Vsphere

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Fiche express
Éditeur VMware (Broadcom)
Type Plateforme de virtualisation (hyperviseur + gestion)
Hyperviseur ESXi (bare-metal, type 1)
Gestion centralisée vCenter Server
Concurrents Microsoft Hyper-V · Xen · KVM · Oracle VM
Voir aussi Vcenter · Powercli

VMware vSphere est la plateforme de virtualisation de serveurs de VMware, composée de l'hyperviseur ESXi et de la couche de gestion centralisée vCenter Server. C'est historiquement la plateforme de virtualisation d'entreprise la plus répandue, avec un très large écosystème d'outils tiers (sauvegarde, supervision, stockage).

Cette page a été rédigée à l'origine autour des versions vSphere 4 et 5 ; les concepts qu'elle décrit (vMotion, DRS, HA, VMFS, types de disques, etc.) restent globalement valables sur les versions ultérieures, mais les éléments explicitement datés (numéros de version, limites chiffrées de VMFS, noms d'anciens composants) sont à considérer comme des repères historiques plutôt que des valeurs actuelles — se référer à la documentation VMware/Broadcom en vigueur pour les chiffres à jour.

Téléchargements et compatibilité matérielle sont à vérifier sur le portail my.vmware.com (téléchargements) et la VMware Compatibility Guide (matrice de compatibilité matérielle officielle).

Panorama de la virtualisation

Pour situer vSphere parmi les autres solutions du marché :

Autres hyperviseurs :

Offres de cloud public (exemples historiques cités à titre indicatif) :

  • Google
  • Microsoft (Azure)
  • Amazon (AWS)
  • Salesforce.com

Offres de stockage cloud (exemples historiques) :

  • Dropbox
  • Octopus (VMware)
  • iCloud (Apple)

Outils de supervision de ressources spécialisés virtualisation :

Outils de conversion P2V :

  • VMware Converter
  • Vizioncore vConverter
  • HP Server Migration Pack
  • PlateSpin Migrate

Outils de sauvegarde compatibles vSphere :

  • Catégorie:EMC Avamar
  • Symantec NetBackup
  • Veeam Backup
  • IBM TSM
  • VMware Data Recovery
  • Quest vRanger Pro
  • Commvault

Architecture générale

Un hôte ESXi est un hyperviseur bare-metal (noyau simplifié dédié à la virtualisation) que l'on installe sur chaque serveur physique d'un cluster ESX. Sa configuration est en grande partie répliquée/gérée depuis vCenter plutôt que gérée hôte par hôte.

L'hyperviseur est la couche logicielle qui permet de faire fonctionner plusieurs machines virtuelles sur un même socle matériel physique, en partageant CPU, mémoire, stockage et réseau entre elles.

Fonctionnalités par génération

Ce panorama historique situe l'apparition des principales fonctionnalités de la plateforme au fil des versions majeures — utile pour comprendre le vocabulaire rencontré dans une infrastructure existante, même ancienne.

Depuis vSphere 3

  • VMware HA (High Availability) : redémarre automatiquement les VM d'un hôte tombé en panne sur un autre hôte du cluster.
    • avant vSphere 5 : mécanisme AAM (Automated Availability Manager) — la VM est redémarrée à froid sur un autre ESXi.
    • depuis vSphere 5 : mécanisme FDM (Fault Domain Manager) — la VM est reprise plus rapidement par un autre ESXi.
  • DPM (Distributed Power Management) : arrête et redémarre des hôtes ESXi automatiquement pour limiter la consommation électrique selon la charge du cluster.
  • vMotion : bascule à chaud la VM (CPU/mémoire) d'un hôte ESXi vers un autre, sans interruption de service.
  • Storage vMotion : bascule à chaud les fichiers d'une VM d'un datastore à un autre ; réécrit avec vSphere 5 pour supporter des charges plus importantes, il peut être automatisé par le Storage DRS (sDRS).
  • VMware DRS (Distributed Resource Scheduler) : équilibre automatiquement la charge du cluster en pilotant des vMotion.
  • VCB (VMware Consolidated Backup) : ancien mécanisme de sauvegarde centralisée des VM, remplacé depuis par VADP.
  • VUM (vSphere Update Manager) : gère les mises à jour d'ESXi, des VMware Tools et du format VMFS.

