GPU虚拟化技术 GVT-g GVT-s GVT-d AMD NVIDIA

冷不防 2023-02-25 10:08 21阅读 0赞

**GPU虚拟化的状况**  
虚拟化技术发展到现在，已经比较成熟了。CPU、内存、存储、IO设备等都已经可以虚拟化，可以实现多个虚拟机实例共享同一硬件资源。  
而GPU（图形处理器单元）作为计算机的一个很重要的组成部分，其浮点运算和并行运算速度可以比CUP都强。但是在虚拟的技术中，QEMU对GPU虚拟的支持，很长时间都是纯粹的软件模拟，并没有充分利用硬件GPU的资源，性能大大折扣/

GPU密集型工作性负载，对高性能GPU虚拟化的需求越来越强烈。如：

*  3D/2D 图形加速
 *  游戏
 *  VDI
 *  Media Transcoding 视频会议，
 *  CDN 高性能计算（GPGPU）
 *  OpenCL/CUDA

**AMD:**  
其GPU虚拟化解决方案是完全基于业界标准的SR-IOV(单根输入输出虚拟化)。这是由PCI SIG组织开发的一种规范，为设备的硬件虚拟化应用提供了标准化方法。其能够允许多达15个虚拟化桌面共享同一个图形处理器，其最终用户就能够同等地访问GPU，无论他们是何种工作负载，而且不会有任何性能上的损失。  
SR-IOV标准允许一个GPU给多个虚拟机共享使用，因此为每一个用户都提供了虚拟化的性能进行设计、创造并且执行他们的工作负载，而没有一个用户会占据整个GPU。由于硬件的复杂性，目前支持的GPU厂商只有AMD。  
**NVIDIA：**  
没有像AMD那样使用的基于硬件的GPU虚拟化技术。其虚拟化方案是称为Grid桌面虚拟 化技术，该技术是基于它最新的Tesla GPUs的。NVIDIA的虚拟化方案比较有意思的一个特色是可以虚拟出几种不同model的虚拟显卡。 FloridaAtlantic University基于NVIDIA GPU 虚拟化方案的VDI已经有几年历史了，他们称，可以使用8-12个虚拟化桌面同时共享一个GPU 板卡。  
有关NVDIA的GPU虚拟化的更多介绍请参考其官方  
http://www.nvidia.cn/object/nvidia-grid-cn.html

**IntelGPU虚拟化解决方案:**  
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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1MjI0OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**API转发（GVT-S）**  
将openGL或者DirectX的API转发给host上的Graphics Driver上  
优点：性能佳、可以共享。  
缺点：功能滞后。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1MjI0OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
**直通设备(GVT-d)**  
利用VT-d将显卡直通给虚拟机。  
优点：性能佳、功能完备。  
缺点：不能共享。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1MjI0OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
**完全GPU虚拟化(GVT-g)**  
优点：性能佳、功能完备、可以共享  
Intel的完全虚拟化解决方案包括软件和硬件方案。可以将GPU直通给多个虚拟机，可以在性能，功能，共享方面达到很好的平衡。

由于在共享和性能方面的平衡，intel的GVT-g 是很值得推荐的。

**Intel KVMGT技术**  
KVMGT 是Intel? 完全GPU虚拟化（GraphicsVirtualization Technology GVT-g) 的KVM实现，是VGT-g的纯软件方案。其mediatedpass-through相当于软件实现的GPU分时复用，不同于SR-IOV。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1MjI0OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

KVMGT从intel的broadwell处理器开始支持。  
其性能：  
3D性能可以达到host的80%以上。  
2D性能可以达到host的70%以上。  
Media解码能力可以到host的90%以上。  
Media转码能力可以到host的80%以上。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1MjI0OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
guest为windows的3D/2D性能与HOST对比。

KVMGT支持的Features  
可以运行native的driver。

*  DirectX\*11.1
 *  OpenGL\*4.2
 *  OpenCL\*1.2
 *  MediaSDK16.2
 *  DirectX\*12

支持的不同操作系统的guest数量：

*  MultipleVMs up to 7
 *  SupportUbuntu\* Guest
 *  SupportWindows\* 7 x32/x64
 *  SupportWindows\* 8 x32/x64
 *  GuestWindows\* 10 x64

目前支持的远程显示协议：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1MjI0OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
**虚拟化技术in openstack**  
目前，Openstack 对于AMD的GPU虚拟化是应该支持的。因为AMD每个SRIOV的GPU可以作为PCI设备pass-through到guest。

Citrix 提出了2个版本的方案支持Nvidia和 XENGT（VGT-G的XEN实现）。

第一个版本是基于on-demand的方案，社区感觉有些复杂。之后他们提出了一个新的方案，pre-define的方案。pre-define的方案，预先定义虚拟的GPU（VGPU），定义好之后，数量不能修改了，并且通过openstack的代码，做hack，将每个pre-define的VGPU作为SRIOV设备，并且每个设备分配一个虚拟的PCI BDF号，该BDF号只有Openstack可见。社区比较倾向这个方案，但是还没有得到approve， upstream还需要时日。

对于KVMGT，可以在Citrix实现基础上，比较容易的实现。

对于企业来说，如果业务需求，需要GPU的虚拟化，自己完全可以很快的基于Openstack实现自己私有的GPU虚拟化方案，没有必要依赖社区。

转载自：http://www.360doc.com/content/16/0825/10/35405893\_585770716.shtml

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