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Nous indiquons ce qui suit à titre informatif pour + ceux qui sont plus familiers de la technologie et de l'architecture informatique + et qui veulent en savoir davantage sur la manière dont fonctionne VirtualBox "sous + le capot".</para> + + <sect1 id="vboxconfigdata"> + <title>Où VirtualBox stocke ses fichiers</title> + + <para>Dans VirtualBox, une machine virtuelle et ses paramètres sont + décrits dans un fichier de paramètres de la machine virtuelle, au format + XML. De plus, la plupart des machines virtuelles ont un ou plusieurs + disques durs qui leur sont en général présentés par des images de disque + (comme au format VDI). L'endroit où sont stockés tous ces fichiers + dépend de la version de VirtualBox qui a créé la machine.</para> + + <sect2> + <title>Machines créées par VirtualBox version 4.0 ou supérieur</title> + + <para>À partir de la version 4.0, par défaut, chaque machine virtuelle + dispose d'un répertoire sur votre ordinateur hôte (où tous les fichiers + de cette machine sont stockés -- le fichier des paramètres XML (avec une + extension de fichier <computeroutput>.vbox</computeroutput>) et ses + images de disque.</para> + + <para>Par défaut, ce "dossier machine" se trouve dans un dossier ordinaire + appelé "VirtualBox VMs", créé par VirtualBox dans le dossier personnel + de l'utilisateur du système actuel. L'emplacement de ce répertoire personnel + dépend des conventions du système d'exploitation hôte :</para> + + <itemizedlist> + <listitem> + <para>Sur Windows, il s'agit de + <computeroutput>%HOMEDRIVE%%HOMEPATH%</computeroutput>; en général + quelque chose comme <computeroutput>C:\Documents and + Settings\NomUtilisateur\</computeroutput>.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Sur Mac OS X, il s'agit de + <computeroutput>/Users/nomutilisateur</computeroutput>.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Sur Linux et Solaris, il s'agit de + <computeroutput>/home/nomutilisateur</computeroutput>.</para> + </listitem> + </itemizedlist> + + <para>Par simplicité, nous abrègerons cela ci-dessous par + <computeroutput>$HOME</computeroutput>. En utilisant cette convention, le + dossier ordinaire de toutes les machines virtuelles est + <computeroutput>$HOME/VirtualBox VMs</computeroutput>.</para> + + <para>Par exemple, quand vous créez une machine virtuelle qui s'appelle + "VM Exemple", vous verrez que VirtualBox crée<orderedlist> + <listitem> + <para>le dossier <computeroutput>$HOME/VirtualBox VMs/VM Exemple/</computeroutput> + et, dans ce dossier,</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>le fichier des paramètres <computeroutput>VM Exemple.vbox</computeroutput> et</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>l'image de disque virtuel <computeroutput>VM Example.vdi</computeroutput>.</para> + </listitem> + </orderedlist></para> + + <para>C'est le rangement par défaut si vous utilisez l'assistant "Créer + une nouvelle machine virtuelle" comme décrit au <xref linkend="gui-createvm" />. Une fois que + vous commencez à travailler avec la VM, des fichiers supplémentaires + apparaîtront : vous trouverez des fichiers journaux dans un + sous-dossier qui s'appelle + <computeroutput>Logs</computeroutput>, et une fois que vous aurez pris + des instantanés, ils apparaîtront dans un sous-dossier + <computeroutput>Snapshots</computeroutput>. Pour chaque VM, vous pouvez + modifier l'emplacement de son dossier d'instantanés dans les paramètres + de la VM.</para> + + <para>Vous pouvez changer le dossier machine par défaut en sélectionnant + "Préférences" du menu "Fichier" de la fenêtre principale de VirtualBox. + Puis, dans la fenêtre qui apparaît, cliquez sur l'onglet "Général". Sinon, + utilisez <computeroutput>VBoxManage setproperty + machinefolder</computeroutput> ;; voir le <xref + linkend="vboxmanage-setproperty" />.</para> + </sect2> + + <sect2> + <title>Machines créées par des versions de VirtualBox antérieures à 4.0</title> + + <para>Si vous avez mis à jour vers VirtualBox 4.0 en partant d'une ancienne + version de VirtualBox, vous aurez probablement vos fichiers de paramètres + et les disques selon l'organisation du système de fichiers d'alors.</para> + + <para>Avant la version 4.0, VirtualBox séparait les fichiers de + paramètrage de la machine des images de disque virtuel. Les fichiers de + paramétrage de la machine avaient une extension + <computeroutput>.xml</computeroutput> et se trouvaient dans un dossier + appelé "Machines" dans le répertoire de configuration global de VirtualBox + (voir la prochaine section). Donc, par exemple, sur Linux, il s'agissait + du répertoire caché <computeroutput>$HOME/.VirtualBox/Machines</computeroutput>. + Le dossier par défaut des disques durs s'appelait "HardDisks" et se trouvait + également dans le dossier <computeroutput>.VirtualBox</computeroutput>. + L'utilisateur pouvait changer les deux endroits dans les préférences + globales (le concept de "dossier par défaut des disques durs" a été + abandonné avec VirtualBox 4.0, vu que les images de disque se trouvent + désormais par défaut dans le dossier de chaque machine.)</para> + + <para>L'ancienne organisation avait plusieurs gros inconvénients.<orderedlist> + <listitem> + <para>Il était très difficile de déplacer une machine virtuelle + d'un hôte à l'autre car les fichiers concernés ne se trouvaient pas + dans le même dossier. De plus, les médias virtuels de toutes les + machines étaient enregistrés avec un registre global dans le + fichier des paramètres transversaux de VirtualBox. + (<computeroutput>$HOME/.VirtualBox/VirtualBox.xml</computeroutput>).