DOSSIER : Les nouveaux serveurs et la virtualisation

Ce dossier est constitué de six volets:

1- Machines ‘virtuelles’ et nouveaux serveurs

2- Quels bénéfices peut-on tirer de la virtualisation ?

3- Les solutions logicielles de virtualisation

4- Les matériels optimisés pour la virtualisation

5- Demain : après les serveurs, les postes clients

6- Glossaire

Sources: Cabinet Duquesne Research (Emmanuel Besluau), Cabinet IDC, Rédaction de Silicon.fr (Jean-Michel Manat, Pierre Mangin),

Pour de nombreuses entreprises, il est en effet impératif de réduire les coûts, notamment ceux de leur ‘datacenter’. Les serveurs de nouvelle génération sont configurés en machines dites virtuelles, c’est-à-dire capables de fonctionner à plusieurs en parallèle sur la même machine physique. En consolidant un parc de serveurs, ces configurations de systèmes virtuels permettent de réaliser des économies parfois très importantes, à la fois sur les matériels, la consommation énergétique et les ressources humaines. Ainsi, la virtualisation s’impose comme l’outil nécessaire pour optimiser une infrastructure informatique.

Beaucoup d’entreprises ont déjà franchi le pas, convaincues de la pertinence de ce modèle de systèmes virtualisés. Selon des chiffres fournis par IDC, le nombre de serveurs virtuels déployés en 2008 à l’échelle de la planète a ainsi dépassé celui des serveurs physiques vendus par les constructeurs.

Le cabinet d’études estime que, d’ici à 2013, la proportion de serveurs virtualisés atteindra les 60 % des machines en fonctionnement.

La plupart des responsables IT ne se demandent plus s’ils doivent migrer leur(s) datacenter(s) vers une architecture virtualisée, mais plutôt quand et comment. La quasi-totalité d’entre eux déclarent avoir au moins étudié la question, quand ils n’ont pas déjà franchi un premier pas en testant la technologie sur des serveurs de développement.

Mais le principal frein à l’essor de ces technologies reste le manque d’expériences et de compétences dans ce domaine. L’administration et la maintenance des ressources informatiques s’en trouvent transformée. La tâche des administrateurs est d’autant plus délicate que les solutions des principaux fournisseurs évoluent en permanence, tout comme les matériels proposés par les constructeurs et les fabricants de puces. Ceux-ci travaillent en effet en étroite collaboration avec les éditeurs afin d’optimiser leurs matériels destinés à héberger ces machines virtuelles.

Selon Emmanuel Besluau, expert en infrastructure et directeur du cabinet Duquesne Research, l’augmentation de la puissance des data centers ne peut désormais plus se faire en poussant la vitesse des processeurs, lesquels atteignent leur limite physique.

Cette puissance supérieure s’obtient donc en utilisant un procédé de gravure de plus en plus fin et en passant aux processeurs multicoeurs, comme cela s’est vu sur les processeurs z (mainframes) et p (Power) notamment, chez IBM. Or, les hyperviseurs sont aujourd’hui les plus à même de tirer profit des puces multicoeurs sans apporter de modifications importantes. Ces deux tendances (hausse de puissance et multicoeur) obligent soit à tout réécrire et recompiler, soit à passer à un modèle virtualisé.

La consolidation de serveurs informatiques constitue l’un des principaux avantages de la virtualisation. En effet, la plupart des entreprises disposent de serveurs physiques dont les ressources ne sont exploitées que très partiellement.

Selon une étude du cabinet Duquesne Research menée en 2008, le taux moyen rapporté d’utilisation des serveurs serait d’environ :

. 40 % de leur capacité pour les serveurs de bases de données,

. 25 à 30 % pour les serveurs Web et ‘middlewares’,

. 20 % pour les serveurs bureautiques et d’applications.

Ces chiffres fournis par les entreprises utilisatrices doivent cependant être interprétés avec précaution et sont certainement surévalués. La plupart des études montrent en effet que le taux moyen réel d’utilisation d’un serveur se situe plutôt aux alentours de 15 % seulement !

A la lumière de ces chiffres, on comprend aisément les bénéfices potentiels que peut apporter la virtualisation : plutôt que d’entretenir, par exemple, cinq serveurs physiques utilisés à 10 ou 15 % de leurs capacités, on pourra les virtualiser sur une seule machine (sachant qu’il faudra conserver environ 15 % pour la couche de virtualisation elle-même) et réduire ainsi considérablement ses coûts d’exploitation, tout particulièrement en termes de consommation électrique. D’autant plus que celle-ci ne se limite pas à l’alimentation du data center : l’énergie consommée par les équipements de refroidissement augmente généralement d’environ 50 % la facture électrique globale.

Ce qui fait plus que doubler au total la facture !

Pourtant, le document de Duquesne Research précise : « Pour chaque Watt consommé en salle par une machine, il faut ajouter 0,5 Watts de refroidissement de la salle. »

Les gains de place occasionnés constituent aussi un facteur important, notamment pour les entreprises dont les data centers arrivent à leur point de saturation. Si la solution de virtualisation est envisagée suffisamment en amont d’un projet de création d’un nouveau data center, les bénéfices pour l’entreprise sont encore plus significatifs puisqu’elles devront acquérir un nombre largement inférieur de machines et d’équipements.

