Part1：3D虛擬化技術透析及競爭分析

由於每篇blog字數限制，因此咱們分四章節來介紹這個vGPU專題。這是第一篇。

一：3D虛擬化技術透析及競爭分析

sVGA、vSGA、vDGA、vGPU、GPUPass-through，天哪，太多的縮寫了，我要瘋掉了！

小夥伴們別急，讓咱們一個一個來分析這些所寫的含義。

1名詞解釋

lsVGA：VMware公司技術縮寫，意思是:軟件3D模擬渲染技術；

lvSGA：VMware公司技術縮寫，意思是：虛擬共享圖形加速技術

lvDGA：VMware公司技術縮寫，意思是：虛擬專用圖形加速技術

lGPUPass-through：Citrix公司技術縮寫，意思是：GPU透傳技術

lSharedGPU：Citrix公司技術縮寫，意思是：GPU共享技術；

lvGPU：業內統一術語，意思是：以相似於服務器虛擬化上將CPU虛擬化的技術，將GPU卡虛擬化後，提供給虛擬機使用。

目前，Citrix公司和NVIDIA公司合做，開發出了業界首個vGPU技術！

2不一樣技術的適用場景分析

2.1sVGA的原理：VMware設計的虛擬的WDDM驅動程序（WindowsDisplayDriverModel）1.1版本兼容驅動。原理圖以下：

簡單地說，就是經過軟件模擬出軟件GPU卡的能力，實際上仍是消耗CPU的負荷，只能；目前sVGA技術只能支持到DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技術，利用服務器內存模擬技術最大隻能虛擬512M顯存。

這種技術只適用於改善普通用戶桌面使用體驗。至於渲染技術只支持DirectX9.0和OpenGL2.1有什麼問題，請參見2.5章節的解釋。

2.2vSGA的原理：多個虛擬機均分安裝在物理服務器上的顯卡資源

原理圖以下：

事實上，vSGA的工做原理上是基於API的共享，即用於欺騙應用程序API的虛擬顯卡驅動程序安裝於guestOS中並運行於內核模式。這個vGPUDriverAPI事實上功能分爲前向接口和後向接口兩個功能，他們的功能分別是：

1)FrontEnd（前向接口）功能：

lGPU操做的API攔截，包括：

nparameterspassed傳遞過來的GPU調用參數

nordersemantics傳遞過來的GPU調用語義

l包裝以上的函數調用，並將數據傳給後向接口

l終結虛擬仿真的顯卡驅動的GPU調用，並提供向真實顯卡的互操做和執行結果

2)BackEnd（後向接口）功能：

l負責將前向接口傳來的數據交給真實的GPUdriver進行處理

l解包前向接口傳來的函數調用

l映射內存指針

l執行真實的GPU操做

l返回執行結果

l將執行結果返回前向接口

下圖就是這個API的原理示意圖：

好吧，按照VMware的說法，這種技術是用戶共享GPU處理能力，貌似確實實現了相似vGPU的能力，可是事實如此嗎？

咱們上面分析了vSGA的實際工做原理，瞭解到這種技術其實是欺騙應用程序API的虛擬顯卡驅動程序。那麼結果也就一目瞭然了，作過圖形設計的碼農們應該更清楚：

l「APIRemoting」看似很簡單,但它的處理是極其複雜，須要消耗大量的額外資源來作驅動的模擬仿真、API截獲、API傳遞、API隊列等待、API真實驅動處理、結果回傳等多種複雜的軟件計算過程

l虛擬顯卡驅動的設計須要對所支持的全部GPU的API進行仿真,但行業標準的API規範也在不斷改進和更新，這種設計須要不斷持續的支持.

l另外，還須要面對不一樣的API標準，如:OpenGL,DirectX,CUDA,OpenCL…

就目前該技術的實際應用來看，vSGA和sVGA同樣，也只是支持DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技術，已經夠舊了吧。此外，vSGA支持的最大虛擬顯存聽起來是是512M，事實上虛擬的GPU顯存，其中一半爲GPU提供，一半爲服務器內存模擬，所以，最大隻能使用到256M的真實GPU顯存。