</para> + + <para>Pour déplacer une machine sur un autre hôte, il n'était donc + pas suffisant de déplacer le fichier des paramètres XML et les images + de disque (qui se trouvaient à des endroits différents), mais + il fallait en plus copier méticuleusement les entrées du disque + dur à partir du XML du registre de médias global, ce qui était + presque impossible si la machine avait des instantanés et, donc, des + images de différenciation.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Le stockage des images de disque virtuel, qui peuvent beaucoup + grossir, sous le répertoire caché + <computeroutput>.VirtualBox</computeroutput> (au moins sur les hôtes + Linux et Solaris) amenait de nombreux utilisateurs à se demander + ce qu'était devenu leur espace disque.</para> + </listitem> + </orderedlist></para> + + <para>Si les nouvelles VMs créées avec VirtualBox 4.0 ou supérieur + respectent la nouvelle organisation, pour une compatibilité maximum, les + anciennes VMs <emphasis>ne sont pas</emphasis> converties en nouvelle + organisation. Sans cela, les paramètres de la machine seraient immanquablement + cassés si l'utilisateur rétrogradait de la 4.0 à une version plus ancienne + de VirtualBox.</para> + </sect2> + + <sect2> + <title>Données globales de configuration</title> + + <para>Outre les fichiers des machines virtuelles, VirtualBox gère des + données globales de configuration. Sur Linux et Solaris, depuis VirtualBox 4.3 + elles se trouvent dans le répertoire caché <computeroutput>$HOME/.config/VirtualBox</computeroutput> + même si <computeroutput>$HOME/.VirtualBox</computeroutput> sera utilisé + s'il existe pour rester compatible avec les anciennes versions ; sur + un Mac, elles se trouvent + dans <computeroutput>$HOME/Library/VirtualBox</computeroutput>.</para> + + <para>VirtualBox crée automatiquement ce répertoire de configuration si + nécessaire. Vous pouvez éventuellement fournir un répertoire de configuration + alternatif en réglant la variable d'environnement + <computeroutput><literal>VBOX_USER_HOME</literal></computeroutput> ou, + en plus, sur Linux ou Solaris, en utilisant la variable standard + <computeroutput><literal>XDG_CONFIG_HOME</literal></computeroutput> (car le + fichier des paramètres globaux de <computeroutput>VirtualBox.xml</computeroutput> + pointe vers tous les autres fichiers de configuration, ce qui permet + de naviguer entre plusieurs configurations de VirtualBox.</para> + + <para>VirtualBox stocke essentiellement dans ce répertoire son fichier + de paramètres globaux, un autre fichier XML appelé + <computeroutput>VirtualBox.xml</computeroutput>. Cela comprend des + options de configuration globales et la liste des machines virtuelles + enregistrées avec des pointeurs vers leurs fichiers de paramètres XML. + (Ni l'emplacement du fichier ni son répertoire n'ont changé avec + VirtualBox 4.0.)</para> + + <para>Avant VirtualBox 4.0, tous les médias virtuels (fichiers images + de disque) étaient également stockés dans un registre global de ce + fichier de paramètres. Par compatibilité, ce registre de médias existe + toujours si vous mettez à jour VirtualBox et s'il y a des médias + issus de machines créées avec une version inférieure à 4.0. Si vous + n'avez pas de telles machines, il n'y aura pas de registre de médias + global ; avec VirtualBox 4.0, chaque fichier XML d'une machine a + son propre registre de médias.</para> + + <para>De même, avant VirtualBox 4.0, le dossier "Machines" par défaut + et le dossier "HardDisks" par défaut se trouvaient dans le répertoire de + configuration de VirtualBox (par exemple, <computeroutput>$HOME/.VirtualBox/Machines</computeroutput> + sur Linux). Si vous mettez à jour à partir d'une version de VirtualBox + inférieure à la 4.0, les fichiers de ce répertoire ne sont pas déplacés + automatiquement afin de ne pas casser la rétro compatibilité.</para> + </sect2> + + <sect2> + <title>Résumé des modifications de la configuration de 4.0</title> + + <para>La table suivante donne un bref apperçu des changements de configuration + entre les versions anciennes et la 4.0 ou ultérieure :</para> + + <table> + <title>Changements de configuration en 4.0 et ultérieure</title> + + <tgroup cols="3"> + <tbody> + <row> + <entry></entry> + + <entry><emphasis role="bold">Avant 4.0</emphasis></entry> + + <entry><emphasis role="bold">4.0 ou supérieur</emphasis></entry> + </row> + + <row> + <entry>Dossier par défaut des machines</entry> + + <entry><computeroutput>$HOME/.VirtualBox/Machines</computeroutput></entry> + + <entry><computeroutput>$HOME/VirtualBox + VMs</computeroutput></entry> + </row> + + <row> + <entry>Emplacement des images de disque</entry> + + <entry><computeroutput>$HOME/.VirtualBox/HardDisks</computeroutput></entry> + + <entry>Dans chaque dossier de machine</entry> + </row> + + <row> + <entry>Extension des fichiers de paramètres de la machine</entry> + + <entry><computeroutput>.xml</computeroutput></entry> + + <entry><computeroutput>.vbox</computeroutput></entry> + </row> + + <row> + <entry>Registre de médias</entry> + + <entry>Fichier <computeroutput>VirtualBox.xml</computeroutput> + global</entry> + + <entry>Chaque fichier des paramètres d'une machine</entry> + </row> + + <row> + <entry>Enregistrement des médias</entry> + + <entry>Ouverture/fermeture explicite obligatoire</entry> + + <entry>Automatique après la connexion</entry> + </row> + </tbody> + </tgroup> + </table> + </sect2> + + <sect2> + <title>Fichiers XML de VirtualBox</title> + + <para>VirtualBox utilise l'XML tant pour les fichiers des paramètres + de la machine que pour le fichier de configuration global, + <computeroutput>VirtualBox.xml</computeroutput>.