CN104239121B - 显卡重定向系统和利用该系统实现图形显示的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种显卡重定向系统和利用该系统实现图形显示的方法，涉及虚拟机图形显示技术领域。该系统包括，服务器端和客户终端；所述服务器端安装有虚拟机和模拟显卡，所述虚拟机中安装有第一显卡驱动；所述客户终端安装有真实显卡、显示屏和第二显卡驱动；通过模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据并将其转发到真实显卡；所述真实显卡执行所述图形显示数据，并在所述客户终端显示图形的方法，使所有运行在服务器端的虚拟机进行的图形图像渲染、计算压力全部分流到虚拟机对应的终端设备的真实显卡上，计算任务全由各个终端上的真实显卡完成，合理利用了性能冗余的终端显卡资源，降低了服务器端虚拟机CPU的计算压力，提高了CPU的效率。

Description

显卡重定向系统和利用该系统实现图形显示的方法

技术领域

本发明涉及虚拟机图形显示技术领域，尤其涉及一种显卡重定向系统和利用该系统实现图形显示的方法。

背景技术

显卡作为计算机的重要硬件，承担输出显示图形的任务。无论是在真物理环境还是在虚拟环境里，图形显示如果处理不好，将影响计算机整体性能的提高。

目前，在桌面云领域，图形显示主要采用两类显卡：一是模拟显卡，安装模拟驱动，由于GPU无法模拟，因此，所有虚拟机的图形指令全部由服务器的CPU进行计算和处理，计算和处理完毕后，再将输出结果转发到虚拟机对应的客户终端。客户终端的显卡无需进行任何图形指令的计算和处理，直接将从服务器端接收到的计算结果显示到显示屏上即可；二是在服务器端配置高端显卡，显示图形主要是将该高端显卡划分成几块，每块被分配给一台虚拟机独占使用，处理对应的虚拟机的图形指令，然后将计算结果转发到虚拟机对应的客户终端。由于该高端显卡承担了虚拟机的图形显示任务，所以减轻了服务器CPU的图形计算和处理的压力。

但是，使用模拟显卡，由于所有虚拟机的图形显示相关的计算压力几乎都积压在服务器端，所以服务器端的CPU耗用严重，效率低下；而一块高端显卡能够支撑的虚拟机数量非常有限，且价格高昂，无法实现商用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显卡重定向系统和利用该系统实现图形显示的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种显卡重定向的系统，包括，

服务器端和客户终端；

所述服务器端安装有虚拟机和模拟显卡，所述虚拟机中安装有第一显卡驱动；所述客户终端安装有真实显卡、显示屏和第二显卡驱动；

所述第一显卡驱动为所述真实显卡的真实驱动；

所述第一显卡驱动用于驱动所述模拟显卡截获所述虚拟机的图形显示数据，并将所述图形显示数据转发到所述客户终端；还用于驱动所述客户终端的所述真实显卡处理所述图形显示数据；

所述第二显卡驱动用于驱动所述真实显卡接收所述模拟显卡发送的所述图形显示数据；所述第二显卡驱动的内存管理自成体系，独立分配和维护；

所述显示屏用于显示所述真实显卡处理所述图形显示数据后得到的结果。

利用上述显卡重定向的系统实现图形显示的方法，包括如下步骤：

S1，模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据；

S2，所述模拟显卡将截获的所述虚拟机发送的图形显示数据转发到客户终端的所述真实显卡；

S3，所述真实显卡接收所述图形显示数据，并处理所述图形显示数据，在所述客户终端显示图形。

进一步地，步骤S1之前，还包括，用户从客户终端登录服务器端的虚拟机，在虚拟机中进行图形显示的操作。

具体地，步骤S1中，所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，采用如下方法：VCPU将所述图形显示数据主动写入所述模拟显卡的控制寄存器。

具体地，所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，采用如下方法：所述模拟显卡将所述图形显示数据主动从所述虚拟机的内存拷贝出来；采用该方法的所述图形显示数据称为DMA数据。

