基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)及方法，包括宿主機(jī)和虛擬機(jī)；所述宿主機(jī)基于國產(chǎn)GPU顯卡模擬虛擬GPU設(shè)備；所述虛擬機(jī)基于虛擬GPU設(shè)備進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明專利技術(shù)將針對國產(chǎn)顯卡進(jìn)行適配、實(shí)現(xiàn)基于國產(chǎn)顯卡的GPU虛擬化公平調(diào)度方案，在保證虛擬化GPU應(yīng)該具有的資源隔離、分配等關(guān)鍵功能前提下，保障GPU資源的公平調(diào)度，提升云計(jì)算平臺(tái)的公共顯示效率，減少國產(chǎn)圖形處理器顯示虛擬化資源的開銷。擬化資源的開銷。擬化資源的開銷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)及方法


[0001]本專利技術(shù)涉及虛擬化構(gòu)建的
，具體地，涉及一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)及方法。尤其是，優(yōu)選的涉及一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建與QoS控制方法。

技術(shù)介紹

[0002]隨著國內(nèi)GPU顯卡技術(shù)和國產(chǎn)處理器的不斷成熟，國產(chǎn)GP100系列顯卡目前正被越來越多的國產(chǎn)處理器所使用，申威處理器架構(gòu)、飛騰處理器架構(gòu)都可以使用GP100系列顯卡，將其用于圖形加速、視頻解碼。在國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)自主研發(fā)的前提下，國產(chǎn)顯卡組合國產(chǎn)CPU處理器，可以搭建全部基于國產(chǎn)硬件構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GP100系列顯卡作為配備了國產(chǎn)GPU芯片的顯卡，可以支持HDMI、DVI、VGA等通用顯示接口，支持2D、3D圖形加速和OpenGL ES2.0，支持4K分辨率、視頻解碼和硬件圖層處理等功能，可以廣泛應(yīng)用于軍民兩用電子設(shè)備、工業(yè)控制、電子信息等領(lǐng)域。在使用GP100系列顯卡的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)國內(nèi)組織機(jī)構(gòu)的特殊需求對顯卡功能和特性進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和需求，相較于購買國外廠商提供的閉源硬件，GP100系列顯卡具有更好的靈活性。GPU英文全稱為graphics processing unit，中文譯文為圖形處理器。HDMI英文全稱為High Definition Multimedia Interface，中文譯文為高清多媒體接口。DVI的英文全稱為Digital Visual Interface，中文譯文為數(shù)字視頻接口。VGA的英文全稱為Video Graphics Array，中文譯文為視頻圖形陣列。OpenGL英文全稱為Open Graphics Library，中文譯文為開放圖形庫。
[0003]然而，國產(chǎn)GPU設(shè)備在研發(fā)仍處于起步階段，基于國產(chǎn)GPU設(shè)備的開發(fā)仍在不斷進(jìn)行中。GP100系列作為一個(gè)起步階段的成果，在沒有國外關(guān)于GPU的技術(shù)支持條件下，其內(nèi)部架構(gòu)的優(yōu)化和功能的支持仍需要投入大量精力。目前，在已成功流片的國產(chǎn)GPU上，受限于硬件電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，GP100系列顯卡在軟件上可提供的功能支持是有限的。同時(shí)，由于GP100系列是我國自主研發(fā)的GPU顯卡，在架構(gòu)設(shè)計(jì)上可能與目前成熟的GPU顯卡存在顯著差異，從而導(dǎo)致許多針對特殊應(yīng)用場景和需求開發(fā)的軟件無法成功移植到配置有GP100系列顯卡的機(jī)器上。以GPU虛擬化顯示為例，由于GP100系列顯卡內(nèi)部不支持資源的分離，無法像支持SR
?
IOV的硬件設(shè)備一樣將單個(gè)物理GPU虛擬成多個(gè)具有相同功能的虛擬GPU，以供用戶訪問，因此在國產(chǎn)GPU設(shè)備下很難提供基于硬件的虛擬化支持。在這樣的情況下，提供GPU虛擬化顯示則需要通過軟件模擬的方式來實(shí)現(xiàn)，需要允許軟件提供GPU虛擬支持，讓一個(gè)GP100系列顯卡支持多個(gè)虛擬機(jī)的顯示，并通過合理的調(diào)度方式讓不同虛擬顯卡的調(diào)度盡可能公平。
[0004]在基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建方案中，比較關(guān)鍵的技術(shù)有如下幾個(gè)：(1)GPU關(guān)鍵資源映射技術(shù)；(2)GPU多通道顯示技術(shù)；(3)基于服務(wù)質(zhì)量的GPU資源公平調(diào)度技術(shù)。
[0005]在GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建中，首先需要通過軟件方式模擬GPU顯卡，為虛擬機(jī)提供虛擬GPU設(shè)備。其最終目的是將GPU設(shè)備模擬為多個(gè)單獨(dú)的GPU設(shè)備，分配一定量的物理資源，讓虛擬機(jī)通過調(diào)用虛擬設(shè)備的方式間接調(diào)用實(shí)際物理設(shè)備。此外，單個(gè)虛擬GPU可以具有獨(dú)立的配置，完成物理設(shè)備的部分抽象。與此同時(shí)，一個(gè)物理GPU設(shè)備將可以虛擬化出多
個(gè)虛擬GPU設(shè)備，為不同的虛擬機(jī)提供不同的服務(wù)。多虛擬設(shè)備的模擬則需要考慮GPU設(shè)備的多通道顯示和GPU資源的公平調(diào)度，需要為每個(gè)虛擬機(jī)構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的通信通道，保證虛擬機(jī)之間數(shù)據(jù)和上下文的獨(dú)立性，在運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)的情況下，也需要保證每個(gè)虛擬GPU設(shè)備的性能滿足服務(wù)質(zhì)量要求，并通過滿足公平性的方式來實(shí)現(xiàn)虛擬GPU調(diào)度。
[0006]公開號(hào)為CN112967171A的中國專利技術(shù)專利文獻(xiàn)公開了一種基于ARM架構(gòu)實(shí)現(xiàn)GPU虛擬化的系統(tǒng)及方法，包括：虛擬機(jī)配置的第一軟件模塊，及宿主機(jī)配置的第二軟件模塊；所述第一軟件模塊包含各類應(yīng)用程序App，所述第二軟件模塊具備3D渲染功能，可將第一軟件模塊中的App進(jìn)行3D渲染。
