INTRODUCTION À LA VIRTUALISATION SUR POSTES DE TRAVAIL ET SERVEURS CONCEPTS, VOCABULAIRES ET OUTILS Benoît DARTIES benoit.darties@u-bourgogne.fr
CONTENU DU COURS CE QUE CONTIENT CE COURS : Une introduction aux concept de virtualisation Une présentation des principaux types de virtualisation Les principaux outils utilisés en entreprise et par le particulier OBJECTIF : DONNER LES CONCEPTS DE BASE DE LA VIRTUALISATION, ET DÉPLOYER SES PROPRES SYSTÈMES VIRTUELS
INTRODUCTION : LA VIRTUALISATION CHEZ LE PARTICULIER
DÉFINITION Virtualisation : Mécanisme informatique qui consiste à faire fonctionner plusieurs systèmes, serveurs ou applications, sur un même serveur physique. Permet de séparer le logiciel du matériel Composant technique clé dans le Cloud Computing.
FONDAMENTAUX PRINCIPES DE LA VIRTUALISATION Logiciels qui simule une machine et ses ressources : RAM, DD, CPU Permet de faire tourner un OS dans un autre qui lui meme peut faire tourner un logiciel de virtualisation Un linux dans un windows dans un autre linux, etc (cf Inception ) LOGICIELS DE VIRTUALISATION Gratuit / payant selon capacités, fonctionnalités et performances Références : VMware, Virtual Box, Parallel desktop
PREMIERS PAS PREMIERS PAS : MISE EN PLACE D UNE MACHINE VIRTUELLE Système d exploitation principal : OS hôte Installation d un logiciel de virtualisation : hyperviseur Création de machines virtuelles (VM) par l hyperviseur : environnements clos, isolés, avec ressources définies Installation de systèmes d exploitation invités dans les VM VIRTUALISATION COMPLETE : LA SOLUTION SIMPLE Utilisée par le particulier Environnement virtuel complet : faux matériel simulé, et OS invité communiquant avec ce faux matériel. OS totalement isolés
PREMIERS PAS PREMIERS PAS : MISE EN PLACE D UNE MACHINE VIRTUELLE solutions logicielles : Virtual Box Gnome-boxes MATÉRIEL SIMULÉ Parallels Desktop Virtual PC VMware Workstation
CAPTURES D ÉCRAN Trois systèmes d exploitation tournant dans un OS hôte
L EMULATION EST DIFFÉRENT DE LA VIRTUALISATION! VIRTUALISATION : SYSTÈMES BASÉS SUR LA MÊME ARCHITECTURE Exemple : faire tourner un OS Linux dans un OS Windows utilisant la même architecture processeur x86-64 Instructions exécutées nativement sur le processeur, pas de recodage / adaptation Vitesse de calcul équivalente environnement non virtuel Ralentissements sur les appels matériels : pas d accès directs à la mémoire d un périphérique
L EMULATION EST DIFFÉRENT DE LA VIRTUALISATION! EMULATEUR (EX : CONSOLE DE JEU) Permet de faire tourner un système d exploitation ou un programme défini sur une architecture processeur, sur un système qui utilise une autre architecture processeur Doit décoder et adapter toutes les instructions d une architecture vers une autre Processus lent, nécessite de la puissance Exemple pour la SNES : Processeur 65C816 16 bits Instructions compréhensibles par le 65C816 seulement Traduction des instructions Processeur Intel Core i7 2,3 GHz
AVANTAGES INTÉRÊTS DES SOLUTIONS COMPLETES DE VIRTUALISATION + Faire tourner des logiciels dépendants d un OS + Plusieurs OS peuvent être accessibles sur le réseau par différents utilisateurs : mutualisation des ressources + Machine virtuelle = un (gros) fichier. Copie, sauvegarde, restauration, duplication, migration, ou rewind facilités + Sécurité «relative» : l OS virtuel n a qu une interaction limitée avec l OS natif
LIMITES LIMITES DES SOLUTIONS COMPLETES DE VIRTUALISATION - Dépendance : l OS virtuel ne tourne que si le logiciel de visualisation est actif et tourne dans l OS natif - Surcharge de l OS natif si visualisations multiples - Difficulté de réserver des ressources matérielles précises pour un OS particulier - Sécurité de l OS virtuel : accessible via l OS natif - Virtualisation complete du matériel : peu optimisé
VIRTUALISATION EN ENTREPRISE CONCEPTS, ENJEUX, TECHNOLOGIES
BIENVENUE DANS LA COUR DES GRANDS PLUSIEURS TYPES DE VIRTUALISATION EN ENTREPRISE Virtualisation de serveurs Virtualisation de stockage Virtualisation d application Virtualisation des postes de travail Virtualisation de réseaux
PARTIE 1 VIRTUALISATION DE SERVEURS
