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Intitulé de l’Unité d’Enseignement : Master1 Information&
Technologie.
Spécialité : Réseaux et Télécom.
Intitulé de la matière : Programmation et Systèmes.
Virtualisation(Université d’Académie Arabe)
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Le saviez-vous?
Traiter le
volume
d’informati
on généré
Augmente
r l’agilité
des
systèmes
informatiq
ue
Améliorer
le
rendeme
nt
Virtualisation est l’une des
pierres angulaires de
cette stratégie
Agilité d’un système
d’information: la capacité
d’accélérer les temps de
mise sur le marché de
nouvelles offres depuis la
conception, la promotion et la
diffusion de ces offres.
1) Pouvoir réagir à
l’inattendu : arrivéed’un
nouveau concurrent .
2) Pouvoir s’adapter
facilement aux évolutions
métiers (digitalisation) et
exploiter lesnouvelles
technologiques(Cloud
computing, BigData)
lOMoARcPSD|20
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Historiq
ue
60
-
70
:
- Dufait quelessuperscalculateurssontparfoissous utilisés. IBM adéveloppé,encollaborationavec
MIT, un produit (nommé hyperviseur) CP/CMS (Control Program/Cambridge Monitor
System puis Console Monitor System), unsystèmedevirtualisation serveursdontlesoucisest
de résoudre le partitionnement des ressources matérielles des mainframes qui se pose. (optimiser
l’utilisation de celles-ci afin d’éviter qu’elles ne travaillent inutilement.)
- Ceciest réaliséparembarquementd’unecouchedevirtualisationdansses supercalculateurs Mainframe
(ordinateur central ayant grande puissance de traitement), ce qui implique la virtualisation des systèmes
d’exploitationavecdestechnologiesspécifiquesetpropriétaires,àlafoislogiciellesetmatérielles.
La particularité qui caractérise CP/CMS est que son code source était libre, par conséquent
l’ensemble desclientsd’IBM®pouvait yaccédergratuitement.
LetermeCP(ControlProgram)correspondait àunprogrammedecontrôlepermettantdecréer
l’environnement d’une machine virtuelle.
o CP permettaitàunutilisateurdegérer une machine virtuelle depuis un terminal.
o CMS (ConsoleMonitor System)était définicommeunsimple système d’exploitation
interactif mono-utilisateur
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ori
qu
e
Actuellement : Lavirtualisation esttrèsconnue.VMWare etMicrosoft sontlesdeuxgrands
acteursde lavirtualisationdeserveurs.Lesentrepriseslesplusavancésdépassentuntauxdevirtualisation
de75%.
Il existe plusieursformesdevirtualisation: serveurs,applications, postede travail,….
196
2
196
8
199
9
Cloud computing
Mainframe
(Serveurs IBM)
virtualisation sur Intel
mémoire virtuelle
200
3
2009
Mémoire virtuelle
(60)
Serveur virtuel
(70)
Réseau virtuel
(90)
Stockage virtuel
(2000)
Evolutiondela virtualisation
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Généralité
s
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Question 1 : Qu’est ce que un serveur?
Réponse: Programmeinformatiquequi‘rend service ‘ àplusieursordinateursenréseauparle
stockage oule partagededossiers,dedonnées,d’imprimantesouencoredefax(Service Provider)
>>Il s’agitd’unensemble de ressources matérielles spécialiséesquisontaccédéesparun
système d’exploitation(OS,OperatingSystem)viaunensemblededrivers spécialisés(figure1).
Question 2 : Quels sont les différents rôles de serveur ?
Réponse: DNS,FTP,DHCP,HTTP,PRINT,Sauvegarde,messagerie….
Question 3 : Qu’est ce qu’un système d’exploitation (OS) ?
Réponse:
Lesystèmed'exploitationestchargéd'assurerla liaisonentrelesressourcesmatérielles, l'utilisateur etles
applications(traitementdetexte,jeuvidéo, ...).
Il permetausside"dissocier"lesprogrammesetlematérielafind’offrir àl’utilisateur uneinterfacehomme-
machine(IHM)simplifiéetdelui s’affranchirdelacomplexitédelamachinephysique.
Question 4 : Quels sont les différents rôles d’un système
d’exploitation (OS)? Réponse :
Gestionduprocesseur,Gestiondelamémoirevive,Gestiondesentrées/sorties, Gestiondel'exécution
desapplications, Gestiondesfichiers, Gestion desinformations.
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Serveur
informati
que
Cours de virtualisation Programmation Systèmes Nasser Aden
Figure 1 : Ressources matérielles, OS et application
o Processeur CPU (Central Processing Unit): réalise lapartie traitement
oRAM (RandomAccessMemoryoumémoireàaccèsdirect): stockeetempileles instructions cours
terme.
oStockage: mémoiredesdonnéeslongterme.
oCartes d’interface réseau (NIC) : ellepermetàlamachinedeseconnecteràd’autres
machines oud’autreséquipementsviaunréseau.
NB :OScommuniqueaveclespilotes(drivers)afind’accéderauxressourcesduserveur
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Généralités : Serveur
informatique
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Services
Provider
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Généralités : Serveur informatique
(CPU)
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Analogie avec les processeurs
Cadencemaxatteinte (~3.6GHz)
Naissancedumulti-cœurs (plusieurs cœursphysiques fonctionnant simultanément)
Naissancedel’Hyper-threading (consisteàcréerdeux processeurs logiques sur une
seule puce, chacundotédesespropresregistres dedonnéesetdecontrôle, etd'uncontrôleur
d'interruptions particulier) (1 cœur physique=2cœurslogiques)
Exemple :
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Core
i7
=>1processeur,4cœurs physiqueshyper-threadés
=>soit 2x4=8cœurslogiques
L’idéedelavirtualisation estd’augmenter le nombre decœurs
N.B: Uncœur physiqueestunensemble de circuits capables d’exécuter des programmes de
façon autonome
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c’est
virtualisation
?
Cours de virtualisation MASTER IPS / FSR/ UM5R H.ECHOUKAIRI 2020-2021
Propositiondedéfinition: abstraction descouchesphysiquesd’unélémentdel’infrastructure
informatique (abstractionphysiquedesressourcesinformatiques).
Autrementdit, uncomposantinformatique créédanslecadredelavirtualisation estappelécomposant
virtuel oulogiqueetpeutêtreutilisé delamêmemanièrequesonéquivalent physique.
1élémentphysiqueapparaîtcommeplusieurséléments logiques
Plusieursélémentsphysiquesapparaissentcomme1élément logique
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Cours de virtualisation MASTER IPS/ FSR /UM5R H.ECHOUKAIRI 2020-2021
Introduction: 1élémentphysique, nélémentslogiques
Exemples : - Serveur VMware avec plusieurs
machines virtuelles;
- 1 serveur web avec plusieurs IP virtuelles
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1 physique > plusieurs
logiques
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Introduction: nélémentsphysiques,1élément logique
RAID
5
Exemples : - 1 grappe RAID, plusieurs disques physiques;
- 1 application publiée Citrix, plusieurs serveurs de
présentation
1 logique > plusieurs
physiques
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ction :
Termin
ologie
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Hyperviseur (hypervisor): bare-metal (type 1) vs hosted (type 2)
Plate-formelogicielle devirtualisation quipermetl’exécution simultanéedeplusieurssystèmesd’exploitation
surunemêmemachinephysique; synonyme:gestionnairedemachines virtuelles
Hôte (host) =machinephysiquesurlaquelle s’exécutel’hyperviseur , elle secomposede:
o Plusieursprocesseursmulticœurs,
o Plusieursgigaoctets(Go)de RAM,
o Plusieurstéraoctets(To)d’espace disque
o Stockageenréseau(NAS, NetworkAttachedStorage) oud’un réseaudestockage(SAN,StorageAreaNetwork)
Système Invité (guest) =OSinstallé àl’intérieur d’unemachinevirtuelle
Machine Virtuelle (VM) :
Systèmed’exploitation s’exécutantàl’aided’unhyperviseur etdontle matérielestpartiellementou
totalement émulé==>estunordinateur virtuel quiutilise unsystème invité
Virtuel :
Il s'agit duportageoudela créationd'unenvironnementsystèmecomplet(OS+Applications) ausein
d'une VM
Migration « Live » (Vmotion, Storage Vmotion):
Déplacementd’uninvitéd’unhôteàunautresansinterruptiondeservice
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Cours de
virtualisation
PartieII
ACADEMIEARABE M1-INFORMATIQUE
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ction :
Termin
ologie
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Hyperviseur (hypervisor): bare-metal(type 1)vs hosted(type2)
Plate-formelogicielle devirtualisation quipermetl’exécution simultanéedeplusieurssystèmesd’exploitation
surunemêmemachinephysique; synonyme:gestionnairedemachines virtuelles
Hôte(host)=machinephysiquesurlaquelle s’exécutel’hyperviseur , elle secomposede:
o Plusieursprocesseursmulticœurs,
o Plusieursgigaoctets(Go)de RAM,
o Plusieurstéraoctets(To)d’espace disque
o Stockageenréseau(NAS, NetworkAttachedStorage) oud’un réseaudestockage(SAN,StorageAreaNetwork)
Système Invité (guest)=OSinstallé àl’intérieur d’unemachinevirtuelle
MachineVirtuelle (VM):
Systèmed’exploitation s’exécutantàl’aided’unhyperviseur etdontle matérielestpartiellementou
totalement émulé==>estunordinateur virtuel quiutilise unsystèmeinvité
Virtuel :
Il s'agit duportageoudela créationd'unenvironnementsystèmecomplet(OS+Applications) ausein
d'une VM
Migration« Live » (Vmotion, StorageVmotion):
Déplacementd’uninvitéd’unhôteàunautresansinterruptiondeservice
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ats à la
virtuali
sation
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Serveurs de bases de
données (Oracle,
MySQL,…..)