Depuis vSphere 4

  • VMware FT (Fault Tolerance) : maintient une copie miroir d'une VM sur un autre hôte, avec bascule immédiate et sans interruption en cas de panne.
  • vNetwork Distributed Switch (vDS) : commutateur virtuel partagé et centralisé au niveau du cluster (par opposition au vSwitch standard, propre à chaque hôte).
  • Changed Block Tracking (CBT) : suivi des blocs modifiés depuis la dernière sauvegarde, permettant des sauvegardes incrémentales efficaces.
  • VMware Data Recovery : sauvegarde à chaud des VM, orientée petites structures.
  • Storage I/O Control (SIOC) : priorisation de la charge entre VM sur un datastore saturé en IO, disponible en particulier sur NFS.
  • Network I/O Control (NIOC) : priorisation de la charge entre flux réseau sur des cartes physiques saturées en bande passante.
  • VMware Converter : outil de conversion P2V (physique vers virtuel), voir Vcenter converter standalone.

Depuis vSphere 5

  • Storage DRS (sDRS) : équivalent du DRS mais pour le stockage ; introduit le concept de cluster de datastores (POD, Pool Of Datastores).
  • Profile-Driven Storage : lié au sDRS, permet de définir des règles de placement/bascule entre datastores selon des profils de capacité de stockage.
  • VMFS5 : nouvelle version du système de fichiers de cluster (voir section VMFS ci-dessous).
  • vSphere Storage Appliance (VSA) : appliance permettant de simuler une baie de stockage partagée (HA, DRS, DPM, FT, vMotion) sans investir dans du SAN, pour les petites infrastructures.
  • vSphere Replication (pour SRM 5) : réplication de VM au niveau hyperviseur pour un plan de reprise d'activité (PRA) vers un site distant.
  • vCSA (vCenter Server Appliance) : appliance Linux simplifiant le déploiement de vCenter pour les petites installations — devenue depuis la seule forme de vCenter disponible.
  • ESXi Image Builder : jeu de cmdlets PowerCLI pour construire des images de déploiement ESXi personnalisées.
  • Auto Deploy : charge ESXi directement en mémoire via PXE, sans installation sur disque local — adapté aux déploiements de grande envergure.
  • vShield Zones : pare-feu virtuel opérant au niveau des cartes réseau virtuelles.
  • VMware VMsafe : API dédiée à la protection/sécurisation des VM par des solutions tierces.
  • Thin Provisioning : alloue l'espace disque à la demande plutôt qu'en totalité dès la création de la VM.
  • Hot add / hot extend : ajout de composants (CPU, mémoire, disques) ou extension de disques à chaud, sans arrêt de la VM.

Fichiers d'une VM

Extension Contenu
.vmx Fichier de configuration de la VM
.nvram BIOS virtuel de la VM
.log Journal d'événements
.vmdk Fichier de description du disque virtuel
-flat.vmdk Disque virtuel (données)
-delta.vmdk Fichier de snapshot (delta)
.vmsd Métadonnées de la VM (snapshots)
.vmsn État d'un snapshot
.vmss État de la VM en veille (suspend)
.vswp Fichier de swap de la VM
.hlog Journal de vMotion
RDM (compatibilité virtuelle) Raw Device Mapping mode virtuel — voir RDM
RDM (compatibilité physique) Raw Device Mapping mode physique — voir RDM
.vSphere-HA/ Répertoire utilisé pour le heartbeat HA

VMware Tools

Les VMware Tools sont un ensemble de pilotes et services installés dans le système d'exploitation invité, indispensables pour un fonctionnement optimal de la VM :

  • pilotes optimisés (réseau, stockage, affichage) ;
  • sync driver, permettant de geler proprement l'état disque de la VM lors d'un snapshot ;
  • pilote de ballooning vmmemctl (voir Vmware memory) ;
  • heartbeat applicatif de la VM (VM heartbeat) ;
  • synchronisation de l'horloge (time sync) ;
  • arrêt/redémarrage propre du système invité depuis l'hyperviseur ;
  • compteurs de performance additionnels exposés à perfmon (sous Windows).

