Qu'est-ce qu'une machine virtuelle ?

Une machine virtuelle (VM) est une émulation logicielle d'un ordinateur physique. Il exécute un système d'exploitation et des applications comme une machine physique, mais est isolé du système sous-jacent. matériel.

Qu'est-ce qu'une machine virtuelle ?

Une machine virtuelle est une émulation logicielle d'un ordinateur physique, conçue pour reproduire les fonctionnalités et l'expérience utilisateur d'une machine physique. Il fonctionne au sein d'un système hôte, utilisant un hyperviseur ou un moniteur de machine virtuelle pour gérer son exécution et allouer Processeur, la mémoire et le stockage. La VM exécute sa propre le système d'exploitation et applications, isolé du matériel sous-jacent et des autres machines virtuelles sur le même hôte. Cette isolation offre une sécurité renforcée, puisque chaque VM fonctionne dans son propre environnement, indépendamment des autres.

Les machines virtuelles sont largement utilisées pour leur flexflexibilité et efficacité, permettant à plusieurs machines virtuelles de s'exécuter sur une seule machine physique, maximisant ainsi l'utilisation des ressources. Ils sont essentiels dans divers scénarios, notamment server consolidation, où plusieurs servers sont combinés en un seul système, et dans développant et environnements de test, où ils permettent aux développeurs de tester des logiciels dans différents systèmes d'exploitation et configurations. De plus, les machines virtuelles sont fondamentales pour cloud computing, Offrant évolutive et des ressources informatiques à la demande pour les utilisateurs.

Un bref aperçu historique de la virtualisation et des machines virtuelles

La virtualisation et les machines virtuelles trouvent leurs racines dans les années 1960, lorsque IBM a lancé le concept d'amélioration unité centrale performances et efficacité. Ces premiers travaux ont conduit au développement du système d'exploitation CP/CMS, permettant à un seul ordinateur central d'exécuter simultanément plusieurs instances de systèmes d'exploitation.

Dans les années 1970 et 1980, le concept a évolué lentement, se limitant principalement aux mainframes et aux systèmes haut de gamme. Les années 1990 ont vu un regain d'intérêt pour la virtualisation, motivé par les progrès du matériel et la complexité croissante des environnements logiciels. Cette période marque l'essor de VMware, fondé en 1998, qui amène la virtualisation à x86 architecture, la rendant plus accessible aux entreprises de toutes tailles.

Les années 2000 ont connu une croissance rapide de la technologie de virtualisation, avec des contributions significatives de sociétés comme Microsoft et le open-source communauté, conduisant au développement d’hyperviseurs comme Hyper-V et Xen. La virtualisation est devenue la pierre angulaire de l'infrastructure informatique moderne, aboutissant à l'adoption généralisée de cloud l'informatique dans les années 2010. Aujourd'hui, la virtualisation fait partie intégrante de data centers, où il permet une gestion efficace des ressources, l'évolutivité et flexabilité.

Comment fonctionne une machine virtuelle ?

Une machine virtuelle fonctionne en émulant un ordinateur physique dans un environnement logiciel. Ce processus implique plusieurs éléments et étapes clés :

1. Hyperviseur. Au cœur des fonctionnalités d'une VM se trouve le hyperviseur, également appelé moniteur de machine virtuelle (VMM). L'hyperviseur se situe entre le matériel et les machines virtuelles, gérant l'allocation des ressources telles que le processeur, la mémoire et le stockage. Il existe deux principaux types d'hyperviseurs : Type 1 (bare metal) s'exécute directement sur le matériel et le type 2 (hébergé) s'exécute sur un système d'exploitation hôte.
2. Système hôte. hôte Le système est la machine physique qui fournit les ressources matérielles sous-jacentes. Il exécute l'hyperviseur, qui à son tour crée et gère les machines virtuelles.
3. Système invité. Le système invité fait référence aux machines virtuelles elles-mêmes. Chaque VM fonctionne comme un système indépendant avec son propre système d'exploitation et ses propres applications, isolé à la fois du système hôte et des autres VM.
4. Matériel virtuel. L'hyperviseur fournit à chaque VM des composants matériels virtuels, tels que des processeurs virtuels, la mémoire virtuelle, stockage virtuelet les interfaces réseau virtuelles. Ces composants virtuels sont mappés aux ressources matérielles physiques du système hôte.
5. Le système d'exploitation. La VM exécute son propre système d'exploitation (OS invité) au-dessus du matériel virtuel. Le système d'exploitation invité ignore qu'il s'exécute dans un environnement virtualisé et interagit avec le matériel virtuel comme s'il s'agissait de matériel physique.
6. Allocation et gestion des ressources. L'hyperviseur alloue et gère dynamiquement les ressources pour chaque VM en fonction de la demande et des politiques prédéfinies. Cela garantit une utilisation efficace des ressources du système hôte, en équilibrant les charges de travail et en optimisant les performances.
7. Isolement et sécurité. Chaque VM fonctionne dans un environnement isolé, ce qui signifie que les actions d'une VM n'affectent pas les autres. Cette isolation améliore la sécurité, car les activités malveillantes sur une VM sont contenues et ne peuvent pas se propager à d'autres VM ou au système hôte.
8. Réseau virtuel. L'hyperviseur peut créer des réseaux virtuels pour permettre la communication entre les machines virtuelles et entre les machines virtuelles et le monde extérieur. Les capacités de réseau virtuel incluent des commutateurs virtuels, routeurset pare-feu.

