Qu'est-ce qu'un hyperviseur ? Définition | Types | Exemples

L'hyperviseur est une technologie assez ancienne, mais elle est toujours très pertinente pour permettre la virtualisation. Les premiers hyperviseurs à fournir une virtualisation complète ont été développés par IBM en 1967. Ils ont été développés en tant qu'outil de test (appelé SIMMON) pour le système d'exploitation CP/CMS d'IBM.

Mais qu'est-ce que la virtualisation exactement ? En termes simples, la virtualisation est un processus de création d'une version logicielle (ou virtuelle) de quelque chose qui utilise une quantité fixe de ressources de stockage, de mise en réseau et de calcul. Il fonctionne en partitionnant le matériel sous-jacent et en exécutant chaque partition comme une machine virtuelle séparée et isolée, qui possède son propre système d'exploitation.

Maintenant, c'est là qu'intervient l'hyperviseur. Ils rendent le processus de virtualisation réalisable. Dans cet article de présentation, nous avons expliqué les différents types d'hyperviseurs et leur fonctionnement. Commençons par une question de base.

Qu'est-ce qu'un hyperviseur ?

Définition : Un hyperviseur est un matériel informatique, un logiciel ou un micrologiciel qui crée des machines virtuelles, puis les gère et leur alloue efficacement des ressources. Chaque machine virtuelle peut exécuter son propre système d'exploitation et ses propres applications.

L'ordinateur sur lequel l'hyperviseur est installé est appelé machine hôte et toutes les machines virtuelles sont appelées machines invitées. Un hyperviseur permet de diviser facilement les ressources de la machine hôte et de les allouer à des machines invitées individuelles. Il vous permet également de gérer l'exécution des systèmes d'exploitation et des applications invités sur un seul matériel informatique.

Supposons que vous ayez un PC avec 16 Go de RAM et 500 Go de stockage fonctionnant sur le système d'exploitation Linux et que vous souhaitiez exécuter des applications nécessitant macOS. Dans ce cas, vous pouvez créer une machine virtuelle exécutant macOS, puis utiliser un hyperviseur pour gérer ses ressources. Par exemple, vous pouvez lui allouer 4 Go de RAM et 100 Go de stockage.

Du point de vue d'une machine invitée, il n'y a pas de différence entre l'environnement physique et virtualisé. Les machines virtuelles ne savent pas qu'elles sont créées par un hyperviseur et qu'elles partagent les ressources disponibles. Ils fonctionnent simultanément sur le matériel qui les alimente. Et ainsi, ils dépendent entièrement du fonctionnement stable du matériel.

Les hyperviseurs existent depuis plus d'un demi-siècle, mais en raison de l'augmentation de la demande de cloud computing ces dernières années, leur importance est devenue plus évidente.

Types d'hyperviseurs

Depuis le milieu des années 1970, deux types d'hyperviseurs différents ont été utilisés pour mettre en œuvre la virtualisation :

Type 1 / Bare-metal / Hyperviseurs natifs

Les hyperviseurs de type 1 s'exécutent directement sur le matériel de l'hôte. Puisqu'ils ont un accès direct au matériel sous-jacent et n'ont pas besoin de passer par la couche du système d'exploitation, ils sont également appelés hyperviseurs bare-metal.

Ils fonctionnent mieux, s'exécutent plus efficacement et sont plus sécurisés que les autres types d'hyperviseurs (de type 2). C'est pourquoi les grandes organisations et les entreprises préfèrent les hyperviseurs sans système d'exploitation pour les tâches informatiques des centres de données.

Alors que la plupart des hyperviseurs de type 1 permettent aux administrateurs d'allouer manuellement des ressources en fonction de la priorité de l'application, certains offrent des options d'allocation et de gestion dynamiques des ressources.

Les premiers hyperviseurs, tels que le logiciel de test SIMMON, étaient des hyperviseurs de type 1.

Exemples modernes : VMware ESXi, Nutanix AHV, Oracle VM Server pour x86, Microsoft Hyper-V.

Type 2 / Hyperviseurs hébergés

Comme tous les programmes informatiques, les hyperviseurs de type 2 fonctionnent sur un système d'exploitation. Ainsi, ils reposent à la fois sur le matériel et les logiciels sous-jacents. Les systèmes d'exploitation invités sont construits sur le système d'exploitation hôte.

Bien que ces hyperviseurs vous permettent de créer plusieurs machines virtuelles, ils ne peuvent pas accéder directement au matériel hôte et à ses ressources. Le système d'exploitation préinstallé contrôle le réseau, la mémoire et l'allocation de stockage. Cela restreint les hyperviseurs à prendre des décisions critiques et ajoute une certaine latence.

Cependant, ils sont faciles à configurer et à gérer. Ils ne nécessitent pas d'administrateur dédié et sont compatibles avec une large gamme de matériel. La plupart des développeurs les utilisent à des fins de test.

