一种云渲染系统、服务器及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种云渲染系统，包括宿主机及多个GPU，所述宿主机设置有多个虚拟机，每个所述虚拟机都配置有对应的一个GPU驱动；还包括：MMU，耦合至每个所述GPU驱动及每个所述GPU、耦合虚拟机内存与宿主机内存，其被配置为当任一个虚拟机请求访问GPU时，向该虚拟机的GPU驱动分配一个GPU地址，所述GPU地址用于访问该GPU；当任一个虚拟机请求访问虚拟机内存时，向该虚拟机分配对应的宿主机内存地址；IOMMU，耦合至每个所述GPU及虚拟机内存，其被配置为当任一个GPU请求访问虚拟机内存时，向该GPU分配对应的宿主机内存地址。本发明专利技术的系统，通过配置MMU与IOMMU使得多个虚拟机都能够独立直接访问GPU，相比现有技术中一般采用的Nvidia VGPU架构，本发明专利技术的系统价格低廉、渲染性能高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GPU虚拟化
，特别涉及一种云渲染系统、服务器及方法。
技术介绍
云计算已经越来越普及，越来越多的厂商正在考虑将自己的业务转移到云服务提供商的云主机(如虚拟机，容器虚拟化)上。然而目前的云主机无法提供较强的3D渲染能力与GPGPU(GeneralPurposeGPU通用计算图形处理器)计算能力，支持强3D实时渲染需求的应用和高性能计算应用，目前云服务提供商主要依赖于云服务管理平台、虚拟化软件以及硬件对虚拟化技术的支持，将物理资源进行切割、隔离、封装成为云主机，以此为基础对外提供服务。由于GPU(GraphicsProcessingUnit图形处理器)的复杂性和GPU硬件对虚拟化技术的支持滞后，使得很长时间内云主机没有直接的3D渲染能力。而目前各个公司一般使用NvidiaVGPU架构的方式提供3D云渲染服务，由于vGPU(VirtualGPU虚拟图形处理器)技术由Nvidia厂商独占，因此只有使用Nvidia提供的GRIDGPU才能拥有3D渲染能力，然而作为垄断，这种GPU的价格比普通GPU价格高很多；其次，NvidiaVGPU架构的渲染性能较低，例如GRIDK1在进行UnigineHeavenBenchmark4.0测试时，其平均渲染帧率仅为8.5FPS，作为对比NvidiaGTX970其平均渲染帧率为95.4，性能上相差一个数量级，该架构仅仅只能满足CAD等对3D渲染要求较低的业务需要，只有当虚拟设备能够直接访问到独立的GPU时，才能使GPU发挥出更好的渲染能力。专利CN201010612078.0公开了一种通用图形处理器虚拟化的实现方法、系统及装置，该专利文件公开的方法实现了不依赖NvidiaVGPU架构，使得多个虚拟设备能够访问GPU硬件的方法，通过将虚拟机V1访问的GPU地址配置真实的物理GPU地址，并使该虚拟机与其他多个虚拟机V2间共享同一内存的方式.其他虚拟机V2接收到请求后将信息存储到共享内存，V1读取共享内存信息，通过物理GPU进行数据处理，完成后将结果发送到共享内存中，并由发送该请求的虚拟机读取计算结果。该方法实现多虚拟机间接与GPU硬件进行通信。然而该方法中大多数虚拟机并未直接与GPU进行通信，而是将渲染请求发送给另一台预定的虚拟机，让其代为完成渲染任务，因此计算效率、渲染能力也不会很高。综上所述，现有的云渲染技术均未实现虚拟机直接访问硬件GPU进行渲染，且现有的云渲染设备价格昂贵、3D渲染性能较差。
技术实现思路
为了解决这些潜在问题，本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够使虚拟机直接访问硬件GPU，且价格便宜、渲染性能高的云渲染系统、服务器及方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种云渲染系统，包括宿主机及多个GPU，所述宿主机设置有多个虚拟机，每个所述虚拟机都配置有对应的一个GPU驱动；所述云渲染系统还包括：MMU，耦合至每个所述GPU驱动及每个所述GPU、耦合虚拟机内存与宿主机内存，其被配置为当任一个虚拟机请求访问GPU时，向该虚拟机的GPU驱动分配一个GPU地址，所述GPU地址用于访问该GPU；当任一个虚拟机请求访问虚拟机内存时，向该虚拟机分配对应的宿主机内存地址；IOMMU，耦合至每个所述GPU及虚拟机内存，其被配置为当任一个GPU请求访问虚拟机内存时，向该GPU分配对应的宿主机内存地址。