Application server (WebSphere,
WebLogic,Tomcat)
we
b
Serveurs
réseau: DNS,
DHCP,NTP
Prin
t
VMsononephysical
server
N.B: Il n’y apas non plus derestrictionquantauxsystèmes d’exploitation(Windows, Linux,
solaris,…)
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
ction :
Consol
idation
Sans virtualisation(architecture x86traditionnelle),unseul système peutêtreopérationnelsur une
machine physique.
==>Exécutiondeplusieursapplications/serveuraugmentelerisqued’interruptiondeservice
global.
==>Engénéral,1serveur =1application
Avec la virtualisation(architecture x86virtualisée),chaquemachinevirtuelle possèdesespropres
applicationsetsystème d’exploitation.
==>Possibilités d’exécuter plusieurs systèmes d’exploitationssur la mêmemachine
physique
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Objectif : Optimisation du tauxd’utilisationdes
serveurs.
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veu
r
virt
uel
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Question5: Qu’estcequ’unserveurvirtuel
o Il s’agitd’unconteneurdelogicielcomplètementisolé quiestcapabledegérersespropres
systèmesd'exploitationetapplicationscommes'il s'agissaitd'unordinateurphysique, enutilisant des
techniquesdevirtualisation.
o Il secomporteexactementcommeunordinateurphysiqueetcontientsonpropre virtuel CPU, RAM,
disque dur etcarteréseau.
o Unsystèmed’exploitationnepeutpas faire la différenceentreunserveurvirtuel etun
serveur physique
Question6: Quelssontlesavantagesd’unserveur virtuel?
Réponse:
Compatibilité, Isolation,,Indépendancematériel
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veu
r
virt
uel
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
oCompatibilité: lesserveursvirtuelssontcompatiblesavectoutles
standardsx86et autres
oIsolation: lesserveursvirtuelssontisolésdesautresmachinescommesi
ellesétaientdesmachinesphysiques.
oEncapsulage(imbriquement) : lesserveursvirtuelsencapsulent
un environnementinformatiquecomplet
oIndépendancematériel: lesserveursvirtuelsfonctionnent
indépendammentdumatériel.
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Introduction:Consolidation
Pluslenombredeserveurshébergésaugmente;pluslaconsolidation estefficaceet
permetderéduirelesdifférentscoûtsliésàlacouchephysique(énergie,refroidissement,
maintenance,achat, …).
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Cours devirtualisation
MASTER 1 INFO
H.ECHOUKAIRI 2020-2021
Introduction: Définition(1/2)
Virtualisation : Ensemble des techniques matérielles et/ou logicielles qui permettent de faire
fonctionnersuruneseule machineplusieurs systèmesd’exploitation et/ouplusieurs applications,
séparémentlesunsdesautres,commes’ils fonctionnaientsurdesmachinesphysiquesdistinctes.
o Simuler, au sein d’un serveur physique, l’existence de plusieurs systèmes d’exploitation
cloisonnés
etmutualisés.
o Donc,il s’agitd’unetechnologie quitransforme du matériel enlogiciel parallocation
dynamique de
ressourcesphysiques (CPU, RAM,stockageetréseau) auxdifférentesmachines virtuelles.
o L’ordinateurhôte"voit" ses machinesvirtuelles commedes applications auxquelles il
dédie ou distribue sesressources.
Architecture traditionnelle:
- Un seul système
d’exploitation
- Uneseuleapplication
Architecture virtuelle:
- Virtualiseplusieurs VMspar
utilisation d’un Hyperviseur
(Vmware)
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ction :
Définiti
on (2/2)
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Selon le type de virtualisation choisi, un système principal (OSou logiciel) s'interpose entre
la machine physique et une collection de machines virtualisées en s’occupant de leurs
gestiondansquelquessecondesentermede:
• Création;
• Duplication;
• Suppression;
• Supervision,…
L’ordinateur hôte"voit" sesmachinesvirtuelles commedesapplications auxquellesil dédieoudistribue ses
ressources
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usages
de la
virtualis
ation ?
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Mutualisation des ressourcesetregroupementde systèmes divers surunemachine
physique unique(toutenlesmaintenantlogiquementséparés)
ExécutionsimultanéedeplusieursOSsurunemêmemachine(mieuxquele multiboot!)
Essaid’unsystèmeavantmiseenexploitation (cassageetpossibilitéderecommencersanscasserle
systèmed'exploitation hôte)
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Rappel
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
A machine before
virtualization.
A machine after
virtualization.
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
virtualis
ation ?
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Efficient utilization of resources(optimization)/consolidation:
Utilisationmaximalede la capacitéinformatiquedumatérielphysique
(resources)partagéentre les VMs :
Sans virtualisation, la plupart des matériels ne connaissaient qu'un taux
d'utilisation de5à15%duCPU ou/etdumémoire.
Avecla virtualisation tels queVMware,unserveur peut être utilisé entoute
sécurité par plusieurs VMsde traitement jusqu’à 75% à 80% sur unebase
continueentermedeCPU et mémoire.
Exemple:
Prenonslecas oùunserveur physique aétéachetépour exécuterune application quine
fonctionnequependantlasoirée.
Lorsquela demanden’estpas traitée, parexemplele matinoul’après-midi,laboîtematérielle est
inactive,cequiestunénorme gaspillage deressources.
AvecVMs,leserveurphysiqueutilisera mieuxsesressources.
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
virtualis
ation ?
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Examples:
o VMs: softwareconstructsthatruninahypervisor(logicielsquifonctionnentdansunhyperviseur)
o Virtualdisks:softwarecomponentsthatemulateanactualdiskstorage device.
o VLANs (Virtual localareanetwork): Il s’agitdecréersurunmemeswitch plusieursréseaux
indépendantsnepouvantcommuniquerentre eux.
o Logical PARtition (LPAR) ou partitionnement logique (IBM) : est un sous-ensemble des ressources
matérielles de l'ordinateur (processeur, mémoire et stockage) qui apparaissant commeun serveur
distinct danslecadredela virtualisation.
Unepartition estune partied'un disque dur matériel destinée àaccueillirun système de
fichiers.
Flexibility:
Assignationtrèssoupledesserveursàdifférentsusages: puissancedecalcul,
stockage.
Cesaffectationspeuventêtremoduléesenfonctiondescontraintes
particulières(montéeencharge,certainsmoisoucertainsjoursparexemple)
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
virtualis
ation ?
(2/4)
Consolider
(Agréger)
Réduireles besoins en énergie ,climatisationetensurface au sol.
Examples:
Virtual disks,
IProuting toclones :
Theconceptreferstoon-demand generation(cloning) ofhost routes (/32).
InARP,TheroutetoadirectlyattachedEthernetnetworkisinstalledasa'cloning' route,causingroutestoindividualhostson
thatnetworktobecreatedon demand.
