Virtualisation

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🖥️ LA VIRTUALISATION

Comprendre, créer et administrer des machines virtuelles

La **virtualisation** est une technologie qui permet de faire fonctionner plusieurs ordinateurs virtuels sur un seul ordinateur physique. Chaque machine virtuelle peut disposer de son propre système d'exploitation, de ses applications et de ses paramètres. Elle est très utilisée dans les entreprises, les centres de formation, les laboratoires informatiques et les serveurs.

1. Qu'est-ce que la virtualisation ?

Définition : la virtualisation consiste à créer une version logicielle d'une ressource informatique, par exemple un ordinateur, un serveur, un réseau ou un espace de stockage.

Traditionnellement, un ordinateur physique exécute un système d'exploitation principal. Grâce à la virtualisation, il peut héberger plusieurs machines virtuelles indépendantes.

Par exemple, un ordinateur équipé de Windows 11 peut héberger :

Une machine virtuelle sous Windows Server 2022.
Une machine virtuelle sous Ubuntu Server.
Une machine virtuelle sous Debian.
Une machine virtuelle dédiée aux tests de logiciels.

Chaque système invité fonctionne dans son propre environnement virtuel.

2. Comment fonctionne la virtualisation ?

La virtualisation repose généralement sur quatre éléments :

Élément	Rôle
Matériel physique	Processeur, mémoire vive, disques et cartes réseau.
Hyperviseur	Crée, exécute et gère les machines virtuelles.
Machine virtuelle	Ordinateur simulé par logiciel, avec des ressources attribuées.
Système invité	Système d'exploitation installé dans la machine virtuelle.

Exemple d'architecture

+--------------------------------------------------+
|              ORDINATEUR PHYSIQUE                 |
|                                                  |
|  Processeur - RAM - SSD - Carte réseau           |
|                                                  |
+--------------------------------------------------+
|                  HYPERVISEUR                     |
+-------------------+------------------------------+
|                   |                              |
|  MACHINE VIRTUELLE|  MACHINE VIRTUELLE            |
|  Windows Server  |  Ubuntu Server                |
|                   |                              |
|  AD DS / DNS      |  Apache / Services Linux     |
+-------------------+------------------------------+

Les machines virtuelles partagent les ressources de l'ordinateur physique, selon la configuration et les capacités de l'hyperviseur.

3. Qu'est-ce qu'un hyperviseur ?

Un **hyperviseur** est un logiciel qui permet de créer et de gérer des machines virtuelles.

Il existe deux grandes catégories.

Hyperviseur de type 1 : bare-metal

L'hyperviseur s'exécute directement sur le matériel physique, sans système d'exploitation généraliste hôte placé en dessous.

Exemples :

Microsoft Hyper-V dans son déploiement en hyperviseur natif.
VMware ESXi.
Proxmox VE, qui s'appuie sur KVM sous Linux.

Utilisation : virtualisation de serveurs, infrastructures professionnelles et laboratoires avancés.

Hyperviseur de type 2 : hébergé

L'hyperviseur fonctionne comme une application installée sur un système d'exploitation existant.

Exemples :

Oracle VirtualBox.
VMware Workstation.
Parallels Desktop.

Utilisation : formation, tests, découverte de systèmes d'exploitation et création de laboratoires informatiques.

Critère	Type 1	Type 2
Fonctionnement	Directement sur le matériel	Au-dessus d'un système hôte
Usage courant	Serveurs et infrastructures	Ordinateurs de bureau et formation
Exemples	ESXi, Hyper-V natif, Proxmox VE	VirtualBox, VMware Workstation

4. Les principaux logiciels de virtualisation

Logiciel	Environnement	Utilisation
VirtualBox	Windows, Linux, macOS selon la version	Création de machines virtuelles pour apprendre et tester.
VMware Workstation	Windows et Linux selon l'édition	Laboratoires, tests et formation.
Hyper-V	Windows avec éditions et fonctionnalités compatibles	Virtualisation et environnements de test.
Proxmox VE	Serveur basé sur Debian GNU/Linux	Gestion de machines virtuelles et de conteneurs.
KVM	Linux	Virtualisation intégrée au noyau Linux, souvent avec QEMU.

Le choix dépend du matériel disponible, du système d'exploitation, du niveau de compétence et de l'utilisation prévue.

5. Les avantages de la virtualisation

Réduction des coûts : plusieurs serveurs virtuels peuvent fonctionner sur un seul serveur physique.
Souplesse : création et suppression rapides de machines virtuelles.
Formation : possibilité de tester des systèmes sans disposer de plusieurs ordinateurs.
Isolation : les systèmes invités sont séparés dans leur fonctionnement, sous réserve de la configuration.
Sauvegarde : certains outils permettent d'exporter ou de sauvegarder des machines virtuelles.
Environnements de test : expérimentation de logiciels, mises à jour et configurations.
Consolidation : meilleure utilisation des ressources physiques disponibles.