Facteur de flexibilité

Par ailleurs, la virtualisation permet de réduire la complexité d’une infrastructure informatique, ce qui se traduit par des gains de temps considérables pour les administrateurs IT.

Elle leur offre, d’une part, une flexibilité sans commune mesure avec les architectures traditionnelles : une machine virtuelle peut, par définition, très facilement déplacée d’une machine physique vers une autre (et sans avoir à être physiquement présent), alors que ce type d’opération nécessite de nombreuses manipulations dans le cas d’un serveur physique traditionnel.

La virtualisation doit permettre également d’obtenir une meilleure disponibilité des applications puisque les ressources allouées à chacune d’entre elles pourront être adaptées, automatiquement ou non, en fonction des besoins du moment.

D’autre part, on pourra rationaliser son architecture en faisant cohabiter des machines virtuelles ayant des profils de charges différents – par exemple l’une ayant une activité principalement diurne et l’autre fonctionnant la nuit. Autre facteur de flexibilité important : la virtualisation introduisant une couche logicielle invariante, on pourra modifier au-dessus sans toucher en dessous, par exemple faire croire à une application qu’elle dispose toujours d’un pilote pour un adaptateur même si celui-ci n’est plus présent.

* Facteur de sécurisation

Enfin, la virtualisation s’avère particulièrement utile en matière de sécurité dans la mesure où les machines virtuelles n’accèdent pas directement aux équipements périphériques (notamment les disques durs).

Ainsi, un virus ou tout autre logiciel malveillant ayant infiltré un système virtualisé ne pourra guère causer de dommages réels ; il suffira de le remplacer par une image saine sauvegardée précédemment pour que tout rentre dans l’ordre. En contrepartie, la virtualisation peut également devenir une source de panne commune à tous les systèmes invités.

* Un exemple de consolidation par virtualisation

L’institut Duquesne Research cite un cas concret de consolidation réussie grâce à la virtualisation et à des serveurs lames.

Une entreprise disposant de 1 200 serveurs physiques répartis sur 300 racks (dispersés sur plusieurs sites) décide de les remplacer par des machines virtuelles installées sur des serveurs lames.

Les résultats dépassent alors toutes les espérances de la DSI de cette entreprise: au final, les 1 200 serveurs désormais virtuels n’occupent plus que 8 racks (37 fois moins !) et consomment 30 fois moins d’énergie pour leur alimentation (seulement 15 kW contre 480 kW précédemment), tandis que la surface utilisée est divisée elle aussi par 37 : elle chute de 600 à 16 m² ! Le taux de charge de ces serveurs, qui était de 20 % initialement, s’élève désormais à 65 %, soit une efficacité plus de trois fois supérieure.

vSphere (ex-ESX Server) de VMware

Précurseur de la virtualisation moderne dès la fin des années 90, VMware impose aujourd’hui une insolente domination à tous ses concurrents : selon les estimations de divers analystes, sa part de marché sur les serveurs virtualisés en production avoisinerait actuellement les 90 % grâce à son hyperviseur ESX Server, mais surtout à ses outils d’administration particulièrement avancés.

ESX Server a été le premier hyperviseur à remplir tous les critères requis par les spécialistes du secteur pour constituer une solution permettant une utilisation sur un serveur de production. Rebaptisée eSphere, la version 4.0 d’ESX Server a pour ambition de répondre aussi bien aux exigences de très gros clients disposant d’infrastructures de cloud computing qu’à celles des PME – avec des offres et des tarifs distincts, bien entendu.

Seul bémol : bien conscient de son avance technologique, VMware la fait payer au prix fort à ses clients. L’éditeur propose cependant une version gratuite de sa technologie, ESXi, qui bénéficie depuis peu d’un outil d’installation, baptisé VMware Go. Egalement gratuit, celui-ci est principalement destiné aux PME souhaitant découvrir et tester la technologie de VMware.

XenServer de Citrix

Citrix a investi le marché de la virtualisation de serveurs en août 2008 en rachetant la société XenSource, alors éditrice de la solution open source Xen, pour la modique somme de 500 millions de dollars. Avec son hyperviseur XenServer, actuellement en version 5.5, Citrix mise sur un tout autre modèle économique que son principal rival VMware : la solution est en effet téléchargeable gratuitement sur son site.

C’est donc de ses offres de services et de ses outils d’administration, notamment Citrix Essentials, que l’éditeur tire tous ses revenus. En ces temps de crise, la gratuité de l’application elle-même semble être un argument de poids si l’on en juge par la part de marché croissante de XenServer.

Hyper-V de Microsoft

Tout comme Citrix, Microsoft tente de rattraper son retard sur VMware avec son hyperviseur Hyper-V, dont la version 2.0 a été officiellement présenté en juillet 2009. Celle-ci sera directement intégrée dans Windows Server 2008 R2, la dernière version de l’OS serveur de l’éditeur, mais aussi proposée gratuitement dans une version autonome (avec cependant des restrictions en termes de fonctionnalités).