Stockage

Rappel des principaux protocoles/transports utilisés par vSphere :

  • DAS (Direct Attached Storage) : disque local à l'hôte.
  • FC (Fibre Channel) : SAN utilisant zoning, masking et WWN sur des fabrics dédiées.
  • FCoE (Fibre Channel over Ethernet) : FC encapsulé sur Ethernet, payload de 2500 octets.
  • iSCSI : SCSI encapsulé sur IP.
  • FCIP : encapsulation FC sur IP, utilisée notamment pour la réplication entre sites distants.
  • NFS : consommation CPU plus élevée que le FC mais inférieure à l'iSCSI logiciel. Préconisations historiques : 100 à 400 vmdk par datastore, LUN de 64 To max, activer le flow-control et les jumbo frames (sur des switchs dotés de buffers de port suffisamment dimensionnés), activer le spanning-tree, privilégier des cartes réseau full TOE pour décharger le CPU des hôtes ESXi.

Le MTU (payload) d'une trame Ethernet standard est de 1500 octets, contre environ 2500 octets pour une trame FC. Le jumbo frame permet de monter le payload Ethernet à 9000 octets, réduisant le surcoût CPU d'environ 50 %.

VMFS

VMFS (Virtual Machine File System) est le système de fichiers de cluster propriétaire de VMware, permettant à plusieurs hôtes ESXi d'accéder simultanément aux mêmes datastores partagés.

Comparatif VMFS3 / VMFS5 (repères historiques)
VMFS3 VMFS5
Volume max 2 To 64 To
Taille de bloc 1, 2, 4 ou 8 Mo 1 Mo
Taille des sous-blocs 64 Ko 8 Ko
Petits fichiers (< 1 Ko) Non supporté Supporté (1 Ko)

Règle générale : un seul volume VMFS doit être créé par LUN.

Mise à niveau (upgrade) VMFS3 → VMFS5 : il est recommandé de reconstruire un nouveau datastore plutôt que de mettre à niveau en place, certains éléments de configuration ne migrant pas correctement. Lors d'une mise à niveau en place :

  • les blocs conservent leur taille initiale (héritée de VMFS3) ;
  • les sous-blocs restent à 64 Ko ;
  • la limite de fichiers reste à 30 720 au lieu de 100 000 ;
  • le partitionnement MBR est conservé tant que le datastore dépasse 2 To (au lieu de GPT).

Alignement des disques

Penser à aligner les partitions des disques virtuels, sous peine de perdre jusqu'à 40 % de performance d'I/O — problématique historiquement liée aux anciens systèmes partitionnant en MBR avec un décalage non aligné sur les blocs physiques/VMFS.

Bonnes pratiques

  • ne pas dépasser 8 hôtes ESXi par datastore partagé ;
  • toujours laisser 20 à 30 % d'espace libre sur chaque datastore.

Types de disques virtuels

  • Thick disk : alloue la totalité de l'espace demandé dès la création ; supporte le Fault Tolerance (FT).
    • zeroedthick : espace réservé mais non formaté (les blocs sont mis à zéro à la première écriture).
    • eagerzeroedthick : espace réservé et intégralement formaté (mis à zéro) dès la création — meilleures performances, création plus longue.
  • Thin disk (thin provisioning) : seul l'espace effectivement utilisé est alloué ; l'espace consommé augmente au fil du remplissage.

Types de disques physiques (repères)

  • SAS : le mieux adapté à la virtualisation, gère efficacement les petites I/O (8/16 Ko).
  • SATA : adapté aux usages courants, à éviter pour les applications gourmandes en I/O.
  • NL-SAS (Near Line SAS) : disques SAS supportant le SCSI command queuing, réduisant les mouvements de tête de lecture par rapport au SATA pur.

