VIRTUALISATION ET CLOUD COMPUTING. Année Universitaire :

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1 VIRTUALISATION ET CLOUD COMPUTING Enseignant : Mohamed MANAA Année Universitaire :

2 Plan La virtualisation Qu'est-ce que la virtualisation? Pourquoi virtualiser? Terminologies Techniques de virtualisation Cloud Computing Définitions Architecture Types de cloud

3 Qu'est-ce que la virtualisation? "En informatique, on appelle virtualisation l'ensemble des techniques matérielles et/ou logicielles qui permettent de faire fonctionner sur une seule machine plusieurs systèmes d'exploitation et/ou plusieurs applications, séparément les uns des autres, comme s'ils fonctionnaient sur des machines physiques distinctes." Source : Wikipedia

4 Qu'est-ce que la virtualisation? l'ensemble de techniques qui permet de faire tourner plusieurs systèmes d'exploitation sur une machine simultanément. Comme s'ils fonctionnaient sur des ordinateurs distincts. De la même façon que l'on fait fonctionner plusieurs programmes sur un même OS (multi-tâches) nous savons faire fonctionner plusieurs OS sur un même hardware (virtualisation) C est pas du multi-boot

5 Qu'est-ce que la virtualisation? La virtualisation repose sur trois éléments importants : 1. L abstraction des ressources informatiques ; 2. La répartition des ressources par l intermédiaire de différents outils, de manière à ce que celles-ci puissent être utilisées par plusieurs environnements virtuels ; 3. La création d environnements virtuels.

6 Qu'est-ce que la virtualisation? Deux machines virtuelles sur un environnement Linux

7 Pourquoi virtualiser? Les éditeurs comme Microsoft et Linux recommandent une application ou un service par système d exploitation (DNS, Mail, ). Les serveurs deviennent si puissants qu une application par serveur n est plus justifiable (Processeurs 64 bits multi-cœurs). Réduction du coût. Economie d espace et d énergie. Possibilité de faire des instantanés (snapshots) des machines (Test si échoue revenez à l état initial).

8 Pourquoi virtualiser? La virtualisation va permettre une isolation des différents environnements logiciels au niveau des ressources physiques. Code malicieux ne pourra pas se propager à d autres systèmes invités. Possibilité de gérer les accès aux ressources physique de manière à éviter les conflits. La virtualisation présente de nombreuses réponses à des problèmes qui se posent aujourd hui (au niveau logiciel avec une nécessité de sécurisation, ou au niveau énergétique)

9 Terminologies : Host (Hôte) : Plateforme sous-jacente qui accueille les VMs Peut être du matériel ou matériel +OS accueillant le VMM Guest (Invité) : Logiciel s exécutant dans l environnement de la VM (généralement un OS)

10 Terminologies : Hyperviseur : VM Moniteur La couche logicielle rendant la virtualisation possible S exécute au-dessous de toutes les VMs pour les gérer plusieurs machines virtuelles équipées d un système d exploitation de bureau s exécutent sur un serveur, lui-même fonctionnant avec un système d exploitation particulier appelé «hyperviseur». Guest (Linux) Guest (WinXp) Hyperviseur : VMWare Host : Windows x86 Guest (Linux) Guest (WinXp) Hyperviseur : Xen Host : Raw en x86

11 Terminologies : Hyperviseur : VM Moniteur Rôle d'un OS Partage le processeur entre plusieurs processus Partage la mémoire entre plusieurs processus Partage les I/O des périphériques entre plusieurs processus Rôle de l'hyperviseur Permettre ces mécanismes pour chaque OS invité, lui permettant de croire qu'il est le seul sur la machine. Intercepter les communications avec les interruptions et simuler de façon logicielle ces interfaces.

12 Terminologies : Les hyperviseurs sont divisés en deux classes indiquant leur mode de fonctionnement : Type 1 (bare-metal) fonctionne directement sur machine nue, assurant l interface entre les OS virtualisés et la machine. Exemples :Xen, VMware ESX, Microsoft Hyper-V, Oracle VM Server. Type 2 (hosted) : fonctionne par-dessus un système d exploitation existant, une machine virtuelle se présente alors comme un processus. L hyperviseur doit intégrer une partie de ses fonctions au noyau pardessus lequel il fonctionne. Exemples :QEMU/KVM, Vmware Workstation, Oracle Virtual Box.

