浅谈GPU虚拟化技术：GPU图形渲染虚拟化

2018-07-11 15:21:25无论是AMD的GPU SRIOV还是Nvidia的M60等直通设备虚拟化，亦或者是GVT-g这样的分片虚拟化，在处理图形渲染为主的虚拟化方案都会定位于VDI客户。

VDI的用户体验问题

无论是AMD的GPU SRIOV还是Nvidia的M60等直通设备虚拟化，亦或者是GVT-g这样的分片虚拟化，在处理图形渲染为主的虚拟化方案都会定位于VDI客户。但都会面临一个问题：图形渲染的远程显示。而这些虚拟机以windows guest为主。如何解决远程显示的问题(既以前提到的remote display的问题)，在很大程度上决定着用户体验和用户粘性。

然而即便是现在云计算服务非常成熟的情况下，依然没有一款通用的，适合大多数场景的解决方案。

那么VDI用户体验的问题主要体现在哪里呢?

支持GPU图形渲染的虚拟机，通过KVM SPICE 你很有可能看到的是黑屏。

要发挥图形渲染的能力，你将要在虚拟机内部安装额外的软件来支持远程显示的问题

在绝大多数传统客户都已经非常熟悉KVM SPICE VNC这个方式远程连接客户机的情况下，在支持图形渲染的虚拟机，竟然无一例外的提供一个黑屏给客户。这使得客户在虚拟机启动过程中一旦加载SeaBIOS结束后，将无法操作客户机，因为你看不到屏幕显示。

更让人无语的是问题2的解决，你需要在客户机内部安装一些支持远程连接的协议。由于问题1的存在，你将看不到屏幕。你没办法安装软件!!!是不是开始觉得头疼了?

所以很多时候用户(公用云服务厂商都会有解决方法去避免这种情况的发生)，在自己搭建VDI环境的时候，是先把GPU虚拟化功能禁止。然后在虚拟机内部安装自己想要的远程连接工具，并配置成自启动方式。然后才能开启GPU虚拟化功能。

如此用户体验已经被诟病多年，而各方貌似也没有要去解决它的意愿。所以只能使用第三方远程显示协议来弥补了。为什么没有人去解决?因为就算解决了你也未必会为此付费。

选几个用的比较多的方法和Display Remote Protocol远程显示的效果。

远程桌面连接(RDP)

在不带vGPU的虚拟机上，QEMU会自带一个全模拟的VGA设备(cirrus or qxl)，这些设备与KVM的SPICE配合默契，可以通过VNC查看虚拟机桌面。但是一旦安装了vGPU的驱动，由于显示被vGPU驱动接管，那么用户往往在这个VNC看到的是黑屏。用户体验相当差。

这个时候用户需要通过windows自带的远程桌面连接(RDP)来连接虚拟机。这在一定程度上解决了客户需求。然而RDP并不能解决所有问题。RDP在对2D的支持上不错，但在需要用到overlay的情况下windows RDP就没有办法显示。另外在全屏模式下的3D显示有会有问题。

当然优点是windows guest自带。但你至少需要登陆一次虚拟机并打开远程协助共享功能。

为数不多的开源vnc软件，可以远程显示2D，3D渲染结果，体验也不错。但是需要客户在Window guest内部安装一个tightvnc server。不能像RDP一样原生支持。

X11vnc是用于Linux客户端的一个远程桌面协议。支持3D，2D。目前为止是用于Linux***一个还不错的开源免费软件。

用户痛点的解决：

图形工作站：

阿里云图形工作站

由于上述问题的存在，很多虚拟化大厂都开始研发远程连接协议。商用协议比如Citrix的HDX，HP的RGS等等。这些协议被公有云产品包装起来提供VDI完整显示支持而不需要让客户去考虑如何远程显示的问题，提升了用户体验。

比如最近阿里云提供的云图站的功能就是一个很好的例子。做了用户所有不愿意接触的技术细节，只提供用户最关心的业务。请查看阿里云图形工作站介绍。

阿里云图形工作站采用的是Citrix HDX协议。通过CitrixReceiver远程显示，效果如下

XenApp and XenDesktop

在传统VDI的基础上，Citrix很早就开始了远程协助的另类服务：XenApp与XenDesktop。XenApp/XenDesktop不再以虚拟机为服务对象，而是把远程运行链接APP或者Desktop作为服务对象。

