[发明专利]基于国产GPU显卡的虚拟化构建系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于国产GPU显卡的虚拟化构建系统及方法，包括宿主机和虚拟机；所述宿主机基于国产GPU显卡模拟虚拟GPU设备；所述虚拟机基于虚拟GPU设备进行指令和数据的转发。本发明将针对国产显卡进行适配、实现基于国产显卡的GPU虚拟化公平调度方案，在保证虚拟化GPU应该具有的资源隔离、分配等关键功能前提下，保障GPU资源的公平调度，提升云计算平台的公共显示效率，减少国产图形处理器显示虚拟化资源的开销。

技术领域

本发明涉及虚拟化构建的技术领域，具体地，涉及一种基于国产GPU显卡的虚拟化构建系统及方法。尤其是，优选的涉及一种基于国产GPU显卡的虚拟化构建与QoS控制方法。

背景技术

随着国内GPU显卡技术和国产处理器的不断成熟，国产GP100系列显卡目前正被越来越多的国产处理器所使用，申威处理器架构、飞腾处理器架构都可以使用GP100系列显卡，将其用于图形加速、视频解码。在国内研究机构自主研发的前提下，国产显卡组合国产CPU处理器，可以搭建全部基于国产硬件构成的计算机系统。GP100系列显卡作为配备了国产GPU芯片的显卡，可以支持HDMI、DVI、VGA等通用显示接口，支持2D、3D图形加速和OpenGLES2.0，支持4K分辨率、视频解码和硬件图层处理等功能，可以广泛应用于军民两用电子设备、工业控制、电子信息等领域。在使用GP100系列显卡的基础上，可以根据国内组织机构的特殊需求对显卡功能和特性进行相应的调整和需求，相较于购买国外厂商提供的闭源硬件，GP100系列显卡具有更好的灵活性。GPU英文全称为graphics processing unit，中文译文为图形处理器。HDMI英文全称为High Definition Multimedia Interface，中文译文为高清多媒体接口。DVI的英文全称为Digital Visual Interface，中文译文为数字视频接口。VGA的英文全称为Video Graphics Array，中文译文为视频图形阵列。OpenGL英文全称为Open Graphics Library，中文译文为开放图形库。

然而，国产GPU设备在研发仍处于起步阶段，基于国产GPU设备的开发仍在不断进行中。GP100系列作为一个起步阶段的成果，在没有国外关于GPU的技术支持条件下，其内部架构的优化和功能的支持仍需要投入大量精力。目前，在已成功流片的国产GPU上，受限于硬件电路结构的设计，GP100系列显卡在软件上可提供的功能支持是有限的。同时，由于GP100系列是我国自主研发的GPU显卡，在架构设计上可能与目前成熟的GPU显卡存在显著差异，从而导致许多针对特殊应用场景和需求开发的软件无法成功移植到配置有GP100系列显卡的机器上。以GPU虚拟化显示为例，由于GP100系列显卡内部不支持资源的分离，无法像支持SR-IOV的硬件设备一样将单个物理GPU虚拟成多个具有相同功能的虚拟GPU，以供用户访问，因此在国产GPU设备下很难提供基于硬件的虚拟化支持。在这样的情况下，提供GPU虚拟化显示则需要通过软件模拟的方式来实现，需要允许软件提供GPU虚拟支持，让一个GP100系列显卡支持多个虚拟机的显示，并通过合理的调度方式让不同虚拟显卡的调度尽可能公平。

在基于国产GPU显卡的虚拟化构建方案中，比较关键的技术有如下几个：(1)GPU关键资源映射技术；(2)GPU多通道显示技术；(3)基于服务质量的GPU资源公平调度技术。

在GPU显卡的虚拟化构建中，首先需要通过软件方式模拟GPU显卡，为虚拟机提供虚拟GPU设备。其最终目的是将GPU设备模拟为多个单独的GPU设备，分配一定量的物理资源，让虚拟机通过调用虚拟设备的方式间接调用实际物理设备。此外，单个虚拟GPU可以具有独立的配置，完成物理设备的部分抽象。与此同时，一个物理GPU设备将可以虚拟化出多个虚拟GPU设备，为不同的虚拟机提供不同的服务。多虚拟设备的模拟则需要考虑GPU设备的多通道显示和GPU资源的公平调度，需要为每个虚拟机构建一个独立的通信通道，保证虚拟机之间数据和上下文的独立性，在运行多个虚拟机的情况下，也需要保证每个虚拟GPU设备的性能满足服务质量要求，并通过满足公平性的方式来实现虚拟GPU调度。