Exemples : VMware Workstation, VirtualBox, QEMU, VMware Player, VMware Fusion et Parallels Desktop pour Mac.

Avantages

Portabilité : Un hyperviseur peut exécuter plusieurs machines invitées (virtuelles) indépendamment de la machine hôte, et chaque machine invitée peut avoir un système d'exploitation différent.

Un utilisateur autorisé peut déplacer les charges de travail et allouer de la mémoire, du stockage et des ressources informatiques sur plusieurs machines invitées selon les besoins. Lorsqu'une application spécifique a besoin de plus de puissance, les utilisateurs peuvent accorder des ressources supplémentaires (à partir de la machine hôte) via l'hyperviseur.

Economique : Si vous n'installez pas d'hyperviseur, vous devrez peut-être acheter un matériel physique différent pour exécuter ou tester différentes applications. Cependant, à l'aide d'un hyperviseur, vous pouvez définir plusieurs instances de divers systèmes d'exploitation sur une seule machine physique puissante. Il réduit également considérablement le coût des ressources informatiques et la consommation d'électricité.

Flexibilité : Étant donné que l'hyperviseur isole le système d'exploitation du matériel sous-jacent, les applications associées ne reposent plus sur des pilotes matériels particuliers. Cela rend le système global plus flexible pour exécuter une variété de logiciels.

Sécurisé :  L'isolement de chaque invité signifie qu'un problème avec un invité n'affecte pas les autres. Par exemple, si un programme malveillant corrompt tous les fichiers sur une machine virtuelle, les fichiers et les applications sur les autres machines sont moins susceptibles d'être affectés.

Sauvegarde et restauration du système : Les machines virtuelles sont des fichiers, et comme tout fichier conventionnel, elles peuvent être copiées et restaurées. La réplication basée sur l'hyperviseur est plus simple et plus économique que les autres techniques de réplication de machines virtuelles. Il s'agit également d'un matériel naturel, ce qui signifie que l'on peut facilement stocker n'importe quel fichier en double sur n'importe quel périphérique de stockage.

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Inconvénients

Performances compromises : Étant donné que les ressources sont partagées dans des environnements virtuels (bien que les invités restent isolés les uns des autres), cela peut affecter considérablement les performances.

Parfois, la cause sous-jacente reste cachée. Par exemple, si la charge augmente sur un programme au point où l'allocation matérielle maximale est atteinte, la machine invitée est soit bloquée, soit commence à récupérer les ressources d'autres invités s'exécutant sur la même machine hôte. Cela crée une pénurie de matériel, qui a un impact sur la réactivité des autres applications actives.

Risque : La virtualisation comporte un risque car vous gardez tous vos œufs dans le même panier. Si la machine hôte tombe en panne, toutes ses machines invitées tomberont également en panne. Ce type de risque est appelé « point de défaillance unique ».

Complexité accrue :  La gestion de plusieurs machines virtuelles est plus complexe que la gestion d'une machine physique. Certains hyperviseurs ont une courbe d'apprentissage abrupte. Et comme la virtualisation devient de plus en plus populaire, de nouvelles compétences sont requises.

Rendre la virtualisation réalisable sur les ordinateurs personnels

Au milieu des années 2000, les fabricants de microprocesseurs ont commencé à ajouter une assistance à la virtualisation matérielle à leurs produits tels que AMD-V et Intel VT-x. Dans les modèles de processeurs ultérieurs, ils ont intégré davantage de support matériel qui a permis des gains de vitesse significatifs. Depuis 2019, tous les processeurs Intel et AMD modernes prennent en charge les capacités des machines virtuelles.

Les hyperviseurs ont également leur place dans les systèmes embarqués modernes. Il s'agit principalement d'hyperviseurs de type 1 conçus avec des exigences spécifiques. Contrairement au matériel informatique, les systèmes embarqués utilisent un large éventail d'architectures et d'environnements moins standardisés.

La virtualisation dans ces systèmes facilite une plus grande efficacité, des canaux de communication à large bande passante, l'isolation, la sécurité et des capacités en temps réel. Par exemple, OKL4 prend en charge diverses architectures, notamment x86 et ARM. Il a été déployé sur plus de 2 milliards de téléphones portables, à la fois comme système d'exploitation en bande de base et pour héberger des systèmes d'exploitation virtuels.

Sécurité

La sécurité est l'un des facteurs les plus cruciaux de la technologie de virtualisation. Si un attaquant obtient un accès non autorisé à l'hyperviseur, il pourrait alors accéder à chaque machine invitée sur le logiciel hôte en exploitant des caches matériels partagés ou d'autres vulnérabilités. Ce type d'attaque est appelé hyperjacking.

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Cependant, les hyperviseurs modernes sont robustes et bien protégés. Bien qu'il y ait eu quelques nouvelles de petits hacks, aucun hyperjacking majeur n'a été signalé jusqu'à présent en dehors des tests de « preuve de concept ».