[0007]針對上述中的相關(guān)技術(shù)，專利技術(shù)人認(rèn)為目前，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建方法需要面對以下問題：首先，不同于目前主流GPU設(shè)備提供的基于硬件的虛擬化，在GP100系列顯卡無法提供硬件接口實(shí)現(xiàn)GPU設(shè)備的虛擬化前提下，必須通過軟件方式實(shí)現(xiàn)虛擬化。同時(shí)，在圖像渲染時(shí)，GP100系列顯卡沒有提供公平性調(diào)度支持，當(dāng)多個(gè)任務(wù)并發(fā)時(shí)，GP100系列顯卡將會(huì)因?yàn)檫M(jìn)程阻塞而導(dǎo)致部分任務(wù)無法滿足其服務(wù)質(zhì)量的要求，因此在進(jìn)行虛擬化方案的設(shè)計(jì)中，必須考慮到不同虛擬GPU設(shè)備的公平性調(diào)度問題，保證多虛擬GPU設(shè)備在滿足服務(wù)質(zhì)量要求下進(jìn)行公平性調(diào)度。另外，現(xiàn)有開源虛擬化實(shí)現(xiàn)方案無法在飛騰國產(chǎn)處理平臺(tái)上進(jìn)行直接的移植與運(yùn)行，必須以此為參考開發(fā)針對GP100系列顯卡的虛擬化解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)及方法。
[0009]根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，包括宿主機(jī)和虛擬機(jī)；
[0010]所述宿主機(jī)基于國產(chǎn)GPU顯卡模擬虛擬GPU設(shè)備；
[0011]所述虛擬機(jī)基于虛擬GPU設(shè)備進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0012]優(yōu)選的，所述宿主機(jī)包括虛擬機(jī)管理程序；
[0013]在所述虛擬機(jī)管理程序中，啟動(dòng)指令中增加虛擬GPU的配置，并啟動(dòng)虛擬機(jī)；
[0014]所述虛擬機(jī)管理程序接收并解析用戶參數(shù)，注冊掛載虛擬GPU設(shè)備的PCI
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E通道；
[0015]基于用戶配置，所述虛擬機(jī)管理程序注冊虛擬GPU設(shè)備并掛載在PCI
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E通道上。
[0016]優(yōu)選的，所述虛擬機(jī)管理程序初始化虛擬GPU設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶配置填充虛擬GPU設(shè)備相應(yīng)配置，初始化虛擬GPU設(shè)備狀態(tài)。
[0017]優(yōu)選的，所述虛擬機(jī)產(chǎn)生虛擬機(jī)GPU設(shè)備掛載在與PCI
?
E通道對應(yīng)的VirtIO
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PCI總線上。
[0018]優(yōu)選的，所述虛擬機(jī)包括內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊，所述內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)建虛擬機(jī)與虛擬機(jī)管理程序之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。
[0019]優(yōu)選的，所述虛擬GPU設(shè)備包括用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)形緩沖區(qū)；所述內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊基于環(huán)形緩沖區(qū)進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0020]優(yōu)選的，所述虛擬機(jī)管理程序?yàn)槊總€(gè)虛擬GPU設(shè)備分配共享內(nèi)存，每個(gè)虛擬GPU設(shè)備的共享內(nèi)存用于記錄該虛擬GPU設(shè)備所需的服務(wù)質(zhì)量與當(dāng)前該虛擬GPU設(shè)備使用物理GPU
的實(shí)際情況。
[0021]根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建方法，包括如下步驟：
[0022]步驟S1：基于國產(chǎn)GPU顯卡模擬虛擬GPU設(shè)備；
[002本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，包括宿主機(jī)和虛擬機(jī)；所述宿主機(jī)基于國產(chǎn)GPU顯卡模擬虛擬GPU設(shè)備；所述虛擬機(jī)基于虛擬GPU設(shè)備進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述宿主機(jī)包括虛擬機(jī)管理程序；在所述虛擬機(jī)管理程序中，啟動(dòng)指令中增加虛擬GPU的配置，并啟動(dòng)虛擬機(jī)；所述虛擬機(jī)管理程序接收并解析用戶參數(shù)，注冊掛載虛擬GPU設(shè)備的PCI
?
E通道；基于用戶配置，所述虛擬機(jī)管理程序注冊虛擬GPU設(shè)備并掛載在PCI
?
E通道上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬機(jī)管理程序初始化虛擬GPU設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶配置填充虛擬GPU設(shè)備相應(yīng)配置，初始化虛擬GPU設(shè)備狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬機(jī)產(chǎn)生虛擬機(jī)GPU設(shè)備掛載在與PCI
?
E通道對應(yīng)的VirtIO
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PCI總線上。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬機(jī)包括內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊，所述內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)建虛擬機(jī)與虛擬機(jī)管理程序之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于國產(chǎn)GPU顯卡的虛擬化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬GPU設(shè)備包括用...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高毅，姚建國，余學(xué)俊，顧琦琪，
申請(專利權(quán))人：中國船舶重工集團(tuán)公司第七零九研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：