</para> + + <para>Tous les fichiers XML de VirtualBox sont versionnés. Quand un nouveau + fichier de paramètres est créé (par exemple parce qu'on crée une nouvelle + machine virtuelle), VirtualBox utilise automatiquement le format des + paramètres de la version actuelle de VirtualBox. Il se peut que ces + fichiers ne soient pas lus si vous rétrogradez à une version plus + ancienne de VirtualBox. Cependant, quand VirtualBox rencontre un fichier + de paramètres d'une ancienne version (comme après une mise à jour de + VirtualBox), il essaie autant que possible de garder le format des + paramètres. Il ne mettra à jour en silence les fichiers des paramètres + que si les paramètres actuels ne peuvent pas être exprimés dans l'ancien + format, par exemple parce que vous avez activé une fonction qui n'était + pas présente dans l'ancienne version de VirtualBox.<footnote> + <para>Par exemple, avant VirtualBox 3.1, il était possible d'activer + /désactiver qu'un seul lecteur DVD dans une machine virtuelle. + S'il a été activé, cela serait toujours possible sur le deuxième + maître du contrôleur IDE. Avec VirtualBox 3.1, on peut connecter + des lecteurs DVD à un slot de son choix sur un contrôleur de son choix, + donc ils pourraient être sur le deuxième esclave d'un contrôleur IDE + ou sur un slot SATA. Si vous avez un fichier de paramètres d'une + machine d'une ancienne version et si vous mettez à jour + VirtualBox vers la 3.1 et si vous déplacez le lecteur DVD de sa + position par défaut, on ne peut pas l'exprimer dans l'ancien format + des paramètres ; le fichier XML de la machine serait écrit dans + le nouveau format et une copie de sauvegarde de l'ancien format serait + gardée.</para> + </footnote> Dans ces cas-là, VirtualBox sauvegarde le fichier des anciens + paramètres dans le répertoire de configuration de la machine virtuelle. + Si vous avez besoin de revenir à une ancienne version de VirtualBox, + vous devrez recopier à la main ces fichiers de sauvegarde.</para> + + <para>Nous ne documentons volontairement pas les spécifications des fichiers + XML de VirtualBox car nous nous réservons le droit de les modifier à l'avenir. + Nous vous suggérons donc fortement de ne pas éditer ces fichiers à la main. + VirtualBox offre un accès complet à ses données de configuration par son + outil en ligne de commande <computeroutput>VBoxManage</computeroutput> + (voir le <xref linkend="vboxmanage" />) et son API (voir le <xref + linkend="VirtualBoxAPI" />).</para> + </sect2> + </sect1> + + <sect1 id="technical-components"> + <title>Exécutables et composants de VirtualBox</title> + + <para>VirtualBox a été conçu pour être modulaire et flexible. Quand on ouvre + l'interface graphique (GUI) de VirtualBox et qu'on démarre une VM, + au moins trois processus fonctionnent :<orderedlist> + <listitem> + <para><computeroutput>VBoxSVC</computeroutput>, le processus du service + de VirtualBox qui fonctionne toujours en tâche de fond. Ce processus + est lancé automatiquement par le processus du premier client + VirtualBox (la GUI, <computeroutput>VBoxManage</computeroutput>, + <computeroutput>VBoxHeadless</computeroutput>, le service web ou + autre) et il s'arrête peu de temps après que le dernier client a + quitté. Le service est responsable d'archiver, maintenir l'état de + toutes les VMs et de la communication entre les composants de VirtualBox. + Cette communication est implémentée via COM/XPCOM.<note> + <para>Quand nous parlons de "clients" ici, nous voulons dire + les clients locaux d'un processus serveur + <computeroutput>VBoxSVC</computeroutput> en particulier, pas les + clients sur un réseau. VirtualBox utilise son propre concept + client/serveur pour permettre à ses processus de coopérer, mais + tous ces processus tournent sous le même compte utilisateur du + système d'exploitation hôte, et c'est entièrement transparent + pour l'utilisateur.</para> + </note></para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Le processus de la GUI,, <computeroutput>VirtualBox</computeroutput>, + une application client basée sur la bibliothèque multiplateformes + Qt. Lancée sans l'option <computeroutput>--startvm</computeroutput>, + cette application agit comme un gestionnaire de VirtualBox, en + affichant les VMs et leurs paramètres. Elle communique alors les + paramètres et les changements d'état à <computeroutput>VBoxSVC</computeroutput> + et elle répercute les changements subis par d'autres moyens comme + <computeroutput>VBoxManage</computeroutput>.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Si on lance l'application client <computeroutput>VirtualBox</computeroutput> + avec l'argument <computeroutput>--startvm</computeroutput>, elle + charge la bibliothèque VMM qui inclut l'hyperviseur proprement dit + et qui lance une machine virtuelle et offre une entrée et une sortie + à l'invité.</para> + </listitem> + </orderedlist></para> + + <para>Toutes les interfaces de VirtualBox (client) communiqueront avec le + processus du service et elles peuvent contrôler et répercuter l'état actuel. + Par exemple, tant le selecteur de VM que la fenêtre de VM ou VBoxManage peuvent + être utilisés pour mettre en pause la VM en fonction, les autres composants + reflèteront toujours le changement d'état.</para> + + <para>La GUI de VirtualBox n'est qu'une des nombreuses interfaces (client) + disponibles. La liste complète comprise dans VirtualBox est :<orderedlist> + <listitem> + <para><computeroutput>VirtualBox</computeroutput>, l'interface Qt + implémentant le gestionnaire et les VMs en fonction ;</para> + </listitem> + + <listitem> + <para><computeroutput>VBoxManage</computeroutput>, une alternative + moins conviviale mais plus puissante, décrite au <xref + linkend="vboxmanage" />.