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ARCHITECTURES DE VIRTUALISATION
                          Antoine Benkemoun - Barcamp 5 Octobre 2010
mercredi 6 octobre 2010
SOMMAIRE

     •   Introduction                                 •   Le stockage adapté à la virtualisation

     •   La virtualisation                                •   Vision traditionnelle

          •   Son intérêt et ses problématiques           •   Réseaux de stockage

          •   Les différents types et classification   •   Le réseau adapté à la virtualisation

          •   Solutions techniques                        •   Solutions

                                                      •   Conclusion

mercredi 6 octobre 2010
INTRODUCTION

     •   Arrivée en masse de la virtualisation

          •   «Méga boost» avec le cloud
              computing

     •   Dématérialisation des infrastructures

          •   Abstraction du matériel

     •   Changements des fondamentaux du SI


mercredi 6 octobre 2010
LA VIRTUALISATION
mercredi 6 octobre 2010
DÉFINITION

     •   Objectif initial technique

          •   Exécuter plusieurs OS sur une même
              machine physique

     •   Extension du principe de l’émulation

          •   Remplacement de composants par
              applicatifs


mercredi 6 octobre 2010
INTÉRÊT

                               •   Coût

                                   •   Mutualisation d’infrastructures

                               •   Criticité et flexibilité

                               •   Sécurité

                                   •   Cloisonnement et isolation


mercredi 6 octobre 2010
QUE PEUT-ON VIRTUALISER ?

          •   Effet «Buzz-Word»

               •    OS

               •    Stockage

               •    Réseaux

               •    Applications

               •    Employés ?

mercredi 6 octobre 2010
CLASSIFICATION




mercredi 6 octobre 2010
VIRTUALISATION AU NIVEAU DE L’OS


     •   Un seul système, un seul noyau

     •   Environnements utilisateurs cloisonnés

     •   Allocation de ressources entre les
         différents environnements




mercredi 6 octobre 2010
VIRTUALISATION TOTALE

                                       •   Émulation d’une machine physique
                                           complète

                                       •   Émulation d’architectures
                                           spécifiques

                                       •   Les OS invités pensent être sur une
                                           machine physique

                                       •   Forte dégradation des perfs

mercredi 6 octobre 2010
VIRTUALISATION MATÉRIELLE ASSISTÉE

     •   Adaptation du processeurs aux
         problématiques de la virtualisation

          •   Jeu d’instruction spécifique

          •   Adaptation des anneaux de protection

     •   Émulation du matériel physique

     •   Moins de pertes de performances


mercredi 6 octobre 2010
PARAVIRTUALISATION

                                     •   Adaptation de l’OS invité à la
                                         couche de virtualisation

                                         •   Modification de ses appels au
                                             hardware

                                     •   OS invité conscient d’être virtualisé

                                     •   Pas d’OS hôte

                                     •   Super performances !

mercredi 6 octobre 2010
TAUX D’ÉMULATION DU MATÉRIEL
mercredi 6 octobre 2010
SOLUTIONS TECHNIQUES

     •   Leader du marché : VMWare                              •   Créateur de la paravirtualisation

          •   Virtualisation totale & Matérielle assistée       •   Intégration au noyau Linux (pvops)

          •   Expérimentation paravirtualisation                •   Version commerciale made in Citrix

     •   La solution Microsoft : Hyper-V                    •   L’opportuniste Open Source : KVM

          •   Paravirtualisation pour Windows                   •   Interfacage de QEMU avec le noyau

     •   Le leader Open Source : Xen                            •   Matérielle assistée + Paravirt (exp.)


mercredi 6 octobre 2010
LE STOCKAGE ADAPTÉ À LA VIRTUALISATION
mercredi 6 octobre 2010
STOCKAGE TRADITIONNEL

          •   Stockage sur disque magnétique

          •   Avantages

               •    Forte capacité

               •    Économique

          •   Inconvénients

               •    Contraintes mécaniques

mercredi 6 octobre 2010
BOITE À RUSTINES : RAID

                                       •   Solution pour palier aux inconvénients

                                       •   Nombreux inconvénients

                                           •   Performance des contrôleurs

                                           •   Temps de reconstruction

                                           •   Flexibilité

                                           •   RAID != mécanisme de sauvegarde

mercredi 6 octobre 2010
PROBLÉMATIQUES ACTUELLES

          •   Disponibilité

               •    Redondance & Performance

          •   Accès concurrentiels

          •   Flexibilité + Intelligence
              supplémentaire



mercredi 6 octobre 2010
VERS UN STOCKAGE MODERNE
                                       •   Décloisonnement des éléments de la
                                           chaine de stockage