VIRTUALISATION DE SERVEURS VIRTUALISATION DE SERVEURS Pourquoi virtualiser des serveurs? En moyenne un serveur physique n est utilisé qu à 15% de ses capacités Idée: regrouper plusieurs serveurs physiques sur une seule machine Mise en commun des ressources Réduction de la consommation électrique, du nombre de machines, d administrateurs Mise en application avec des solutions de virtualisation professionnelles
VIRTUALISATION DE SERVEURS VIRTUALISATION DE SERVEURS Qu est ce que l on va pouvoir faire? Exécution en parallèle de plusieurs systèmes d exploitation, et donc de plusieurs applications sur ces OS Couche logicielle bas niveau, interaction directe avec le matériel : tous les OS sont gérés au même niveau via la couche logicielle Segmentation et attribution dédiée des ressources matérielles aux VM Gestion des VM par un contrôleur, ré-attribution en live des ressources Déploiement optimisé : ressources mieux gérées Flexibilité : facilité de déplacement d une VM d un serveur physique à l autre Nombreux autres avantages: sécurité, sauvegarde, migration, disponibilité, Correction des limites de la virtu simple par certains hyperviseurs : Plus d OS natif faisant tourner une VM complète dans laquelle un OS est lancé
HYPERVISEURS DEUX TYPES D HYPERVISEURS Type 2 : hosted Logiciel s exécutant dans le systèmes d exploitation Virtualisation telle que présentée en introduction dans ce cours Intérêt : facilité de déploiement Logiciels de virtualisation grand public, ou versions optimisées pour entreprise Fonctionnalités complémentaires selon produits (ex :administration à distance) VM Ware Fusion VM Ware Server Virtual PC Virtual Box Parallel Desktop Source image : http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/xpose2008/virtualisation/definitions.html
HYPERVISEURS DEUX TYPES D HYPERVISEURS Type 1 : Natif / Bare metal S exécute directement sur la plate-forme matérielle: Pas d OS hôte Permet aux VM de rester plus proches du matériel Hyperviseur : noyau hôte allégé et optimisé pour discussion avec matériel Présence d un contrôleur, accès console différent selon les produits VM WARE ESX => VM WARE ESXi Hyper-V Xen RHEV (Version gratuite) (Open source) Source image : http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/xpose2008/virtualisation/definitions.html
VIRTUALISATION DE SERVEURS INSTALLER UN HYPERVISEUR, ET APRÈS? Principal rôle de l hyperviseur : présenter le même matériel à plusieurs systèmes d exploitation Besoin d outils de d administration des VM Création et suppression Re-Dimensionnement Monitoring de ressources Migration, sauvegarde connexion aux machines, mises à jour Différentes approches selon les produits : OS natif, console,
VIRTUALISATION DE SERVEURS POUR ALLER PLUS LOIN Etude comparative des solutions du marché Selon les logiciels, fonctionnalités différentes Facilité de déploiement Evolutivité, passage à l échelle, Migration et sauvegarde Granularité selon les besoins Systèmes de licences logicielles Déploiement de clusters de VM Virtualisation imbriquée, multi-couches Limites du nombre de serveurs virtuels par hôte physique? Un serveur par VM? sécurité renforcé mais multiplication du nombre de VM Problème de sauvegarde, et de réplication des VM sur autres hôtes. Administration supplémentaire, coût matériel Mise à jour des VM, et des OS tournant sur les VM? Commercialisation des VM: Nouveaux enjeux et challenges! QUESTION NON RÉSOLUE (POUR L INSTANT) : CHALLENGE DU STOCKAGE DES VM, ET DU PARTAGE DES FICHIERS ET DONNÉES ENTRE LES SERVEURS
VIRTUALISATION DE SERVEURS QUELQUES DIAGRAMMES D INTERNET PAS TROP DEGUEULASSES Source image : www.ibm.com
VIRTUALISATION DE SERVEURS QUELQUES DIAGRAMMES D INTERNET PAS TROP DEGUEULASSES Source image : https://blbaliyase.blogspot.fr/2014/02/virtualization.html
VIRTUALISATION DE SERVEURS QUELQUES DIAGRAMMES D INTERNET PAS TROP DEGUEULASSES Source image : http://www.rapidhost.co.uk/hyperv
VIRTUALISATION DE SERVEURS QUELQUES DIAGRAMMES D INTERNET PAS TROP DEGUEULASSES Plusieurs serveurs chacun supportant plusieurs VM S é p a r a t i o n d u stockage des VM et des serveurs de virtualisation Source image : http://cryptumlimited.com/services/service_specific/virtualization
PARTIE 2 VIRTUALISATION DU STOCKAGE
