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Système d’exploitation: Windows, Mac, Android, iOS
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Aujourd’hui, nos machines sont multitâches. Demain, compllet seront multi-OS: Et cela, grâce aux technologies de virtualisation de systèmes de type VMware. Pour faciliter le travail des logiciels de virtualisation et résoudre certains problèmes liés à l’exécution d’OS en environnement pee, Intel intégrera prochainement à ses puces sa Virtualization Technology VT. Cette évolution du jeu d’instructions vise, d’une part, à fluidifier le partage des ressources physiques entre machines virtuelles et, d’autre part, à résoudre le problème des niveaux d’exécution.

La virtualisation repose généralement sur l’installation d’un hyperviseur, ou gestionnaire de machines virtuelles GMVsur une machine physique. Ce logiciel permet de définir des environnements virtuels – mémoire, processeur, jeu de composants, interface vers les périphériques, etc. L’hyperviseur agit comme un arbitre entre systèmes invités: Ce mode de fonctionnement a un coût. L’exploitation de cinq OS au lieu d’un seul accroît la charge du processeur, domplet l’hyperviseur lui-même consomme des ressources.

De plus, la virtualisation de pee pose le problème des niveaux d’exécution. Les niveaux d’exécution, ou rings, définissent les privilèges d’exécution des programmes. Plus un programme est installé sur un niveau bas, plus il exerce de contrôle sur le système.

Sur architecture x86 32 bits, il existe quatre rings 0,1, 2 et 3. L’OS fonctionne sur le ring 0, il dispose du plus haut niveau de contrôle.

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Les applications tournent sur le ring 3, le plus élevé. Elles ne peuvent pas modifier ce qui s’exécute sur des rings inférieurs au leur. Une application ne peut pas arrêter l’OS, alors que l’OS peut arrêter une application. Les rings 1 et 2 définissent des privilèges superviseurs de moindre importance que ceux du ring 0. En effet, dans un environnement virtualisé, il n’y a plus un, mais plusieurs OS. Le premier est l’hyperviseur. Il a besoin com;let niveau de privilèges très élevé puisqu’il contrôle les ressources physiques et les invités.

Mais sur les machines virtuelles créées par cet hyperviseur, sont installés d’autres OS. Comme l’hyperviseur occupe le ring 0, il faut les placer sur un ring plus élevé: Or, les OS sont conçus pour s’exécuter sur le ring 0. Ils vérifient régulièrement que c’est bien là qu’ils résident, car certaines instructions ne s’exécutent que si elles ps du ring 0 ou y vont. De plus, fonctionner sur un ring plus bas que les applications leur garantit le contrôle de celles-ci.

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Pour contourner ce problème, il existe deux méthodes. La paravirtualisation exploitée par Xen consiste à modifier les OS invités pour leur permettre de s’exécuter ailleurs que sur le ring 0.

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Ce n’est pas toujours faisable, par exemple avec Windows, dont le code n’est pas modifiable. La translation binaire de VMware leurre l’OS invité sur la place qu’il occupe réellement sur le système en interceptant certaines de ses requêtes. Mais cela oblige l’hyperviseur à fournir plus de travail, et donc à consommer plus de ressources. Pour résoudre ce problème, la technologie VT d’Intel introduit sur les processeurs un pees mode d’exécution, baptisé VMX. Il comporte un niveau racine rootcorrespondant à des rings inférieurs à 0, et un niveau normal, correspondant aux anciens rings de 0 à 3.

L’hyperviseur fonctionne en mode VMX racine, avec le niveau de contrôle le plus élevé.

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Les systèmes d’exploitation invités fonctionnent sur le ring 0 du mode VMX normal. Ils occupent bien l’emplacement pour lequel ils ont été conçus. Plus besoin de modification des invités, ni de translation binaire en fait, celle-ci reste nécessaire pour d’autres fonctions. L’autre apport de Virtualization Technology concerne le partage des ressources entre systèmes d’exploitation invités. Ceux-ci s’exécutent sans connaissance de la présence d’autres invités sur le système. L’hyperviseur donne à chaque invité une tranche de temps d’exécution, puis le suspend, et attribue la tranche de temps d’exécution suivante à un autre invité et ainsi de suite.

Ce qui impose de sauvegarder et restaurer à chaque bascule le contexte des invités état des registres et des caches, par exemple: Il attribue aussi à chaque environnement virtuel une Virtual Machine Control Structure VMCSun segment mémoire de quelques kilo-octets pris dans l’espace d’adressage physique du système sous-jacent.

Ce segment sert à stocker les données d’état les plus importantes de l’OS invité. Il est lu à chaque activation de l’environnement virtuel et écrit à chaque sortie de celui-ci.

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Une méthode qui devrait s’avérer beaucoup plus rapide que les procédures aujourd’hui utilisées. De plus, VT met à la disposition de l’hyperviseur une table de 32 bits comportant une série de signaux. Lorsque le processeur reçoit un événement qui correspond à un de ces signaux, il déclenche une procédure de VM Exit et repasse la main à l’hyperviseur, qui peut alors lui-même passer la main à une autre machine virtuelle. Cette méthode donne un niveau de contrôle fin à l’hyperviseur pour gérer le partage du temps processeur entre les différents OS hôtes à chaque fois qu’un état déterminé du processeur – un déclencheur qui indique qu’une interruption est possible – est atteint.

Elle a aussi l’avantage d’être assez peu coûteuse en ressources, car cette structure de contrôle est gérée directement au niveau du processeur, et non pas par un code qui s’exécuterait au dessus.

Les premiers processeurs exploitant VT devraient être proposés dans le courant du mois. Les solutions de virtualisation, à l’image de celles de VMware ou de Microsoft, devraient rapidement en tirer parti. Une autre vision de la gestion de la virtualisation au niveau processeur, Pacifica, est également en cours de développement chez AMD.

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Plus ambitieuse encore que VT, elle ne devrait toutefois pas être disponible avant l’année prochaine. Les pages françaises sont moins riches. Les technologies de virtualisation de systèmes peuvent être divisées en trois branches. L’émulation, qui consiste à recréer par voie logicielle un environnement d’exécution complet pour un programme ou un système invité: Avec la virtualisation, ou translation binaire, l’OS invité accède autant que possible directement aux ressources.

Il exécute son code directement sur le processeur physique, mais un hyperviseur contrôle l’attribution des ressources entre invités, et intercepte uniquement les opérations problématiques des invités, comme l’attribution des zones mémoire.

Avec la paravirtualisation, un OS invité s’exécute comme une application au-dessus de l’hyperviseur, ce qui nécessite de modifier cet invité pour qu’il ne se comporte pas comme un OS classique, mais délègue certaines opérations à l’hyperviseur.

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Une bascule assistée L’autre apport de Virtualization Technology concerne le partage des ressources entre systèmes d’exploitation invités.

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