Virtualisation des serveurs : définition et mode de fonctionnement

Optimiser l’utilisation des ressources et consolider les serveurs pour réduire les coûts et le matériel – telle est la promesse avancée par la virtualisation des serveurs. Trois types de virtualisation sont disponibles : la virtualisation complète, la paravirtualisation et la virtualisation au niveau du système d’exploitation.

Les serveurs physiques dédiés qui exécutent des tâches spécifiques sont équipés d’un système d’exploitation précis et d’une puissance de stockage et de calcul bien définie. L’inconvénient associé aux serveurs physiques individuels dans les data centers est qu’ils sollicitent beaucoup de place, de maintenance et d’énergie en fonction des tâches et des charges de travail. Les serveurs affectés à une tâche ou à une application ne peuvent pas entrer dans une configuration de partage du matériel et du système d’exploitation avec d’autres applications. La plupart du temps, ils ne peuvent pas non plus effectuer plusieurs tâches simultanément. La solution à ce problème est la virtualisation des serveurs.

Au lieu d’étendre l’infrastructure informatique par davantage de serveurs physiques, la virtualisation des serveurs permet de distribuer les ressources matérielles physiques existantes sur plusieurs environnements virtuels qui peuvent être utilisés indépendamment les uns des autres. L’infrastructure ne change pas, mais les capacités peuvent être utilisées plus efficacement. Sur un serveur physique, la virtualisation permet d’utiliser plusieurs systèmes d’exploitation indépendants et configurés différemment, et d’exploiter des applications en parallèle. Les serveurs virtuels fonctionnent indépendamment les uns des autres, ce qui évite les temps d’inactivité grâce à des processus distribués de manière efficace et permet une sollicitation optimale des ressources existantes. Vous bénéficierez ainsi d’une consolidation des serveurs à faible consommation d’énergie et à moindre coût.

Pour répartir un ou plusieurs serveurs physiques sur des instances et des environnements indépendants en passant par le processus de virtualisation, les responsables de l’administration des serveurs utilisent des logiciels de virtualisation. Ils permettent aux serveurs virtuels de s’exécuter indépendamment les uns des autres. Les serveurs indépendants sont ainsi en mesure d’utiliser leurs propres systèmes d’exploitation et applications, et d’exécuter des tâches de manière indépendante et isolée des autres serveurs virtuels.

Le fonctionnement de la virtualisation des serveurs est en principe aisément compréhensible. La virtualisation intervient de manière concrète comme suit :

La première étape consiste à sélectionner un serveur pour la virtualisation prévue. Il s’agit généralement d’un serveur dédié unique conçu pour utiliser les ressources plus efficacement et mieux gérer les charges de travail. Il convient ensuite de vérifier la mémoire, les processeurs et les disques occupés pour déterminer la capacité disponible pour une ou plusieurs machines virtuelles. Cela permet d’estimer le nombre d’instances virtuelles pouvant être utilisées et la puissance de calcul qu’elles peuvent fournir.

Un logiciel d’hyperviseur spécial tel que Microsoft Hyper-V, vSphere de VMware ou PlateSpin Migrate, intervient généralement dans le cadre de la virtualisation. Un hyperviseur assure le partitionnement du matériel et des logiciels existants. Les hyperviseurs peuvent être distingués en deux types, entre autres :

• Type d’hyperviseur nº 1 : il s'exécute directement sur le serveur en tant qu’hyperviseur natif appelé « bare metal » (par exemple, pour les machines virtuelles).
• Type d’hyperviseur nº 2 : il s’exécute au niveau logiciel du système d’exploitation hôte (généralement adapté aux environnements de test).

La virtualisation et le partitionnement peuvent, entre autres, déboucher sur des applications, du stockage, des ressources, des serveurs et des réseaux virtuels.

La virtualisation des serveurs professionnelle s’accompagne de nombreux avantages, qui s’observent avant tout dans la réduction des besoins énergétiques et des coûts. Les utilisateurs bénéficient d’une flexibilité et d’une évolutivité optimales en se passant de l’achat, de la configuration et de la gestion d’une infrastructure de serveur physique supplémentaire. Les capacités existantes peuvent être utilisées de manière efficace en optimisant l’utilisation des ressources et en augmentant la capacité des serveurs existants. Les charges de travail sont distribuées sur des serveurs virtuels et traitées en parallèle sans temps d’inactivité.

En termes de sécurité en centre de données et sécurité du Cloud, les serveurs virtualisés offrent un avantage évident en matière de reprise après sinistre grâce à la récupération et à la sauvegarde des données facilitées. La virtualisation isole les serveurs les uns des autres et réduit la surface d’attaque.