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para><computeroutput>VBoxSDL</computeroutput>, une interface graphique + simple basée sur la bibliothèque SDL ; voir <xref + linkend="vboxsdl" />.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para><computeroutput>VBoxHeadless</computeroutput>, une interface de + VM qui ne fournit pas directement de sortie graphique et d'entrée + clavier/souris, + mais qui permet une redirection par VirtualBox Remote Desktop Extension; + voir <xref linkend="vboxheadless" />.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para><computeroutput>vboxwebsrv</computeroutput>, le processus du + service web de VirtualBox qui permet de contrôler un hôte VirtualBox à + distance. Ceci est décrit en détails dans le manuel de référence + du VirtualBox Software Development Kit (SDK) ; merci de voir le + <xref linkend="VirtualBoxAPI" /> pour des détails.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Le shell Python de VirtualBox, une alternative en Python à + VBoxManage. Elle est aussi décrite dans le manuel de référence du SDK.</para> + </listitem> + </orderedlist></para> + + <para>En interne, VirtualBox comprend beaucoup plus d'interfaces + séparées. Vous pourriez les rencontrer en analysant les messages d'erreur + internes ou les fichiers journaux. Parmi elles, on compte :</para> + + <itemizedlist> + <listitem> + <para>IPRT, une bibliothèque d'exécution portable qui forme une couche + d'abstraction d'accès aux fichiers, du filage (threading), la manipulation + de chaînes, etc. Chaque fois que VirtualBox accède aux fonctions du + système hôte, il le fait via cette bibliothèque pour une portabilité + multiplateformes.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>VMM (Virtual Machine Monitor), le cœur de l'hyperviseur.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>EM (Execution Manager), contrôle l'exécution d'un code invité.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>REM (Recompiled Execution Monitor), fournit une émulation logicielle + des instructions du processeur.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>TRPM (Trap Manager), intercepte et traite les traps et les + exceptions de l'invité.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>HWACCM (Hardware Acceleration Manager), offre un support pour + VT-x et AMD-V.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>PDM (Pluggable Device Manager), une interface abstraite entre le + VMM et les périphériques émulés qui sépare les implémentations du + périphérique de l'intérieur du VMM et qui facilite l'ajout de nouveaux + périphériques émulés. Par PDM, des développeurs tiers peuvent ajouter + de nouveaux périphériques virtuels à VirtualBox, sans devoir modifier + VirtualBox lui-même.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>PGM (Page Manager), un composant contrôlant la pagination de + l'invité.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>PATM (Patch Manager), corrige le code de l'invité pour améliorer + et accélérer la virtualisation logicielle.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>TM (Time Manager), gère les horloges et tous les aspects de l'heure + des invités.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>CFGM (Configuration Manager), fournit une structure arborescente + qui garde les paramètres de configuration de la VM et tous les périphériques + émulés.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>SSM (Saved State Manager), enregistre et charge l'état d'une VM.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>VUSB (Virtual USB), une couche USB qui sépare les contrôleurs USB + émulés des contrôleurs de l'hôte et des périphériques USB ; ceci + active également l'USB distant.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>DBGF (Debug Facility), un débogueur de VM intégré.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>VirtualBox émule un certain nombre de périphériques pour offrir + l'environnement matériel dont ont besoin divers invités. La plupart de + ces périphériques standards se trouvent dans beaucoup de machines + compatibles PC et sont largement supportés par les systèmes d'exploitation + invités. Pour les périphériques réseaux et de stockage en particulier, + il existe plusieurs options pour que les périphériques émulés accèdent + au matériel sous-jacent. Ces périphériques sont gérés par + PDM.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Les suppléments invité pour divers systèmes d'exploitation invités. + Il s'agit de code installé dans les machines virtuelles ; voir <xref + linkend="guestadditions" />.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Le composant "Main" est spécial : il lie tous les modules + ci-dessus et c'est la seule API publique fournie par VirtualBox. Tous + les processus clients listés ci-dessus n'utilisent que cettte API et + n'accèdent jamais directement aux composants de l'hyperviseur. Il s'en + suit que des applications tierces utilisant l'API principale de VirtualBox + peuvent s'appuyer sur le fait qu'elle est toujours bien testée et que + toutes les possibilités de VirtualBox sont complètement présentées. C'est + cette API qui est décrite dans le manuel de référence du SDK de + VirtualBox indiqué ci-dessus (de nouveau, voir le <xref linkend="VirtualBoxAPI" />).