CN114048005A - 一种gpu虚拟化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种GPU虚拟化方法，包括以下步骤：通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统；将VM系统中的图形和计算需求经过虚拟GPU转化成统一的任务命令，发送到物理GPU；所述物理GPU完成任务后通知相应的VM系统。本发明的GPU虚拟化方法及装置，支持多种操作系统下的GPU虚拟化，提高GPU利用率。

Description

一种GPU虚拟化方法及装置
技术领域
本发明涉及芯片设计技术领域，特别是涉及一种车载异构多核处理器芯片上的GPU虚拟化方法及装置。
背景技术
随着汽车电子的发展，在多媒体，连接，导航，仪表等需求的推动下，产生了越来越复杂的系统芯片(soc)，系统芯片集成了多个不同的处理器内核和各种各样的设备资源，支持更多的操作系统，而系统中的GPU数量通常比较有限，如何更高效地利用有限的GPU资源，更好地支持不同的操作系统成为在这类芯片里的重要问题。
近些年来，GPU虚拟化技术在云计算等领域已经有了长足的发展。而随着车载芯片的发展，对于GPU虚拟化的需求也日益旺盛。目前的GPU虚拟化技术在车载异构多核芯片上的实现较少，对不同操作系统的支持也不全面。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种GPU虚拟化方法及装置，支持多种操作系统下的GPU虚拟化，提高GPU利用率。
为实现上述目的，本发明提供的一种GPU虚拟化方法，包括以下步骤：
通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统；
将VM系统中的图形和计算需求经过虚拟GPU转化成统一的任务命令，发送到物理GPU；
所述物理GPU完成任务后通知相应的VM系统。
进一步地，所述通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统的步骤，还包括，
通过管理程序配置所述物理GPU在VM系统中的使用方式，包块独占方式和共享方式。
进一步地，所述通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统的步骤，还包括，
对于支持硬件虚拟化的GPU，物理GPU为每个VM系统提供独立的寄存器和中断号；
在VM系统的创建阶段，主机创建VM系统的命令缓冲区，并通知物理GPU，建立VM系统中的虚拟GPU和物理GPU的连接。
进一步地，所述独占方式，包括，
通过管理程序创建VM系统时，将所述物理GPU配置成VM系统独占使用的GPU；
VM系统运行时的图形和计算需求通过虚拟GPU传递到所述物理GPU；
所述物理GPU完成工作后通过中断通知VM系统。
进一步地，所述将VM系统中的图形和计算需求经过虚拟GPU转化成统一的任务命令，发送到物理GPU的步骤，还包括，
对于不支持硬件虚拟化的GPU，在所述主机中设置GPU管理模块负责管理共享方式访问的所述物理GPU，根据所述物理GPU的负载分发图形和计算任务；
物理GPU每完成一个任务后，通过中断通知GPU管理模块，由所述GPU管理模块转发给相应的VM。
进一步地，GPU管理模块统一管理所有共享方式访问的物理GPU，根据各个物理GPU的负载，分发图形和计算任务。
为实现上述目的，本发明还提供一种GPU虚拟化装置，包括主机、虚拟机和物理GPU，其中，
所述主机用于分发图形和计算任务，转发中断请求；
所述虚拟机用于将图形和计算需求转化成统一的任务命令；
所述物理GPU用于接收任务命令，在完成每个任务后通过中断通知所述虚拟机。
进一步地，对于不支持硬件虚拟化的GPU，还包括，在所述虚拟机中设置GPU管理模块，用于与所述虚拟GPU进行适配，接收所述虚拟GPU的任务命令并发送到主机的GPU管理模块。
进一步地，对于支持硬件虚拟化的GPU，还包括命令缓冲区，所述命令缓冲区用于转发虚拟GPU的任务命令。
为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行如上文所述的GPU虚拟化方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行如上文所述的GPU虚拟化方法的步骤。
本发明的GPU虚拟化方法，具有以下有益效果：
1)支持多种操作系统下的GPU虚拟化，可以充分利用芯片上有限的GPU资源，支持多操作系统上的图形和计算，提高GPU利用率和运行效率；
2)车载异构多核芯片上通用的，支持多种类linux操作系统的GPU虚拟化。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的GPU虚拟化方法流程图；
