Компания NVIDIA опубликовала набор патчей для ядра Linux с реализацией технологии vGPU, позволяющей использовать виртуальные GPU NVIDIA в системах виртуализации. Работа vGPU организуется аппаратно через разделение ресурсов физического GPU NVIDIA и привязки каждому vGPU своей виртуальной функции PCI Express (VF, Virtual Function), что позволяет создавать на базе гостевых систем мощные виртуальные рабочие станции, способные выполнять ресурсоёмкие вычислительные и графические операции. Драйвер может использоваться с видеокартами NVIDIA на базе микроархитектуры Ada Lovelace. Число создаваемых vGPU зависит от модели видеокарты.
На стороне хост системы операции создания и сопряжения vGPU с гостевыми системами обеспечивает изменённый драйвер Nouveau, а на стороне гостевых систем используются штатные проприетарные драйверы NVIDIA (в гостевой системы возможности vGPU аналогичны обычному GPU). Для vGPU выделяется часть памяти из фреймбуфера физического GPU, которая закрепляется за данным vGPU и используется только им. Предоставляются различные типы vGPU, отличающиеся назначением, размером видеопамяти, числом виртуальных дисплеев и максимальным разрешением экрана.
Реализация включает в себя базовый драйвер nvkm (core
driver), построенный на базе открытого драйвера Nouveau, и менеджер vGPU – vgpu_mgr, реализованный в форме модуля VFIO (Virtual Function I/O). Менеджер vGPU выполняет такие функции, как создание/удаление vGPU, выбор типа vGPU, предоставление API для управления из пространства пользователя. Менеджер vGPU взаимодействует с базовым драйвером GPU, который непосредственно обращается к оборудованию, выполняет загрузку прошивки GSP, вызывает связанные с vGPU функции прошивки, управляет совместными ресурсами, резервирует память в GPU, занимается обработкой исключений, определяет конфигурацию оборудования и выполняет обработку системных событий, таких как переход в спящий режим.
+——————–+ +——————–+ +——————–+ | Linux VM | | Windows VM | | Guest VM | | +—————-+ | | +—————-+ | | +—————-+ | | |Applications… | | | |Applications… | | | |Applications… | | | +—————-+ | | +—————-+ | | +—————-+ | … | +—————-+ | | +—————-+ | | +—————-+ | | | Guest Driver | | | | Guest Driver | | | | Guest Driver | | | +—————-+ | | +—————-+ | | +—————-+ | +———^———-+ +———-^———+ +———-^———+ | | | +——————————————————————–+ |+——————–+ +——————–+ +——————–+| || QEMU | | QEMU | | QEMU || || | | | | || |+——————–+ +——————–+ +——————–+| +——————————————————————–+ | | |
+———————————————————————————————–+
| +—————————————————————-+ |
| | VFIO | |
| | | |
| +———————–+ | +————————+ +———————————+| |
| | Core Driver vGPU | | | | | || |
| | Support <—>| <—-> || |
| +———————–+ | | NVIDIA vGPU Manager | | NVIDIA vGPU VFIO Variant Driver || |
| | NVIDIA GPU Core | | | | | || |
| | Driver | | +————————+ +———————————+| |
| +——–^————–+ +—————————————————————-+ |
| | | | | |
+———————————————————————————————–+ | | | |
+———-|————————–|———————–|———————-|———-+
| v +———-v———+ +———–v——–+ +———–v——–+ |
| NVIDIA | PCI VF | | PCI VF | | PCI VF | |
| Physical GPU | | | | | | |
| | (Virtual GPU) | | (Virtual GPU) | | (Virtual GPU) | |
| +——————–+ +——————–+ +——————–+ |
+———————————————————————————————–+
Дополнительно можно отметить принятие в состав Mesa Vulkan-драйвера gfxstream (Graphics Streaming Kit), который может применяться для организации доступа к API Vulkan из гостевых систем на базе Linux, Android и Fuchsia. Основой драйвера выступает одноимённый генератор кода (Graphics Streaming Kit), применяемый для перенаправления обращений к графическим API при виртуализации API Vulkan. Драйвер разработан компанией Google и используется в эмуляторе платформы Android, виртуальном Android-устройстве Cuttlefish, сервисе Google Play Games и операционной системе Fuchsia. Поддержка gfxstream уже включена в состав QEMU и crosvm. Поддерживается совместное использование с виртуальными устройствами virtio-gpu и goldish.