La théorie de Popek et Goldberg : les pré-requis de la virtualisation
Après avoir parlé en long et en large des anneaux de protection système, je souhaite parler un peu de la théorie de la virtualisation. Je suis conscient que vous êtes surement plus habitués à voir des billets plus concrets sur les blogs à travers le net. Cependant, ce sujet m’intéresse beaucoup et je pense qu’il pourrait intéresser certains d’entre vous. Il est vrai que l’utilité de ce type de billet n’est pas tout à fait immédiate. Je reviendrais sur des billets plus concrets par la suite.
La naissance de la virtualisation
Tout d’abord, la virtualisation est un concept ancien à l’échelle de l’informatique. Ce n’est pas VMWare qui a inventé la virtualisation en 1999 avec leurs applications. La virtualisation totale n’est pas non plus le premier type de virtualisation. La virtualisation est un concept qui date d’au moins 1970, année à laquelle vous n’étiez (probablement) pas né. A cette époque est arrivé la révolution des ordinateurs IBM System/360 qui étaient exceptionnels par le fait qu’ils étaient compatibles à l’intérieur d’un même gamme. Un System/360 ressemble à la photo suivante :
A cette époque, la virtualisation se faisait de manière matérielle avec un cloisonnement électronique des divers composants applicatifs. Ce type de virtualisation semble toujours exister aujourd’hui dans certains mainframes.
Popek et Goldberg
Popek et Goldberg sont deux chercheurs en informatique de cette époque. Ils ont souhaité formuler les pré-requis nécessaires à la virtualisation de manière formelle. Ils définissent plusieurs termes que l’ont connait toujours aujourd’hui. Une « VM » est une « Virtual Machine » ou machine virtuelle. Un VMM est un « Virtual Machine Monitor » ou moniteur de machine virtuel. Ce dernier correspond à la couche de virtualisation. Ce terme est peu utilisé mais il est possible de le retrouver occasionnellement.
Trois contraintes imposées au VMM
Ils ont tout d’abord défini trois critères que doivent remplir les systèmes de virtualisation afin de pouvoir être considéré en tant que tel. Ces critères serviront par la suite à définir les théorèmes de leur théorie.
Le premier critère est le critère « équivalence». Ce critère implique qu’une application quelconque doit s’exécuter de la même manière qu’elle soit exécuté au dessus d’un VMM ou d’une machine physique. Ceci est nuancé par la disponibilité des ressources physiques qui peuvent modifier la temporalité de l’exécution d’un programme.
Any program run under the VMM should exhibit an effect identical with that demonstrated if the program had been run on the original machine directly, with the possible exception of differences caused by the availibility of system resources and differences caused by timing dependencies.
Le second critère est le critère « efficacité». Ce critère indique qu’une part majoritaire d’instructions soit exécutée par le processeur directement sans intervention du VMM. Ce critère exclut donc les émulateurs et les techniques de virtualisation totale. La virtualisation matérielle assistée permet de répondre plus correctement à ce critère.
The second characteristic of a virtual machine monitor is efficiency. It demands that a statiscally dominant subset of the virtual processor’s instructions be executed directly by the real processor, with no software intervention by the VMM.
Le troisième critère est le critère « contrôle de ressources». Ce critère indique que le VMM doit avoir le contrôle exclusif des ressources à partager. N’importe quelle application doit donc passer par la VMM pour pouvoir accès à une ressource partagée.
The VMM is said to have complete control of these resources if it is not possible for a program running under it in the created environment to access any resource not explicitly allocated and it is possible under certain circumstances for the VMM to regain control of resources already allocated.
Ces trois critères servent de base à la suite de leur papiers énonçant leurs théories. Nous verrons dans un prochain billet la suite des théorèmes.