图2为根据本发明的不支持硬件虚拟化的GPU虚拟化方法流程图；
图3为根据本发明的支持硬件虚拟化的GPU虚拟化方法流程图；
图4为根据本发明的实施例一不支持硬件虚拟化的GPU装置示意图；
图5为根据本发明的实施例一支持硬件虚拟化的GPU装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1为根据本发明的GPU虚拟化方法流程图，下面将参考图1，对本发明的GPU虚拟化方法进行详细描述。
首先，在步骤101，通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统。
本发明实施例中，Hypervisor可以通过引导和加载不同的镜像创建不同的VM系统，包括linux，qnx，android等多种类linux系统，在不同的VM系统中，分别安装不同的vGPU驱动版本，以适配不同的操作系统。各个系统的图形和计算需求，通过vGPU驱动转化成统一的GPU任务。
在步骤102，将VM系统中的图形和计算需求经过虚拟GPU转化成统一的任务命令，发送到物理GPU。
在步骤103，物理GPU完成任务后通知相应的VM系统。
实施例2
图2为根据本发明的支持硬件虚拟化的GPU虚拟化方法流程图，下面将参考图2，对本发明的GPU虚拟化方法进行详细描述。
在步骤201，基于hypervisor(管理程序)创建和管理一个host(主机)及多个vm(Virtual Machine，虚拟机)系统。
在步骤202，对于不支持硬件虚拟化的GPU，在host中设置GPU manager负责分发任务和接受转发irq(Interrupt ReQuest，中断请求)。
优选地，可以通过hypervisor配置GPU在各个vm中的使用方式。
进一步，在各个vm中支持两种不同的GPU使用方式：
方式一：
独占方式，如图4中所示VM’中的使用方式。在hypervisor创建VM’时，将GPU’配置成VM’独占使用的GPU。VM’运行时，它的图形和计算需求通过该操作系统中的vGPU前端直接传递到GPU’。GPU’完成工作后通过IRQ(Interrupt ReQuest，中断请求)直接通知VM’。
本发明实施例中，如图4所示，独占式的系统，GPU的IRQ直接由该系统的vGPU监听。而分享式的GPU由GPU Manager监听各个GPU的IRQ，并分发给相应的VM，以告知VM任务完成。
方式二：
共享方式，如图4中所示VM1，VM2...VMn中GPU的使用方式。HOST中存在GPUManager模块，每个VM中创建一个vGPU，在不同的操作系统中，vGPU做相应的适配，安装相应的GPU驱动程序，以适应该系统的窗口管理。VM中的图形和计算需求经过vGPU，转化成统一的任务命令，发送到HOST中的GPU Manager模块。GPU Manager统一管理所有共享方式访问的物理GPU。GPU Manager根据各个物理GPU的负载，分发图形和计算任务。物理GPU每完成一个任务后，通过中断通知GPU Manager模块，再由GPU Manger模块转发给相应的VM。
实施例3
图3为根据本发明的支持硬件虚拟化的GPU虚拟化方法流程图，下面将参考图3，对本发明的GPU虚拟化方法进行详细描述。
本发明一实施例中，对于支持硬件虚拟化的GPU，物理GPU可以为每个VM提供独立的寄存器和中断号。
在步骤301，在VM的创建阶段，HOST帮助创建该VM的command buffer，并通知物理GPU，以建立该VM中的vGPU和物理GPU的联系。
优选地，所述通知物理GPU的步骤，可具体执行为：
HOST告知物理GPU该VM的ID，command buffer的地址，所需访问的寄存器及所监听的IRQ号，以便物理寄存器将这些信息绑定。
在步骤302，VM中的图形和计算需求，经过vGPU转化成统一的任务命令，直接通过该VM绑定的command buffer(命令缓冲区)发送到物理GPU。
在步骤303，物理GPU完成任务后，通过独立的中断直接通知相应的VM。该步骤中，在运行过程中，来自VM的图形和计算需求不需要经过HOST的转发，从而提高了运行效率。
本发明实施例中，如图5所示，对于支持硬件虚拟化的GPU，GPU可以提供多个独立的IRQ。因而各个VM可以分别监听不同的IRQ号，因而不需要经过GPU Manager的转发。
实施例4
图4为根据本发明的实施例一不支持硬件虚拟化的GPU装置示意图，如图4所示，包括主机、虚拟机、GPU管理模块，其中，GPU管理模块位于主机中，每个虚拟机中创建一个vGPU，在不同的操作系统中，vGPU做相应的适配。虚拟机中的图形和计算需求经过vGPU，转化成统一的任务命令，发送到主机中的GPU管理模块。GPU管理模块统一管理所有共享方式访问的物理GPU。GPU管理根据各个物理GPU的负载，分发图形和计算任务。物理GPU每完成一个任务后，通过中断通知GPU管理模块，再由GPU管理模块转发给相应的虚拟机。