Easier management/ centralized management :
Créerdesflux detravail automatisésdegestiondesservices IT càddéfinir
les
collections demachinesetd’applications virtuellesentantqueservicesparoutils
automatisésdedéploiementetdeconfiguration
Exemple:
Y
o
ucanautomatepowermanagement(Alimentation),
Balanceworkloadsonyourvariousvirtualmachines,
Convert aphysicalserverintoavirtual machine,
Provisionnew servers,
MigrateVMsfromafailedservertoanactive one.
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
oi la
virtualis
ation(¾)
Emuler
Action de reproduction du contexte d’exécution d’un système
sur un autre c-à-d simuler le fonctionnement de n’importe quel
ordinateur (processeuret matériel)surunautreordinateurmêmesi celui-
ciest technologiquementdifférent.
Autrementdit ,imitation du comportementphysique d'un matériel
par un logiciel
Exemples:
o Virtual Tape(Emulerespacedisqueenbandesmagnétiques)
Virtual Tape Library : système de stockage informatique incluant
unserveur,unegrappededisquesetunlogicielcapabled'émuler cet
espacedisqueenbandesmagnétiques.
oInternet Small Computer System Interface (iSCSI): Protocole
de lacouchedetransportquitransportelesblocsdedonnéesentreun
initiateur iSCSI(Open-iSCSI sur Linux) etunecibleiSCSIinstallée
surundispositif destockagesurle réseauIP.
VirtualTapeLibrary
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
virtualis
ation(
4/4)
Isoler
VMss’exécutentde manièreindépendantes
o Arrêtd’unOSvirtuelle maispasle OShôtequiestinvisible pourl’attaquant.
o Testd’architectures applicatives et réseau
o Isolationdesdifférentsutilisateurssimultanésd'unemêmemachine
oEnvironnmentd’éxecutioncloisonnésansinterférenceaveclesressources
installées localement.
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Exemples:
o Linux Vserver : isolationdesprocessusenespaceutilisateur
o OpenVZ: partitionnementauniveaunoyausousLinux
o chroot (changeroot): isolationchangementderacine.
o StorageArea Network(SAN-VC):
PartitionlogiquedansunréseaudestockagephysiqueSAN(Partage des blocs dedisques ) quipermet
d'isolerletrafic dans des parties spécifiquesd'unréseauSAN.Siunproblèmeseproduitdansune
partitionlogique,il peutêtregéréavecunminimumdeperturbationpourleresteduréseau.
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
ces :
Econo
mique
s
Mutualisationdesressourcespermet :
o Diminutionlebesoinenmatériel informatique
o Diminutiondelaconsommation électrique.
o Simplicitédumonotoringetdel’entretien physique
Réductionducoûtd’acquisitionetdegestiondu matériel
>>Fraisde: rack,électricité, climatisation, réseau,….
Réductionducoûtd’exploitationentermede :
o Energieviaunmeilleurtaux d’utilisation
o Refroidissement,
o Immobilierparéconomied’espacedanslescentresdecalculs(occupationausol)
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
: Facilité
d’administr
ation (1/2)
Installation, déploiement et migration aisées des machines virtuelles entre serveurs physiques
(Rapiditédedéploiement) :
Simpleàdéplaceretcopier(fiabilité) :
•Toutestinclus dansdesfichiers
• Independentdumatérielphysique(hôte)
Facileàgérer :
• Isoléedesautres VMs
• Nonaffectéepartoutchangement matériel
VMotion :
Migrationentempsréel desVMsenfonctionnement(.vdk, .vmk,…)d’unserveurphysiquevers un
autresansinterruption de service.
Exemple:unadministrateurquiveutarrêterle1erserveurpouruneraison,leclientnevarien sentir
lorsdel’utilisation desonordinateursanssavoir quesaVMachangécomplètementle serveur.
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
: Facilité
d’administr
ation (2/2)
Miseàdisposition d’environnementsdetestsetvalidationauxéquipesinformatiquesrapide, fiableet qui
nenécessitepasl’immobilisation deressourcesmatériellesquelquefoissousutilisées.
Exécuteretlancerplusieurs typesdesystèmesd’exploitation(Linux, MacOS,Windows)enmême
temps.
Testeretréparerunerécupération d’accidentetdimensionnementdesserveurs faciles.
Consolidation des serveurs et optimisation de l’infrastructure (optimiser le taux d’utilisation des
ressourcesparregroupementdesressourcescommunes)
Cloisementouchaquesystèmed’exploitationfonctionned’unefaçonindépendanteetsansaucune
interférence mutuelle.
Flexibilité : Faireautantdemanipulations d’unefaçonsimple
o Ajoutdescomposantestelles quedisquedur,mémoire,cpu,
o Créationdessnapshotsoucopie ponctuelle(pointin time copy)
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
ces :
Sécuri
sation
Isolation (séparation) des systèmes virtuels et hôtes (invisibles) réduit les risques
d’attaques (cassage des OS virtuels, mais pas les systèmes d’exploitation hôtes) et de
compromissiondes machines:
o Siil yaunproblèmesuruneVM,lesautresVMsneserontpasimpactées.
o VMn’estpasconsciente qu’elleestmachinevirtuelle,elle secomportecommemachinephysique
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
ces :
Sécuri
sation
Répartition(isolation)desdifférentsutilisateurssimultanésd'unemêmemachine
Diminution des risques liésaudimensionnementdesserveurs,l’ajoutde
puissance (nouveauserveur…)étantalors transparent.
Répartition dynamiquede charge (load balancing) par allocation dynamique des
ressources,puisquelavirtualisation saitrépartirla chargeentrelesdifférentesmachines.
Meilleure disponibilité des systèmes:
o Déplacementautomatique;
o Facilitédeclonagedes systèmes;
o Sauvegardedes VMs
o …
Traçabilitédesactionsadministratives
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Bénéfices : SaveTimeDuring DisasterRecovery
Eliminaterecoverysteps
Standarizerecoveryprocess
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Risques : Décloisonnement etDéni deservice
Déni deservice
Impactd’uneinstancesurl’autreen
termede performance/disponibilité
Décloisonnement
Décloisonnementviadesfaillessur
l’hyperviseur
( Difficultéde maîtriser lesdifférents
échangesinternesàune même
machine physique)
Desrisquesréels,maisfinalementpeu rencontrés
!
Oui, le risque existe…
- Il estdélicatdegarantirquelesressourcesbas
niveau partagées nepermettent pas des fuites
d’information.
- Possibilitéquelesutilisateurs d'uneVMd'ensortir pour
accéderauxautresVMsetà l'hyperviseur
Exemple:
En casd’erreur oudecompromissiondelacarte
réseau delamachinephysiquequihébergelesVMs,un
accèsaux données desdifférentsfluxd’informationest
possible.
Oui, le risqueexiste…
Picdecharge,dénide service…
1)Volumétrie
Saturer labande passante
2)Protocolaire
oFragmentation (sur-fragmenter les paquets pour
encombrer le CPU)
o Ouverture de sessions
3)Applicative
Saturation desservices CPU/ RAM-
>Cherche lesfonctions nonoptimisées etenabuser
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
L’historiquedesplateformesdevirtualisationnousjoueencoredestours!
S
yst
ème
invit
é
S
yst
ème
invit
é
S
yst
ème
invit
é
S
ystème
hôte
Hyperviseur
HyperviseurSyst
ème
invit
é
Système
hôte
S
yst
ème
invit
é
S
yst
ème
invit
é
OSHost
Hyperviseur
OS
invit
é
OS
Invit
é
OS
invit
é
Risques liés augestion
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Prolifération des VM :
>>Hyper-sollicitation inutilede l’infrastructureparl’ajoutindispensable desVMs
>>Accroissementdescoutsdelicencessansraison(copieVMs non maitrisée)
Centralisation =problèmesd’infrastructureréseau,
stockage, sauvegardes...
Capacity Planning:
Lacompromissiondusystèmehôteimpacteletimingetla
capacitéderemiseenserviceultérieure du système.
>>Planificationdes besoins etprise de décisions
d’investissements avecoptimisationcontinuedes serveurs(
VMwareCapacityPlanner,…).
Risque d’erreurs de configuration=
o Arrêt multiples d’instances,
o Activation dela mobilitédes VMs,
o Activation defonctionsdedécloisonnement.