從用戶反饋來看，vSGA對改善部分情形圖形軟件體驗仍是有所幫助的。

至於和Citrix的對比，請參見2.5章節。

2.3vDGA的原理：爲每一個虛擬機分配獨立的安裝在物理服務器上的物理顯卡

這個技術和咱們後文中介紹的來自Citrix的GPUPass-Through技術是相似的，只是我弄不明白，V公司非要弄這麼多簡寫差很少的名詞嗎？

下圖就是vDGA的技術原理圖：

關於這種技術的原理，咱們在Citrix的GPUPass-Through部分也介紹過不少次了，此處再也不詳述它的原理。從功能上二者是高度類似的，畢竟V公司是抄襲Citrix的，想當年，Citrix的GPUPass-Through都發布多久了，vDGA才姍姍來遲。

功能類似，可是易用性就不必定了，去問問VMware，vDGA能把顯卡透傳給上面運行的什麼操做系統平臺上，若是回答者夠老實，他就只能回答你說，只能運行在Windows764-bit平臺。若是你的開發軟件只能跑在XP上怎麼辦？I’msorry.

夠清楚了吧。好了，V公司看到vDGA發佈時間遠晚於CitrixGPUPass-Through，功能也PK不過GPUPass-Through，他們只好說《VMware在性能上目前領先於競爭對手》（百度文庫上能夠找到這個ppt，名字就叫作VMwareGPU虛擬化技術介紹）。對於他們這種作法，就好象一個巨人和一個矮子，明明在外形上矮子已經落敗，他恰恰嘴硬說：「他那麼大個有什麼用，個人力氣比他大」。

哈哈，誰更威武，不是已經一目瞭然了嘛。固然，你有難處，我表示理解。

2.4GPUPass-through的原理：爲每一個虛擬機分配獨立的安裝在物理服務器上的物理顯卡

這部分的原理我就再也不詳述了，基本上Citrix的GPUPass-through技術和VMware的vDGA技術一模一樣，可是在具體的功能上，雙方仍是有明顯差距，Citrix功能更全面，也是被業界證實真正具備生產環境下實施能力的解決方案。

下圖標就是二者技術的功能性對比。

2.5SharedGPU的原理：將GPU卡透傳給Hypervisor之上的XenApp平臺

SharedGPU技術其實是將CitrixGPUPass-Through和CitrixXenApp技術完美結合的產物。

你們都知道CitrixXenApp的原理，我以一張簡圖爲例再次解釋一下：

XenApp的優點在於雖然只在一個操做系統上安裝過一次應用程序，可是這個應用程序卻能夠被多個用戶同時使用，若是GPU資源也能被這麼分享，豈不是完美。這就是SharedGPU的原理。這就實現了多個用戶同時分享一個GPU卡的能力。

咱們看看下面的原理圖：

在上面這張圖中，底層服務器安裝了一塊GPU卡，在硬件平臺之上咱們安裝了Hypervisor層，隨機咱們在此之上安裝了三個XenApp虛擬機（都是WindowsServer操做系統），每一個虛擬機上面都安裝了CitrixVDA客戶端軟件，此外還有供最終用戶使用的應用程序。隨後運行在Hypervisor平臺上的NVIDIA驅動程序直接將GPU資源發佈給虛擬機使用。

請注意我上面使用的一個單詞是：「直接」。爲何這麼說？請注意2.2章節的vSGA是如何作到的？vSGA要消耗大量的額外資源來作驅動的模擬仿真，說到底，真正能使用到多少百分比的GPU資源仍是個未知數。

咱們首先來看看VMwarevSGA和CitrixSharedGPU技術在功能上的對比：

是騾子是馬，拉出來溜溜就知道孰強孰弱了。咱們還有必要就上面的DirectX和OpenGL技術作一個解釋，在介紹2.1的sVGA和2.2的vSGA技術時咱們都提到了這兩種技術都是隻支持DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技術，那麼這有什麼意義嗎？咱們來看看DirectX和OpenGL是幹什麼用的。

1)DirectX

lDirectX是DirecteXtension的簡寫，能夠進一步簡寫成DX。爲微軟公司開發的多媒體編程接口，目前只支持Windows平臺。

lDirectX發展到如今已經有11代產品了，目前最經常使用的有兩個DirectX11.1和Direct9.0c。前者是Windows7/8的標準配置，後者是WindowsXP的標準。對於不少新遊戲而言都以DirectX11爲接口。

2)OpenGL

lOpenGL是由開源社區提供的免費開源的多媒體編程接口，全稱是OpenGraphicsLibrary。OpenGL功能很是強大，可是使用起來也是至關的複雜，開源社區爲任何操做系統提供OpenGL支持，因此適用範圍也是至關的廣。不少遊戲開發採用OpenGL做爲渲染方式，這樣能夠方便的向Linux和OSX等平臺移植。

l在非Windows平臺下，目前僅能使用OpenGL進行加速，而在Windows平臺下視頻功能能夠由DirectX或者OpenGL完成。因爲開發商的選擇不一樣，一般的硬件都是支持者兩種加速方式的。客觀的來講在超高端硬件上對OpenGL的支持更好。