Les autres avantages de la virtualisation des serveurs sont les suivants :

• Les installations de mise à jour sont largement accélérées, car tous les serveurs résident sur un seul système physique.
• L’hébergement Web est non seulement plus facile, mais aussi moins cher.
• Les données et les processus peuvent être externalisés dans un Cloud privé ou public, en fonction de l’entreprise et du type de virtualisation.
• Configurer des environnements de test virtuels permet de tester de nouvelles applications et de nouveaux outils logiciels.
• La migration dynamique des systèmes est simplifiée par la délocalisation des processus de travail tout en évitant les temps d’arrêt.
• Les réseaux et les capacités de calcul offrent une tolérance élevée aux pannes, une haute disponibilité et l’absence de temps d’arrêt ou de temps d’inactivité imprévus.
• Les instances et les environnements virtuels fonctionnent indépendamment et isolément, ce qui se traduit par des processus métier plus efficaces.

Malgré tous ses avantages, la virtualisation des serveurs présente néanmoins des inconvénients et des risques sur lesquels il convient de se pencher. Cela inclut, en particulier, les coûts initiaux élevés éventuellement associés aux logiciels de virtualisation ou à l’intervention d’experts en informatique. Cet inconvénient demeure toutefois négligeable en comparaison des coûts d’acquisition et de maintenance des serveurs physiques.

En termes de sécurité, il est vrai que les serveurs virtuels indépendants offrent plus de résilience face aux pannes et moins de surface d’attaque. D’autre part, une attaque sur la plateforme de virtualisation dans son ensemble constitue un risque qui ne doit pas être sous-estimé. Ceci est particulièrement justifié si les données de plusieurs clients résident sur des serveurs virtuels dans un environnement physique.

Autres inconvénients :

• Selon le logiciel de virtualisation, les entreprises peuvent être tributaires des licences (enfermement propriétaire).
• Les charges de travail très lourdes peuvent se traduire par une forte sollicitation et une occupation élevée de la mémoire.

Il existe trois approches différentes pour pratiquer la virtualisation des serveurs.

Un logiciel d’hyperviseur, également appelé moniteur de machine virtuelle (VMM pour « Virtual Machine Monitor »), communique directement avec la mémoire et le processeur du serveur. Le logiciel gère, coordonne et surveille les serveurs virtuels et les instances du système physique afin de les maintenir isolés et indépendants les uns des autres selon la relation hôte/invité. Cela signifie que les instances invitées ne savent pas qu’elles n’utilisent pas de ressources physiques. Cela masque toutes les ressources physiques afin que les serveurs virtuels et les invités « ne se connaissent pas ». La répartition des ressources virtuelles est opérée par l’hyperviseur. Cette approche implique que l’on doit veiller à ce que l’hyperviseur dispose lui-même des ressources physiques suffisantes.

La paravirtualisation fait également appel à un moniteur de machine virtuelle. Les instances virtuelles ne sont toutefois pas masquées les unes aux autres. Le réseau physique fonctionne donc comme une unité. Comme les ressources physiques ne sont pas masquées, les instances invitées et les machines virtuelles sont tenues informées des exigences de performances de calcul.

Cette approche ne fait pas appel aux hyperviseurs. La coordination et la mise en œuvre de la virtualisation sont prises en charge par la fonction de virtualisation intégrée du système d’exploitation correspondant. L’inconvénient lié à cette approche : tous les serveurs virtuels doivent utiliser le même système d’exploitation.

Les personnes à la recherche d’une alternative à la virtualisation de leurs propres serveurs physiques trouveront la solution dans le cloud computing et dans le distributed computing. Cela permet aux entreprises de renoncer pleinement aux centres de données et serveurs physiques pour externaliser les ressources informatiques à moindre coût dans le Cloud de hôtes Web et vers des architectures système distribuées et hautes performances. Vous profitez ainsi de logiciels, de matériels, de capacités de calcul et de stockage sous forme de services virtuels selon le principe du XaaS.

Voici d’autres alternatives à la virtualisation de ses propres ressources :

• SaaS (Software as a Service)
• PaaS (Platform as a Service)
• IaaS (Infrastructure as a Service)

La virtualisation des serveurs rappelle un peu les maisons magiques qui offrent beaucoup plus d’espace à l’intérieur qu’il n’en parait de l’extérieur. De même, les serveurs virtualisés permettent aux infrastructures physiques de s’étendre en interne, plutôt que de développer et d’exploiter des ressources informatiques coûteuses et chronophages en externe. À ceci s’ajoute la possibilité de déployer des services d’hébergement Web de manière économe et efficace. Au lieu d’utiliser de petites parts de capacité de serveur et de répartir les charges de travail de manière inégale entre les serveurs du réseau, la virtualisation des serveurs renforce l’efficacité et la productivité. La gestion centralisée des serveurs améliore de plus la sécurité et la protection des données.