13 Terminologies : OS1 OS2 Hyperviseur Software (VMM) OS1 OS2 Host OS Hyperviseur Software (VMM) Hardware (RAM, CPU, LAN, ) Hardware (RAM, CPU, LAN, ) Hosted Architecture Bare-Metal Architecture

14 Paravirtualisation Virtualise plusieurs OS Connue aussi sous le nom : virtualisation assistée par le système d exploitation (invité) Nécessite que les OS soient «modifiés» Ne virtualise pas une architecture matérielle complète (La para-virtualisation évite d'utiliser un système hôte complet pour faire la virtualisation) Le guest est équipé de drivers ou de bibliothèques, qui viennent remplacer ceux du système par défaut (Le système d exploitation est alors conscient qu il est virtualisé)

15 Paravirtualisation Les performances sont bien meilleures en paravirtualisation qu'en virtualisation complète. Puisque la paravirtualisation ne supporte pas les systèmes non modifiés (et, par conséquent, les systèmes propriétaires tels que Microsoft Windows), sa portabilité et sa compatibilité sont réduites Exemples : Xen,Microsoft Hyper-V

16 Paravirtualisation Logiciels de User User contrôles Space Space OS privilégié OS invité OS invité Drivers Drivers Drivers Hyperviseur Hardware (RAM, CPU, LAN, )

17 Paravirtualisation : Exemples QEMU : émulateur de plateformes x86, PPC, Sparc Xen : projet Opensource précurseur dans le monde du libre, version commercialisée par Citrix KVM : projet hyperviseur intégré dans le noyau linux (Développé par Qumranet, racheté par RedHat) ESX/ESXi : hyperviseur leader de VMWare Hyper-V : hyperviseur de Microsoft

18 XEN dom0 : domaine privilégié, c est dans ce domaine que tournent les applications permettant de contrôler les autres machines virtuelles. domu : Toutes les autres machines virtuelles sont dans des domaines non privilégiés

19 XEN

20 Microsoft Hyper-V

21 Microsoft Hyper-V

22 Microsoft Hyper-V

23 Virtualisation complète ou totale Virtualise plusieurs OS (modifiés ou non) Virtualise une architecture matérielle complète La virtualisation complète utilise un système d'exploitation hôte classique (Linux, Windows dont les noyaux ne sont pas modifiés) et un logiciel de virtualisation qui émule un matériel virtuel Les machines virtuelles installent des systèmes d'exploitation invités qui utilisent des pilotes pour gérer le matériel virtuel

24 Virtualisation complète ou totale Connue aussi sous le nom : Machine Virtuelle Il existe deux types de machines virtuelles : celles où l hyperviseur est une application installée sur un système d exploitation hôte, et celles où l hyperviseur est installé en lieu et place du système d exploitation hôte permet de faire fonctionner plusieurs systèmes différents sur la même machine physique Exemples : Microsoft Virtual PC, Microsoft Virtual Server, VirtualBox, VMware Workstation.

25 Virtualisation complète ou totale Serveur Virtuel Serveur Virtuel Serveur Virtuel A p p l i A p p l i A p p l i A p p l i A p p l i A p p l i OS OS OS Hyperviseur Hardware (RAM, CPU, LAN, )

26 Virtualisation complète ou totale : Exemples QEMU : émulateur de plateformes x86, PPC, Sparc Microsoft VirtualPC et Microsoft VirtualServer : propriétaire, émulateur de plateforme x86 Parallels : propriétaire, superviseur x86 pour MAC OSX(Intel) PearPC : émulateur de plateforme PPC sur matériel x86 VirtualBox : émulateur de plateforme x86 VMware : propriétaire, émulateur de plateforme x86 (produits VMware Server, VMware Player, VMware Workstation, VMware Fusion)

27 VMware Player

28 Oracle VirtualBox

29 Virtualisation d application Séparer l utilisation d une application des environnements matériels et logiciels nécessaires à son exécution Deux types : 1. L exécution de l application à distance : Le moyen le plus simple de permettre l utilisation d une application sans l installer est de l exécuter sur un serveur et d envoyer l image et le son que l application génère sur le poste de travail

30 Virtualisation d application 2. Le streaming de l application (installation à la demande ): lorsque qu un utilisateur tente de lancer une application, le serveur envoie au poste de travail tous les fichiers dont l application a besoin pour s exécuter, et l application est exécutée par le poste de travail, avec ses propres ressources.

