【摘要】：GPU在Graphics User Interfaces(簡稱GUIs),2D,3D以及多媒體數據處理等應用中可以極大地釋放CPU資源,并可以提供流暢的用戶體驗。在系統(tǒng)虛擬化場景中,云服務提供商也已經從傳統(tǒng)的僅提供虛擬計算服務向著提供圖形處理支持及其它復雜應用場景的服務轉變�；贗ntel x86平臺的GPU虛擬化采用Mediated Pass-Through的方式以實現全虛擬化,同時兼顧不同虛擬機之間的安全隔離特性,可擴展性以及性能等因素,將一個物理的GPU硬件通過共享的方式為多個不同的虛擬機提供圖形處理硬件加速服務。由于不同的虛擬機采用不同的硬件驅動設計和系統(tǒng)配置,因此在不同的虛擬機中就存在對于GPU硬件的不同參數配置需求,在虛擬GPU的調度中需要保存及恢復硬件上下文。同時為了保證虛擬機系統(tǒng)中對用戶事件響應的及時性,需要提高虛擬GPU的調度頻率,一般為毫秒級。在高頻的虛擬GPU調度場景中,單次調度延遲就成為了系統(tǒng)整體性能的一個很重要的因素,調度延遲主要來自硬件上下文切換,而硬件上下文切換主要耗時在需要訪問大量的硬件寄存器,隨著寄存器訪問數量的增多以及調度頻率的提高,總計的寄存器訪問延時在硬件上下文切換中的時間占比變大,從而影響到了系統(tǒng)的整體性能。本論文在研究了虛擬GPU的硬件場景保存及恢復的原理后,設計了一種基于差異化更新的技術方案,可以明顯減少虛擬GPU調度過程中的硬件寄存器訪問次數。基于不同的虛擬GPU配置的趨同性,可以在訪問硬件寄存器之前對切換前后的虛擬GPU硬件場景進行對比分析,僅更新具有差異的寄存器內容。為了實現這種差異化更新,在每個虛擬GPU中保存一份硬件寄存器的副本,也稱為虛擬寄存器(Virtual Reg)(簡稱vReg),用于標識自身的硬件配置信息。當虛擬GPU為當前狀態(tài)時,保證虛擬寄存器和硬件寄存器中的值實時同步,在虛擬GPU處于非當前狀態(tài)時,虛擬寄存器中暫存需要更新寄存器值。這樣可以保證在需要進行虛擬GPU切換時不需要再讀取并保存當前硬件的狀態(tài)信息,寄存器的切換也只需要將差異的設置進行更新即可。由于硬件配置的趨同性,在實際的運行過程中可以省略大部分的硬件寄存器訪問。從而達到縮短虛擬GPU切換的時間,提高系統(tǒng)的調度效率,提升系統(tǒng)整體性能,并可以同時節(jié)約CPU資源的目的。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP302;TP332

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