Cas d'utilisation de machines virtuelles

En utilisant des machines virtuelles, les organisations peuvent obtenir de meilleurs résultats flexfiabilité, efficacité et sécurité de leurs opérations informatiques. Voici quelques cas d’utilisation courants des machines virtuelles :

• Server consolidation. Les machines virtuelles permettent la consolidation de plusieurs server charges de travail sur un seul site physique server. Cela réduit les coûts matériels, économise de l'espace et réduit la consommation d'énergie en maximisant l'utilisation des ressources physiques.
• Développement et test. Les machines virtuelles permettent aux développeurs de créer des environnements isolés pour développer et tester des logiciels. Ils peuvent facilement démarrer et supprimer différentes configurations et systèmes d'exploitation sans affecter le système hôte, permettant ainsi une itération et une expérimentation rapides.
• Reprise après sinistre. Les machines virtuelles peuvent être utilisées pour créer backup copies des systèmes critiques. En cas de panne matérielle ou autre sinistre, ces machines virtuelles peuvent être rapidement restaurées, minimisant ainsi les temps d'arrêt et La perte de données. Le processus de capture instantanée et de clonage des machines virtuelles simplifie le backup et le processus de récupération.
• Exécution d'applications existantes. Les organisations peuvent utiliser des machines virtuelles pour exécuter des applications obsolètes ou applications héritées sur du matériel moderne. Cela garantit un accès continu aux logiciels critiques sans avoir besoin de maintenir du matériel ancien et potentiellement peu fiable.
• Cloud informatique. Les machines virtuelles sont fondamentales pour cloud l'informatique. Cloud des fournisseurs comme Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure et Google Cloud Platform (GCP) utilise des VM pour offrir des ressources informatiques évolutives et à la demande. Les utilisateurs peuvent déployer et gérer leurs applications dans cloud sans vous soucier du matériel sous-jacent.
• Bureaux virtuels. Infrastructure de bureau virtuel (VDI) exploite les machines virtuelles pour fournir des environnements de bureau à distance, permettant aux utilisateurs d'accéder à leur bureau et à leurs applications depuis n'importe où, en utilisant n'importe quel appareil. Le traitement proprement dit est effectué sur le server.
• Éducation et formation. Les machines virtuelles sont utilisées dans les établissements d'enseignement pour enseigner aux étudiants les systèmes d'exploitation, les réseaux et développement de logiciels. Ils permettent aux étudiants d'expérimenter différentes configurations et configurations sans risquer d'endommager le matériel physique.
• Test des logiciels malveillants et de la sécurité. Les professionnels de la sécurité utilisent des machines virtuelles pour analyser et tester en toute sécurité malware. Étant donné que les machines virtuelles sont isolées du système hôte, toute activité malveillante peut être contenue et étudiée sans compromettre l'intégrité de l'hôte.
• Exécution de plusieurs systèmes d'exploitation. Les utilisateurs peuvent exécuter plusieurs systèmes d'exploitation simultanément sur une seule machine physique. Ceci est utile pour les développeurs de logiciels qui doivent tester leurs applications sur différents environnements de système d'exploitation ou pour les utilisateurs qui ont besoin d'accéder à des applications spécifiques disponibles uniquement sur certaines plates-formes de système d'exploitation.
• Recherche et expérimentation. Les chercheurs utilisent des machines virtuelles pour mener des expériences nécessitant différents environnements informatiques. Ce flexCette fonctionnalité permet de tester un large éventail de scénarios sans avoir besoin de plusieurs machines physiques.

Types de machines virtuelles

Les machines virtuelles (VM) sont de différents types, chacune étant adaptée à des cas d'utilisation et à des besoins opérationnels spécifiques. Les principaux types de machines virtuelles sont les machines virtuelles système et les machines virtuelles de processus. Voici une explication de ces types.