</para> + </listitem> + </itemizedlist> + </sect1> + + <sect1 id="hwvirt"> + <title>Virtualisation matérielle vs. logicielle</title> + + <para>VirtualBox permet aux logiciels de la machine virtuelle de s'exécuter + directement sur le processeur de l'hôte, mais il utilise une gamme de + techniques complexes pour intercepter les opérations interférant avec votre + hôte. Chaque fois que l'invité essaie de faire quelque chose de potentiellement + dangereux pour votre ordinateur et ses données, VirtualBox s'interpose et + rentre en action. En particulier, pour beaucoup de matériel auquel croit + avoir accès l'invité, VirtualBox simule un certain environnement "virtuel" + selon la façon dont vous avez configuré une machine virtuelle. Par exemple, + quand l'invité cherche à accéder à un disque dur, VirtualBox redirige ces + requêtes vers ce que vous avez configuré comme étant le disque dur virtuel + de la machine virtuelle -- en principe, un fichier image sur votre hôte.</para> + + <para>Malheureusement, la plateforme x86 n'a jamais été conçue pour + être virtualisée. La détection des + situations où VirtualBox doit contrôler le code invité qui s'exécute, comme + décrit ci-dessus, est difficile. Il existe deux façons de faire cela :<itemizedlist> + <listitem> + <para>Depuis 2006, les processeurs Intel et AMD supportent ce qu'on + appelle la <emphasis role="bold">"virtualisation matérielle"</emphasis>. + Cela signifie que ces processeurs peuvent aider VirtualBox à intercepter + des opérations potentiellement dangereuses que pourrait essayer de + faire le système d'exploitation invité et ils facilitent la présentation + de matériel virtuel à une machine virtuelle.</para> + + <para>Ces fonctionnalités du matériel diffèrent entre les processeurs + Intel et AMD. Intel a appelé sa techno <emphasis + role="bold">VT-x</emphasis> ;; AMD a nommé la leur <emphasis + role="bold">AMD-V</emphasis>. Le support d'Intel et d'AMD de la + virtualisation est très différent dans le détail, mais pas si différent + dans le principe.<note> + <para>Sur de nombreux systèmes, les fonctions de virtualisation + matérielle doivent être préalablement activées dans le BIOS avant + de pouvoir être utilisées par VirtualBox.</para> + </note></para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Contrairement aux autres logiciels de virtualisation, pour + de nombreux scénari d'utilisation, VirtualBox <emphasis>n'exige pas</emphasis> + que les fonctions de virtualisation matérielle soient présentes. + Par des techniques sophistiquées, VirtualBox virtualise beaucoup + de systèmes d'exploitation invités complets de manière + <emphasis role="bold">logicielle</emphasis>. Cela signifie que vous + pouvez lancer des machines virtuelles même sur d'anciens processeurs + qui ne supportent pas la virtualisation matérielle.</para> + </listitem> + </itemizedlist></para> + + <para>Même si VirtualBox n'exige pas toujours la virtualisation matérielle, + son activation est <emphasis>nécessaire</emphasis> dans les scénari suivants :<itemizedlist> + <listitem> + <para>Certains systèmes d'exploitation, rares, comme OS/2, utilisent + des instructions processeur très ésotériques qui ne sont pas supportées + par notre virtualisation logicielle. Pour les machines virtuelles + configurées pour contenir un tel système d'exploitation, la + virtualisation matérielle est activée automatiquement.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Le support des invités 64 bits de VirtualBox (ajouté avec la + version 2.0) et le multiprocessing (SMP, ajouté avec la version 3.0) + exigent tous deux l'activation de la virtualisation matérielle (ce n'est + tout de même pas une grosse limite vu l'immense majorité des processeurs + 64 bits et multi cœurs actuels incluant lavirtualisation matérielle ; + les exceptions à cette règle étant par exemple les anciens processeurs + Intel Celeron et AMD Opteron.)</para> + </listitem> + </itemizedlist></para> + + <warning> + <para>Ne lancez pas d'autres hyperviseurs (produits de virtualisation + open-source ou propriétaires) en même temps que VirtualBox ! Si + plusieurs hyperviseurs peuvent, en principe, être <emphasis>installés</emphasis> + en parallèle, n'essayez pas de <emphasis>lancer</emphasis> plusieurs + machines virtuelles à partir d'hyperviseurs concurrents en même temps. + VirtualBox ne peut pas savoir ce qu'un autre hyperviseur essaie de faire + sur un même hôte, et surtout si plusieurs produits essaient d'utiliser la + virtualisation matérielle, les fonctions telles que VT-x, cela peut planter + tout l'hôte. De plus, dans VirtualBox, vous pouvez mélanger la virtualisation + logicielle et matérielle quand vous lancez plusieurs VMs. Dans certains cas, + une petite perte de performances sera inévitable si vous mélangez des + VMs avec virtualisation VT-x et logicielle. Nous recommandons de ne pas + mélanger les modes de virtualisation si la performance maximum et + une faible surcharge (overhead) sont essentiels. Cela <emphasis>ne s'applique pas</emphasis> + à AMD-V.</para> + </warning> + </sect1> + + <sect1> + <title>Détails sur la virtualisation logicielle</title> + + <para>L'implémentation de la virtualisation sur les processeurs x86 sans + le support de la virtualisation matérielle est une tâche extraordinairement + complexe car l'architecture du processeur n'a pas été conçue pour être + virtualisée. On peut résoudre en général les problèmes, mais au prix de + performances réduites. Ainsi, il existe un conflit constant entre les + performances de virtualisation et la précision.</para> + + <para>Le jeu d'instructions x86 a été conçu au départ dans les années 1970 et + subi des modifications significatives avec l'ajout d'un mode protégé dans + les années 1980s avec l'architecture du processeur 286, puis à nouveau avec + l'Intel 386 et l'architecture 32 bits. Alors que le 386 avait un + support de virtualisation vraiment limité pour les opérations en mode réel, + (le mode V86, utilisé par la "DOS Box" de Windows 3.x et d'OS/2 2.x), aucun + port n'existait pour virtualiser toute l'architecture.