Les machines virtuelles : introduction

La machine virtuelle est un concept classique de la virtualisation matérielle et son utilisation principale consiste à fournir des environnements virtuels dans le cadre de tests logiciels. De nombreuses solutions logicielles permettent le fonctionnement de plusieurs systèmes invités sur un système hôte commun (host). Mais comment fonctionnent les machines virtuelles et quels sont les avantages et les inconvénients de ce concept de virtualisation ? Nous vous présentons les bases de la virtualisation matérielle basée sur un hyperviseur et vous montrons, étape par étape, comment déployer des environnements virtuels pour Windows ou Linux.

Dans la virtualisation matérielle, les ressources d’un système physique peuvent être réparties entre plusieurs systèmes virtuels. Chaque système invité, y compris tous les programmes qui y sont exécutés, est séparé du matériel sous-jacent.

Dans la pratique, les machines virtuelles sont surtout utilisées pour isoler certains processus et applications pour des raisons de sécurité. Comparées à d’autres concepts de virtualisation, les machines virtuelles proposent une forte encapsulation et servent donc de base à l’hébergement de produits qui exécutent plusieurs serveurs clients sur une plateforme matérielle commune. La mise à disposition de machines virtuelles est la base des offres d’hébergement mutualisé et de VPS (Virtual Private Server). Dans la mesure où chaque système invité fonctionne dans un environnement d’exécution isolé, les processus encapsulés dans une machine virtuelle n’affectent pas le système hôte ou les autres systèmes invités sur la même machine physique.

Dans un contexte d’entreprise, les machines virtuelles sont utilisées pour réduire les coûts d’exploitation et de maintenance des infrastructures informatiques. Les entreprises disposent parfois d’une vaste infrastructure informatique qui reste inactive la plupart du temps. Avec les machines virtuelles, les temps morts de ce type peuvent être considérablement réduits. Au lieu de fournir une machine physique séparée pour chaque domaine d’application de l’informatique d’entreprise, de plus en plus d’entreprises se tournent vers des serveurs de messagerie, de base de données, de fichiers ou d’applications dans des environnements virtuels isolés sur la même plateforme matérielle puissante. Ce concept sera mis en œuvre dans le cadre de la consolidation des serveurs. Il est en effet souvent moins coûteux de maintenir une grande plateforme informatique pour différents systèmes virtuels que d’exploiter plusieurs petits ordinateurs.

Les transformateurs, en particulier, sont encore chers à l’achat. Le temps processeur inutilisé est donc un facteur de coût inutile qui peut être évité en passant à des systèmes virtuels.

Le développement de logiciels est un autre domaine d’application des environnements virtuels. Les programmeurs qui développent des applications pour différentes architectures de systèmes utilisent souvent des machines virtuelles pour tester les logiciels. De nombreux produits hyperviseurs permettent le fonctionnement en parallèle de différents systèmes d’exploitation ou versions de systèmes. Les machines virtuelles peuvent être créées, clonées et supprimées du disque dur physique sans laisser de résidu de données par un simple clic. De plus, en raison de l’encapsulation, les processus défectueux dans une machine virtuelle n’ont aucun effet sur le système sous-jacent.

Les utilisateurs privés utilisent le plus souvent des hyperviseurs dotés de fonctions d’émulation pour exécuter des applications écrites à l’origine pour une architecture système différente. Toutefois, il convient de noter que la virtualisation matérielle ainsi que l’émulation sont toujours associées à des pertes de performance. Par exemple, si un utilisateur souhaite exécuter un programme Linux dans une machine virtuelle sur son ordinateur Windows, des ressources supplémentaires doivent être consacrées à la fois à l’hyperviseur et au système invité. Une application Linux ainsi encapsulée ne dispose plus de toute la puissance du matériel sous-jacent. Dans ce contexte, on parle de frais généraux.

La virtualisation matérielle atteint toutefois ses limites dans le cas de charges de travail gourmandes en ressources. Si plusieurs machines virtuelles fonctionnent sur le même système hôte, les besoins en ressources d’une machine peuvent également affecter les performances des autres machines sur le même hôte pendant les pics de performance. Ceci peut être contré en assurant à chaque machine virtuelle un contingent fixe de ressources matérielles. Assurez-vous que le total de toutes les ressources virtuelles utilisées en même temps ne dépasse jamais la puissance maximale disponible de la machine physique.