实施例5
图5为根据本发明的实施例一支持硬件虚拟化的GPU装置示意图，如图5所示，包括主机、虚拟机、命令缓冲区，其中，在虚拟机的创建阶段，主机帮助创建该虚拟机的命令缓冲区，并通知物理GPU，以建立该虚拟机中的vGPU和物理GPU的联系。物理GPU可以为每个虚拟机提供独立的寄存器和中断号，独占方式里的物理GPU只能提供一套寄存器和中段号，支持硬件虚拟化的GPU可以提供多套，从而把一个GPU虚拟成多个。此后，虚拟机中的图形和计算需求，经过vGPU转化成统一的任务命令，直接通过该虚拟机绑定的命令缓冲区发送到物理GPU。物理GPU完成任务后，通过独立的中断直接通知相应的虚拟机。
本发明针对将来越来越多的车载异构多核芯片，提供一种可以充分利用有限的GPU资源的虚拟化方案，利用芯片上有限的GPU资源，支持多操作系统上的图形和计算需求。
本发明的一个实施例中，还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行如上文所述的GPU虚拟化方法的步骤。
本发明的一个实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行如上文所述的GPU虚拟化方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种GPU虚拟化方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统；
将VM系统中的图形和计算需求经过虚拟GPU转化成统一的任务命令，发送到物理GPU；
所述物理GPU完成任务后通知相应的VM系统。
2.根据权利要求1所述的GPU虚拟化方法，其特征在于，所述通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统的步骤，还包括，
通过管理程序配置所述物理GPU在VM系统中的使用方式，包块独占方式和共享方式。
3.根据权利要求1所述的GPU虚拟化方法，其特征在于，所述通过管理程序创建和管理一个主机及多个VM系统的步骤，还包括，
对于支持硬件虚拟化的GPU，物理GPU为每个VM系统提供独立的寄存器和中断号；
在VM系统的创建阶段，主机创建VM系统的命令缓冲区，并通知物理GPU，建立VM系统中的虚拟GPU和物理GPU的连接。
4.根据权利要求2所述的GPU虚拟化方法，其特征在于，所述独占方式，包括，
通过管理程序创建VM系统时，将所述物理GPU配置成VM系统独占使用的GPU；
VM系统运行时的图形和计算需求通过虚拟GPU传递到所述物理GPU；
所述物理GPU完成工作后通过中断通知VM系统。
5.根据权利要求1所述的GPU虚拟化方法，其特征在于，所述将VM系统中的图形和计算需求经过虚拟GPU转化成统一的任务命令，发送到物理GPU的步骤，还包括，
对于不支持硬件虚拟化的GPU，在所述主机中设置GPU管理模块负责管理共享方式访问的所述物理GPU，根据所述物理GPU的负载分发图形和计算任务；
物理GPU每完成一个任务后，通过中断通知GPU管理模块，由所述GPU管理模块转发给相应的VM。
6.根据权利要求5所述的GPU虚拟化方法，其特征在于，GPU管理模块统一管理所有共享方式访问的物理GPU，根据各个物理GPU的负载，分发图形和计算任务。
7.一种GPU虚拟化装置，其特征在于，包括主机、虚拟机和物理GPU，其中，
所述主机用于分发图形和计算任务，转发中断请求；
所述虚拟机用于将图形和计算需求转化成统一的任务命令；
所述物理GPU用于接收任务命令，在完成每个任务后通过中断通知所述虚拟机。
8.根据权利要求7所述的GPU虚拟化装置，其特征在于，对于不支持硬件虚拟化的GPU，还包括，在所述虚拟机中设置GPU管理模块，用于与所述虚拟GPU进行适配，接收所述虚拟GPU的任务命令并发送到主机的GPU管理模块。
9.根据权利要求7所述的GPU虚拟化装置，其特征在于，对于支持硬件虚拟化的GPU，还包括命令缓冲区，所述命令缓冲区用于转发虚拟GPU的任务命令。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求1至5任一项所述的GPU虚拟化方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行时执行权利要求1至5任一项所述的GPU虚拟化方法的步骤。
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