Raw Device Mapping (RDM)

Le RDM permet à une VM d'accéder directement à une LUN du SAN plutôt que via un fichier vmdk, pour des I/O de haute qualité lors de snapshots, de bases de données, ou de conversions P2V longues.

  • RDM virtuel (RDMv) : autorise les snapshots côté VM, mais pas les fonctionnalités de snapshot natives de la baie de stockage.
  • RDM physique (RDMp) : n'autorise pas les snapshots côté VM, mais permet d'exploiter les snapshots natifs de la baie.

Storage DRS (sDRS)

Le sDRS permet de mixer des datastores VMFS3 et VMFS5 au sein d'un même POD (Pool Of Datastores).

Seuils SIOC (latence datastore) indicatifs :

  • FC : 20-30 ms
  • SAS : 20-30 ms
  • SSD : 5-10 ms
  • SATA : 30-50 ms

Autres notions associées :

  • VSA (vSphere Storage Appliance) : simule une baie de stockage partagée pour les petites infrastructures.
  • VAAI (vStorage APIs for Array Integration) : délègue certaines opérations de stockage (clonage, zeroing) directement à la baie, pour décharger l'hyperviseur.

MPIO (multipathing)

  • Actif-Actif : plusieurs chemins utilisés simultanément vers la LUN.
  • Actif-Passif : un seul chemin actif à la fois (peut être basculé en round-robin).
  • ALUA (Asymmetric Logical Unit Access) : mode non optimisé, transitant par plusieurs contrôleurs de la baie.

Mémoire

Voir aussi la page dédiée Vmware memory.

La gestion mémoire d'ESXi repose fortement sur les VMware Tools installés dans l'invité :

  • Transparent Page Sharing (TPS) : mutualise les pages mémoire identiques entre VM. Pour en maximiser l'efficacité, il est conseillé de créer les VM à partir de templates communs.
  • Ballooning : réaffecte de la mémoire non utilisée par une VM vers une autre en tension mémoire (surcommit/overbooking).
  • Swap ESXi : prépare un fichier d'échange pour l'ensemble des VM en cas de pression mémoire forte.
  • Compression mémoire : compresse des pages en RAM avant de recourir au swap disque, plus coûteux en performance.

Dimensionnement indicatif : compter environ 4 à 8 Go de RAM par cœur physique selon le profil de charge.

Processeur

  • SMP (Symmetric Multiprocessing) : plusieurs vCPU exposés à une même VM.
  • Architecture x86, niveaux de privilège (rings) : Ring 0 = mode noyau (kernel), Ring 3 = mode utilisateur.
  • Paravirtualisation : les instructions CPU de la VM sont transmises directement au CPU physique sans passer par l'émulation complète de l'hyperviseur.
  • CPU Ready Time : temps qu'une vCPU passe à attendre l'accès à un cœur CPU physique disponible — un indicateur clé de contention CPU.
  • EVC (Enhanced vMotion Compatibility) : masque les instructions CPU non communes entre générations de processeurs différentes au sein d'un même cluster, pour permettre le vMotion entre hôtes hétérogènes.

Réseau

vNetwork vSwitch : commutateur virtuel logiciel de l'hôte ESXi (voir aussi vNetwork Distributed Switch plus haut).

Points de sécurité réseau à contrôler :

  • Promiscuous mode : à désactiver sauf besoin explicite (sniffing, IDS/IPS virtuel).
  • MAC address changes et Forged transmits : à restreindre pour éviter l'usurpation d'adresse MAC depuis une VM.
  • Traffic shaping : limitation de bande passante par port group.
  • NIC teaming : agrégation/répartition de charge entre plusieurs cartes physiques.

