Emulation, virtualisation, etc...

Pour créer des machines virtuelles, différentes solutions existent :

• l’émulation
• la virtualisation par traduction binaire

Les deux techniques reposent sur le même concept de base : intercepter à la volée les requêtes des systèmes d’exploitation vers la machine virtuelle et les traduire pour qu’elles puissent être exécutées par la machine réelle.

Cette description succincte est suffisante pour mettre en évidence le principal problème lié à la virtualisation : la perte de performances. En effet, une instruction est remplacée par des dizaines d’autres, et le temps de calcul résultant est bien plus long.

L'émulateur est un cas spécifique : il consiste à utiliser un système d'exploitation (ou un programme) sur un système qui n'utilise pas la même architecture. Par exemple, l'émulation consiste par exemple à lancer un jeu Mégadrive (machine basée sur un processeur 68000) sur un PC classique (en x86). Les émulateurs sont généralement lents, car toutes les instructions doivent être adaptées et — outre le décodage — certaines architectures sont plus efficaces que d'autres. Globalement, la différence de puissance entre les deux machines (hôte et client) doit être importante () la faveur de l'hôte) pour une émulation efficace. Les émulateurs sont soit externes (des programmes) soit intégrés au système : les Mac récents disposent d'un émulateur de code PowerPC (performant pour la bonne et simple raison qu'une partie du code ne change pas, les appels aux fonctions du système restant identiques).

La virtualisation est un peu différente : elle se base sur des systèmes hôtes et clients basés sur la même architecture (x86, par exemple). Concrètement, les instructions sont exécutées nativement par le processeur de l'hôte, le logiciel de virtualisation se « contentant » de modifier les instructions qui pourraient affecter l'hôte (par exemple en écrivant directement dans la mémoire d'un périphérique). Les performances sont souvent proches d'une implémentation native sur des calculs classiques, une perte se faisant par contre sentir dès qu'il y a des appels au matériel (comme une carte graphique), les logiciels de virtualisation n'ayant pas réellement la possibilité d'y accéder directement.

Dans la pratique, et en laissant tomber des cas particuliers comme Rosetta sous Mac OS X, on voit bien que la virtualisation est bien plus efficace. Dans un système émulé, toutes les instructions doivent être analysées, transformées et ensuite exécutées, et le sous-système entier (accès à la mémoire, aux périphériques, etc.) aussi, alors qu'un système virtualisé se contente d'émuler une partie des périphériques et de modifier certaines instructions ainsi que l'accès à la mémoire, mais la majorité des instructions sont exécutées en l'état.

Notons enfin qu'il existe quelques solutions intermédiaires, mais elles sont rares et spécifiques : certains processeurs (Godson 3, par exemple) intègrent des fonctions qui permettent d'accélérer l'émulation du code x86, d'autres intègrent directement des composants matériels pour une émulation très efficace (cas de beaucoup de consoles), etc.