虚机支持,虚拟化和

虚机支持,虚拟化和

其次个架构称为用户空间设备模拟(见图
2)。顾名思义,这种设施模拟是在用户空间中达成的,而不放手随地理程序中。QEMU(不止提供设备模拟,还提供一个管制造进度序)提供设备模拟,用于大气单身管理程序,如
Kernel-based Virtual Machine (KVM) 和 VirtualBox等。这一个模型更具优势,因为设备模拟独立于管理程序,由此可以在四个管理程序之间共享。别的,这些模型还支持狂妄设备模拟,无须管理程序(以特权状态运转)负责那个效应。

2.2 KVM主机和Nova 配置

本系列会介绍OpenStack 公司私有云的多少个必要:

图片 1

2.1 蒙受准备

能够使用 lspci 命令来获得 GPU PCI 设备:

# lspci -nn | grep NVI
85:00.0 VGA compatible controller [0300]: NVIDIA Corporation GK104GL [GRID K2] [10de:11bf] (rev a1)
86:00.0 VGA compatible controller [0300]: NVIDIA Corporation GK104GL [GRID K2] [10de:11bf] (rev a1)

出口中逐个值的印证:

输出值 含义 详细解释
"85:00.0" 和 “86::00.0” 以 ”bus:slot.func“ 格式来唯一标识一个 PCI 功能设备
唯一定位一个 PCI 设备的虚拟功能,可以是一个物理设备,也可以是一个多功能设备的功能设备,一个多功能设备可以最多有8个功能。
  • 总线号(bus):  从系统中的256条总线中选择一条,0–255。
  • 设备号(slot):  在一条给定的总线上选择32个设备中的一个。0–31。
  • 功能号(func):  选择多功能设备中的某一个功能,有八种功能,0–7。 PCI规范规定,功能0是必须实现的。
”0300“ PCI 设备类型 指 PCI 设备的类型,来自不同厂商的同一类设备的类型码可以是相同的。
“10de” 供应商识别字段(Vendor ID) 该字段用一标明设备的制造者。一个有效的供应商标识由 PCI SIG 来分配,以保证它的唯一性。Intel 的 ID 为 0x8086,Nvidia 的 ID 为 0x10de
“11bf” 设备识别字段(Device ID) 用以标明特定的设备,具体代码由供应商来分配。本例中表示的是 GPU 图形卡的设备 ID。
“a1”  版本识别字段(Revision ID) 用来指定一个设备特有的版本识别代码,其值由供应商提供

下图表达了 PCI 域、总线、设备等概念之间的关联(lspci
的输出未有标注域,但对于一台 PC 来讲,一般独有二个域,即0号域。):

图片 2(来源)

2.2.1 修改 Nova 配置

节点 配置文件 需要修改的配置 说明
控制(API)节点 /etc/nova/nova.conf 添加配置项:pci_alias={"vendor_id":"10de", "product_id":"11bf", "name":"a1"} 这是为了在 Nova flavor 中可以很方便的使用 alias的需要而添加的。
计算节点 /etc/nova/nova.conf
添加配置项:pci_passthrough_whitelist=[{ "vendor_id":"10de","product_id":"11bf"}]
并不是一个 计算节点上的所有 PCI 设备都运行被分配给客户机,云管理员可以使用该配置项来指定可以分配的 PCI 设备的范围。
在 Nova 中,PCI 设备可以分为几类:1、普通的 PCI 设备 2. SR-IOV PF 设备 3. SR-IOV VF 设备。通常 SR-IOV PF 设备都是不可以直接分配给客户机的,因此,该配置项是来指定可以分配的 “普通 PCI 设备”以及 “SR-IOV VF” 的范围。
Nova scheduler 节点 /etc/nova/nova.conf
scheduler_available_filters=nova.scheduler.filters.all_filters
scheduler_available_filters=nova.scheduler.filters.pci_passthrough_filter.PciPassthroughFilter
修改配置项:scheduler_default_filters=RamFilter,ComputeFilter,AvailabilityZoneFilter,
ComputeCapabilitiesFilter,ImagePropertiesFilter,PciPassthroughFilter
增加 PciPassthroughFilter

平台设备模拟

本类别会介绍OpenStack 公司私有云的多少个须求:

1. 基础知识

Computer已经演化为针对虚构情状提升质量,但 I/O
方面发生了何等变化吧?精通一种名称为道具(或 PCI)透传(passthrough)的
I/O 品质加强技术,这种翻新技能通过使用来源 英特尔? (VT-d) 或 英特尔 (IOMMU)
的硬件扶助创新 PCI 设备的性质。