好吧，看完DirectX和OpenGL的解釋後你應該知道2.1的sVGA和2.2的vSGA技術有多弱了吧。

VMware自吹vSGA技術能夠支持多少種3D設計軟件，還有一個辦法戳破他們的謊話就是去Nvidia主頁上看看有多少種應用程序是在vSGA技術下獲得認證的，我這裏有個圖能夠分享一下：

OK，真相大白，咱們繼續。

2.6vGPU技術出場：將GPU卡資源切片分給Hypervisor之上運行的VM

概念不作解釋了，理解什麼是vCPU就知道什麼是vGPU。

正如第一節的名詞解釋所述，vGPU不是哪家公司的專有名字，而是業內通用術語。在去年NVIDIA公司宣佈與Citrix公司合做後，最先現身的時間點是今年5月份在CitrixSynergy2013大會上，CitrixCEOMarkB.Templeton演示了NVIDIA的vGPU技術如何和CitrixXenDesktop產品結合，其流暢的渲染技術得到了滿堂喝彩。此後NVIDIACEO黃仁勳也登臺介紹了NVIDIA的GRID圖形虛擬化處理平臺以及vGPU技術。

在此次會議上，雙方宣佈思傑與NVIDIA將會在今年下半年推出業界首個爲主機共享應用提供直接GPU共享的方案，並配合支持最新的OpenGL標準，此外還爲開發提供遠程性能的新代碼。

有興趣的朋友能夠看看下面幾個視頻：

http://v.youku.com/v_show/id_XNjEyMTA2OTUy.html

Citrix營銷副總裁-KrishnaSubramanian說明CitrixXenServer如何透過NVIDIAGRIDVGPU提供最棒的服務。

也能夠從NVIDIA主頁上找到相關信息：

http://www.nvidia.cn/object/xendesktop-vgpu-cn.html

回到正題，在本月1日，哈，也就是咱們的國慶節，Citrix發佈了第一個技術預覽版的vGPU解決方案，也是目前全球第一個真正實現該技術的商業化產品。你們能夠訪問下面的網址獲取第一手的信息：

CitrixVirtualGPUSolutionTechPreview

此次發佈的ReleaseNotes請參見下面的連接地址：

vGPUTechPreviewReleaseNotes

讓咱們也來看看它的原理圖吧：

看到了嗎？這纔是真正的vGPU技術，虛擬機經過NVIDIADriver直接訪問切片後的GPU資源，而不是像vSGA技術那樣，經過欺騙應用程序API的虛擬顯卡驅動程序來調用GPU，後者白白消耗掉大量的計算能力。

從圖中咱們能夠看出，vGPU技術是須要Hypervisor層面支持的，目前就只有XenServer支持。vSphere？好像還要等很多時間吧。

3競爭分析

那到底我用那個技術好呢？VMware也說好，Citrix也說好？怎麼辦？

在2.4章節介紹CitrixGPU透傳技術和2.5章節介紹SharedGPU技術時咱們都分別針對這兩項技術和VMware的對應方案做了onebyone的對比。有須要能夠往上翻頁看看細則。如今咱們來一個大餐，看一個放大的圖，把全部的技術中放在一塊兒，看看各有什麼優缺點。

你若是看不清楚，能夠訪問個人ShareFile雲盤空間直接下載這個jpg文件：

https://citrix.sharefile.com/d/s49dcfead9f74e168

從上面的具體分析能夠看出如下幾點：

1.Citrix是真正的跨平臺技術，不管是那種3D解決方案，不但支持本身的XenServer，也支持VMware的Hypervisor平臺；

2.就目前的技術來看，即便沒有剛發佈的vGPU技術，Citrix在GPU共享領域的能力都要遠勝於VMware的技術；

3.Citrix的3D虛擬化技術不管是在操做系統支持層面仍是顯存支持，又或者是在對渲染技術的支持版本上，要遠優於VMware的解決方案；

4.在實施能力上，Citrix的PVS技術能幫助用戶批量實施，而不用像VMware那樣只有預覽技術而沒有實施能力；

5.如今有了真正的vGPU技術，將會給設計行業的客戶帶來更多更好的選擇！