其中，所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，具体为，所述模拟显卡由模拟GTT映射表寻址，将所述DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来；所述模拟GTT映射表是模拟显存上划分出来的一部分，所述模拟GTT映射表在所述服务器端保存和维护；所述模拟GTT映射表所述只用于所述虚拟机内存的寻址，不能转发到所述客户终端；所述模拟显存为所述模拟显卡的组件。

其中，所述将所述DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来，具体包括如下步骤，

S11，所述第一显卡驱动通过写DMA写控制寄存器发起DMA数据写指令；

S12，所述模拟显卡监控所述DMA写控制寄存器，当监控到所述DMA数据写指令后，所述模拟显卡截获所述DMA数据写指令，将DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来。

其中，步骤S2，具体包括如下步骤，

S21，所述客户终端的所述第二显卡驱动为DMA数据申请缓存，并将DMA数据存储在缓存中；

S22，所述真实显卡接收第二显卡驱动发出的DMA写指令，所述真实显卡的组件DMA控制器通过硬件逻辑将DMA数据提取到所述真实显卡里。

其中，步骤S22中，所述提取到所述真实显卡里，具体为，提取到所述真实显卡的寄存器或显存里。

其中，步骤S3中，所述真实显卡处理所述图形显示数据，具体为，真实显卡的GPU处理所述图形显示数据。

本发明的有益效果是：通过在服务器端安装模拟显卡和与客户终端的真实显卡匹配的原厂商提供的真实显卡驱动，使模拟显卡截获虚拟机发送的所有图形显示数据，并将其转发到客户终端的真实显卡，写入真实显卡的寄存器或显存中，再利用真实显卡处理图形显示数据，最后在客户终端的显示屏上显示出来。采用这样的技术方案，可以使所有运行在服务器端的虚拟机进行的图形图像渲染、计算压力全部分流到虚拟机对应的终端设备的真实显卡上，计算任务全由各个终端上的真实显卡完成，合理利用了性能冗余的终端显卡资源，降低了服务器端虚拟机CPU的计算压力，提高了CPU的效率；同时，没有高昂的费用，可以实现商用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的显卡重定向的系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的利用显卡重定向的系统实现图形显示的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明实施例提供了一种显卡重定向的系统，可以包括，

服务器端和客户终端；

所述服务器端安装有虚拟机和模拟显卡，所述虚拟机中安装有第一显卡驱动；所述客户终端安装有真实显卡、显示屏和第二显卡驱动；

所述第一显卡驱动为所述真实显卡的真实驱动；

所述第一显卡驱动用于驱动所述模拟显卡截获所述虚拟机的图形显示数据，并将所述图形显示数据转发到所述客户终端；还用于驱动所述客户终端的所述真实显卡处理所述图形显示数据；

所述第二显卡驱动用于驱动所述真实显卡接收所述模拟显卡发送的所述图形显示数据；所述第二显卡驱动的内存管理自成体系，独立分配和维护；

所述显示屏用于显示所述真实显卡执行所述图形显示数据后得到的结果。

在现有技术中，由于服务器端不安装真实显卡，则运行在服务器端的虚拟机进行图形渲染或图形相关的数据处理时，均需要服务器端的CPU处理所有虚拟机的图形任务，这样，就会造成服务器端的CPU资源耗用严重，影响服务器的运行速率。

本发明实施例中，运行在服务器端的每个虚拟机都使用一块模拟显卡，但该模拟显卡由于不能模拟GPU，所以该模拟显卡不做任何图形、图像的处理，该模拟显卡只用于截获所述虚拟机的图形显示数据，并将所述图形显示数据转发到所述客户终端，所以该模拟显卡可看做是上层指令数据的中转站和监控层。

另外，在本发明实施例中，每个虚拟机都使用原厂商提供的真实显卡的驱动，如：客户终端安装的真实显卡是ATI显卡，则在服务器端的虚拟机上安装和真实的ATI显卡驱动相匹配的驱动。该与真实显卡相匹配的真实驱动不仅用于驱动所述模拟显卡截获所述虚拟机的图形显示数据，并将所述图形显示数据转发到所述客户终端；还用于驱动所述客户终端的所述真实显卡执行所述图形显示数据。