Le tableau suivant compare les principaux avantages et inconvénients des machines virtuelles. La question de savoir si et dans quelle mesure lesdits avantages et limitations s’appliquent dépend principalement du cadre dans lequel vous souhaitez déployer les machines virtuelles et de l’objectif que vous poursuivez avec la virtualisation.

Les instructions étape par étape suivantes vous montreront comment créer une machine virtuelle sur un hôte Windows et l’exécuter sous Linux Ubuntu en tant que système invité. Pour le tutoriel, nous utilisons Windows 7, tandis que Oracle VM VirtualBox est utilisé comme logiciel hyperviseur.

Différentes solutions logicielles sont disponibles pour la mise à disposition de systèmes d’exploitation virtuels. Les leaders du marché sont les produits Oracle, VMware et Parallels.

Le tableau suivant présente les produits hyperviseurs les plus populaires pour Windows, Linux et macOS ainsi que les systèmes invités possibles.

Pour le tutoriel suivant, nous avons utilisé l’hyperviseur VM VirtualBox d’Oracle. Le logiciel est disponible gratuitement aux utilisateurs sous licence GNU General Public License (GNU GPLv2). Nous vous recommandons d’effectuer un téléchargement à partir du site Web du fournisseur. Le tableau suivant présente les produits hyperviseurs les plus populaires pour Windows, Linux et macOS ainsi que les systèmes invités possibles.

1. Ouvrez la page d’Oracle avec l’URL suivante.
2. Sélectionnez le pack de téléchargement correspondant à votre système d’exploitation (dans notre cas Windows).
3. Enregistrez le fichier.exe avec les données binaires dans n’importe quel répertoire de votre ordinateur.

Pour exécuter un système invité dans une machine virtuelle, vous avez besoin d’une image du système d’exploitation. Il s’agit d’une image mémoire qui peut être interprétée par le logiciel de l’hyperviseur comme un disque dur système. Un tel fichier peut être au format de fichier libre .iso. Les solutions de virtualisation courantes fonctionnent également avec des formats de conteneurs propriétaires pour les fichiers image tels que .vmdk (VMware), .vhd (Xen et Microsoft Hyper-V) et .vdi (Oracle VM VirtualBox).

Pour ce tutoriel, nous utilisons le système d’exploitation open source Ubuntu 17.10.1, qui peut être téléchargé sous forme de fichier .iso depuis le site officiel du projet Ubuntu. Procédez comme suit :

1. Ouvrez l’URL.
2. Choisissez la version adaptée à votre système d’exploitation et cliquez sur « Download ».
3. Enregistrez le fichier local .iso sur votre système.

Dans l’étape suivante, décidez si vous souhaitez créer un nouveau disque dur virtuel ou affecter un disque dur virtuel existant à la machine virtuelle.

Ici, nous allons créer un nouveau disque dur virtuel sur lequel nous allons réinstaller le système invité à partir de zéro.

Sélectionnez l’option « Create a virtual hard disk now » et confirmez votre sélection en cliquant sur « Create ».

Confirmez ensuite votre choix avec « Next ».

L’étape suivante consiste à choisir si vous souhaitez attribuer un espace disque disponible fixe à la machine virtuelle. Il est également possible de lui octroyer dynamiquement de l’espace sur le disque dur physique. Dans ce cas, la machine virtuelle n’a pas de quota fixe, mais les ressources mémoire utilisées sur le disque physique sont automatiquement adaptées aux besoins actuels de mémoire de la machine virtuelle.

La VM qui vient d’être créée apparaît avec le nom que vous avez sélectionné dans la liste des machines virtuelles disponibles.

VM VirtualBox crée un dossier pour chaque machine virtuelle. Celui-ci est automatiquement créé dans la destination de stockage que vous avez sélectionnée et contient le fichier VDI pour le disque dur virtuel, un fichier journal et une définition de la VM.

Nous sélectionnons le fichier .iso avec l’image mémoire d’Ubuntu 17.10.1.

Toutes les modifications que vous apportez à votre VM sont automatiquement écrites dans le fichier VDI que vous avez créé en tant que disque virtuel pendant la configuration. Si vous voulez exécuter le système invité sur une machine différente, copiez simplement le dossier de fichiers de votre machine virtuelle (y compris le fichier VDI, le fichier journal et la définition) sur le périphérique correspondant. Notez que chaque machine sur laquelle vous voulez exécuter votre VM doit avoir un logiciel de virtualisation compatible.