基于KVM虚拟化的显卡直通技术研究

杨宣林（天津市大港油田信息中心，天津300280）

基于KVM虚拟化的显卡直通技术研究

杨宣林（天津市大港油田信息中心，天津300280）

随着计算机技术和网络技术的发展，虚拟化技术也取得了显著的成绩。目前虚拟化计算在云计算方面的应用日益广泛，且发挥越来越大的作用。当然在实际操作和运行过程中也遇到了一些困境，比如显卡虚拟化效率的问题，基于上述情形，目前开发了一种基于KVM虚拟化的显卡直通技术系统。本文通过对基于KVM虚拟化的显卡直通技术进行全面论述，从概念、特征、产生等方面进行解析，希望能够为相关技术领域的发展和推广提供理论参考和借鉴。

KVM虚拟化；显卡直通技术；应用；研究

随着计算机技术的全面发展，云计算领域也不断引入新技术、新方法，并取得了突破性进展，虚拟化技术的应用为云计算提供了更加广阔的发展领域，进一步强化了资源整合能力和资源优化配置功能。目前基于KVM虚拟化的显卡直通技术备受关注，通过该技术的运用，能够大大提高虚拟机显卡的数据传输效率，增强用户体验本地化的实际能力。

1 KVM虚拟机技术基础内容概述

1.1 KVM虚拟机技术的定义

Kernel Virtual Machine是KVM的英文全称，从字面理解就可以知晓其含义，KVM虚拟机是基于内核的虚拟机，是一个开源的虚拟化系统。

1.2 KVM虚拟机技术的起源

Kernel Virtual Machine技术是从以色列一家叫做Qumranet公司起初研制出来的，随着应用逐渐扩大和技术交流，2008年该技术由Linux的发行版提供商Redhat进行购买并获得版权，由此开始了KVM虚拟机技术的创新，替代了问题日益众多的Xen，并得到了进一步应用和推广。随着技术创新和科技进步，2010年退出了基于硬件虚拟化的KVM虚拟机新系统，该系统由两大部分组成，一部分是Kernel内核模块，另一部分是处理器User系统，通过互相协调从而全面实现内核虚拟化应用。

2 KVM虚拟化技术的特征及适用范围

2.1 KVM虚拟化技术的优势特征

KVM虚拟化技术是基于Linux内核的原始化全虚拟化解决系统，它和准虚拟化或者叫半虚拟化技术有很大的区别，KVM虚拟化技术搭建了以X86为核心的完整系统化运行平台，具体包括处理器、网络适配器、磁盘空间、硬盘、设备等等，通过互相协同运行从而实现相应功能，该技术克服了传统的修改操作来实现平台稳定运行的弊端，能够不用经过任何处理就可以直接在X86平台上进行运转。

和传统的Xen技术相比，KVM虚拟化技术具有很大的优势，具体体现在：

一是KVM虚拟化技术平台是开源性平台，能够大大降低运行成本。二是KVM虚拟化技术升级之后能够与Linux内核系统进行自动整合，不占用硬件内存，克服不能兼容性；三是KVM虚拟化技术稳定性比较高，性能强大，更容易被接受。

2.2 KVM虚拟化技术的适用范围

KVM虚拟化技术作为开源虚拟化平台，能够在规模较大的空间内进行运作，这样既可以有效降低平台各种成本，还能在稳定性方面得到最大限度的体现，性价比高。比如在虚拟主机数量超过2500台以上时，KVM虚拟化技术的优势更加明显，也是目前其他技术不可以替代的。

3 KVM虚拟化中的显卡直通技术探讨

在KVM虚拟化技术构建的系统中，虚拟机通过对QEMU外围设备领域进行访问和处理，运用虚拟化相关技术进行有效传递信息，性能非常强大。目前用显卡直通渠道让把物理显卡的具体地址有效地进行分配，并独立运行。可以看出显卡直通技术在虚拟机调用物理显卡驱动方面发挥较大功能，为图像及时显示提供技术支撑，从而有利于显卡性能的最大化发挥。

显卡直通技术的基本运行结构：为保证外设部件互连标准设备的直通功能的发挥，必须在KVM虚拟机具体操作中考虑各种因素，包括设备的内存和资源、设备的分置空间、设备中断时等的映射问题以及如何保证设备内存访问的畅通等方面。

上述各种因素的影响将会制约KVM虚拟化系统的有效运作，前三项映射状况可以自动进行解决，最后一项就可以借助下面的显卡直通技术有效实现。

在KVM虚拟机对物理显卡进行直接访问和登陆时，必须要在QEMU平台上注册一个虚拟设备，这是进行PCI设备访问的最直接通道，通过注册，然后进行访问映射，从而将相关信息映射到实际设备上，进而实现参数的有效传递。显卡直通技术就是通过解决上述问题而出现的一种技术，为了保证物理显卡的有效直通，就必须把显卡单独连接到PCI总线上，这时就可以注册两个虚拟PCI桥设备，从而实现直接访问物理显卡的目标。

显卡直通技术的主要环节就是将宿主机的输入输出地址空间和预留内存映射到相应的地址空间上，通过运用相关设备文件参数，进行内存分配处理之后，直接进行映射从而进行信息读取、指令接收等。

总之KVM虚拟化中的显卡直通技术应用和开发是一项系统工程，这是一种二次开发和优化技术，在运行过程中也会遇到各种各样的问题，必须结合具体运行参数合理确定相应的匹配指标才能保证稳定运行，可以借鉴国外先进的经验，结合国内实际情况进一步提高KVM虚拟化中的显卡直通技术水平，从而提高使用性能。

[1]张政.基于KVM虚拟化的显卡直通技术研究[J].软件导刊,2016,(10):142-144.

[2]姜邦杰,吴俊敏,朱小东,李科君,罗琳,张朋飞,胡蝶.基于KVM的远程声卡显卡虚拟化技术[J].计算机系统应用,2013, (09):75-80.