31 L exécution de l application à distance

32 Streaming de l application / installation à la demande

33 Virtualisation matérielle assistée Fonctionner tout type d OS non modifié de façon parallèle sur une même machine sans perte de performance. technique de virtualisation récemment implantée dans les processeurs à base d architecture x86 : Intel-VTx (32 bits) et Intel VT-i (64 bits) pour Intel, AMD-V pour AMD, Advanced Power Virtualization pour IBM, Ultra SPARC T1 Hypervisor pour SUN. Ce type de processeur contient un jeu d'instructions implémentant un ensemble de primitives de bas niveau qui facilitent la virtualisation.

34 Virtualisation matérielle assistée La virtualisation matérielle assistée est donc une évolution de la virtualisation totale. Système d exploitation invité Matériel émulé Système d exploitation invité Matériel émulé Virtual Machine Monitor Système d exploitation avec noyau Matériel Intel-VT ou AMD-V

35 Virtualisation matérielle assistée

36 Virtualisation matérielle assistée

37 Virtualisation au niveau du système d exploitation Séparer le système d exploitation (OS) d une machine en différents environnements utilisateurs distincts Les utilisateurs de la machine ne se voient pas entre eux, et l accès aux données des autres n est pas possible Les environnements utilisateurs sont entièrement cloisonnés Le matériel et l OS sont les même pour tout le monde On ne peut pas parler de «systèmes d exploitations invités» pour ces systèmes invités mais plutôt d'environnements utilisateur cloisonnés

38 Virtualisation au niveau du système d exploitation L allocation des ressources entre les différents environnements utilisateurs est possible. On donnera des quotas disque à ces espaces privés ainsi qu une limite en terme d utilisation de puissance processeur. Ce type de virtualisation est essentiellement utilisé sur les systèmes Unix, Linux et BSD. Le système hôte sera ici l OS qui supportera les environnements utilisateurs invités.

39 Virtualisation au niveau du système d exploitation Un des principaux intérêts de cette technique est que l on peut facilement faire migrer à chaud un processus d un environnement utilisateur à un autre. ce type de virtualisation est utilisé chez les hébergeurs web qui proposent des environnements privé à moindre coût pour que les utilisateurs puissent gérer leurs sites web comme si ils possédaient chacun un serveur personnel C est une couche logicielle en plus du système d exploitation qui va permettre la séparation des environnements utilisateurs.

40 Virtualisation au niveau du système d exploitation Environnement utilisateur cloisonné Environnement utilisateur cloisonné Couche logicielle Système d exploitation avec noyau Matériel

41 Pour conclure Virtualisation Systèmes Processus modifiés non modifiés Virtualisation au niveau du système d exploitation Paravirtualisation Virtualisation totale Virtualisation matérielle assistée

42 Datacenter Qu'est ce qu'un Datacentre/Datacenter? Datacenter = Centre de traitement de données Ensemble d'équipements constituant le SI d'une structure/entreprise mainframes serveurs baies de stockage équipements réseaux et télécommunications Peut être interne ou externe à l'entreprise, exploité éventuellement par des prestataires Pouvant aller du Local technique, salle machine, étage, bâtiment au complexe de plusieurs bâtiments

43 Datacenter Qu'est ce qu'un Datacentre/Datacenter? Afin de mutualiser les coûts et de bénéficier des dernières avancées technologiques, la plupart des entreprises choisissent de déléguer à un Datacenter la prise en charge de leurs données virtuelles, en terme de stockage, ou encore de protocoles de transfert. Les Datacenters s organisent en salles informatiques contenant de larges baies de stockage où se trouvent les serveurs. Ce sont ces serveurs qui prennent en charge les données clients. Afin d assurer la disponibilité et la sécurité des données stockées, un Datacenter doit être en fonctionnement 24h/24 et 365 jours par an.

44 Datacenter Qu'est ce qu'un Datacentre/Datacenter? La maintenance se fait toujours par section afin de garder active la majorité des baies de stockage. Selon la quantité de données à stocker, les caractéristiques d un Datacenter seront différentes : Le type de serveur employé et sa capacité maximale Le système de climatisation et de ventilation La consommation énergétique globale

45 Datacenter Qu'est ce qu'un Datacentre/Datacenter? Google Datacenter

46 Datacenter Qu'est ce qu'un Datacentre/Datacenter? IBM Datacenter

47 Datacenter Qu'est ce qu'un Datacentre/Datacenter? Datacenter tunisien :