VIRTUALISATION DU STOCKAGE VIRTUALISATION DU STOCKAGE Pourquoi virtualiser le stockage? Outrepasser les limites d un disque dur installé physiquement sur un hôte Fédérer différents volumes physiques en une ressource unique Indépendance entre le matériel et le logiciel Accès aux données depuis différents emplacements ou postes de travail Stocker efficacement des fichiers volumineux comme des VM serveurs! Nouvelles fonctionnalités pour l administration, la réplication de données
VIRTUALISATION DU STOCKAGE VIRTUALISATION DU STOCKAGE : DEUX MÉTHODES PRINCIPALES Virtualisation en mode fichier Fichiers disponibles sur un emplacement réseau : fourniture d un accès aux donnée sous forme de fichiers NAS (Network Attached Storage) : gère le système de fichiers, la capacité de stockage, la redondance Accès aux données via un protocole d échange de fichiers : FTP, NFS, SMB, sur un réseau (ex : TCP/IP) Virtualisation en mode bloc Fourniture d un accès à des blocs de données et non à des fichiers Réseau spécialisé dans la fourniture d espace disque Vient s interposer entre le serveur de fichier et le système de stockage Système SAN : (Storage Area Network) : Le système de fichier est vu comme un disque dur local, mais en vrai les octets sont stockés ailleurs
SYSTEME NAS (RAPPEL) VIRTUALISATION DU STOCKAGE : SYSTÈME NAS Serveur sur le réseau Accès via un protocole réseau (ex : TCP/IP) Echange de fichier via un protocole applicatif (SMB, NFS, FTP ) Le serveur NAS gère tout : stockage, redondance etc Facilité de déploiement Solutions pour GE, PE, PME, particuliers, Illustration de l architecture d un NAS pour un particulier
SYSTEME NAS (RAPPEL) VIRTUALISATION DU STOCKAGE : SYSTÈME NAS OS pour la gestion des baies de disques (ex : QTS pour QNAP)
SYSTEME NAS (RAPPEL) SYSTEME NAS EN ENTREPRISE Intel Xeon E5-2620 v3 x 2 6-Core 2.4 GHz 64 GB DDR4 RAM Extensible à 512 GB RAID 1, 2, 5, 6,10, F1 24 baies de stockage Extensible jusqu à 72 baies (unité d extension) Capacité max : 288 TB 7000 euro
SYSTEME SAN VIRTUALISATION DU STOCKAGE : SYSTÈME SAN Concept différent On met le système de fichier sur l hôte, et les blocs de données sont écrits sur le disque dur envoyés sur un réseau dédié De l autre coté du réseau, des baies de stockage : récupération des blocs et écriture Cheminement inverse pour la lecture d un fichier : le système de fichier demande au réseau des blocs, qui lui sont retournés Vous avez dit réseau dédié? On utilise un réseau spécifique au transport de blocs de fichier Réseau spécifique = pas utilisé pour le transfert de données des utilisateurs. Possible sortie du réseau TCP/IP «conventionnel», pour utiliser des protocoles optimisés pour le dialogue baie - système de fichier Protocole spécifique = infrastructure réseau spécifique (switchs)
RÉSEAU SAN ARCHITECTURE RÉSEAU SAN CLASSIQUE (SIMPLIFIÉE) Baies de stockage RÉSEAU SAN Serveurs (intègrent le FS) RÉSEAU UTILISATEURS
TECHNOLOGIES SAN TECHNOLOGIES RÉSEAU POUR LES SAN Quelques protocoles réseaux utilisés en SAN FC SAN IP iscsi
VIRTUALISATION DU STOCKAGE QUELQUES DIAGRAMMES D INTERNET PAS TROP DEGUEULASSES Source image : http://syskb.com/san-ou-nas-quelle-est-la-difference/
PARTIE 3 VIRTUALISATION DES POSTES DE TRAVAIL
VIRTUALISATION DES POSTES DE TRAVAIL VIRTUALISATION DES POSTES DE TRAVAIL Pourquoi virtualiser les postes de travail? Intérêt dans l administration de parc informatique Déployer plus facilement et simplement les logiciels et OS Sécuriser les postes de travail Augmenter la mobilité des utilisateurs (connexion à distance) Tendance émergente
PLUSIEURS VIRTUALISATIONS DE POSTES DE TRAVAIL VIRTUALISATION DES POSTES DE TRAVAIL Concept général Permet d afficher sur les écrans de postes physiques une image virtuelle d un poste utilisateur. L image n est pas exécutée sur le poste physique, mais sur un serveur distant. Deux grandes formes de virtualisation de postes de travail Streaming de systèmes d exploitation Intégration de bureau virtuel
TEXTE STREAMING DE SYSTÈMES D EXPLOITATION Méthode vue comme une méthode de virtualisation Technologie de provisioning à la volée Méthode bien maîtrisée depuis plus de 10 ans Aucune machine virtuelle n est mise en jeu Utilisation des ressources de la machine client Citrix Provisionning Server Wyse Streaming Manager ThinStall by VMWare