6. Les limites et les précautions

Plusieurs machines virtuelles consomment davantage de mémoire vive, de processeur et d'espace disque.
Les performances peuvent être inférieures à celles d'un système installé directement sur le matériel.
Une panne du serveur physique peut affecter toutes les machines virtuelles qu'il héberge.
Une mauvaise configuration réseau peut exposer des services involontairement.
Les instantanés (snapshots) ne remplacent pas une véritable sauvegarde.
Il faut maintenir à jour l'hyperviseur et les systèmes invités.

7. Les ressources nécessaires

Avant de créer une machine virtuelle, il faut vérifier les ressources de l'ordinateur.

Ressource	À vérifier
Processeur (CPU)	Prise en charge de la virtualisation matérielle, généralement Intel VT-x ou AMD-V.
Mémoire vive (RAM)	Capacité suffisante pour le système hôte et les machines invitées.
Stockage	Espace disponible pour les disques virtuels, les instantanés et les sauvegardes.
Réseau	Mode de connexion adapté : NAT, réseau ponté ou réseau interne.
BIOS/UEFI	Activation éventuelle des fonctions de virtualisation matérielle.

Exemple de laboratoire :

Pour utiliser un ordinateur avec 16 Go de RAM, on peut réserver une partie de la mémoire au système hôte et attribuer le reste aux machines virtuelles. Il faut ajuster les allocations à la charge réelle et éviter de saturer la mémoire physique.

8. Créer sa première machine virtuelle

Les étapes sont similaires dans la plupart des logiciels de virtualisation.

Installer un hyperviseur compatible avec l'ordinateur.
Télécharger l'image ISO du système d'exploitation à installer.
Créer une nouvelle machine virtuelle.
Choisir le nom, le type et la version du système invité.
Attribuer la mémoire vive et le nombre de processeurs virtuels.
Créer un disque virtuel.
Associer le fichier ISO au lecteur virtuel.
Démarrer la machine virtuelle et suivre l'installation du système.
Installer les outils invités si le logiciel en propose.
Configurer le réseau, les mises à jour et les paramètres de sécurité.

Conseil Pat-Informatik : avant de modifier une machine virtuelle qui fonctionne correctement, effectue une sauvegarde adaptée. Un instantané peut aider à revenir en arrière, mais il ne protège pas contre toutes les pannes.

9. Comprendre les modes réseau

Le réseau virtuel permet à la machine invitée de communiquer avec l'ordinateur hôte, le réseau local ou Internet.

Mode	Fonctionnement	Exemple d'utilisation
NAT	La machine virtuelle accède généralement à Internet en passant par l'hôte.	Naviguer et installer des mises à jour.
Pont (Bridge)	La machine virtuelle apparaît généralement comme un appareil du réseau local.	Tester un serveur accessible depuis d'autres ordinateurs.
Réseau interne	Les machines virtuelles communiquent entre elles sur un réseau isolé du réseau externe, selon la configuration.	Laboratoire Active Directory.
Réseau hôte uniquement	Communication entre l'hôte et les machines virtuelles concernées, sans accès externe automatique.	Tests locaux et administration.

Attention : en mode pont, les services de la machine virtuelle peuvent devenir accessibles depuis le réseau local. Vérifie les règles du pare-feu et les services exposés.

10. Virtualisation et conteneurs : quelle différence ?

Les machines virtuelles et les conteneurs permettent d'isoler des environnements, mais ils ne fonctionnent pas de la même manière.

Caractéristique	Machine virtuelle	Conteneur
Système d'exploitation	Possède son propre système invité	Partage le noyau du système hôte
Isolation	Virtualisation matérielle et environnement invité	Isolation au niveau du système d'exploitation
Démarrage	Généralement plus long	Généralement rapide
Utilisation typique	Plusieurs systèmes d'exploitation, serveurs et laboratoires	Applications et services déployés de façon reproductible
Exemples	Hyper-V, KVM, VirtualBox	Docker, Podman

Les conteneurs ne remplacent pas toujours les machines virtuelles. Les deux technologies peuvent être utilisées ensemble.

11. La virtualisation dans un serveur Ubuntu

Sur un serveur Ubuntu, plusieurs solutions sont possibles :

KVM et QEMU : exécution de machines virtuelles.
libvirt : gestion des machines virtuelles et de leurs ressources.
Proxmox VE : plateforme de virtualisation dédiée, basée sur Debian, pouvant héberger des VM et des conteneurs.
Docker : exécution d'applications dans des conteneurs.

