麒麟軟件虛拟 GPU 優化方案使雲端高性能辦公逐步成為現實

2019年12月，中國電子旗下天津麒麟和中标軟件強強整合，打造中國操作系統新旗艦，作為操作系統的國家隊，麒麟軟件不忘打造中國操作系統核心力量的初心，國産操作系統是網信生态的根基，處于整個生态産業鍊的核心位置。作為國産操作系統的領頭雁，麒麟軟件在開拓國産生态的道路上，與夥伴緊密協同，打造開放共赢的生态體系。

  在當前GPU大廠不開源核外包、不支持國産CPU架構的背景下，VirtIO-GPU給開源社區帶了新的曙光，在多種優化手段後，銀河麒麟操作系統虛拟機中的3D渲染性能在國産CPU平台飛騰、鲲鵬、海光、龍芯上均有大幅提升，這使得雲端高性能辦公正在逐步成為現實。

  目前成熟的GPU虛拟化方案主要有：軟件模拟GPU、GPU分片虛拟化、API轉發等。麒麟軟件虛拟GPU優化方案采用API轉發方案的VirtIO-GPU虛拟化技術，VirtIO-GPU在有後端GPU硬件渲染情況下，客戶機系統中圖形3D性能大幅提升，在網頁浏覽、視頻播放、文件辦公等場景大幅提升了使用體驗，大幅降低CPU使用率。目前已經從未優化的5%左右效率穩定提升到優化後的60%以上。 在Unigine Valley測試中，深度優化性能相比初步優化時(有GPU後端渲染)的2.5%提升至81%。

  Glmark2測試性能效率提升到60%以上

  采用VirtIO-GPU虛拟化技術的雲桌面場景中運行大型3D遊戲、高清視頻編解碼等變成現實，且能夠兼顧1：N的靈活性和隔離性。優化後的場景可在不降低客戶圖形顯示加速性能的前提下，租戶數量提升一倍，大幅降低了客戶成本。

  多虛拟機共享後端GPU時租戶數量提升一倍

  方案介紹

  圖：VirtIO-GPU 雲桌面技術棧框架

  在開源技術基礎上，麒麟軟件研發團隊引入零拷貝技術和新的虛拟機顯示器刷新加速模塊，并且在命令轉發、狀态同步邏輯等進行了深度優化。

  圖形資源支持零拷貝

  目前對于同一資源，虛拟機側的VirtIO-GPU前端驅動與宿主機側的後端設備均有各自的副本，為了保持二者之間的數據同步，因而需要頻繁且大規模的内存複制。通過引入零拷貝技術，VirtIO-GPU前端驅動和後端設備可共享同一資源實例，從而避免了内存複制，大大降低了VirtIO-GPU渲染指令的路徑延時，提高了渲染效率，并在一定程度上減少了對CPU資源的占用。

  前後端更加高效的狀态同步

  對VirtIO-GPU設備與物理GPU之間的命令轉發、狀态同步邏輯進行了深度優化。經測試，在極端情況下，二者之間的狀态同步延遲時間比之前降低約100倍，這極大的縮短了VirtIO-GPU渲染指令的執行時間，提高了響應速度。

  顯示畫面的刷新更加實時

  引入了新的虛拟機顯示器刷新加速模塊，可支持将VirtIO-GPU等虛拟顯卡的輸出畫面更加及時的刷新到各種虛拟顯示器中，因而具有更好的實時性，可有效減少用戶側圖像畫面的延遲。