TEXTE STREAMING DE SYSTÈMES D EXPLOITATION Principe : Copie du disque que l on veut déployer (exemple image disque OS + applications), placement de cette copie sur un serveur de streaming Réglage du BIOS sur la machine client : Démarrage à partir d un disque installé sur le réseau Chargement de façon sélective des contenus et applications requis et enregistrement dans la RAM de la machine client Exécution par le processeur de la machine client Montage d un espace personnel utilisateur sur le réseau
STREAMING D OS : AVANTAGES STREAMING DE SYSTÈMES D EXPLOITATION Avantages : Une seule image peut être utilisée pour des centaines / milliers de postes Plusieurs images : plusieurs versions d OS et packages d applications Mises à jour et installations de nouvelles applications facilitées Disparition des disques durs locaux : limitation de la consommation électrique, et augmentation de la fiabilité
STREAMING D OS : INCONVÉNIENTS STREAMING DE SYSTÈMES D EXPLOITATION Inconvénients : Charge réseau importante au démarrage Temps de chargement de la machine Contraint par les ressources du poste client : RAM et CPU Besoin d une connexion réseau continue Modification de l OS par les clients : problème de centralisation, contrôle et gestion de sauvegarde
VIRTUALISATION DES POSTES DE TRAVAIL : VDI INTEGRATION DE BUREAU VIRTUEL VDI (Virtual Desktop Integration), ou encore HVD (Hosted Virtual Desktop) Solution la plus complète : virtualisation totale du poste de travail, c.a.d Système d exploitation + applications Tout est stocké dans un datacenter et exécuté sur des serveurs virtuels Les utilisateurs accèdent à leur bureau via le réseau La nature du poste client n est plus pertinente
VIRTUALISATION DES POSTES DE TRAVAIL VS VIRTUALISATION DE SERVEURS VIRTUALISATION DE SERVEURS ET DE BUREAU : SIMILITUDES ET DIFFERENCES Des similitudes Présence d un superviseur, et gestion de machines virtuelles dans un datacenter Similitudes plus fortes qu avec toute autre forme de virtualisations Des différences Serveurs : virtualisation du matériel (CPU, mémoire, ) et accès à une machine à distance Bureau : virtualisation des bureaux utilisateurs : virtualisation du logiciel uniquement. Génération de plusieurs bureaux «clones», et accès aux bureaux via un broker
ARCHITECTURE EXEMPLE : ARCHITECTURE VMWARE SIMPLIFIÉE Hyperviseur : vsphere installé sur le datacenter Contient les bureaux virtuels broker : VMware view manager Clients connectés au broker pour attribution de bureaux virtuels Gestion de la sécurité, des besoins utilisateurs, des droits, par le broker
APPROCHES EN VIRTUALISATION DE BUREAUX INTEGRATION DE BUREAU VIRTUEL Deux approches Bureau persistant : chaque utilisateur a son propre bureau virtuel qu il peut personnaliser et sauvegarder. On sauvegarde un bureau virtuel par utilisateur, ainsi que les applications dédiées Bureau non persistant : mise à disposition d'un ensemble de bureaux uniformes (pool), réinitialisés des que l utilisateur se déconnecte. Similitudes avec une «session invité» pour un OS chez un particulier. Configurations pré-définies par l administrateur
VIRTUALISATION DE BUREAUX : AVANTAGES INTEGRATION DE BUREAU VIRTUEL Avantages : Plus besoin de se préoccuper de la maintenance et administration des postes : économies L utilisateur n est plus dépendant de son poste de travail physique, et se connecte depuis n importe quel terminal Permet de recycler le matériel vieillissant (qui devient un terminal client)
VIRTUALISATION DE BUREAUX : INCONVÉNIENTS INTEGRATION DE BUREAU VIRTUEL Inconvénients : Contraintes importantes en terme de sauvegarde et stockage, surtout en mode persistant : besoin de sauvegarder un OS / applications / données par utilisateur Difficultés à maintenir un accès continu au poste (déconnexion ponctuelles), surcharge réseau importante Problème de passage à l échelle Gestion des licences logicielles, particulièrement en mode non persistant
TEXTE VIRTUALISATION D APPLICATIONS Server-Based-Computing L application est virtualisée, par le système d exploitation Principe : Mise à disposition de l application en tant que service, en s affranchissant des contraintes techniques de déploiement Accès via un navigateur par exemple