1.4.1 三种落成形式

(1)pci-assign 方式

  主流地,QEMU/KVM 使用 PCI Assign 本事将KVM主机上的多少个 PCI 设备例如GPU 和 网卡等间接分配给贰个虚机。那技巧须求 AMD VT-d 只怕 英特尔 IOMMU
硬件帮助。上面是一个 英特尔 平台上的落到实处步骤的例子:

# Boot kernel with 'intel_iommu=on'

# Unbind driver from the device and bind 'pci-stub' to it
echo "168c 0030" > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/new_id
echo 0000:0b:00.0 > /sys/bus/pci/devices/0000:0b:00.0/driver/unbind
echo 0000:0b:00.0 > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/bind

# Then just run
sudo qemu-system-i386 -m 1024 \
    -device pci-assign,host=0b:00.0,rombar=0 \
    -enable-kvm \
    -kernel $KERNEL \
    -hda $DISK \
    -boot c \
    -append "root=/dev/sda rw"

(2) VFIO 方式

  VFIO 在 Linux kernel3.6/qemu1.4 今后扶助,近日只扶助 PCI 设备。VFIO
是一套用户态驱动框架,提供三种基本服务:向用户态提供设备访谈接口
和 向用户态提供配置IOMMU 接口。 它首先次向用户态开放了 IOMMU
接口,能完全在用户态配置 IOMMU,将 DMA
地址空间映射进而限制在经过设想地址空间之内。

  VFIO 能够用来落实高效的用户态驱动。在设想化场景能够用于 PCI
设备透传。通过用户态配置IOMMU接口,能够将DMA地址空间映射限制在经过设想空间中,那对高质量驱动和设想化场景device
passthrough尤其首要。相对于守旧格局,VFIO对UEFI协助更加好。VFIO
技艺落成了用户空间直接访谈设备。无须root特权,更安全,作用越多。

 它对情形有如下供给:

  • AMD-Vi or Intel VT-d capable hardware
  • Linux 3.6+ host
  • CONFIG_VFIO_IOMMU_TYPE1=m
  • CONFIG_VFIO=m
  • CONFIG_VFIO_PCI=m
  • modprobe vfio-pci
  • Qemu 92e1fb5e+ (1.3 development tree)

剧情很多,非常多事物也远非规定的剧情。想到哪就写到哪吧。先从 GPU
匡助伊始。

图 1. 依据管理程序的器材模拟
图片 3

1.4.2 透传技艺的局限性

 
透传本领能拉动大约和大意设备同等的性质,不过它也带来了部总部限性。设备透传带来的二个标题反映在实时迁移方面。实时迁移 是指叁个VM 在搬迁到三个新的大意主机时期暂停迁移,然后又继续迁移,该 VM
在那几个日子点上再一次起动。实时迁移是在三个大意主机互联网上支撑负载平衡的三个很好的特征,但使用透传设备时它会生出难题。PCI
热插拔(有多少个有关它的标准)正是须要化解的二个难点。PCI 热插拔允许 PCI
设备从一个给定内核进出,这极漂亮 — 极其是将 VM
迁移到新主机上的治本程序时(设备亟需在那个新管理程序中拔出然后再插入)。当设备被模仿(譬如设想互联网适配器)时,模拟提供叁个空洞层以抽象物理硬件。那样,三个虚拟互连网适配器能够在该
VM 内轻便迁移(这么些 VM 还收获 Linux®
绑定驱动程序的支持,该驱动程序帮助将五个逻辑网络适配器绑定到均等的接口上)。

更详实的介绍,能够阅读文书档案 http://www.linux-kvm.org/b4/2012-forum-VFIO.pdf。

1.3.3 Nvidia 实现的 GPU 全虚构化

跟 速龙 的气象大概,Nvidia K1/K2 GPU 也许有 GPU
全虚构化技艺,然而方今也是不帮忙 KVM,而是只帮助几家主流的虚构化软件譬如Hyper-V 和 VMware
等(材质来源于)。

图片 4

图 2. 用户空间设备模拟
图片 5

1.5 公有云上的 GPU 援救

(1)Ali云 GPU 物理机,用于高新手艺能总结

阿里云(来源)为高性能总括提供带
GPU 的物理机,配置如下:

  • 双路Xeon E5-2650v2 2.6GHz
  • 128G 内存
  • Raid5 13T 数据盘
  • K40M x2 GPU

该物理机的单机峰值总计技艺可达每秒11万亿次单精度浮点运算。

(2)亚马逊(Amazon) GPU 虚构机,可用来 3D
应用程序流、机器学习、录制编码和其它服务器端图形 或 GPU
总结职业等载荷,包含 Linux GPU
虚机和 Windows
GPU
虚机。设想机配置如下:

图片 6(材质来源于)

2.1 情形计划

能够选择 lspci 命令来赢得 GPU PCI 设备:

# lspci -nn | grep NVI
85:00.0 VGA compatible controller [0300]: NVIDIA Corporation GK104GL [GRID K2] [10de:11bf] (rev a1)
86:00.0 VGA compatible controller [0300]: NVIDIA Corporation GK104GL [GRID K2] [10de:11bf] (rev a1)

出口中各样值的求证:

输出值 含义 详细解释
"85:00.0" 和 “86::00.0” 以 ”bus:slot.func“ 格式来唯一标识一个 PCI 功能设备
唯一定位一个 PCI 设备的虚拟功能,可以是一个物理设备,也可以是一个多功能设备的功能设备,一个多功能设备可以最多有8个功能。
  • 总线号(bus):  从系统中的256条总线中选择一条,0–255。
  • 设备号(slot):  在一条给定的总线上选择32个设备中的一个。0–31。
  • 功能号(func):  选择多功能设备中的某一个功能,有八种功能,0–7。 PCI规范规定,功能0是必须实现的。
”0300“ PCI 设备类型 指 PCI 设备的类型,来自不同厂商的同一类设备的类型码可以是相同的。
“10de” 供应商识别字段(Vendor ID) 该字段用一标明设备的制造者。一个有效的供应商标识由 PCI SIG 来分配,以保证它的唯一性。Intel 的 ID 为 0x8086,Nvidia 的 ID 为 0x10de
“11bf” 设备识别字段(Device ID) 用以标明特定的设备,具体代码由供应商来分配。本例中表示的是 GPU 图形卡的设备 ID。
“a1”  版本识别字段(Revision ID) 用来指定一个设备特有的版本识别代码,其值由供应商提供

下图表达了 PCI 域、总线、设备等概念之间的关系(lspci
的输出未有标注域,但对此一台 PC 来讲,一般独有一个域,即0号域。):

图片 2(来源)

平台虚构化是在几个或多个操作系统之间分享二个阳台,以便更管用地应用财富。但平台
并不只是象征多个之上的微型Computer,它还含有组成凉台的其他重视因素,举例存款和储蓄器、网络和任何硬件能源。某个硬件财富能够轻巧设想化,比方管理器和存款和储蓄器;而另一对硬件财富则不然,举例录像适配器和串口。当共享不大概或没用时,Peripheral
Component Interconnect (PCI)
透传本事提供有效应用那一个能源的法子。本文查究透传(passthrough)技术的概念及其在治本程序(hypervisor)中的实现,详细介绍帮助那一个新型更新技艺的管制造过程序。

1.3.1 集中 GPU 设想化达成才具

(1)API Remoting (远程API)

图片 8  图片 9

  远程API
方法分为前端和后端多个部分。前端以动态库的款式被设想机中的CUDA程序加载,后端则是运转在宿主机中的三个先后。在这种机制下,首先由前端将虚拟机中的CUDA
API重写,将API的名称和呼应参数字传送递给后端。然后后端为前端每一个CUDA应用程序创立三个经过,在该进度中间转播换到自前端重写后的API,获得API的称号和参数,接着使用宿主机上真实的GPU硬件设备进行相应的API,最后将
API实行结果回到给前端。  

 
这种格局要求开始展览大气虚构机与宿主机之间的数额传输,导致GPU设想化的性质严重下滑。在CUDA程序规模十分的小时,这个GPU虚构化框架的天性收缩并不太分明。但在开始展览实际行使中的高品质计算时品质缩小特别醒目。

  Parallels Desktop 所运用的手艺和该技能十一分类似。

(2) Device Emulation (GPU 设备仿真)

图片 10

在客户机中提供四个冒牌设想GPU,客户机上使用对它的调用都会被仿真层转化为对Hypervisor上物理
GPU 的调用。

(3) 两种 Pass-through (透传)

图片 11                           
                     图片 12

(Fixed pass-through:固定透传,一个 GPU 只好给贰个虚机使用)    
(Mediated pass-through:中介式透传,叁个 GPU 能够给多少个虚机使用)

(4)全设想化

全设想化方案中,每个虚机具备贰个设想的GPU实例,多少个虚机共享一个物理
GPU。下图是 AMD 的 GPU 全虚构化暗暗表示图:

图片 13

1.1 VGA(图像显示卡),Graphics Card(图形加快卡),Video Card(摄像加速卡),3D Accelerator Card 和 GPU(图形管理器)

对这一个概念从前也没怎么明白,本次正好自身梳理一下。从一篇古老的稿子中,找到所谓的显卡从
VGA 到 GPU 发展史:

  1. 第一代显卡:扶助 256 色呈现的 VGA Card,一九八八年。VGA
    Card的独一成效正是出口图像,真正的图形运算全体依赖CPU,所以当微软
    Windows 操作系统出现后,PC 的 CPU 就开首不堪重负了。
  2. 其次代显卡:Graphics Card,支持 Windows
    图形增加速度,一九九二年,通过一颗专项使用的芯片来拍卖图片运算,进而将 CPU
    部分翻身了出去,让Windows分界面运营起来极其流畅,从此图形化操作系统财富消耗大降、实用性大增。为了与仅仅具备突显效果的
    VGA Card 相差异,具有图形管理能的显卡被叫作Graphics
    Card,也便是图片加快卡,它加快了Windows的遍布,让PC走进了图形化界面时期。
  3. 其三代显卡:Video
    Card,接济摄像加快,一九九四年。为了与独有具有图形加快本领的 Graphics
    Card 相差距,具备摄像支持解码的显卡被称为 Video
    Card,也便是录制加快卡。
  4. 第四代显卡:3D Accelerator Card,一九九四年。青出于蓝 NVIDIA
    则依靠品质庞大的单芯片TNT和TNT2密密麻麻显卡超过3DFX 所以横空出世。
  5. 第五代显卡:GPU 图形管理器,辅助硬件T&L,1997年。GeForce
    256是一款划时期的成品,NVIDIA 将其誉为首款GPU(Graphic Processing
    Unit,图形管理器),显示芯片上涨到了与CPU(Center Processing
    Unit,中心管理器)一样的高度。GeForce
    256是被当作二个图形管理单元(GPU)来规划的,GPU是一个单芯片管理器。它有完全的调换、光照、三角形设置和渲染引擎(分别为:Transform、Lighting、Setup、Rendering)等多种3D管理引擎,一些在先必须由CPU来产生的图样运算职业明天能够由GeForce256
    GPU芯片独立完结,大好多情况下有所完全的传输和光照相引擎的GPU运算速度比CPU快2-4倍,同期也平价地缓慢化解了CPU的浮点运算肩负,收缩了对CPU的正视性。
  6. 前景的显卡:GPU
    接管越来越多CPU的效率,协理越来越多的效用,包含几何着色、物理加快、高清解码、科学总结等。

简化一下:

  1. VGA Card:640×480分辨率彩色图片展现,单纯的输出图像
  2. Graphics 卡德:辅助图形分界面加快,减轻CPU负责
  3. Video Card:协理录像解码加快,缓和CPU担任
  4. 3D Accelerator Card:帮衬3D图形渲染,3D技能走向普遍
  5. GPU:协助坐标转换和光源管理,消除3D渲染的瓶颈

治本程序中的设备模拟 是在 VMware
职业站产品(多个根据操作系统的管理程序)中完毕的多少个共用艺术。在那个模型中,管理程序包罗种种客户操作系统能够共享的共用设施,如设想磁盘、设想互连网适配器和别的须要的阳台元素。这一个一定模型如图
1 所示。

1. 基础知识

1.2 GPU 与 CPU

  从下边的牵线大家通晓,GPU 表示 Graphics Processing
Unit,即图像管理单元。一同头的时候GPU 主要用以 3D
游戏的渲染,可是以后GPU已经广泛用于加快计算性负载,比方经济模型总计、实验商讨以及原油和天然气开拓等。从框架结构上看,CPU
是由若干核(core)和无数的缓存(cache
memory)组成,因而CPU能够并行管理若干线程。相对地,GPU是由几百个核组成,因而得以并发管理数千个线程。就算GPU 的木本数目远远当先CPU,可是它的各类核的管理才干远小于CPU的核,况且不具有今世操作系统的所要求的部分特点,GPU
并不合适用于管理平日的计量。它们越来越多地用于总括消耗性操作,比方摄像拍卖和情理仿真等。其一文书档案
中蕴藏了现阶段支撑 GPU 的施用列表。

图片 14 
 图片 15

                               (GPU 和 CPU 相比较)                      
                                              (GPU 应用软件栈)

注:Direct3D(简称:D3D)是微软公司在Microsoft
Windows操作系统上所支付的一套3D绘图编制程序分界面,是DirectX的一有些,方今广为各家显卡所帮衬。与OpenGL同为Computer绘图软件和Computer游戏最常使用的两套绘图编制程序分界面之一。

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