</para> + + <para>En théorie, la virtualisation logicielle n'est pas complexe en soi. + Outre les quatre niveaux de privilèges ("rings") fournis par le matériel + (dont en général on n'utilise que deux : ring 0 pour le mode noyau et ring 3 + pour le mode utilisateur), il faut faire la différence entre le "contexte + hôte" et le "contexte invité".</para> + + <para>Dans le "contexte hôte", tout est comme s'il n'y avait pas d'hyperviseur + actif. Cela pourrait être le mode actif si une autre application de votre + hôte consomme du temps processeur ; dans ce cas, il existe un mode + ring 3 hôte et un mode ring 0 hôte. L'hyperviseur n'est pas impliqué.</para> + + <para>Par contre, dans le "contexte invité", une machine virtuelle est active. + Tant que le code invité s'exécute en ring 3, ce n'est pas très problématique + vu qu'un hyperviseur peut paramétrer les tableaux des pages correctement et + exécuter ce code de manière native sur le processeur. Les problèmes arrivent + sur la manière d'intercepter ce que fait le noyau de l'invité.</para> + + <para>Il y a plusieurs solutions possibles à ces problèmes. Une approche + est l'émulation logicielle totale, ce qui implique généralement une recompilation. + A savoir que tout le code qui doit être exécuté par l'invité est analysé, + transformé sous une forme qui n'autorisera pas l'invité à modifier et à + voir l'état réel du processeur, lequel l'exécutera simplement. Ce processus + est bien sûr très complexe et coûteux en termes de performances. (VirtualBox + contient un recompilateur basé sur QEMU qu'on peut utiliser pour une + émulation logicielle pure, mais le recompilateur n'est activé que dans + des situations particulières, décrites ci-dessous.)</para> + + <para>Une autre solution possible est la paravirtualisation, où seuls les + OS invités spécialement modifiés sont autorisés à s'exécuter. De cette manière, + la plupart des accès matériels sont rendus abstraits et toutes les fonctions + qui accèderaient normalement au matériel ou à l'état privilégié du processeur + se basent plutôt sur l'hyperviseur. La paravirtualisation peut donner + de bonnes fonctionnalités et de bonnes performances sur des processeurs + x86 standards, mais cela ne peut marcher que si l'OS invité peut être + modifié, ce qui n'est évidemment pas toujours le cas.</para> + + <para>VirtualBox choisit une approche différente. Quand on démarre une + machine virtuelle par son pilote noyau du support ring-0, VirtualBox a + réglé le système hôte pour qu'il puisse lancer nativement la plupart du + code invité, mais il s'insère lui-même "en bas" de l'image. Il peut alors + supposer le contrôle lorsque c'est nécessaire -- si une instruction privilégiée + est exécutée, l'invité plante (traps) (en particulier car un accès au registre + E/S a été tenté et un périphérique doit être virtualisé) ou car des interruptions se produisent. VirtualBox peut + alors gérer cela et soit acheminer une requête vers un périphérique virtuel, + soit, si possible, déléguer la gestion de tels éléments à l'OS hôte ou + invité. Dans le contexte invité, VirtualBox peut être donc dans un des trois + états :</para> + + <para><itemizedlist> + <listitem> + <para>Le code invité ring 3 s'exécute sans modifications, à pleine + vitesse, autant que possible. Le nombre d'erreurs sera généralement + faible (sauf si l'invité autorise l'E/S du port depuis ring 3, + chose que nous ne pouvons pas faire car nous ne voulons pas que + l'invité puisse accéder aux ports réels). On parle aussi de "mode brut", + car le code ring-3 de l'invité s'exécute sans modifications.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Pour le code invité en ring 0, VirtualBox utilise une astuce + savoureuse : il reconfigure l'invité pour que son code ring-0 + se lance plutôt en ring 1 (ce qui n'est en principe pas utilisé sur les + systèmes d'exploitation x86). Il s'en suit que lorsque le code ring-0 + de l'invité (qui s'exécute en fait en ring 1) tel que le pilote d'un + périphérique invité, essaie d'écrire sur un registre E/S ou d'exécuter + une instruction non privilégiée, l'hyperviseur de VirtualBox en ring + 0 "réel" peut prendre le dessus.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>L'hyperviseur (VMM) peut être actif. Chaque fois qu'une erreur + survient, VirtualBox regarde l'instruction problématique et il peut + la reléguer à un périphérique virtuel, à l'OS hôte, à l'invité ou + il peut le lancer dans le recompilateur.</para> + + <para>En particulier, on utilise le recompilateur quand le code invité + désactive les interruptions et VirtualBox ne peut pas savoir quand + on y reviendra (dans ces situations, VirtualBox analyse en fait le + code invité en utilisant son propre désassembleur). De plus, certaines + instructions privilégiées telles que LIDT doivent être gérées à part. + Enfin, tout le code en mode réel ou protégé (comme le code du BIOS, + un invité DOS ou un démarrage de système d'exploitation) se lance + complètement dans un recompilateur.</para> + </listitem> + </itemizedlist></para> + + <para>Malheureusement, cela ne fonctionne que dans une certaine mesure. + Entre autres, les situations suivantes nécessitent une gestion spéciale :</para> + + <para><orderedlist> + <listitem> + <para>L'exécution de code ring 0 en ring 1 provoque beaucoup d'erreurs + d'instructions supplémentaires car ring 1 n'est pas autorisé à exécuter + des instructions privilégiées (dont le ring-0 de l'invité en contient + beaucoup). Avec chacune de ces erreurs, le VMM doit s'arrêter et + émuler le code pour obtenir le comportement désiré. Si cela fonctionne, + l'émulation de milliers d'erreurs est très coûteuse et très pénalisante + en performances de l'invité virtualisé.