Défaut deséparation destâchesentreleséquipessystème
etréseau,avectouslesrisquesd’erreur,voire demalveillance,
dusàla concentrationdeces responsabilités.….
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Risques liés austockage
Lacriticité dustockageaugmentetoujours !
Concentrationdesdonnées(Single
Point Of Failure ou SPOF)
(Lefaitquelesactifsréseauxnesoient pas
doublés constitueun point unique de
défaillance)
DestructiondesdonnéesOS
Atteinte àlaconfidentialitédemultiples
VMs(OSetdesdonnées)
PerformancesI/O
OS
Donnée
s
S
ystème
hôte
Hyperviseur
S
ystè
me
invité
S
ystè
me
invité
S
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S
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hôte
Hyperviseur
S
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hôte
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S
ystè
me
invité
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Risque : Ecosystème
Console
d’administration
Unincidentsur
l’écosystème
impacte
potentiellementde
nombreuxservices
métiers!
Réseau Pratiques degestion
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Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Hommes Processus
Outils
Sefocalisersurles
risqueslesplus
probables!
• Formationauxnouveaux outils
• Affectationdesresponsabilités
réseaux…
• Gestiondesplateformesdevirtualisation
• Gestiondesréseaux virtuels
• Garanties/ limitationsde ressources…
• Veille,patchmanagement
• CapacityPlanning
• Gestiondesinventaires…
encadre
r ces
risques
?
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Master IPS 2020-
2021
Les fondamentaux de la
virtualisation
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Partie
III
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
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• Emulation
• Virtualisation des serveurs : Hyperviseur
Type 1 et Type 2
• Virtualisation complète (Full
Virtualization)
• Para-virtualisation (Paravirtualization)
• Virtualisation du système d’exploitation
• Virtualisation des applications
virtual
isatio
n
2
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
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(Emulat
ion)
(1/5)
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
L’émulation est une technique qui permet de simuler le fonctionnement de
n’importe quel ordinateur (processeur et matériel) sur un autre ordinateur
même si celui-ci est technologiquement différent (architecture matérielle
complètementdifférentedelamachine physiquehôte)
càd reproduire de manière logicielle l´ensemble des ressources matérielle d'une
machine, ce qui demande énormément de ressources pour faire tourner de manière
fluide un système basé sur une architecture différente, sans pénaliser le système d'exploitation
lui-même.
Imitation du comportement physique d'un matériel par un logiciel, et ne
paslaconfondre avecla simulation,laquelle viseàimiterunmodèleabstrait.
L’émulationpermetnonpasdemodéliser,maisbeletbiendereproduire à
l’identique lecomportementd’unlogicieletsonarchitecture matérielle.
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L'émulation (Emulation)
(2/5)
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
systèmes d´exploitation
hétérogènes sur une
même machine hôte.
Cela permet d’exécuter
des applications
prévues pour d’autres
architectures.
Parcontre,cettesolutionestcoûteuse en performance dufait del´émulationdu
processeur.
Source: Voir Références
L'émulateurdemachinesvirtuelfournitunearchitecturevirtuellequipeutnepasêtre
différentedel'architecturedusystèmehôte
OSinvitéss'exécutesansmodificationsurlematériel virtuel
Cours de virtualisation
MAS IPS / FSR/ UM5
H.EC OUKAIRI
2020-2021
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Anneaux de protections (privilèges) :
processeur X86
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Ondistingue4anneauxdeprotections(privilèges) :
Ring 0 : Anneaudeprotection(niveaule plusbas)ayantleplus de privilèges (plus sécurisé),
etsous lequelfonctionne lecœur du système d’exploitation (Kernel mode)
Ring 1 : non utilisé, définit des privilèges de moindreimportance
Ring 2 : non utilisé, définit des privilèges de moindreimportance
Ring 3 : estle niveauleplusélevéayantmoins de privilèges (moins sécurisé), il représente
l’espace utilisateursouslequeltournelesapplications . Cesapplications nepeuventpasmodifiercequi
s’exécute surdesRingsinférieurs.
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Anneaux de protection et
Noyau
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
1)noyauLinuxs’exécutedansl’anneaudeprotection0
Exemple: Uneapplication nepeutpasarrêterl’OS, alorsquel’OSpeutarrêter uneapplication.
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2)Lesapplicationscommuniquentaveclenoyau parlebiaisdesappelssystème(SystemCallsousyscalls)
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des serveurs :
Hyperviseur
Type 1 et Type 2
Unhyperviseur estuneapprochebare-metal ( métal nu) delavirtualisation.
o Bare-metalfaitréférenceaumatériel du serveur sans système d’exploitation
installé.
Il s’agitd’unoutildevirtualisationquifait fonctionner un ou plusieurs système
d’exploitation sur une même machine physique en même temps.
Aveclavirtualisation,lesystème d’exploitation invité accèdeàl’architecture
matérielle
sous-jacenteparl’intermédiaired’unnoyau système très léger nommé hyperviseur.
Hyperviseur = mini système installé sur le système hôte qui gère le
matériel
Lesystèmehôteétaitleseul à avoir un accès direct au matériel. Avec un
hyperviseur, il partagecetaccèsaveclessystèmesinvités.
Source: Voir Références
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
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Virtualisation des serveurs : Hyperviseur Type
1 et Type 2
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Créationdesressourcesvirtuelles propresàchaqueVM
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Avecl’hyperviseur,chaqueVMpossèdecespropres ressources entermesde: disque
dur, mémoire,processeuret périphériquesàla différenceprèsquetout celaseravirtuel
Source: Voir Références
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des serveurs :
Hyperviseur
Type 1 et Type 2
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Plusieurssystèmesd’exploitationpeuventêtreexécutésquasimentdirectementau-dessus
dumatériel,sans être dépendant d’un OS hôte.
Rôles d’un hyperviseur sont :
o assurerlecontrôleduprocesseuretdesressourcesdelamachineHôte;
o alloueràchaqueVMlesressourcesdontellea besoin;
o s’assurerquelesVMsn’interfèrentpasl’uneavecl’autre.
Lorsquelacouchedelavirtualisationestinstallée,elleutilise unhyperviseuravecune
architecturetype 1 ou en type 2
Le type 1, dit native, et le type 2, dit logiciel
Source: Voir Références
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ur
Type
1
Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden
Unhyperviseur de type 1, ounatif, estunlogiciel quis’exécute directement sur une
plateforme matérielle (serveurBar-Metal) sans nécessité d’un système
exploitation (sans OS intermédiaire)
Hyperviseur de Type 1
Cesystèmeestallégé et optimisé demanièreàse«concentrer»de plus surlagestion des
systèmes d’exploitation invités c'est-à-direceuxutilisés parlesmachinesvirtuelles qu’ils
contiennent
>> Outil de contrôle non seulement du matériel mais aussi d’un ou
plusieurs systèmes d'exploitation invités
Source: Voir Références
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Hyperviseur
Type 1
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Hyperviseur Type1secomportecommeun mini OS
Au démarrage dela machinephysique:
o L'hyperviseurprenddirectement lecontrôle dumatériel.
o Il allouel'intégralité desressourcesauxmachines hébergées.
L’installationl’hyperviseur type1(ESXi)efface complètement le système d’exploitation et
les données avant de les remplacer.
Hyperviseur Type1estutilisé pourlesgrosses architectures réseaux d’entreprisequi
nécessitent desoptimisations de coûts et de maintenance.
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Hyperviseur
Type 1
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Avantages :
Allouement de la quasi-totalité des ressources disponiblesauxmachines
virtuelles, car l’hyperviseur estdirectement relié àlacouchematérielle.
Utilisé pourgrosses architectures réseaux d’entreprise, quinécessitentdes
optimisationsde coûtsetdemaintenance,toutenaméliorant la robustessefaceauxpannes
Utiledanslavirtualisation degros serveurs (type Exchange) quidemandentderessources
pour fonctionner correctement
Inconvénients :
Lorsdel'exécutiondeplusieursinstancessurunserveur,letotaldeRAM alloué auxmachinesvirtuelles
peut être supérieur à la capacité de mémoire physique totale du matériel sous-jacent,
cequipermet uneallocation excessive et dynamique de la capacité du RAM.