在模拟显卡上记录真实显卡的信息，则真实显卡驱动就会将模拟显卡识别为真实显卡，从而能够对其进行驱动。

同时，由于在虚拟机中安装的是与真实显卡匹配的驱动，则当图形显示数据从虚拟机中准备好发送到客户终端的真实显卡时，这些数据已是真实显卡可以识别的数据，或者操作显卡的寄存器和DMA数据。

本发明实施例中，客户终端上的第二显卡驱动接收服务器端发来的寄存器数据和DMA数据，该驱动只需要做好内存管理和维护，而对真实显卡的操作时序和控制逻辑完全由服务器端发来的数据决定。

客户终端上的第二显卡驱动的内存管理自成体系，完全独立分配和维护。

如本领域技术人员可以理解的，要实现本发明实施例中的第二显卡驱动，需要运用内核模块以及TTM内存管理的技术。

参见图2，本发明实施例提供了一种利用上述实施例提供的显卡重定向的系统实现图形显示的方法，包括如下步骤：

S1，模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据。

步骤S1之前，还可以包括，用户从客户终端登录服务器端的虚拟机，在虚拟机中进行图形显示的操作。

其中，客户终端为比较低端的设备，用户从客户终端远程登录到服务器上，在服务器的虚拟机上进行图形显示操作。

其中，所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，可以采用如下方法：VCPU将所述图形显示数据主动写入所述模拟显卡的控制寄存器。

所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，还可以采用如下方法：所述模拟显卡将所述图形显示数据主动从所述虚拟机的内存拷贝出来；采用该方法的所述图形显示数据称为DMA数据。

当采用从虚拟机的内存中提取DMA数据的方法时，可以由模拟GTT映射表寻址，其中，GTT是显存上划出来的一小块，用一个数组模拟实现它，叫做模拟实现的地址映射表，也叫模拟GTT映射表。所述模拟GTT映射表在所述服务器端保存和维护；所述模拟GTT映射表所述只用于所述虚拟机内存的寻址，不能转发到所述客户终端；所述模拟显存为所述模拟显卡的组件。

所述将DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来，可以采用如下方法：

S11，所述第一显卡驱动通过写DMA写控制寄存器发起DMA数据写指令；

S12，所述模拟显卡监控所述DMA写控制寄存器，当监控到所述DMA数据写指令后，所述模拟显卡截获所述DMA数据写指令，将DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来；并将所述DMA数据发送到所述客户终端；

S2，所述模拟显卡将截获的所述虚拟机发送的图形显示数据转发到客户终端的所述真实显卡。

步骤S2具体可以包括如下步骤，

S21，所述客户终端的所述第二显卡驱动为DMA数据申请缓存，并将DMA数据存储在缓存中；

S22，所述真实显卡接收第二显卡驱动发出的DMA写指令，所述真实显卡的组件DMA控制器通过硬件逻辑将DMA数据提取到所述真实显卡里。

步骤S22中，所述提取到所述真实显卡里，具体可以为，提取到所述真实显卡的寄存器或显存里。

S3，所述真实显卡接收所述图形显示数据，并处理所述图形显示数据，在所述客户终端显示图形。

其中，真实显卡处理所述图形显示数据，具体可以为，真实显卡的GPU处理所述图形显示数据。

客户终端上的真实显卡执行任务时会产生中断，是指从客户终端上的显卡硬件到服务器端的虚拟机对应的VCPU的信号传递的过程。

本发明实施例中，为了保证客户终端的真实显卡和虚拟机中安装的真实显卡驱动信息交互的完整性和协调性，针对服务器端的模拟显卡和客户终端上的真实显卡，会各自注册一个显卡中断处理函数。其中，由第一显卡驱动注册模拟显卡中断处理函数，由客户终端的第二显卡驱动注册真实显卡中断处理函数。服务器端的模拟显卡和客户终端的真实显卡各自相互独立的、完整的执行中断采集、中断注入和中断处理函数的过程。