并把远程APP在Citrix HDX协议的基础上派发给客户端。用户按需使用XenAPP上面部署的App而无须关注背后的虚拟机及其 服务器 。XenApp等服务在混合云及私有云范围内应用广泛。IT服务部门在对大规模应用程序作集中部署和应用更新。交付的时候只需要在XenAPP服务器端注册添加服务就可以。而同一个公司的成千上万的客户通过瘦客户机或者web页面来访问该更新应用。

并且收费模式也以按需收费为主。

XenApp的App部署和交付并非简单的VDI重定向，而是在系统层面做了极大的应用优化：比如memory，CPU，GPU渲染等等。作为一个商用产品Citrix各方面的宣传中对技术细节语焉不详。我们也无从得知更多的信息。

看一个例子：

AWS AppStream

AppStream是与XenApp/XenDesktop同类型的应用。如果XenApp是在私有云上面应用广泛的化，那么AppStream其在AWS上面部署，提供的是公用云上的服务。

AppStream采用了AWS自己开发的STX协议，STX协议以低延时高压缩比的H264作为基础。其协议针对公用云网络环境，在720p的显示分辨率的情况下带宽可以缩小到500kbps以下。

容器化的GPU图形渲染

不好意思，目前没有看到这样的产品与技术。只有NGC这样的GPU容器化的计算服务。

仿真机是什么？

利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。 又称模拟。 当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。 仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。 仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。 分类仿真可以按不同原则分类：①按所用模型的类型(物理模型、数学模型、物理-数学模型)分为物理仿真、计算机仿真(数学仿真)、半实物仿真。 ②按所用计算机的类型(模拟计算机、数字计算机、混合计算机)分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真。 ③按仿真对象中的信号流(连续的、离散的)分为连续系统仿真和离散系统仿真。 ④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真(仿真时间标尺等于自然时间标尺)、超实时仿真(仿真时间标尺小于自然时间标尺)和亚实时仿真(仿真时间标尺大于自然时间标尺)。 ⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。 仿真工具主要指的是仿真硬件和仿真软件。 仿真硬件中最主要的是计算机。 模拟计算机的人机交互性好，适合于实时仿真。 改变时间比例尺还可实现超实时的仿真。 数字计算机已成为现代仿真的主要工具。 混合计算机把模拟计算机和数字计算机联合在一起工作，充分发挥模拟计算机的高速度和数字计算机的高精度、逻辑运算和存储能力强的优点。 但这种系统造价较高，只宜在一些要求严格的系统仿真中使用。 除计算机外，仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器，如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。 仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。 除进一步发展交互式仿真语言和功能更强的仿真软件系统外，另一个重要的趋势是将仿真技术和人工智能结合起来，产生具有专家系统功能的仿真软件。 仿真技术通过对模型进行调试和计算，并利用测试和计算的结果研究、改进模型的一定方法和技术。 它是模型化方法的继续。 仿真技术是随着时间数值的增加，一步一步地求解系统动态模型方程的方法。 仿真过程中，任何一步计算所得的即时值，都表示在指定时间内已被模型化了的系统状态。 这样，在全部时间内就可以通过对系统的动态模型性能的观测来求得问题的解。 系统仿真技术广泛应用于航空、空间、核能及工业过程控制等许多领域，以进行系统分析、系统设计、分系统测试、系统功能实验及操作训练，近年来又被广泛推广应用于社会、经济、生物等非工程领域，用以进行系统的预测及运筹控制的研究。 应用和效益仿真技术得以发展的主要原因，是它所带来的巨大社会经济效益。 50年代和60年代仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。 在航空工业方面，采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩短20%。 采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少80%。 在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障，一年即可收回建造仿真系统的成本。 现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域，而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域，如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。 对于社会经济等系统，很难在真实的系统上进行实验。 因此，利用仿真技术来研究这些系统就具有更为重要的意义

我用虚拟机安装苹果系统10.7系统，但是提示系统不支持虚拟化技术，很多人多打开VT，但是BIOS没找到这个东西!

那就是说明你的CPU不支持VT，也就不能安装了

云应用是什么意思？跟应用虚拟化有什么区别呀？

云应用跟应用虚拟化是一个概念，都是将办公软件统一话，进行更快捷，更方便的方法来进行维护服务器。 你可以去象过河云计算研究中心网站上看看。