Machines virtuelles système

Ces machines virtuelles fournissent un environnement système complet, émulant une machine physique complète, y compris le système d'exploitation. Ils sont couramment utilisés pour server virtualisation, virtualisation de bureau et exécution de différents systèmes d'exploitation sur un seul hôte. Les machines virtuelles système permettent la consolidation de plusieurs charges de travail sur un seul site physique. server, améliorant l'utilisation des ressources et fournissant des environnements isolés pour différentes applications.

Traiter les machines virtuelles

Contrairement aux machines virtuelles système, les machines virtuelles de processus sont conçues pour exécuter une seule application ou un seul processus. Ils fournissent un environnement indépendant de la plate-forme pour exécuter des programmes spécifiques, en faisant abstraction des détails du matériel et du système d'exploitation sous-jacents. Un exemple bien connu de machine virtuelle de processus est la machine virtuelle Java (JVM), qui permet aux applications Java de s'exécuter sur n'importe quel appareil doté d'une implémentation JVM compatible. Les machines virtuelles de processus sont idéales pour garantir la compatibilité multiplateforme et simplifier le déploiement de logiciels.

Virtualisation complète

Ce type de VM émule entièrement le matériel sous-jacent, permettant l'exécution de systèmes d'exploitation et d'applications non modifiés. La virtualisation complète utilise un hyperviseur pour gérer les machines virtuelles, offrant ainsi une isolation et une sécurité complètes. Des exemples d'hyperviseurs prenant en charge la virtualisation complète incluent VMware ESXi et Microsoft Hyper-V. Ce type est particulièrement utile pour exécuter plusieurs systèmes d’exploitation simultanément et pour les scénarios nécessitant une forte isolation.

Paravirtualisation

Paravirtualisation implique de modifier le système d’exploitation invité pour interagir plus efficacement avec l’hyperviseur. Cette approche réduit la surcharge associée à la virtualisation complète en permettant au système d'exploitation invité de communiquer directement avec l'hyperviseur. Des exemples de paravirtualisation incluent Xen et l'interface de machine virtuelle (VMI) de VMware. Ce type de VM offre de meilleures performances par rapport à la virtualisation complète, notamment pour les tâches gourmandes en E/S.

Virtualisation assistée par matériel

Les processeurs modernes d'Intel et d'AMD incluent des fonctionnalités matérielles pour prendre en charge la virtualisation, telles qu'Intel VT-x et AMD-V. Ces fonctionnalités permettent à l'hyperviseur d'exécuter des machines virtuelles avec une surcharge de performances minimale. La virtualisation assistée par matériel est largement utilisée dans les environnements d'entreprise pour obtenir des performances quasi natives pour les machines virtuelles tout en maintenant une isolation et une sécurité solides.

Virtualisation au niveau du système d'exploitation

Également connue sous le nom de conteneurisation, cette approche virtualise le système d'exploitation plutôt que le matériel. Il permet à plusieurs instances d'espace utilisateur isolées, appelées conteneurs, de s'exécuter sur un seul système d'exploitation. kernel. Les exemples comprennent Docker et LXC (conteneurs Linux). Les conteneurs partagent le noyau du système d'exploitation hôte, ce qui les rend légers et efficaces par rapport aux machines virtuelles traditionnelles. Ce type est idéal pour les microservices, le déploiement d’applications et les scénarios nécessitant une mise à l’échelle rapide.

Avantages et défis des machines virtuelles

Les machines virtuelles offrent de nombreux avantages et sont confrontées à certains défis, ce qui en fait un composant polyvalent mais complexe de l'infrastructure informatique moderne. Comprendre ces aspects est crucial pour exploiter efficacement les machines virtuelles dans divers environnements informatiques.

Avantages sociaux

Les machines virtuelles offrent de nombreux avantages qui en font un outil essentiel dans l’infrastructure informatique moderne. Ils offrent des avantages significatifs en termes d'utilisation des ressources, de rentabilité, flexabilité, et plus encore. Voici les principaux avantages des VM :