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Hyperviseur Type
1
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Danslecasdelavirtualisation beaucoupdemachines,il estnécessairede :
oDisposer d'une machine physique disposant d'une puissance équivalente à
l'intégralité des machines virtualisées
o Prévoirplusieurs machines physiques avec d'autres hyperviseurs.
Source: Voir Références
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  • 1.
  • 2. Intitulé de l’Unité d’Enseignement : Master1 Information& Technologie. Spécialité : Réseaux et Télécom. Intitulé de la matière : Programmation et Systèmes. Virtualisation(Université d’Académie Arabe) lOMoARcPSD|20 370403
  • 3. Le saviez-vous? Traiter le volume d’informati on généré Augmente r l’agilité des systèmes informatiq ue Améliorer le rendeme nt Virtualisation est l’une des pierres angulaires de cette stratégie Agilité d’un système d’information: la capacité d’accélérer les temps de mise sur le marché de nouvelles offres depuis la conception, la promotion et la diffusion de ces offres. 1) Pouvoir réagir à l’inattendu : arrivéed’un nouveau concurrent . 2) Pouvoir s’adapter facilement aux évolutions métiers (digitalisation) et exploiter lesnouvelles technologiques(Cloud computing, BigData) lOMoARcPSD|20 370403
  • 4. Historiq ue 60 - 70 : - Dufait quelessuperscalculateurssontparfoissous utilisés. IBM adéveloppé,encollaborationavec MIT, un produit (nommé hyperviseur) CP/CMS (Control Program/Cambridge Monitor System puis Console Monitor System), unsystèmedevirtualisation serveursdontlesoucisest de résoudre le partitionnement des ressources matérielles des mainframes qui se pose. (optimiser l’utilisation de celles-ci afin d’éviter qu’elles ne travaillent inutilement.) - Ceciest réaliséparembarquementd’unecouchedevirtualisationdansses supercalculateurs Mainframe (ordinateur central ayant grande puissance de traitement), ce qui implique la virtualisation des systèmes d’exploitationavecdestechnologiesspécifiquesetpropriétaires,àlafoislogiciellesetmatérielles. La particularité qui caractérise CP/CMS est que son code source était libre, par conséquent l’ensemble desclientsd’IBM®pouvait yaccédergratuitement. LetermeCP(ControlProgram)correspondait àunprogrammedecontrôlepermettantdecréer l’environnement d’une machine virtuelle. o CP permettaitàunutilisateurdegérer une machine virtuelle depuis un terminal. o CMS (ConsoleMonitor System)était définicommeunsimple système d’exploitation interactif mono-utilisateur lOMoARcPSD|20 370403
  • 5. ori qu e Actuellement : Lavirtualisation esttrèsconnue.VMWare etMicrosoft sontlesdeuxgrands acteursde lavirtualisationdeserveurs.Lesentrepriseslesplusavancésdépassentuntauxdevirtualisation de75%. Il existe plusieursformesdevirtualisation: serveurs,applications, postede travail,…. 196 2 196 8 199 9 Cloud computing Mainframe (Serveurs IBM) virtualisation sur Intel mémoire virtuelle 200 3 2009 Mémoire virtuelle (60) Serveur virtuel (70) Réseau virtuel (90) Stockage virtuel (2000) Evolutiondela virtualisation lOMoARcPSD|20 370403
  • 6. Généralité s Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Question 1 : Qu’est ce que un serveur? Réponse: Programmeinformatiquequi‘rend service ‘ àplusieursordinateursenréseauparle stockage oule partagededossiers,dedonnées,d’imprimantesouencoredefax(Service Provider) >>Il s’agitd’unensemble de ressources matérielles spécialiséesquisontaccédéesparun système d’exploitation(OS,OperatingSystem)viaunensemblededrivers spécialisés(figure1). Question 2 : Quels sont les différents rôles de serveur ? Réponse: DNS,FTP,DHCP,HTTP,PRINT,Sauvegarde,messagerie…. Question 3 : Qu’est ce qu’un système d’exploitation (OS) ? Réponse: Lesystèmed'exploitationestchargéd'assurerla liaisonentrelesressourcesmatérielles, l'utilisateur etles applications(traitementdetexte,jeuvidéo, ...). Il permetausside"dissocier"lesprogrammesetlematérielafind’offrir àl’utilisateur uneinterfacehomme- machine(IHM)simplifiéetdelui s’affranchirdelacomplexitédelamachinephysique. Question 4 : Quels sont les différents rôles d’un système d’exploitation (OS)? Réponse : Gestionduprocesseur,Gestiondelamémoirevive,Gestiondesentrées/sorties, Gestiondel'exécution desapplications, Gestiondesfichiers, Gestion desinformations. lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 7. Serveur informati que Cours de virtualisation Programmation Systèmes Nasser Aden Figure 1 : Ressources matérielles, OS et application o Processeur CPU (Central Processing Unit): réalise lapartie traitement oRAM (RandomAccessMemoryoumémoireàaccèsdirect): stockeetempileles instructions cours terme. oStockage: mémoiredesdonnéeslongterme. oCartes d’interface réseau (NIC) : ellepermetàlamachinedeseconnecteràd’autres machines oud’autreséquipementsviaunréseau. NB :OScommuniqueaveclespilotes(drivers)afind’accéderauxressourcesduserveur Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 8. Généralités : Serveur informatique Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Services Provider lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 9. Généralités : Serveur informatique (CPU) Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Analogie avec les processeurs Cadencemaxatteinte (~3.6GHz) Naissancedumulti-cœurs (plusieurs cœursphysiques fonctionnant simultanément) Naissancedel’Hyper-threading (consisteàcréerdeux processeurs logiques sur une seule puce, chacundotédesespropresregistres dedonnéesetdecontrôle, etd'uncontrôleur d'interruptions particulier) (1 cœur physique=2cœurslogiques) Exemple : Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Core i7 =>1processeur,4cœurs physiqueshyper-threadés =>soit 2x4=8cœurslogiques L’idéedelavirtualisation estd’augmenter le nombre decœurs N.B: Uncœur physiqueestunensemble de circuits capables d’exécuter des programmes de façon autonome lOMoARcPSD|20 370403
  • 10. c’est virtualisation ? Cours de virtualisation MASTER IPS / FSR/ UM5R H.ECHOUKAIRI 2020-2021 Propositiondedéfinition: abstraction descouchesphysiquesd’unélémentdel’infrastructure informatique (abstractionphysiquedesressourcesinformatiques). Autrementdit, uncomposantinformatique créédanslecadredelavirtualisation estappelécomposant virtuel oulogiqueetpeutêtreutilisé delamêmemanièrequesonéquivalent physique. 1élémentphysiqueapparaîtcommeplusieurséléments logiques Plusieursélémentsphysiquesapparaissentcomme1élément logique lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 11. Cours de virtualisation MASTER IPS/ FSR /UM5R H.ECHOUKAIRI 2020-2021 Introduction: 1élémentphysique, nélémentslogiques Exemples : - Serveur VMware avec plusieurs machines virtuelles; - 1 serveur web avec plusieurs IP virtuelles Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr 1 physique > plusieurs logiques lOMoARcPSD|20 370403
  • 12. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Introduction: nélémentsphysiques,1élément logique RAID 5 Exemples : - 1 grappe RAID, plusieurs disques physiques; - 1 application publiée Citrix, plusieurs serveurs de présentation 1 logique > plusieurs physiques lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 13. ction : Termin ologie Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Hyperviseur (hypervisor): bare-metal (type 1) vs hosted (type 2) Plate-formelogicielle devirtualisation quipermetl’exécution simultanéedeplusieurssystèmesd’exploitation surunemêmemachinephysique; synonyme:gestionnairedemachines virtuelles Hôte (host) =machinephysiquesurlaquelle s’exécutel’hyperviseur , elle secomposede: o Plusieursprocesseursmulticœurs, o Plusieursgigaoctets(Go)de RAM, o Plusieurstéraoctets(To)d’espace disque o Stockageenréseau(NAS, NetworkAttachedStorage) oud’un réseaudestockage(SAN,StorageAreaNetwork) Système Invité (guest) =OSinstallé àl’intérieur d’unemachinevirtuelle Machine Virtuelle (VM) : Systèmed’exploitation s’exécutantàl’aided’unhyperviseur etdontle matérielestpartiellementou totalement émulé==>estunordinateur virtuel quiutilise unsystème invité Virtuel : Il s'agit duportageoudela créationd'unenvironnementsystèmecomplet(OS+Applications) ausein d'une VM Migration « Live » (Vmotion, Storage Vmotion): Déplacementd’uninvitéd’unhôteàunautresansinterruptiondeservice Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 14. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Cours de virtualisation PartieII ACADEMIEARABE M1-INFORMATIQUE lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 15. ction : Termin ologie Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Hyperviseur (hypervisor): bare-metal(type 1)vs hosted(type2) Plate-formelogicielle devirtualisation quipermetl’exécution simultanéedeplusieurssystèmesd’exploitation surunemêmemachinephysique; synonyme:gestionnairedemachines virtuelles Hôte(host)=machinephysiquesurlaquelle s’exécutel’hyperviseur , elle secomposede: o Plusieursprocesseursmulticœurs, o Plusieursgigaoctets(Go)de RAM, o Plusieurstéraoctets(To)d’espace disque o Stockageenréseau(NAS, NetworkAttachedStorage) oud’un réseaudestockage(SAN,StorageAreaNetwork) Système Invité (guest)=OSinstallé àl’intérieur d’unemachinevirtuelle MachineVirtuelle (VM): Systèmed’exploitation s’exécutantàl’aided’unhyperviseur etdontle matérielestpartiellementou totalement émulé==>estunordinateur virtuel quiutilise unsystèmeinvité Virtuel : Il s'agit duportageoudela créationd'unenvironnementsystèmecomplet(OS+Applications) ausein d'une VM Migration« Live » (Vmotion, StorageVmotion): Déplacementd’uninvitéd’unhôteàunautresansinterruptiondeservice lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 16. ats à la virtuali sation Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Serveurs de bases de données (Oracle, MySQL,…..) Application server (WebSphere, WebLogic,Tomcat) we b Serveurs réseau: DNS, DHCP,NTP Prin t VMsononephysical server N.B: Il n’y apas non plus derestrictionquantauxsystèmes d’exploitation(Windows, Linux, solaris,…) lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 17. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden ction : Consol idation Sans virtualisation(architecture x86traditionnelle),unseul système peutêtreopérationnelsur une machine physique. ==>Exécutiondeplusieursapplications/serveuraugmentelerisqued’interruptiondeservice global. ==>Engénéral,1serveur =1application Avec la virtualisation(architecture x86virtualisée),chaquemachinevirtuelle possèdesespropres applicationsetsystème d’exploitation. ==>Possibilités d’exécuter plusieurs systèmes d’exploitationssur la mêmemachine physique Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Objectif : Optimisation du tauxd’utilisationdes serveurs. lOMoARcPSD|20 370403
  • 18. veu r virt uel Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Question5: Qu’estcequ’unserveurvirtuel o Il s’agitd’unconteneurdelogicielcomplètementisolé quiestcapabledegérersespropres systèmesd'exploitationetapplicationscommes'il s'agissaitd'unordinateurphysique, enutilisant des techniquesdevirtualisation. o Il secomporteexactementcommeunordinateurphysiqueetcontientsonpropre virtuel CPU, RAM, disque dur etcarteréseau. o Unsystèmed’exploitationnepeutpas faire la différenceentreunserveurvirtuel etun serveur physique Question6: Quelssontlesavantagesd’unserveur virtuel? Réponse: Compatibilité, Isolation,,Indépendancematériel lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 19. veu r virt uel Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden oCompatibilité: lesserveursvirtuelssontcompatiblesavectoutles standardsx86et autres oIsolation: lesserveursvirtuelssontisolésdesautresmachinescommesi ellesétaientdesmachinesphysiques. oEncapsulage(imbriquement) : lesserveursvirtuelsencapsulent un environnementinformatiquecomplet oIndépendancematériel: lesserveursvirtuelsfonctionnent indépendammentdumatériel. Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 20. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Introduction:Consolidation Pluslenombredeserveurshébergésaugmente;pluslaconsolidation estefficaceet permetderéduirelesdifférentscoûtsliésàlacouchephysique(énergie,refroidissement, maintenance,achat, …). lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 21. Cours devirtualisation MASTER 1 INFO H.ECHOUKAIRI 2020-2021 Introduction: Définition(1/2) Virtualisation : Ensemble des techniques matérielles et/ou logicielles qui permettent de faire fonctionnersuruneseule machineplusieurs systèmesd’exploitation et/ouplusieurs applications, séparémentlesunsdesautres,commes’ils fonctionnaientsurdesmachinesphysiquesdistinctes. o Simuler, au sein d’un serveur physique, l’existence de plusieurs systèmes d’exploitation cloisonnés etmutualisés. o Donc,il s’agitd’unetechnologie quitransforme du matériel enlogiciel parallocation dynamique de ressourcesphysiques (CPU, RAM,stockageetréseau) auxdifférentesmachines virtuelles. o L’ordinateurhôte"voit" ses machinesvirtuelles commedes applications auxquelles il dédie ou distribue sesressources. Architecture traditionnelle: - Un seul système d’exploitation - Uneseuleapplication Architecture virtuelle: - Virtualiseplusieurs VMspar utilisation d’un Hyperviseur (Vmware) lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 22. ction : Définiti on (2/2) Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Selon le type de virtualisation choisi, un système principal (OSou logiciel) s'interpose entre la machine physique et une collection de machines virtualisées en s’occupant de leurs gestiondansquelquessecondesentermede: • Création; • Duplication; • Suppression; • Supervision,… L’ordinateur hôte"voit" sesmachinesvirtuelles commedesapplications auxquellesil dédieoudistribue ses ressources Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 23. usages de la virtualis ation ? Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Mutualisation des ressourcesetregroupementde systèmes divers surunemachine physique unique(toutenlesmaintenantlogiquementséparés) ExécutionsimultanéedeplusieursOSsurunemêmemachine(mieuxquele multiboot!) Essaid’unsystèmeavantmiseenexploitation (cassageetpossibilitéderecommencersanscasserle systèmed'exploitation hôte) lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 24. Rappel Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden A machine before virtualization. A machine after virtualization. lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 25. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden virtualis ation ? (1/4) Partager Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Efficient utilization of resources(optimization)/consolidation: Utilisationmaximalede la capacitéinformatiquedumatérielphysique (resources)partagéentre les VMs : Sans virtualisation, la plupart des matériels ne connaissaient qu'un taux d'utilisation de5à15%duCPU ou/etdumémoire. Avecla virtualisation tels queVMware,unserveur peut être utilisé entoute sécurité par plusieurs VMsde traitement jusqu’à 75% à 80% sur unebase continueentermedeCPU et mémoire. Exemple: Prenonslecas oùunserveur physique aétéachetépour exécuterune application quine fonctionnequependantlasoirée. Lorsquela demanden’estpas traitée, parexemplele matinoul’après-midi,laboîtematérielle est inactive,cequiestunénorme gaspillage deressources. AvecVMs,leserveurphysiqueutilisera mieuxsesressources. lOMoARcPSD|20 370403
  • 26. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden virtualis ation ? (1/4) Partager Examples: o VMs: softwareconstructsthatruninahypervisor(logicielsquifonctionnentdansunhyperviseur) o Virtualdisks:softwarecomponentsthatemulateanactualdiskstorage device. o VLANs (Virtual localareanetwork): Il s’agitdecréersurunmemeswitch plusieursréseaux indépendantsnepouvantcommuniquerentre eux. o Logical PARtition (LPAR) ou partitionnement logique (IBM) : est un sous-ensemble des ressources matérielles de l'ordinateur (processeur, mémoire et stockage) qui apparaissant commeun serveur distinct danslecadredela virtualisation. Unepartition estune partied'un disque dur matériel destinée àaccueillirun système de fichiers. Flexibility: Assignationtrèssoupledesserveursàdifférentsusages: puissancedecalcul, stockage. Cesaffectationspeuventêtremoduléesenfonctiondescontraintes particulières(montéeencharge,certainsmoisoucertainsjoursparexemple) lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 27. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden virtualis ation ? (2/4) Consolider (Agréger) Réduireles besoins en énergie ,climatisationetensurface au sol. Examples: Virtual disks, IProuting toclones : Theconceptreferstoon-demand generation(cloning) ofhost routes (/32). InARP,TheroutetoadirectlyattachedEthernetnetworkisinstalledasa'cloning' route,causingroutestoindividualhostson thatnetworktobecreatedon demand. Easier management/ centralized management : Créerdesflux detravail automatisésdegestiondesservices IT càddéfinir les collections demachinesetd’applications virtuellesentantqueservicesparoutils automatisésdedéploiementetdeconfiguration Exemple: Y o ucanautomatepowermanagement(Alimentation), Balanceworkloadsonyourvariousvirtualmachines, Convert aphysicalserverintoavirtual machine, Provisionnew servers, MigrateVMsfromafailedservertoanactive one. Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 28. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden oi la virtualis ation(¾) Emuler Action de reproduction du contexte d’exécution d’un système sur un autre c-à-d simuler le fonctionnement de n’importe quel ordinateur (processeuret matériel)surunautreordinateurmêmesi celui- ciest technologiquementdifférent. Autrementdit ,imitation du comportementphysique d'un matériel par un logiciel Exemples: o Virtual Tape(Emulerespacedisqueenbandesmagnétiques) Virtual Tape Library : système de stockage informatique incluant unserveur,unegrappededisquesetunlogicielcapabled'émuler cet espacedisqueenbandesmagnétiques. oInternet Small Computer System Interface (iSCSI): Protocole de lacouchedetransportquitransportelesblocsdedonnéesentreun initiateur iSCSI(Open-iSCSI sur Linux) etunecibleiSCSIinstallée surundispositif destockagesurle réseauIP. VirtualTapeLibrary lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 29. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden virtualis ation( 4/4) Isoler VMss’exécutentde manièreindépendantes o Arrêtd’unOSvirtuelle maispasle OShôtequiestinvisible pourl’attaquant. o Testd’architectures applicatives et réseau o Isolationdesdifférentsutilisateurssimultanésd'unemêmemachine oEnvironnmentd’éxecutioncloisonnésansinterférenceaveclesressources installées localement. Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Exemples: o Linux Vserver : isolationdesprocessusenespaceutilisateur o OpenVZ: partitionnementauniveaunoyausousLinux o chroot (changeroot): isolationchangementderacine. o StorageArea Network(SAN-VC): PartitionlogiquedansunréseaudestockagephysiqueSAN(Partage des blocs dedisques ) quipermet d'isolerletrafic dans des parties spécifiquesd'unréseauSAN.Siunproblèmeseproduitdansune partitionlogique,il peutêtregéréavecunminimumdeperturbationpourleresteduréseau. lOMoARcPSD|20 370403
  • 30. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden ces : Econo mique s Mutualisationdesressourcespermet : o Diminutionlebesoinenmatériel informatique o Diminutiondelaconsommation électrique. o Simplicitédumonotoringetdel’entretien physique Réductionducoûtd’acquisitionetdegestiondu matériel >>Fraisde: rack,électricité, climatisation, réseau,…. Réductionducoûtd’exploitationentermede : o Energieviaunmeilleurtaux d’utilisation o Refroidissement, o Immobilierparéconomied’espacedanslescentresdecalculs(occupationausol) lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 31. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden : Facilité d’administr ation (1/2) Installation, déploiement et migration aisées des machines virtuelles entre serveurs physiques (Rapiditédedéploiement) : Simpleàdéplaceretcopier(fiabilité) : •Toutestinclus dansdesfichiers • Independentdumatérielphysique(hôte) Facileàgérer : • Isoléedesautres VMs • Nonaffectéepartoutchangement matériel VMotion : Migrationentempsréel desVMsenfonctionnement(.vdk, .vmk,…)d’unserveurphysiquevers un autresansinterruption de service. Exemple:unadministrateurquiveutarrêterle1erserveurpouruneraison,leclientnevarien sentir lorsdel’utilisation desonordinateursanssavoir quesaVMachangécomplètementle serveur. lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 32. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden : Facilité d’administr ation (2/2) Miseàdisposition d’environnementsdetestsetvalidationauxéquipesinformatiquesrapide, fiableet qui nenécessitepasl’immobilisation deressourcesmatériellesquelquefoissousutilisées. Exécuteretlancerplusieurs typesdesystèmesd’exploitation(Linux, MacOS,Windows)enmême temps. Testeretréparerunerécupération d’accidentetdimensionnementdesserveurs faciles. Consolidation des serveurs et optimisation de l’infrastructure (optimiser le taux d’utilisation des ressourcesparregroupementdesressourcescommunes) Cloisementouchaquesystèmed’exploitationfonctionned’unefaçonindépendanteetsansaucune interférence mutuelle. Flexibilité : Faireautantdemanipulations d’unefaçonsimple o Ajoutdescomposantestelles quedisquedur,mémoire,cpu, o Créationdessnapshotsoucopie ponctuelle(pointin time copy) lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 33. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden ces : Sécuri sation Isolation (séparation) des systèmes virtuels et hôtes (invisibles) réduit les risques d’attaques (cassage des OS virtuels, mais pas les systèmes d’exploitation hôtes) et de compromissiondes machines: o Siil yaunproblèmesuruneVM,lesautresVMsneserontpasimpactées. o VMn’estpasconsciente qu’elleestmachinevirtuelle,elle secomportecommemachinephysique lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 34. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden ces : Sécuri sation Répartition(isolation)desdifférentsutilisateurssimultanésd'unemêmemachine Diminution des risques liésaudimensionnementdesserveurs,l’ajoutde puissance (nouveauserveur…)étantalors transparent. Répartition dynamiquede charge (load balancing) par allocation dynamique des ressources,puisquelavirtualisation saitrépartirla chargeentrelesdifférentesmachines. Meilleure disponibilité des systèmes: o Déplacementautomatique; o Facilitédeclonagedes systèmes; o Sauvegardedes VMs o … Traçabilitédesactionsadministratives lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 35. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Bénéfices : SaveTimeDuring DisasterRecovery Eliminaterecoverysteps Standarizerecoveryprocess Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 36. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Risques : Décloisonnement etDéni deservice Déni deservice Impactd’uneinstancesurl’autreen termede performance/disponibilité Décloisonnement Décloisonnementviadesfaillessur l’hyperviseur ( Difficultéde maîtriser lesdifférents échangesinternesàune même machine physique) Desrisquesréels,maisfinalementpeu rencontrés ! Oui, le risque existe… - Il estdélicatdegarantirquelesressourcesbas niveau partagées nepermettent pas des fuites d’information. - Possibilitéquelesutilisateurs d'uneVMd'ensortir pour accéderauxautresVMsetà l'hyperviseur Exemple: En casd’erreur oudecompromissiondelacarte réseau delamachinephysiquequihébergelesVMs,un accèsaux données desdifférentsfluxd’informationest possible. Oui, le risqueexiste… Picdecharge,dénide service… 1)Volumétrie Saturer labande passante 2)Protocolaire oFragmentation (sur-fragmenter les paquets pour encombrer le CPU) o Ouverture de sessions 3)Applicative Saturation desservices CPU/ RAM- >Cherche lesfonctions nonoptimisées etenabuser lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 37. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden L’historiquedesplateformesdevirtualisationnousjoueencoredestours! S yst ème invit é S yst ème invit é S yst ème invit é S ystème hôte Hyperviseur HyperviseurSyst ème invit é Système hôte S yst ème invit é S yst ème invit é OSHost Hyperviseur OS invit é OS Invit é OS invit é Risques liés augestion Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Prolifération des VM : >>Hyper-sollicitation inutilede l’infrastructureparl’ajoutindispensable desVMs >>Accroissementdescoutsdelicencessansraison(copieVMs non maitrisée) Centralisation =problèmesd’infrastructureréseau, stockage, sauvegardes... Capacity Planning: Lacompromissiondusystèmehôteimpacteletimingetla capacitéderemiseenserviceultérieure du système. >>Planificationdes besoins etprise de décisions d’investissements avecoptimisationcontinuedes serveurs( VMwareCapacityPlanner,…). Risque d’erreurs de configuration= o Arrêt multiples d’instances, o Activation dela mobilitédes VMs, o Activation defonctionsdedécloisonnement. Défaut deséparation destâchesentreleséquipessystème etréseau,avectouslesrisquesd’erreur,voire demalveillance, dusàla concentrationdeces responsabilités.…. lOMoARcPSD|20 370403