Types de cartes réseau virtuelles (du plus ancien au plus performant) :

  • vlance
  • E1000
  • E1000e
  • vmxnet
  • vmxnet2
  • vmxnet3 (recommandée sur les configurations récentes)

Reprise d'activité (HA / DR)

Indicateurs classiques de plan de reprise :

  • RTO (Recovery Time Objective) : délai maximal acceptable avant reprise du service.
  • SLA (Service Level Agreement) : engagement contractuel de niveau de service.
  • MTBF (Mean Time Between Failure) : durée moyenne entre deux pannes.
  • MTTR (Mean Time To Repair) : durée moyenne de réparation.

Le mécanisme HA communique entre hôtes du cluster sur les ports 8182 en UDP/TCP.

Pré-requis usuels pour VMware FT :

  • disposer de deux cartes réseau dédiées à 10 Gbit/s pour le trafic de mirroring FT ;
  • utiliser des disques virtuels en mode Thick (eagerzeroedthick) ;
  • ne pas conserver de snapshots actifs sur les VM protégées par FT.

Réplication bas niveau (baies de stockage)

Technologies de réplication propriétaires côté baie, souvent combinées à VMware SRM :

  • Catégorie:EMC : SRDF, MirrorView, RecoverPoint, VPLEX (voir VPLEX).
  • HDS : True Copy Remote Replication, Universal Storage Platform VM.
  • IBM : TotalStorage, PPRC Global Mirror et Metro Mirror.
  • HP : StorageWorks.
  • NetApp : SnapMirror et MetroCluster.
  • FalconStor.

Modes de réplication :

  • Synchrone : impose une proximité des sites (généralement moins de 10-100 km selon la baie).
  • Asynchrone : pas de limite de distance stricte, latence temps réel moins critique.

VMware SRM (Site Recovery Manager)

  • Mode Actif/Actif : chaque site peut servir de secours à l'autre.
  • Mode Actif/Passif : un site reste normalement inactif, en attente de bascule.
  • SRA (Storage Replication Adapter) : composant qui surveille les opérations de réplication disque pour le compte de SRM. Le DNS doit impérativement être fonctionnel sur les deux sites pour que la bascule se déroule correctement.
  • vSphere Replication (vR, vRMS, vRA, vRS) : réplication au niveau hyperviseur, alternative à la réplication baie pour SRM.

Contraintes de latence réseau :

  • vMotion classique : 5 ms maximum recommandé, y compris entre sites distants.
  • Metro vMotion (longue distance) : jusqu'à 10 ms.

Sauvegarde

VADP (vStorage APIs for Data Protection) est l'API de sauvegarde de référence sur vSphere, utilisée par la plupart des solutions tierces (Veeam, Commvault, etc.), avec deux approches :

  • Full VM : sauvegarde de l'image complète de la VM.
  • File level : sauvegarde fichier par fichier, nécessitant des agents applicatifs spécifiques dans l'invité.

Concernant les snapshots : leur durée de rétention ne devrait pas dépasser 1 à 2 jours — un snapshot ancien dégrade les performances et peut poser des difficultés lors de sa consolidation.

Changed Block Tracking (CBT) : horodate les blocs mémoire/disque modifiés depuis la dernière sauvegarde, ce qui réduit considérablement la taille et la durée des sauvegardes incrémentales.

VDR (VMware Data Recovery) : solution de sauvegarde simplifiée orientée petites structures, aujourd'hui obsolète.

Analyse de charge et migration

  • Outil d'analyse de charge : PlateSpin PowerRecon.
  • Outil de migration : PlateSpin Migrate/Converter.

Voir aussi

  • Vcenter — serveur de gestion centralisée de vSphere
  • Vcops — supervision de capacité pour vSphere
  • Powercli — administration en ligne de commande de vSphere/vCenter
  • Vcenter converter standalone — conversion P2V/V2V
  • Vmkfstools — manipulation des volumes VMFS et disques virtuels
  • Vmware hard — installation de pilotes/composants matériels sur ESXi
  • Vmware memory — détail de la gestion mémoire
  • Vmware view — solution VDI associée
  • VSAN — stockage distribué VMware
  • VPLEX · DataCore — solutions de virtualisation de stockage tierces compatibles
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