                                           •   Bus de données

                                           •   Disques

                                           •   Contrôleurs

                                       •   Système global interconnecté

                                           •   Notion de réseau de stockage
mercredi 6 octobre 2010
ÉLÉMENTS D’UN RÉSEAU DE STOCKAGE

          •   Pelletée de disques : «Baie SAN»

               •    Disques dur, SSD, bandes

          •   Contrôleurs : «Tête de SAN»

          •   Bus de données

               •    Externes : Serveurs <=> Contrôleurs

               •    Internes : Contrôleurs <=> Supports

mercredi 6 octobre 2010
LES BUS DE DONNÉES EXTERNES
                                       •   FibreChannel

                                           •   Successeur du FDDI (RE01 !)

                                           •   Liaison à très faible taux d’erreur : Fibre

                                           •   Pile protocolaire spécifique

                                       •   iSCSI

                                           •   SCSI over IP

                                       •   FCoE (FibreChannel over Ethernet)
mercredi 6 octobre 2010
BUS DE DONNÉES EXTERNES
mercredi 6 octobre 2010
BUS DE DONNÉES INTERNES


     •   Les classiques

          •   SCSI, SATA, SAS

     •   La Rolls Royce

          •   Fibrechannel



mercredi 6 octobre 2010
LE SAN

                            •   Composition

                                •   Supports de stockage

                                •   Contrôleur + Interfaces internes/externes

                                •   Tôle + Alimentation

                            •   Extensible par ajout de baies avec des bus
                                internes (SAS notamment)

mercredi 6 octobre 2010
LE CONTRÔLEUR

     •   L’intelligence du SAN                  •   Redondance

     •   Gestion de IOs                             •   Dédoublement / Reprise sur panne

     •   Gestion des volumes                    •   «Thin provisionning»

          •   RAID / «Spare» / Sizing           •   Gestion des performances

     •   Gestion de la communication avec les       •   Caches SSD / DRAM
         serveurs
                                                •   Administration / Management

mercredi 6 octobre 2010
ARCHITECTURE
mercredi 6 octobre 2010
AVANTAGES / INCONVÉNIENTS

     •   Avantages                           •   Inconvénients

          •   Faible latence                     •   Cher, très cher

          •   Protocoles légers                  •   Piles protocolaires non standards

          •   Grande flexibilité                  •   Complexité

          •   Gains de performance               •   Énergivore ++

          •   Découpage clair des éléments

mercredi 6 octobre 2010
LE RÉSEAU ADAPTÉ À LA VIRTUALISATION
mercredi 6 octobre 2010
PELLETÉE DE PROBLÉMATIQUES

                                      •   Architecture traditionnellement statique



                                      •   Répartition géographique

                                          •   De l’échelle du serveur à la planète



                                      •   Déplacements dynamiques et imprévisibles

mercredi 6 octobre 2010
UN PETIT EXEMPLE
mercredi 6 octobre 2010
NOUVEAUX DÉFIS

          •   Configuration dynamique et évolutive

          •   Persistance de la configuration

          •   Cohérence de la configuration

          •   Dé-corrélation de l’adressage et de la
              localisation

          •   Évolution rapide du routage


mercredi 6 octobre 2010
SOLUTIONS TECHNIQUES
                                   •   Cisco Nexus

                                       •   Intégration dans VMWare

                                       •   Une VM = un port de virtuel intégré au
                                           switch

                                   •   Open vSwitch

                                       •   Lié à un hyperviseur

                                       •   Reproduction des fonctionnalités d’un
                                           switch
mercredi 6 octobre 2010
ARCHITECTURES
mercredi 6 octobre 2010
ARCHITECTURE PAR STRATE

     •   «Tiered infrastructure»

          •   Trois blocs principaux

     •   Forte dépendance fonctionnelle entre
         les strates

          •   Beaucoup plus d’éléments pour une
              architecture


mercredi 6 octobre 2010
SCHÉMA GLOBAL
mercredi 6 octobre 2010
DIMENSIONNEMENT


                                 •   Proportionnalité des strates entre elles



                                 •   Adaptation à l’utilité de la plateforme




mercredi 6 octobre 2010
FIABILITÉ

     •   3 fois plus de couches = 3 fois moins de
         fiabilité ?