  • 38. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Risques liés austockage Lacriticité dustockageaugmentetoujours ! Concentrationdesdonnées(Single Point Of Failure ou SPOF) (Lefaitquelesactifsréseauxnesoient pas doublés constitueun point unique de défaillance) DestructiondesdonnéesOS Atteinte àlaconfidentialitédemultiples VMs(OSetdesdonnées) PerformancesI/O OS Donnée s S ystème hôte Hyperviseur S ystè me invité S ystè me invité S ystè me invité S ystème hôte Hyperviseur S ystè me invité S ystè me invité S ystè me invité S ystème hôte Hyperviseur S ystè me invité S ystè me invité S ystè me invité lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 39. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Risque : Ecosystème Console d’administration Unincidentsur l’écosystème impacte potentiellementde nombreuxservices métiers! Réseau Pratiques degestion lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 40. Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Hommes Processus Outils Sefocalisersurles risqueslesplus probables! • Formationauxnouveaux outils • Affectationdesresponsabilités réseaux… • Gestiondesplateformesdevirtualisation • Gestiondesréseaux virtuels • Garanties/ limitationsde ressources… • Veille,patchmanagement • CapacityPlanning • Gestiondesinventaires… encadre r ces risques ? lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 41. Master IPS 2020- 2021 Les fondamentaux de la virtualisation Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Partie III Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden lOMoARcPSD|20 370403
  • 42. • Emulation • Virtualisation des serveurs : Hyperviseur Type 1 et Type 2 • Virtualisation complète (Full Virtualization) • Para-virtualisation (Paravirtualization) • Virtualisation du système d’exploitation • Virtualisation des applications virtual isatio n 2 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 43. (Emulat ion) (1/5) Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden L’émulation est une technique qui permet de simuler le fonctionnement de n’importe quel ordinateur (processeur et matériel) sur un autre ordinateur même si celui-ci est technologiquement différent (architecture matérielle complètementdifférentedelamachine physiquehôte) càd reproduire de manière logicielle l´ensemble des ressources matérielle d'une machine, ce qui demande énormément de ressources pour faire tourner de manière fluide un système basé sur une architecture différente, sans pénaliser le système d'exploitation lui-même. Imitation du comportement physique d'un matériel par un logiciel, et ne paslaconfondre avecla simulation,laquelle viseàimiterunmodèleabstrait. L’émulationpermetnonpasdemodéliser,maisbeletbiendereproduire à l’identique lecomportementd’unlogicieletsonarchitecture matérielle. Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 44. L'émulation (Emulation) (2/5) Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden systèmes d´exploitation hétérogènes sur une même machine hôte. Cela permet d’exécuter des applications prévues pour d’autres architectures. Parcontre,cettesolutionestcoûteuse en performance dufait del´émulationdu processeur. Source: Voir Références L'émulateurdemachinesvirtuelfournitunearchitecturevirtuellequipeutnepasêtre différentedel'architecturedusystèmehôte OSinvitéss'exécutesansmodificationsurlematériel virtuel Cours de virtualisation MAS IPS / FSR/ UM5 H.EC OUKAIRI 2020-2021 lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 45. Anneaux de protections (privilèges) : processeur X86 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Ondistingue4anneauxdeprotections(privilèges) : Ring 0 : Anneaudeprotection(niveaule plusbas)ayantleplus de privilèges (plus sécurisé), etsous lequelfonctionne lecœur du système d’exploitation (Kernel mode) Ring 1 : non utilisé, définit des privilèges de moindreimportance Ring 2 : non utilisé, définit des privilèges de moindreimportance Ring 3 : estle niveauleplusélevéayantmoins de privilèges (moins sécurisé), il représente l’espace utilisateursouslequeltournelesapplications . Cesapplications nepeuventpasmodifiercequi s’exécute surdesRingsinférieurs. lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 46. Anneaux de protection et Noyau Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden 1)noyauLinuxs’exécutedansl’anneaudeprotection0 Exemple: Uneapplication nepeutpasarrêterl’OS, alorsquel’OSpeutarrêter uneapplication. Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr 2)Lesapplicationscommuniquentaveclenoyau parlebiaisdesappelssystème(SystemCallsousyscalls) lOMoARcPSD|20 370403
  • 47. des serveurs : Hyperviseur Type 1 et Type 2 Unhyperviseur estuneapprochebare-metal ( métal nu) delavirtualisation. o Bare-metalfaitréférenceaumatériel du serveur sans système d’exploitation installé. Il s’agitd’unoutildevirtualisationquifait fonctionner un ou plusieurs système d’exploitation sur une même machine physique en même temps. Aveclavirtualisation,lesystème d’exploitation invité accèdeàl’architecture matérielle sous-jacenteparl’intermédiaired’unnoyau système très léger nommé hyperviseur. Hyperviseur = mini système installé sur le système hôte qui gère le matériel Lesystèmehôteétaitleseul à avoir un accès direct au matériel. Avec un hyperviseur, il partagecetaccèsaveclessystèmesinvités. Source: Voir Références Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 48. Virtualisation des serveurs : Hyperviseur Type 1 et Type 2 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Créationdesressourcesvirtuelles propresàchaqueVM Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr Avecl’hyperviseur,chaqueVMpossèdecespropres ressources entermesde: disque dur, mémoire,processeuret périphériquesàla différenceprèsquetout celaseravirtuel Source: Voir Références lOMoARcPSD|20 370403
  • 49. des serveurs : Hyperviseur Type 1 et Type 2 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Plusieurssystèmesd’exploitationpeuventêtreexécutésquasimentdirectementau-dessus dumatériel,sans être dépendant d’un OS hôte. Rôles d’un hyperviseur sont : o assurerlecontrôleduprocesseuretdesressourcesdelamachineHôte; o alloueràchaqueVMlesressourcesdontellea besoin; o s’assurerquelesVMsn’interfèrentpasl’uneavecl’autre. Lorsquelacouchedelavirtualisationestinstallée,elleutilise unhyperviseuravecune architecturetype 1 ou en type 2 Le type 1, dit native, et le type 2, dit logiciel Source: Voir Références lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 50. ur Type 1 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Unhyperviseur de type 1, ounatif, estunlogiciel quis’exécute directement sur une plateforme matérielle (serveurBar-Metal) sans nécessité d’un système exploitation (sans OS intermédiaire) Hyperviseur de Type 1 Cesystèmeestallégé et optimisé demanièreàse«concentrer»de plus surlagestion des systèmes d’exploitation invités c'est-à-direceuxutilisés parlesmachinesvirtuelles qu’ils contiennent >> Outil de contrôle non seulement du matériel mais aussi d’un ou plusieurs systèmes d'exploitation invités Source: Voir Références lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 51. Hyperviseur Type 1 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Hyperviseur Type1secomportecommeun mini OS Au démarrage dela machinephysique: o L'hyperviseurprenddirectement lecontrôle dumatériel. o Il allouel'intégralité desressourcesauxmachines hébergées. L’installationl’hyperviseur type1(ESXi)efface complètement le système d’exploitation et les données avant de les remplacer. Hyperviseur Type1estutilisé pourlesgrosses architectures réseaux d’entreprisequi nécessitent desoptimisations de coûts et de maintenance. lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr
  • 52. Hyperviseur Type 1 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Avantages : Allouement de la quasi-totalité des ressources disponiblesauxmachines virtuelles, car l’hyperviseur estdirectement relié àlacouchematérielle. Utilisé pourgrosses architectures réseaux d’entreprise, quinécessitentdes optimisationsde coûtsetdemaintenance,toutenaméliorant la robustessefaceauxpannes Utiledanslavirtualisation degros serveurs (type Exchange) quidemandentderessources pour fonctionner correctement Inconvénients : Lorsdel'exécutiondeplusieursinstancessurunserveur,letotaldeRAM alloué auxmachinesvirtuelles peut être supérieur à la capacité de mémoire physique totale du matériel sous-jacent, cequipermet uneallocation excessive et dynamique de la capacité du RAM. Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr lOMoARcPSD|20 370403
  • 53. Hyperviseur Type 1 Cours de virtualisation Programmation Systémes Nasser Aden Danslecasdelavirtualisation beaucoupdemachines,il estnécessairede : oDisposer d'une machine physique disposant d'une puissance équivalente à l'intégralité des machines virtualisées o Prévoirplusieurs machines physiques avec d'autres hyperviseurs. Source: Voir Références lOMoARcPSD|20 370403 Réaliser Par Nasser Aden (nasser.aden@gmx.fr