Xen vs KVM : comparatif des deux hyperviseurs open source

À l’ère du Cloud computing, les hyperviseurs comme KVM et Xen sont plus importants que jamais. Quelles sont les différences entre ces deux technologies de virtualisation ? Xen vs KVM : découvrez leurs points communs et différences dans notre article comparatif !

L’hyperviseur Xen en bref

L’hyperviseur Xen est un logiciel de virtualisation open source qui permet d’exécuter plusieurs systèmes d’exploitation invités simultanément sur un seul ordinateur hôte. L’allocation des ressources matérielles de l’ordinateur hôte est prise en charge par l’hyperviseur Xen.

Quel type d’hyperviseur est Xen ?

En tant qu’hyperviseur de type 1 ou bare metal, Xen est installé directement sur le système physique. Il communique avec le matériel via ses propres pilotes. Les systèmes d’exploitation hôte et invité sont ensuite installés au-dessus de l’hyperviseur Xen. Xen attribue les systèmes d’exploitation installés aux domaines dom0 et domU afin de faire la distinction entre les différents niveaux de privilèges. Le système d’exploitation hôte appartient à dom0 et bénéficie donc du niveau de privilège le plus élevé. Tous les systèmes d’exploitation invités appartiennent à domU en tant que systèmes « sous-privilégiés » (en anglais unprivileged).

Toute communication entre le système d’exploitation hôte et le matériel ne se fait toutefois pas directement via les pilotes du système d’exploitation, mais via l’hyperviseur au moyen d’une API Xen spéciale. L’intégration profonde de l’hyperviseur Xen permet une utilisation plus efficace du matériel, une réduction des frais généraux et une diminution de la surface d’attaque.

Xen : amélioration de l’efficacité grâce à la paravirtualisation

Une technique de virtualisation que Xen utilise pour augmenter l’efficacité est la paravirtualisation. Dans ce cas, les composants matériels sont non émulés par l’hyperviseur : le système invité est donc conscient qu’il est exécuté dans un environnement virtualisé. En revanche, la communication entre les systèmes d’exploitation invités et l’hyperviseur Xen est beaucoup plus rapide, ce qui permet d’augmenter les performances.

Cette technique pose cependant des exigences particulières aux systèmes d’exploitation installés sur Xen : entre autres, la prise en charge de la paravirtualisation dans le noyau du système d’exploitation ainsi que des pilotes spécialisés sont nécessaires. Ces deux exigences sont déjà remplies depuis des années par des noyaux de systèmes d’exploitation courants comme Linux et BSD.

Si la paravirtualisation est impossible ou non souhaitée pour un système d’exploitation, Xen supporte également la virtualisation complète, dans laquelle les composants matériels sont émulés virtuellement. Cela ralentit la virtualisation, mais offre en contrepartie une compatibilité plus élevée. Ainsi, même les systèmes d’exploitation qui ne supportent pas la paravirtualisation peuvent être exécutés sous Xen.

L’hyperviseur KVM en bref

KVM (de l’anglais Kernel-based Virtual Machine) est également un hyperviseur open source avec lequel on peut exécuter plusieurs systèmes d’exploitation invités sur un seul ordinateur physique. Bien que KVM et Xen remplissent fondamentalement le même objectif, ils sont construits selon des principes de fonctionnement différents et conviennent donc aussi à des cas d’utilisation différents.

Quel type d’hyperviseur est KVM ?

Dans le passé, KVM était souvent décrit comme un hyperviseur de type 2, car il ne pouvait communiquer avec le matériel que via les pilotes du système d’exploitation hôte. La paravirtualisation était donc impossible et tous les composants matériels devaient être émulés par KVM pour les systèmes invités.

Entre-temps, l’option de paravirtualisation a été ajoutée à KVM, mais celle-ci fonctionne différemment de Xen. Contrairement à Xen, KVM n’est pas installé sous le système d’exploitation hôte. Au lieu de cela, il est directement intégré dans le noyau Linux et utilise ainsi les composants logiciels du système Linux pour gérer les systèmes virtualisés et leurs processus. Chaque système d’exploitation invité dispose sous KVM de son propre matériel virtualisé, y compris l’interface réseau, l’espace disque, etc. Pour accélérer cette virtualisation complète, KVM utilise ce que l’on appelle la virtualisation assistée par le matériel (en anglais hardware-assisted virtualization), qui est déjà intégrée dans la plupart des processeurs modernes.

Mais tous les composants ne sont pas entièrement virtualisés sous KVM. Afin d’accélérer les systèmes et les applications exécutés, KVM propose quelques interfaces paravirtualisées qui peuvent communiquer directement avec l’hyperviseur au moyen de l’API Virtio. La paravirtualisation KVM est donc principalement proposée pour les périphériques d’entrée et de sortie, comme pour l’interface réseau. Avec KVM, on parle donc plutôt d’une paravirtualisation partielle.

KVM vs Xen : quel hyperviseur offre les meilleures performances ?

La plus grande différence entre les deux hyperviseurs est le niveau de la pile logicielle dans lequel ils fonctionnent. En tant que partie intégrante du noyau Linux, KVM utilise la virtualisation assistée par le matériel pour virtualiser entièrement de nombreux composants matériels sans inconvénient décisif en termes de performances. Les principales interfaces d’entrée/sortie sont ainsi paravirtualisées, ce qui devrait être le facteur le plus important pour la plupart des applications serveur. D’autre part, Xen, en tant qu’hyperviseur de type 1, est typiquement installé sous le système d’exploitation concerné. L’hyperviseur gère donc lui-même la répartition des ressources matérielles. Cela fait que Xen peut théoriquement offrir une communication plus efficace et plus performante avec le matériel. Toutefois, Xen et KVM présentent des performances similaires grâce au pilote Virtio de KVM et à la virtualisation assistée par le matériel.

CPU pinning

Bien entendu, les deux hyperviseurs n’offrent pas les mêmes performances pour toutes les applications. C’est surtout en matière de CPU pinning que KVM offre à ses utilisateurs plus de puissance que Xen. Grâce au CPU pinning, KVM peut attribuer à un processeur virtualisé un processeur physique (ou un noyau de processeur), de sorte que seul ce système virtuel puisse utiliser le processeur. C’est particulièrement avantageux pour les applications chargées en CPU et n’est possible qu’avec KVM.

Performance du réseau

En matière de performance réseau, Xen a une longueur d’avance. Bien que les deux hyperviseurs proposent des interfaces réseau paravirtualisées, chaque système virtualisé sous KVM dispose de son propre périphérique réseau. Avec Xen, tous les systèmes invités partagent une seule interface réseau virtuelle, ce qui assure une efficacité accrue.

Ken vs KVM en résumé

Qui de Xen ou de KVM est le meilleur hyperviseur ? La réponse dépendra de vos besoins. Grâce à sa position de leader du marché, à son intégration dans le noyau Linux et à la possibilité de virtualisation complète, KVM est plus facile à utiliser. Xen, en revanche, présente une performance théorique plus élevée grâce à sa paravirtualisation complète. Pour déterminer votre choix, prenez donc en compte d’une part les applications que vous souhaitez virtualiser et votre degré d’expérience d’autre part.