     •   Complexité augmentée de plusieurs
         ordres de grandeur

          •   Compétences spécifiques et pointues

     •   Importance des mécanismes de
         redondance

mercredi 6 octobre 2010
CONCLUSION
mercredi 6 octobre 2010
FORT IMPACT ARCHITECTURALE

     •   Cassage de la relation Hardware / OS

     •   Éclatement de la chaine de stockage

     •   Modification de la conception classique
         du réseau

     •   Cloud computing !



mercredi 6 octobre 2010
THE END

     •   Merci à :                                 •   Plus d’informations :

          •   Romain Hinfray (binôme d’AC)             •   www.antoinebenkemoun.fr

          •   Ludo (binôme de RE23)                    •   Page «Virtualisation» pour le détail
                                                           des infos sur la virtualisation
          •   Guillaume Doyen (Tuteur d’AC & TX)
                                                       •   Page «Projets Xen» pour AC & TX
          •   Soizic (soutien psychologique)

          •   Mon MacBook & Keynote

mercredi 6 octobre 2010

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Architectures de virtualisation

  • 1. ARCHITECTURES DE VIRTUALISATION Antoine Benkemoun - Barcamp 5 Octobre 2010 mercredi 6 octobre 2010
  • 2. SOMMAIRE • Introduction • Le stockage adapté à la virtualisation • La virtualisation • Vision traditionnelle • Son intérêt et ses problématiques • Réseaux de stockage • Les différents types et classification • Le réseau adapté à la virtualisation • Solutions techniques • Solutions • Conclusion mercredi 6 octobre 2010
  • 3. INTRODUCTION • Arrivée en masse de la virtualisation • «Méga boost» avec le cloud computing • Dématérialisation des infrastructures • Abstraction du matériel • Changements des fondamentaux du SI mercredi 6 octobre 2010
  • 5. DÉFINITION • Objectif initial technique • Exécuter plusieurs OS sur une même machine physique • Extension du principe de l’émulation • Remplacement de composants par applicatifs mercredi 6 octobre 2010
  • 6. INTÉRÊT • Coût • Mutualisation d’infrastructures • Criticité et flexibilité • Sécurité • Cloisonnement et isolation mercredi 6 octobre 2010
  • 7. QUE PEUT-ON VIRTUALISER ? • Effet «Buzz-Word» • OS • Stockage • Réseaux • Applications • Employés ? mercredi 6 octobre 2010
  • 9. VIRTUALISATION AU NIVEAU DE L’OS • Un seul système, un seul noyau • Environnements utilisateurs cloisonnés • Allocation de ressources entre les différents environnements mercredi 6 octobre 2010
  • 10. VIRTUALISATION TOTALE • Émulation d’une machine physique complète • Émulation d’architectures spécifiques • Les OS invités pensent être sur une machine physique • Forte dégradation des perfs mercredi 6 octobre 2010
  • 11. VIRTUALISATION MATÉRIELLE ASSISTÉE • Adaptation du processeurs aux problématiques de la virtualisation • Jeu d’instruction spécifique • Adaptation des anneaux de protection • Émulation du matériel physique • Moins de pertes de performances mercredi 6 octobre 2010
  • 12. PARAVIRTUALISATION • Adaptation de l’OS invité à la couche de virtualisation • Modification de ses appels au hardware • OS invité conscient d’être virtualisé • Pas d’OS hôte • Super performances ! mercredi 6 octobre 2010
  • 13. TAUX D’ÉMULATION DU MATÉRIEL mercredi 6 octobre 2010
  • 14. SOLUTIONS TECHNIQUES • Leader du marché : VMWare • Créateur de la paravirtualisation • Virtualisation totale & Matérielle assistée • Intégration au noyau Linux (pvops) • Expérimentation paravirtualisation • Version commerciale made in Citrix • La solution Microsoft : Hyper-V • L’opportuniste Open Source : KVM • Paravirtualisation pour Windows • Interfacage de QEMU avec le noyau • Le leader Open Source : Xen • Matérielle assistée + Paravirt (exp.) mercredi 6 octobre 2010
  • 15. LE STOCKAGE ADAPTÉ À LA VIRTUALISATION mercredi 6 octobre 2010
  • 16. STOCKAGE TRADITIONNEL • Stockage sur disque magnétique • Avantages • Forte capacité • Économique • Inconvénients • Contraintes mécaniques mercredi 6 octobre 2010