Vérifier la prise en charge du processeur

Dans un terminal Linux, exécuter :

lscpu

Sur de nombreux processeurs Intel ou AMD, on peut également rechercher les indicateurs de virtualisation :

grep -Eoc '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

Un résultat supérieur à zéro indique que des indicateurs de virtualisation sont visibles pour le système. Cela ne garantit pas à lui seul que toute la configuration KVM est opérationnelle.

Vérifier KVM

ls -l /dev/kvm

Si le périphérique existe et que les permissions sont correctes, le système peut être prêt pour utiliser KVM. En cas d'erreur, vérifier la compatibilité du processeur, les paramètres UEFI/BIOS, les modules du noyau et les droits de l'utilisateur.

Installer les outils KVM sur Ubuntu

Sur une version d'Ubuntu compatible, une installation de base peut être réalisée avec :

sudo apt update
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients virt-manager

Redémarrer ou ajuster les services et permissions si nécessaire. Vérifier les recommandations correspondant à la version d'Ubuntu utilisée avant de déployer en production.

Important : ne lance pas plusieurs installations de plateformes de virtualisation sur un serveur de production sans vérifier leurs interactions, leurs exigences et leur impact sur le réseau et le stockage.

12. Exemple de laboratoire informatique

Un laboratoire virtuel permet de s'entraîner sans multiplier les ordinateurs physiques.

Machine virtuelle	Système	Rôle
VM01	Windows Server 2022	Active Directory et DNS.
VM02	Windows 11	Poste client du domaine.
VM03	Ubuntu Server	Serveur Web Apache.
VM04	Debian	Tests Linux et services complémentaires.

Pour un laboratoire Active Directory, il est conseillé d'utiliser un réseau virtuel isolé ou soigneusement contrôlé. Il faut aussi prévoir les adresses IP, le DNS et les ressources nécessaires avant de démarrer les machines.

13. Instantanés et sauvegardes

Un **instantané** (snapshot) conserve l'état d'une machine virtuelle à un moment donné, selon les possibilités du logiciel utilisé.

Il peut servir à :

Tester une mise à jour.
Essayer une nouvelle configuration.
Revenir à un état antérieur en cas de problème.

Cependant, un instantané peut dépendre des fichiers de disque de la machine virtuelle et occuper beaucoup d'espace.

Bonnes pratiques :

Effectuer des sauvegardes régulières vers un emplacement distinct.
Tester la restauration des sauvegardes.
Documenter la configuration réseau et les ressources attribuées.
Ne pas conserver indéfiniment des instantanés inutiles.
Protéger les sauvegardes contre les suppressions accidentelles et les accès non autorisés.

14. Sécurité et bonnes pratiques

Mettre à jour l'hyperviseur et les systèmes invités.
Utiliser des mots de passe robustes et des comptes administratifs limités.
Activer les pare-feux nécessaires.
Isoler les environnements de test sensibles.
Limiter les services exposés sur le réseau.
Surveiller l'utilisation du processeur, de la mémoire et du stockage.
Prévoir un plan de reprise après incident.
Vérifier les licences des systèmes d'exploitation et des logiciels utilisés.

15. Problèmes fréquents

Problème	Cause possible	Vérification
La machine virtuelle ne démarre pas	Virtualisation désactivée ou ressources insuffisantes.	Vérifier le BIOS/UEFI et les ressources.
L'installation ne démarre pas sur l'ISO	ISO non associée ou ordre de démarrage incorrect.	Vérifier le lecteur virtuel et le démarrage.
Pas d'accès à Internet	Mode réseau ou configuration IP incorrecte.	Vérifier NAT, pont, DNS et passerelle.
Machine virtuelle lente	Mémoire, processeur ou stockage saturé.	Contrôler l'utilisation des ressources.
Disque virtuel plein	Taille insuffisante ou instantanés accumulés.	Contrôler l'espace libre et les fichiers associés.
Connexion impossible depuis le réseau local	Mode NAT, pare-feu ou service non accessible.	Vérifier le mode réseau et les règles de filtrage.

16. Glossaire

Terme	Définition
Hyperviseur	Logiciel ou couche système qui exécute et gère les machines virtuelles.
Machine virtuelle (VM)	Ordinateur simulé par logiciel.
Système hôte	Système sur lequel fonctionne un hyperviseur hébergé.
Système invité	Système d'exploitation installé dans une machine virtuelle.
CPU virtuel (vCPU)	Processeur virtuel attribué à une machine virtuelle.
Disque virtuel	Fichier ou volume représentant le stockage de la machine virtuelle.
Snapshot	Capture d'un état de machine virtuelle permettant certains retours en arrière.
ISO	Image de disque souvent utilisée pour installer un système d'exploitation.
KVM	Technologie de virtualisation du noyau Linux.
Conteneur	Environnement isolé partageant le noyau du système hôte.

17. Ressources et documentation

18. Pages associées