisés dont vous pouvez vous servir pour créer vos propres applications et solutions basées sur le cloud.
• Le logiciel en tant que service (SaaS) : Applications logicielles que vous utilisez dans le cloud. Le SaaS est le service cloud le plus dissocié du matériel.

Si vous souhaitez en savoir plus à propos de ces modèles de services cloud, consultez notre guide : « Différence entre l'IaaS, la PaaS et le SaaS ».

La virtualisation de serveur reproduit un ordinateur matériel dans son ensemble, qui exécute ensuite tout un système d'exploitation complet. Le système d'exploitation exécute une seule application. Cette solution est plus efficace que l'absence totale de virtualisation, mais elle duplique le code et les services inutiles pour chaque application que vous souhaitez exécuter.

Les conteneurs adoptent une approche différente. Ils partagent un noyau du système d'exploitation sous-jacent, exécutant uniquement l'application et les éléments dont elle dépend, comme les bibliothèques logicielles ou les variables d'environnement. Par conséquent, les conteneurs sont plus petits et plus rapides à déployer.

Pour une analyse approfondie sur les conteneurs et la conteneurisation, consultez les pages Conteneurs : un guide complet et Conteneurisation : un guide complet.

Lisez l'article de blogue « Différence entre les conteneurs et les machines virtuelles » pour une comparaison plus précise.

VMware crée un logiciel de virtualisation. VMware a commencé par proposer la virtualisation de serveurs uniquement. Son hyperviseur ESX (aujourd'hui ESXi) a été l'un des premiers produits de virtualisation à connaître un succès commercial. Aujourd'hui, VMware propose également des solutions de virtualisation de réseau, de stockage et de bureau.

Pour une analyse détaillée de tout ce qui concerne VMware, voir « VMware : Un guide complet ».

La virtualisation offre certains avantages en matière de sécurité. Par exemple, les machines virtuelles infectées par des logiciels malveillants peuvent être ramenées à un moment (appelé instantané) où elles n'étaient pas infectées et étaient stables. Elles sont également plus faciles à supprimer et à recréer. Il n'est pas toujours possible de désinfecter un système d'exploitation non virtualisé, car le logiciel malveillant est souvent profondément intégré dans les composants de base du système d'exploitation et persistant au-delà des restaurations du système.

La virtualisation présente également des défis de sécurité. Si un attaquant compromet un hyperviseur, il possède potentiellement toutes les machines virtuelles et systèmes d'exploitation invités. Parce que les hyperviseurs peuvent aussi autoriser les machines virtuelles à communiquer entre elles sans toucher au réseau physique, il peut être difficile d'afficher leur trafic et donc de détecter des activités suspectes.

Un hyperviseur de type 2 sur un système d'exploitation hôte est également susceptible d'héberger le logiciel malveillant installé sur le système d'exploitation hôte.

Le marché offre une gamme de produits pour sécuriser la virtualisation qui permettent de parcourir les machines virtuelles et d'apporter des correctifs aux logiciels malveillants, chiffrer entièrement les disques virtuels des machines virtuelles, et contrôler et effectuer un audit de l'accès aux machines virtuelles.