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Il existe des défauts dans l'implémentation de ring 1 de + l'architecture x86 qui n'ont jamais été corrigés. Certaines instructions + qui <emphasis>planteraient</emphasis> même en ring 1 ne le font pas. + Cela concerne par exemple les paires d'instructions LGDT/SGDT, LIDT/SIDT, + ou POPF/PUSHF. Alors que l'opération "load" est privilégiée et peut + donc planter, l'instruction "store" réussit toujours. Si l'invité est + autorisé à les exécuter, il verra l'état réel du PC et pas celui + virtualisé. L'instruction CPUID a également le même problème.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Un hyperviseur a en général besoin de réserver certaines parties + de l'espace d'adresse de l'invité (tant l'espace d'adresse liénaire + que les sélecteurs) pour son propre usage. Ce n'est pas complètement + transparent pour l'OS invité et cela peut provoquer des conflits.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>L'instruction SYSENTER (utilisée pour les appels système) exécutée + par une application en fonction dans un OS invité transite toujours + par le ring 0. Mais c'est là où l'hyperviseur se lance et pas l'OS + invité. Dans ce cas, l'hyperviseur doit bloquer et émuler l'instruction + même quand ce n'est pas souhaitable.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Les registres de segments du processeur contiennent un cache + de descripteur "caché" inaccessible de manière logicielle. L'hyperviseur + ne peut pas lire, enregistrer ou restaurer cet état, mais l'OS invité + peut l'utiliser.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Certaines ressources doivent (et peuvent) être neutralisées par + l'hyperviseur, mais l'accès est si fréquent que cela crée une perte + significative de performance. Un exemple réside dans le registre + TPR (Task Priority) en mode 32 bits. Les accès à ce registre doivent + être bloqués par l'hyperviseur, mais certains systèmes d'exploitation + invités (en particulier Windows et Solaris) écrivent très souvent + dans ce registre, ce qui porte une atteinte certaine aux performances + de virtualisation.</para> + </listitem> + </orderedlist></para> + + <para>Pour corriger ces problèmes de performances et de sécurité, VirtualBox + contient un gestionnaire d'analyse et de scan de code + (Code Scanning and Analysis Manager (CSAM)), qui désassemble le code invité, + et un gestionnaire de correctifs (Patch Manager (PATM)), qui peut le remplacer + pendant l'exécution.</para> + + <para>Avant d'exécuter du code ring 0, CSAM le scanne de manière récursive + pour trouver des instructions problématiques. PATM le corrige <emphasis>in-situ + </emphasis>, c'est-à-dire qu'il remplace l'instruction par un passage à la + mémoire de l'hyperviseur, où un générateur intégré a mis une implémentation + plus convenable. En réalité, c'est une tâche très complexe car il existe + de nombreuses situations compliquées à trouver et à gérer correctement. Donc, + vu son actuelle complexité, on pourrait dire que PATM est un recompilateur + avancé <emphasis>in-situ</emphasis>.</para> + + <para>De plus, à chaque fois qu'une erreur survient, VirtualBox analyse + le code problématique pour déterminer s'il est possible de le corriger afin + de l'empêcher de provoquer davantage de futures erreurs. Cette approche + fonctionne bien en pratique et améliore de façon drastique les performances + de la virtualisation logicielle.</para> + </sect1> + + <sect1> + <title>Détails sur la virtualisation matérielle</title> + + <para>Avec VT-x d'Intel, il existe deux modes opératoires du processeur : + le mode racine VMM et le mode non-racine.<itemizedlist> + <listitem> + <para>En mode racine, le processeur se comporte beaucoup comme les + anciennes générations de processeurs sans le support VT-x. Il y a quatre + niveaux de privilèges ("rings") et le même jeu d'instructions est + supporté avec, en plus, des instructions spécifiques de virtualisation. + Le mode racine est ce que le système d'exploitation hôte utilise sans + virtualisation, et il est aussi utilisé par l'hyperviseur quand la + virtualisation est active.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>En mode non-racine, le fonctionnement du processeur est très + différent. Il y a toujours quatre niveaux de privilèges et le même + jeu d'instructions, mais une nouvelle structure, qui s'appelle VMCS + (Virtual Machine Control Structure), contrôle désormais le fonctionnement + du processeur et elle détermine la manière dont se comportent certaines + instructions. Le mode non-racine est celui dans lequel les systèmes invités + fonctionnent.</para> + </listitem> + </itemizedlist></para> + + <para>Le passage du mode racine au mode non racine s'appelle "l'entrée VM", + celui en sens inverse s'appelle "Quitter VM". Le VMCS inclut une zone d'état + invité et hôte sauvegardée/restaurée à chaque entrée et sortie en VM. + Surtout, les VMMS contrôlent les opérations de l'invité qui feront quitter + la VM.</para> + + <para>Les VMCS permettent un contrôle très fin via ce que les invités + peuvent et ne peuvent pas faire. Par exemple, un hyperviseur peut autoriser + un invité à écrire certains bits dans des registres de contrôle protégés, + mais pas dans d'autres. Cela permet une virtualisation efficace dans des cas + où les invités peuvent être autorisés à écrire des bits de contrôle sans + gêner l'hyperviseur, tout en les empêchant de modifier les bits de contrôle + dont l'hyperviseur a besoin pour avoir un contrôle total. Le VMMS fournit + aussi un contrôle via l'affichage d'interruptions et les exceptions.