虚拟化桌面3D虚拟化 GPU技术详解

VDI 桌面3D虚拟化技术详解

目录

一.3D虚拟化技术透析及竞争分析 (2)

1名词解释 (2)

2不同技术的适用场景分析 (2)

2.1sVGA的原理：VMware设计的虚拟的WDDM驱动程序 (3)

2.2vSGA的原理：多个虚拟机均分安装在物理服务器上的显卡资源 (3)

2.3vDGA的原理：为每个虚拟机分配独立的安装在物理服务器上的物理显卡 (6)

2.4GPUPass-through的原理：为每个虚拟机分配独立的安装在物理服务器上的物理

显卡 (8)

2.5SharedGPU的原理：将GPU卡透传给Hypervisor之上的XenApp平台 (8)

2.6vGPU技术出场：将GPU卡资源切片分给Hypervisor之上运行的VM (12)

3竞争分析 (14)

二、vGPU技术详解及配置要求 (16)

1vGPU的实现条件 (16)

1.1 Citrix组件包括如下： (16)

1.2NVidia组件包括如下： (17)

1.3硬件使用需求： (18)

GRIDK1 (18)

GRIDK (18)

1.4操作系统支持： (19)

2 vGPU相关文档 (19)

3 NVidiaKeplerGRID卡支持的vGPU数量和适用场景 (19)

4 vGPU配置步骤 (21)

5 vGPU配置注意事项 (22)

三、Citrix3D解决方案一览 (22)

1客户群体分类 (23)

2不同使用者对应3D处理技术 (24)

2.1图形工作站级别用户 (25)

2.2中度图形用户对应的3D虚拟化技术 (28)

2.3知识型用户对应的3D虚拟化技术 (30)

四、Citrix3D技术StepbyStep配置指导手册 (31)

一.3D虚拟化技术透析及竞争分析

sVGA、vSGA、vDGA、vGPU、GPUPass-through，的含义。

1名词解释

●sVGA：VMware公司技术缩写，意思是:软件3D模拟渲染技术；

●vSGA：VMware公司技术缩写，意思是：虚拟共享图形加速技术

●vDGA：VMware公司技术缩写，意思是：虚拟专用图形加速技术

●GPUPass-through：Citrix公司技术缩写，意思是：GPU透传技术

●SharedGPU：Citrix公司技术缩写，意思是：GPU共享技术；

●vGPU：业内统一术语，意思是：以类似于服务器虚拟化上将CPU虚拟化的技

术，将GPU卡虚拟化后，提供给虚拟机使用。

目前，Citrix公司和NVIDIA公司合作，开发出了业界首个vGPU技术！

2不同技术的适用场景分析

2.1sVGA的原理：VMware设计的虚拟的WDDM驱动程序（WindowsDisplayDriverModel）1.1版本兼容驱动。原理图如下：

简单地说，就是通过软件模拟出软件GPU卡的能力，实际上还是消耗CPU的负荷，只能；目前sVGA技术只能支持到DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技术，利用服务器内存模拟技术最大只能虚拟512M显存。

这种技术只适用于改善普通用户桌面使用体验。至于渲染技术只支持DirectX9.0和OpenGL2.1有什么问题，请参见2.5章节的解释。

2.2vSGA的原理：多个虚拟机均分安装在物理服务器上的显卡资源

原理图如下：

事实上，vSGA的工作原理上是基于API的共享，即用于欺骗应用程序API的虚拟显卡驱动程序安装于guestOS中并运行于内核模式。这个vGPUDriverAPI事实上功能分为前向接口和后向接口两个功能，他们的功能分别是：

1)FrontEnd（前向接口）功能：

●GPU操作的API拦截，包括：

⏹parameterspassed传递过来的GPU调用参数

⏹ordersemantics传递过来的GPU调用语义

●包装以上的函数调用，并将数据传给后向接口

●终结虚拟仿真的显卡驱动的GPU调用，并提供向真实显卡的互操作和执行结

果

2)BackEnd（后向接口）功能：

●负责将前向接口传来的数据交给真实的GPUdriver进行处理

●解包前向接口传来的函数调用

●映射内存指针

●执行真实的GPU操作

●返回执行结果

●将执行结果返回前向接口

下图就是这个API的原理示意图：

好吧，按照VMware的说法，这种技术是用户共享GPU处理能力，貌似确实实现了类似vGPU的能力，但是事实如此吗？

我们上面分析了vSGA的实际工作原理，了解到这种技术实际上是欺骗应用程序API的虚拟显卡驱动程序。那么结果也就一目了然了，做过图形设计的码农们应该更清楚：

●“APIRemoting”看似很简单,但它的处理是极其复杂，需要消耗大量的额外资源

来做驱动的模拟仿真、API截获、API传递、API队列等待、API真实驱动处理、

结果回传等多种复杂的软件计算过程

●虚拟显卡驱动的设计需要对所支持的所有GPU的API进行仿真,但行业标准的

API规范也在不断改进和更新，这种设计需要不断持续的支持.

●另外，还需要面对不同的API标准，如:OpenGL,DirectX,CUDA,OpenCL…

就目前该技术的实际应用来看，vSGA和sVGA一样，也只是支持DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技术，已经够旧了吧。此外，vSGA支持的最大虚拟显存听起来是是512M，事实上虚拟的GPU显存，其中一半为GPU提供，一半为服务器内存模拟，因此，最大只能使用到256M 的真实GPU显存。

从用户反馈来看，vSGA对改善部分情形图形软件体验还是有所帮助的。

至于和Citrix的对比，请参见2.5章节。

2.3vDGA的原理：为每个虚拟机分配独立的安装在物理服务器上的物理显卡

这个技术和我们后文中介绍的来自Citrix的GPUPass-Through技术是类似的，只是我弄不明白，V公司非要弄这么多简写差不多的名词吗？

下图就是vDGA的技术原理图：