• Utilisation améliorée des ressources. Les machines virtuelles autorisent plusieurs servers courir sur un seul physique server, maximisant l'utilisation des ressources matérielles. Cette consolidation réduit le besoin de ressources physiques servers, ce qui entraîne une réduction de la consommation d'énergie et des coûts matériels.
• Économies de coûts. En réduisant le nombre de visites physiques servers requis, les machines virtuelles aident à réduire les deux capital et dépenses opérationnelles. Cela inclut des économies sur les achats de matériel, la maintenance, l’alimentation, le refroidissement et l’espace physique.
• Flexabilité et évolutivité. Les machines virtuelles fournissent un flexible et évolutive environnement, permettant un provisionnement et un déprovisionnement faciles des ressources selon les besoins. Ceci est particulièrement utile dans cloud environnements informatiques et de développement où les charges de travail peuvent varier considérablement.
• Isolement et sécurité. Chaque VM fonctionne dans un environnement isolé, garantissant que les problèmes d'une VM n'affectent pas les autres. L'isolation améliore la sécurité en contenant les menaces potentielles au sein d'une seule VM et en les empêchant de se propager au système hôte ou à d'autres VM.
• Reprise après sinistre et backup. Les machines virtuelles facilitent une reprise après sinistre efficace et backup processus. Les instantanés et les clones de machines virtuelles peuvent être facilement créés et restaurés, minimisant ainsi les temps d'arrêt et la perte de données en cas de panne matérielle ou d'autres catastrophes.
• Gestion et automatisation simplifiées. Les plates-formes de virtualisation sont souvent dotées d'outils de gestion robustes qui permettent le déploiement, la surveillance et la gestion automatisés des machines virtuelles. Cela simplifie les tâches administratives et améliore l’efficacité globale du système.
• Prise en charge des applications existantes. Les machines virtuelles permettent l’utilisation continue d’applications existantes sur du matériel moderne, garantissant ainsi que les logiciels critiques restent opérationnels sans avoir besoin de maintenir des machines physiques obsolètes.
• Environnements de test et de développement. Les machines virtuelles fournissent des environnements isolés pour les tests et le développement, permettant aux développeurs d'expérimenter différentes configurations et systèmes d'exploitation sans affecter le système hôte. Cela accélère les cycles de développement et améliore la qualité des logiciels.

Défis

Si les machines virtuelles offrent des avantages significatifs, elles présentent également un ensemble de défis qui peuvent avoir un impact sur leur déploiement et leur gestion. Comprendre ces défis est nécessaire pour exploiter efficacement les machines virtuelles dans divers environnements informatiques. Voici quelques-uns des principaux défis associés aux machines virtuelles :

• Surcharge de performances. Les machines virtuelles peuvent subir une dégradation des performances par rapport à une exécution directe sur du matériel physique. La couche supplémentaire de virtualisation introduit une surcharge, qui affecte le processeur, la mémoire et I / O opérations. Malgré les progrès de la technologie des hyperviseurs et de la virtualisation assistée par matériel, la surcharge en termes de performances reste un facteur à prendre en compte, en particulier pour les applications hautes performances.
• Conflit de ressources. Lorsque plusieurs machines virtuelles s'exécutent sur un seul hôte, elles sont en concurrence pour les mêmes ressources physiques. Cela conduit à des conflits de ressources, où les performances d'une VM peuvent avoir un impact sur les autres. Une allocation et une gestion adéquates des ressources sont nécessaires pour atténuer ce problème, mais cela nécessite une planification et un suivi minutieux.
• Gestion complexe. Les administrateurs doivent gérer des tâches telles que le provisionnement des machines virtuelles, l'allocation des ressources, la surveillance des performances et la gestion de la sécurité. La complexité augmente avec le nombre de machines virtuelles et l'échelle de l'infrastructure virtualisée, nécessitant des outils et des pratiques de gestion robustes.
• Les problèmes de sécurité. Même si les machines virtuelles offrent une isolation, elles ne sont pas à l’abri des failles de sécurité. L'hyperviseur, qui contrôle les VM, est une cible potentielle d'attaques. De plus, les vulnérabilités au sein d’une VM peuvent potentiellement affecter d’autres personnes si elles ne sont pas correctement isolées. Il est essentiel de garantir des mesures de sécurité robustes, telles que des mises à jour régulières, des correctifs et des politiques de sécurité.
• Coûts de licence. La virtualisation peut entraîner une augmentation des coûts de licence pour le logiciel de virtualisation et les systèmes d'exploitation exécutés sur les machines virtuelles. Les organisations doivent soigneusement considérer les modèles et les coûts de licence lors de la planification de leurs environnements virtualisés.
• Problèmes de compatibilité. Toutes les applications et tous les systèmes d'exploitation ne sont pas optimisés pour la virtualisation, et certains peuvent présenter des problèmes lors de leur exécution dans un environnement virtualisé. Garantir la compatibilité nécessite des tests et une validation approfondis.
• Backup et récupération. Même si les VM peuvent simplifier backup et les processus de récupération, ils introduisent également de la complexité. Assurer une cohérence et une fiabilité backups pour un grand nombre de VM nécessite des backup stratégies et outils. Les processus de récupération doivent également être testés régulièrement pour garantir qu’ils fonctionnent comme prévu.
• Expansion tentaculaire et utilisation des ressources. La prolifération des machines virtuelles se produit lorsqu’il y a une prolifération incontrôlée de machines virtuelles, entraînant une utilisation inefficace des ressources et des difficultés de gestion. Les organisations doivent mettre en œuvre des politiques et des pratiques pour contrôler la prolifération des machines virtuelles et garantir une utilisation efficace des ressources.