</para> + + <para>Chaque fois qu'une instruction ou un événement fait quitter une VM, + le VMCS contient des informations sur les raisons de la sortie, ainsi que, + souvent, des détails environnants. Par exemple, si une écriture dans le + registre CR0 fait quitter, l'instruction en cause est enregistrée, ainsi + que le fait qu'un accès en écriture sur le registre de contrôle a provoqué + la sortie, ainsi que les informations sur le registre source et destination. + L'hyperviseur peut ainsi gérer efficacement la condition sans avoir besoin + de techniques avancées telles que CSAM et PATM décrits ci-dessus.</para> + + <para>VT-x évite intrinsèquement plusieurs problèmes qui se posent avec la + virtualisation logicielle. L'invité a son propre espace d'adresse distinct, + qu'il ne partage pas avec l'hyperviseur, ce qui élimine les plantages + potentiels. De plus, le code du noyau de l'OS invité se lance avec le + privilège ring 0 en mode non racine VMX, rendant inopérants les problèmes + d'exécution de code en ring 0 sur des niveaux moins privilégiés. Par exemple, + l'instruction SYSENTER peut faire une transition vers le ring 0 sans problèmes. + Naturellement, même en ring 0 en mode non-racine VMX, tous les accès E/S par + le code invité amène toujours la VM à quitter, permettant l'émulation + de périphérique.</para> + + <para>La plus grosse différence entre VT-x et AMD-V est qu'AMD-V fournit + un environnement de virtualisation plus complet. VT-x exige que le code + non-racine VMX s'exécute en mode pagination activée, ce qui rejette la + virtualisation matérielle de logiciels dont le code est en mode réel et en + mode protégé non paginé. Cela n'inclut en général que les firmwares et les + chargeurs d'OS, néanmoins cela complique l'implémentation d'un hyperviseur + avec VT-x. AMD-V n'a pas cette restriction.</para> + + <para>Bien entendu, la virtualisation matérielle n'est pas parfaite. Par + rapport à la virtualisation logicielle, la surcharge (overherad) des sorties des VMs est + relativement élevée. Cela pose des problèmes aux périphériques dont l'émulation + requiet un grand nombre de captures (traps). Par exemple, avec le périphérique + VGA en mode 16 couleurs, mon seulement tous les accès au port en E/S, mais + aussi tous les accès à la mémoire tampon (framebuffer) doivent être + capturés.</para> + </sect1> + + <sect1 id="imbriquéepaging"> + <title>Pagination imbriquée (imbriquée) et VPIDs</title> + + <para>En plus de la virtualisation matérielle "brute", votre processeur peut + supporter aussi des techniques sophistiquées supplémentaires :<footnote> + <para>VirtualBox 2.0 a ajouté le support de la pagination imbriquée d'AMD ; + le support de l'EPT et des VPIDs d'Intel a été ajouté à la version 2.1.</para> + </footnote><itemizedlist> + <listitem> + <para>Une fonctionnalité récente, qui s'appelle la + <emphasis role="bold">"pagination imbriquée"</emphasis> implémente la + gestion de la mémoire dans le matériel, ce qui peut beaucoup accélérer + la virtualisation matérielle puisque ces tâches n'ont plus besoin d'être + accomplies par le logiciel de virtualisation.</para> + + <para>Avec la pagination imbriquée, le matériel fournit un autre niveau + d'indirection en passant du linéaire aux adresses physiques. Les + tables de page fonctionnent comme avant mais les adresses linéaires + sont désormais d'abord traduites en adresses physiques de "l'invité" + et pas directement en adresses physiques. Il existe maintenant un + nouveau jeu de registres de pagination sous le mécanisme de pagination + traditionnel et qui traduit les adresses physiques invitées en adresses + physiques de l'hôte, qui sont utilisées pour accéder à la mémoire.</para> + + <para>La pagination imbriquée élimine la charge causée par les sorties de + VM et les accès aux tables de pages. Par définition, avec les tables + de pages imbriquées, l'invité peut gérer la pagination sans que l'hyperviseur + n'intervienne. La pagination imbriquée améliore ainsi substantiellement + les performances de virtualisation.</para> + + <para>Sur les processeurs AMD, la pagination imbriquée est disponible + depuis l'architecture Barcelona (K10) -- on l'appelle maintenant la + "rapid virtualization indexing" (RVI). Intel a ajouté le support de + la pagination imbriquée, qu'ils appellent la "extended page tables" (EPT), + à leurs processeurs Core i7 (Nehalem).</para> + + <para>Si la pagination imbriquée est activée, l'hyperviseur de VirtualBox + peut également utiliser <emphasis role="bold">grandes pages</emphasis>, + pour réduire l'utilisation du TLB et la charge. Cela peut provoquer + une amélioration jusqu'à 5% des performances. Pour activer cette + fonctionnalité pour une VM, vous avez besoin d'utiliser la commande + <computeroutput>VBoxManage modifyvm + </computeroutput><computeroutput>--largepages</computeroutput> ; + voir <xref linkend="vboxmanage-modifyvm" />.</para> + </listitem> + + <listitem> + <para>Sur les processeurs Intel, une autre fonction matérielle, qui + s'appelle <emphasis role="bold">"Virtual Processor Identifiers" (VPIDs)</emphasis>, + peut beaucoup accélérer le changement de contexte en réduisant le + besoin coûteux de mémoriser les Translation Lookaside Buffers + (TLBs) du processeur.</para> + + <para>Pour activer ces fonctions pour une VM, vous devez utiliser + les commandes <computeroutput>VBoxManage modifyvm --vtxvpid</computeroutput> et + <computeroutput>--largepages</computeroutput> ; voir <xref + linkend="vboxmanage-modifyvm" />.</para> + </listitem> + </itemizedlist></para> + </sect1> +</chapter> |