1 – Prémisses

La virtualisation système est un ensemble de techniques matérielles et/ou logicielles qui permettent de faire fonctionner sur une seule et même machine plusieurs systèmes d’exploitation simultanément et séparément les uns des autres, comme si ils fonctionnaient sur des machines physiques distinctes.

La virtualisation système consiste à virtualiser complètement l’environnement matériel c’est-à-dire le processeur, la mémoire vive, le disque dur, le réseau et les divers autres périphériques d’entrées/sorties au sein d’une machine virtuelle pour qu’elle puisse accueillir un système d’exploitation au complet.

Une machine virtuelle se comporte donc exactement comme un ordinateur physique et contient ses propres ressources matérielles qui sont alors virtuelles (c’est-à-dire basées sur du logiciel).

Les plateformes de virtualisation permettant à plusieurs systèmes d’exploitation de travailler en même temps sur une même machine physique sont appelés « Hyperviseur » ou encore « Virtual Machine Monitor » (VMM) en anglais.

2 – Les hyperviseurs

Le rôle de l’hyperviseur est de mettre en place une ou plusieurs machines virtuelles dans lequelles sont exécutés des systèmes d’exploitations. Ces systèmes sont appelés « systèmes invités » ou « guest system » pour les anglophones.

Les hyperviseurs sont classés en deux catégories :

1 – Les hyperviseurs de type 1 (natif ou encore bare-metal):

Un hyperviseur de « type 1 » est un hyperviseur s’exécutant directement sur une plateforme matérielle. Il implémente la plupart des services que fournissent les noyaux de systèmes d’exploitation courants, entre autres : la gestion mémoire complète des machines virtuelles ainsi que leur ordonnancement. Il peut être assimilé à un noyau allégé et optimisé, il n’est donc pas dépendant d’un système d’exploitation classique pour fonctionner.

Les systèmes d’exploitation invités doivent généralement être adaptés à la couche de virtualisation, ils ont donc « conscience » d’être virtualisés.
Il semblerait que sur les machines disposant de processeurs ayant les instructions de virtualisation matérielle (AMD-V et Intel-VT), l’OS invité n’ai plus besoin d’être modifié pour pouvoir être exécuté dans un hyperviseur de type 1.

A savoir que les machines virtuelles de noyau, qui transforment un noyau Linux complet en hyperviseur, sont considérées comme hyperviseurs de type 1.

2 – Les hyperviseurs de type 2 (hébergé, host-based):

Un hyperviseur de « type 2 » est un hyperviseur s’exécutant par dessus un système d’exploitation classique (hote) comme n’importe quel autre programme. Il utilise les services fournis par le système d’exploitation hote pour gérer de la mémoire et l’ordonnancement des machines virtuelles.

Les systèmes d’exploitation invités n’ont pas conscience d’être virtualisés.

3 – Les 3 grandes classes de virtualisation

3.1 – La virtualisation complète

La virtualisation complète fournit un environnement matériel virtuel (interface et ressources) représentant une architecture réelle sans aucune simplification de l’interface et des ressources associées à cette architecture.

La virtualisation complète consiste donc à émuler l’intégralité d’une machine physique. Pour rappel, l’émulation est le principe qui consiste à remplacer un composant matériel par une application logicielle dont le comportement est similaire voire identique.

L’objectif de la virtualisation complète est donc de faire croire au système d’exploitation invité qu’il est présent sur du matériel physique et non au-dessus d’une couche applicative.

Voici quelques solutions de virtualisation complète :
- KVM
- VirtualBox

3.2 La paravirtualisation

La paravirtualisation vise à instaurer une collaboration directe entre l’hyperviseur et ses systèmes « invités » dans le but d’en faciliter la gestion. La paravirtualisation implique donc une modification des systèmes d’exploitation « invités » pour communiquer directement avec un hyperviseur au lieu de communiquer avec une machine physique.

L’hyperviseur au sens de la paravirtualisation est en contact direct avec le matériel physique. Il est l’intermédiaire exclusif entre le matériel et les systèmes d’exploitation invités.
Lorsqu’on se trouve en présence d’un système de paravirtualisation, il n’y a plus de notion de système d’exploitation invité et de système d’exploitation hôte. Tous les systèmes d’exploitation sont virtualisés dans le sens où ils disposent d’un noyau adaptés à la couche de virtualisation.

Les systèmes d’exploitation communiquent avec l’hyperviseur via des API de communication. Ces API de communication remplacent les traditionnels appels systèmes. Chaque couche de virtualisation dispose donc de sa propre API. Pour adapter un système d’exploitation à un hyperviseur, il faut donc intégrer son API au noyau.

Voici quelques solutions de paravirtualisation :
- Xen

3.3 La virtualisation par containers (isolateur)

La virtualisation par containers n’exécute pas un système d’exploitation au complet mais effectue un cloisonnement de processus.

La virtualisation par containers autorise l’instanciation de multiples « espaces utilisateurs » au sein d’un même noyau et d’isoler l’exécution des applications dans ce que l’on appelle des contextes ou bien zones d’exécution.

Cette solution est uniquement liée aux systèmes Linux.

Voici quelques solutions de virtualisation par containers :
- Linux-VServer
- OpenVZ

Sources :
Antoine Benkemoun (dont certaines explications sont directement extraites de son blog)
Presence-pc
Wikipedia