  • 17. BOITE À RUSTINES : RAID • Solution pour palier aux inconvénients • Nombreux inconvénients • Performance des contrôleurs • Temps de reconstruction • Flexibilité • RAID != mécanisme de sauvegarde mercredi 6 octobre 2010
  • 18. PROBLÉMATIQUES ACTUELLES • Disponibilité • Redondance & Performance • Accès concurrentiels • Flexibilité + Intelligence supplémentaire mercredi 6 octobre 2010
  • 19. VERS UN STOCKAGE MODERNE • Décloisonnement des éléments de la chaine de stockage • Bus de données • Disques • Contrôleurs • Système global interconnecté • Notion de réseau de stockage mercredi 6 octobre 2010
  • 20. ÉLÉMENTS D’UN RÉSEAU DE STOCKAGE • Pelletée de disques : «Baie SAN» • Disques dur, SSD, bandes • Contrôleurs : «Tête de SAN» • Bus de données • Externes : Serveurs <=> Contrôleurs • Internes : Contrôleurs <=> Supports mercredi 6 octobre 2010
  • 21. LES BUS DE DONNÉES EXTERNES • FibreChannel • Successeur du FDDI (RE01 !) • Liaison à très faible taux d’erreur : Fibre • Pile protocolaire spécifique • iSCSI • SCSI over IP • FCoE (FibreChannel over Ethernet) mercredi 6 octobre 2010
  • 22. BUS DE DONNÉES EXTERNES mercredi 6 octobre 2010
  • 23. BUS DE DONNÉES INTERNES • Les classiques • SCSI, SATA, SAS • La Rolls Royce • Fibrechannel mercredi 6 octobre 2010
  • 24. LE SAN • Composition • Supports de stockage • Contrôleur + Interfaces internes/externes • Tôle + Alimentation • Extensible par ajout de baies avec des bus internes (SAS notamment) mercredi 6 octobre 2010
  • 25. LE CONTRÔLEUR • L’intelligence du SAN • Redondance • Gestion de IOs • Dédoublement / Reprise sur panne • Gestion des volumes • «Thin provisionning» • RAID / «Spare» / Sizing • Gestion des performances • Gestion de la communication avec les • Caches SSD / DRAM serveurs • Administration / Management mercredi 6 octobre 2010
  • 27. AVANTAGES / INCONVÉNIENTS • Avantages • Inconvénients • Faible latence • Cher, très cher • Protocoles légers • Piles protocolaires non standards • Grande flexibilité • Complexité • Gains de performance • Énergivore ++ • Découpage clair des éléments mercredi 6 octobre 2010
  • 28. LE RÉSEAU ADAPTÉ À LA VIRTUALISATION mercredi 6 octobre 2010
  • 29. PELLETÉE DE PROBLÉMATIQUES • Architecture traditionnellement statique • Répartition géographique • De l’échelle du serveur à la planète • Déplacements dynamiques et imprévisibles mercredi 6 octobre 2010
  • 30. UN PETIT EXEMPLE mercredi 6 octobre 2010
  • 31. NOUVEAUX DÉFIS • Configuration dynamique et évolutive • Persistance de la configuration • Cohérence de la configuration • Dé-corrélation de l’adressage et de la localisation • Évolution rapide du routage mercredi 6 octobre 2010
  • 32. SOLUTIONS TECHNIQUES • Cisco Nexus • Intégration dans VMWare • Une VM = un port de virtuel intégré au switch • Open vSwitch • Lié à un hyperviseur • Reproduction des fonctionnalités d’un switch mercredi 6 octobre 2010
  • 34. ARCHITECTURE PAR STRATE • «Tiered infrastructure» • Trois blocs principaux • Forte dépendance fonctionnelle entre les strates • Beaucoup plus d’éléments pour une architecture mercredi 6 octobre 2010
  • 36. DIMENSIONNEMENT • Proportionnalité des strates entre elles • Adaptation à l’utilité de la plateforme mercredi 6 octobre 2010
  • 37. FIABILITÉ • 3 fois plus de couches = 3 fois moins de fiabilité ? • Complexité augmentée de plusieurs ordres de grandeur • Compétences spécifiques et pointues • Importance des mécanismes de redondance mercredi 6 octobre 2010
  • 39. FORT IMPACT ARCHITECTURALE • Cassage de la relation Hardware / OS • Éclatement de la chaine de stockage • Modification de la conception classique du réseau • Cloud computing ! mercredi 6 octobre 2010
  • 40. THE END • Merci à : • Plus d’informations : • Romain Hinfray (binôme d’AC) • www.antoinebenkemoun.fr • Ludo (binôme de RE23) • Page «Virtualisation» pour le détail des infos sur la virtualisation • Guillaume Doyen (Tuteur d’AC & TX) • Page «Projets Xen» pour AC & TX • Soizic (soutien psychologique) • Mon MacBook & Keynote mercredi 6 octobre 2010