其中，由客户终端的第二显卡驱动注册真实显卡中断处理函数，用于向服务器端发送中断请求信号。

由第一显卡驱动注册的模拟显卡中断处理函数，用于执行模拟显卡的中断操作。

本发明实施例中，中断流程为：当客户终端上的真实显卡产生硬件中断时，在客户终端安装的第二显卡驱动注册的真实显卡中断处理函数里进行信号采集、发送告知服务器端，服务器端收到客户终端发来的中断通知后，在服务器端的模拟显卡里发起中断，向虚拟机的VCPU注入中断，执行虚拟机上的真实显卡驱动注册的模拟显卡中断处理函数。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的技术方案可以使所有运行在服务器端的虚拟机进行的图形图像渲染、计算压力全部分流到虚拟机对应的终端设备的真实显卡上，计算任务全由各个终端上的真实显卡完成，合理利用了性能冗余的终端显卡资源，降低了服务器端虚拟机CPU的计算压力，提高了CPU的效率；同时，没有高昂的费用，可以实现商用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (1)

1.利用显卡重定向的系统实现图形显示的方法，其特征在于，显卡重定向的系统，包括，

服务器端和客户终端；

所述服务器端安装有虚拟机和模拟显卡，所述虚拟机中安装有第一显卡驱动；所述客户终端安装有真实显卡、显示屏和第二显卡驱动；

所述第一显卡驱动为所述真实显卡的真实驱动；

所述第一显卡驱动用于驱动所述模拟显卡截获所述虚拟机的图形显示数据，并将所述图形显示数据转发到所述客户终端；还用于驱动所述客户终端的所述真实显卡处理所述图形显示数据；

所述第二显卡驱动用于驱动所述真实显卡接收所述模拟显卡发送的所述图形显示数据；所述第二显卡驱动的内存管理自成体系，独立分配和维护；

所述显示屏用于显示所述真实显卡处理所述图形显示数据后得到的结果；

所述方法包括如下步骤：

S1，模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据；

S2，所述模拟显卡将截获的所述虚拟机发送的图形显示数据转发到客户终端的所述真实显卡；

S3，所述真实显卡接收所述图形显示数据，并处理所述图形显示数据，在所述客户终端显示图形；

步骤S1之前，还包括，用户从客户终端登录服务器端的虚拟机，在虚拟机中进行图形显示的操作；

所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，采用如下方法：所述模拟显卡将所述图形显示数据主动从所述虚拟机的内存拷贝出来；采用该方法的所述图形显示数据称为DMA数据；

所述模拟显卡截获虚拟机发送的图形显示数据，具体为，所述模拟显卡由模拟GTT映射表寻址，将所述DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来；所述模拟GTT映射表是模拟显存上划分出来的一部分，所述模拟GTT映射表在所述服务器端保存和维护；所述模拟GTT映射表只用于所述虚拟机内存的寻址，不能转发到所述客户终端；所述模拟显存为所述模拟显卡的组件；

所述将所述DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来，具体包括如下步骤，

S11，所述第一显卡驱动通过写DMA写控制寄存器发起DMA数据写指令；

S12，所述模拟显卡监控所述DMA写控制寄存器，当监控到所述DMA数据写指令后，所述模拟显卡截获所述DMA数据写指令，将DMA数据从所述虚拟机的内存里拷贝出来；

步骤S2，具体包括如下步骤，

S21，所述客户终端的所述第二显卡驱动为DMA数据申请缓存，并将DMA数据存储在缓存中；

S22，所述真实显卡接收第二显卡驱动发出的DMA写指令，所述真实显卡的组件DMA控制器通过硬件逻辑将DMA数据提取到所述真实显卡里；

步骤S22中，所述提取到所述真实显卡里，具体为，提取到所述真实显卡的寄存器或显存里；

步骤S3中，所述真实显卡处理所述图形显示数据，具体为，真实显卡的GPU处理所述图形显示数据。