[发明专利]一种云桌面GPU直通虚拟化重定向管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种云桌面GPU直通虚拟化重定向管理系统及方法，在GPU直通云桌面虚拟机内增加vGPU代理，获取虚拟机内的云桌面的vGPU的图形图像信息，调用物理GPU的硬件编码功能压缩为H264视频流，将该视频流通过VMM传输至终端，终端获取到视频流信息后进行渲染输出，终端通过基于SPICE协议的方式连接到VMM后，启动GPU直通云桌面虚拟机时首先通过QEMU‑KVM原有图形显示方式获取图形图像信息并显示到终端。通过上述方式，本发明能够实现常规QEMU‑KVM显示模式与GPU直通显示模式无缝切换，实现了终端访问方式的统一，便于云桌面交互访问控制；在三维计算、高性能计算等GPU应用基础上，满足了2D/3D软件对硬件渲染加速功能的述求，适配了常规图形图像设计软件的功能需求。

技术领域

本发明涉及云计算领域，特别是涉及一种云桌面GPU直通虚拟化重定向管理系统及方法。

背景技术

在虚拟化云桌面中图形渲染所使用的纯虚拟显卡主要用于常规图形显示，涉及到三维设计等软件使用时，直接通过物理GPU来提高图形处理性能。用于直通的物理机GPU根据是否共享使用，分为整体GPU直通及基于SR-IOV的GPU直通。所谓直通就是不通过虚拟机而是直接使用物理GPU。

SR-IOV即Single-Root I/O Virtualization，这种虚拟化技术（通过PCI-SpecialInterest Group或PCI-SIG创建）在单根复杂实例中提供设备虚拟化。

通过SR-IOV，一个PCIe设备不仅可以导出多个PCI物理功能，还可以导出共享该I/O设备上的资源的一组虚拟功能。在该模型中，不需要任何透传，因为虚拟化在主机设备上发生，从而允许管理程序简单地将虚拟功能映射到云桌面虚拟机上以实现本机设备功能、性能和隔离安全。

SR-IOV规范的目标为每个云桌面虚拟机的直通设备提供独立内存空间、中断和Direct Memory Access（DMA）流。SR-IOV架构的设计允许一个I/O设备支持多个虚拟功能，同时将每个功能的硬件成本降至最低。

使用SR-IOV为物理GPU创建可在多个虚拟机中共享的虚拟GPU（vGPU）,使得物理GPU与用户之间的关系不再是一对一，而是一对多。

直通至云桌面虚拟机内的GPU设备即可作为操作系统（如Windows）使用的显卡，可用于图形渲染以及高性能计算等功能。

现有基于QEMU-KVM的虚拟化云桌面GPU直通方案中，物理机上的GPU通过整体或SR-IOV方式映射入云桌面虚拟机，在云桌面虚拟机启动后，远程终端是通过远程桌面协议（Remote Desktop Protocol，RDP）访问云桌面。

云桌面虚拟机内的操作系统（如Windows）根据不同型号的vGPU安装其对应驱动后，各类软件应用即可使用该GPU提供的硬件功能，比如硬件编解码、高性能计算等。但存在三个缺点：一，远程访问GPU直通云桌面虚拟机时无法使用2D/3D硬件渲染加速。通过远程桌面协议访问带GPU直通的云桌面时，仅能使用该GPU的硬件编码、解码、高性能计算等功能，无法对2D/3D渲染进行硬件加速。因此一部分2D/3D设计软件在使用时存在一定的限制，比如3DMark甚至无法正常运行；二，GPU直通云桌面无法通过VMM（虚拟机管理器， virtualmachine monitor）进行访问使用控制。由于远程桌面协议是通过云桌面虚拟机的IP地址进行访问，无法在虚拟化管理层对其访问与使用进行控制；三，GPU直通虚拟机无网络连接时用户无法访问；因为通过远程桌面协议访问，在云桌面虚拟机内的操作系统成功启动及网络成功启动前无法访问，因此对云桌面虚拟机的重启、安装等操作用户体验不佳。

VMM：虚拟机管理器，全称是virtual machine monitor。

VM：虚拟机，全称是virtual machine。