L’une des principales innovations de cette seconde version de l’hyperviseur de Microsoft est la possibilité de faire migrer une machine virtuelle d’un serveur vers un autre, une fonctionnalité qui manquait cruellement à la version 1.0 et déjà présente depuis longtemps dans ESX Server et XenServer (cette migration n’est cependant réalisable que dans des conditions particulières).

Oracle VM

Dernier arrivé dans cette course à la virtualisation de serveurs, Oracle espère combler son retard sur ses concurrents avec son offre Oracle VM, dont la version 2.2 est attendue prochainement. L’éditeur a profité des technologies héritées de ses acquisitions de Sun en avril 2009, et surtout de Virtual Iron en mai dernier.

La version 2.1.2, actuellement disponible gratuitement, offre notamment des fonctions avancées de haute disponibilité des machines virtuelles et des serveurs de gestion. Oracle propose également des modèles gratuits contenant des images préconfigurées d’applications d’entreprise.

Chez Intel, cette technologie de virtualisation matérielle permet notamment d’optimiser le partage des ressources matérielles entre les différentes machines virtuelles fonctionnant sur le même processeur, et facilite ainsi la tâche des applications de virtualisation. AMD a également pris le train de la virtualisation matérielle depuis quelques années avec sa technologie baptisée AMD-V, qui équipe ses processeurs Opteron. Dernier modèle en date, présenté lors du salon VMworld 2009 : l’Opteron Istanbul 2419 EE à 6 coeurs.

Les constructeurs sont également très impliqués et collaborent étroitement avec les éditeurs de solutions de virtualisation pour proposer des serveurs optimisés.IBM a ainsi présenté, à l’occasion du salon VMworld organisé par VMware début août, une nouvelle version de son serveur IBM iDataPlex, l’IBM dx 360 M2, conçu autour de deux processeurs Xeon 5500 d’Intel.

Plus puissant et offrant un meilleur ratio puissance/watt que ses prédécesseurs, ce serveur est surtout entièrement compatible avec la dernière version de l’hyperviseur de VMware, vSphere 4.

Celle-ci consiste à créer des images virtuelles des systèmes d’exploitation et des applications des salariés d’une entreprise, afin de permettre à ces derniers d’y accéder à distance à partir de n’importe quel ordinateur, voire d’un simple terminal. Les avantages de cette approche sont multiples. Outre la possibilité de mettre à la disposition des utilisateurs un environnement de travail entièrement sécurisé et accessible en permanence, elle permet de réduire drastiquement les coûts d’administration et de maintenance en les centralisant.

En pratique, le déploiement d’une solution de virtualisation des postes de travail demeure à ce jour une opération encore complexe pour les administrateurs IT, la technologie n’en étant encore qu’à ses balbutiements. On voit donc apparaître depuis peu des offres de services destinées à faciliter la tâche des entreprises ne disposant pas des compétences nécessaires en la matière.

IBM a ainsi présenté tout récemment sa solution Smart Business Desktop Cloud, qui devrait être disponible à partir d’octobre 2009 aux Etats-Unis et en Europe. Basée principalement sur l’hyperviseur ESXi de VMware, mais aussi sur des technologies issues de Citrix, cette solution permettra aux entreprises d’héberger les images de leurs postes de travail virtuels sur les serveurs d’IBM, qui en assurera également la gestion complète – moyennant un abonnement mensuel.

D’une manière générale, la virtualisation est l’ensemble des techniques et outils permettant de faire fonctionner simultanément plusieurs systèmes d’exploitation et/ou applications sur une seule machine physique. Dans le cadre d’une virtualisation complète, le système d’exploitation invité n’a aucun moyen de savoir que les ressources matérielles qu’il croit gérer sont en réalité purement virtuelles (logicielles).

Emulation :

Apparue dans les années 90, l’émulation diffère quelque peu de la virtualisation en ce sens qu’elle simule l’exécution des programmes en traduisant à la volée les instructions à destination du processeur. Son gros défaut est que cette interprétation des instructions génère une baisse notable des performances.

Hyperviseur (ou moniteur de machines virtuelles) :

On désigne ainsi la couche logicielle qui vient s’insérer entre la machine physique et les systèmes d’exploitation invités (hyperviseurs de type 1) ou bien entre le système d’exploitation hôte et les systèmes invités (hyperviseurs de type 2, les plus couramment utilisés).

Paravirtualisation :

Contrairement à la virtualisation dite complète, la paravirtualisation est une technique qui modifie le système d’exploitation invité de sorte qu’il soit ? conscient ? de fonctionner sur une machine virtuelle. Elle permet ainsi à ce système invité de mieux dialoguer avec le système hôte et d’augmenter sensiblement ses performances.

Système hôte (ou ‘host‘):

C’est le système d’exploitation installé directement sur la machine physique et sur lequel tourne l’application de virtualisation.

Système invité (ou ‘guest‘):

Le système invité (guest en anglais) est celui qui a été installé sur une machine virtuelle. Plusieurs systèmes invités peuvent cohabiter sur un même système hôte.