进一步地，设置内存地址空间，并将所述宿主机内存映射到内存地址空间，所述内存地址空间用于存储宿主机内存对应的地址，所述虚拟机通过访问内存地址空间中的地址来访问对应的宿主机内存。进一步地，所述IOMMU还用于将所述内存地址空间存储的不连续的内存段映射为连续的内存段，以便GPU能够通过DMA技术进行数据读写。进一步地，设置GPU地址空间，并将所述GPU映射到GPU地址空间，所述GPU地址空间用于存储GPU控制寄存器对应的地址，所述GPU驱动通过所述GPU地址空间来访问对应的GPU控制寄存器。进一步地，当任一个所述虚拟机启动时，该虚拟机与一个GPU通过MMU和/或IOMMU进行绑定，且在绑定期间，该已被绑定的GPU不能再与其他虚拟机进行绑定。本专利技术同时提供一种云渲染服务器，包括本专利技术的云渲染系统，还包括云服务管理平台，用于对所述系统的运行状态进行监控和管理，对使用所述系统的用户进行管理。本专利技术还提供一种云渲染方法，包括以下步骤：S1、虚拟机接收渲染请求，并将渲染请求发送到虚拟机的GPU驱动，接收渲染数据，并将渲染数据写入内存；S2、虚拟机的GPU驱动访问GPU控制寄存器，并将渲染请求信息写入GPU控制寄存器；S3、GPU根据所述渲染请求信息访问对应的虚拟机内存，并对所述对应的虚拟机内存中的渲染数据进行处理。进一步地，所述虚拟机、所述GPU均有多个，且所述虚拟机与所述GPU一一对应，当有多个渲染请求时，每个所述虚拟机分别对应处理所述多个渲染请求中的任一个。进一步地，所述将渲染数据写入内存包括，MMU耦合所述虚拟机内存与宿主机内存，当虚拟机请求访问虚拟机内存时，通过MMU向该虚拟机分配对应的宿主机内存地址，所述渲染数据根据所述宿主机内存地址进行存储。进一步地，所述S2步骤包括：S201、将宿主机的GPU物理地址空间段映射到宿主机的虚拟地址空间段；S202、利用GPA-HVA转换表将所述虚拟地址空间段映射到虚拟机中的GPU地址空间。S203、虚拟机的GPU驱动访问GPU地址空间段，并根据所述地址空间段上的地址信息访问对应的GPU控制寄存器。进一步地，所述S3步骤包括：S301、IOMMU耦合所述虚拟机内存与GPU，并将虚拟机使用的不连续的内存地址空间映射为连续的地址空间段；S302、GPU根据渲染请求信息对所述连续的地址空间段进行DMA读写，获取渲染所需的数据并完成渲染。与现有技术相比，本专利技术的有益效果本专利技术的一种云渲染系统，通过配置MMU与IOMMU使得多个虚拟机都能够独立直接访问GPU，相比现有技术中一般采用的NvidiaVGPU架构，本专利技术的系统价格低廉、渲染性能高。附图说明图1所示是本专利技术的一种云渲染系统模块框图。图2所示是本专利技术一个具体实施例的云渲染系统内部模块框图。图3所示是本专利技术的一种云渲染方法流程图。图4所示是实现本专利技术方法的内部原理图。具体实施方式下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种云渲染系统，其特征在于，包括宿主机及多个GPU，所述宿主机设置有多个虚拟机，每个所述虚拟机都配置有对应的一个GPU驱动；所述云渲染系统还包括：MMU，耦合至每个所述GPU驱动及每个所述GPU、耦合虚拟机内存与宿主机内存，其被配置为当任一个虚拟机请求访问GPU时，向该虚拟机的GPU驱动分配一个GPU地址，所述GPU地址用于访问该GPU；当任一个虚拟机请求访问虚拟机内存时，向该虚拟机分配对应的宿主机内存地址；IOMMU，耦合至每个所述GPU及虚拟机内存，其被配置为当任一个GPU请求访问虚拟机内存时，向该GPU分配对应的宿主机内存地址。

【技术特征摘要】
1.一种云渲染系统，其特征在于，包括宿主机及多个GPU，所
述宿主机设置有多个虚拟机，每个所述虚拟机都配置有对应的一个
GPU驱动；
所述云渲染系统还包括：MMU，耦合至每个所述GPU驱动及每个
所述GPU、耦合虚拟机内存与宿主机内存，其被配置为当任一个虚拟
机请求访问GPU时，向该虚拟机的GPU驱动分配一个GPU地址，所述
GPU地址用于访问该GPU；当任一个虚拟机请求访问虚拟机内存时，
向该虚拟机分配对应的宿主机内存地址；
IOMMU，耦合至每个所述GPU及虚拟机内存，其被配置为当任一
个GPU请求访问虚拟机内存时，向该GPU分配对应的宿主机内存地址。
2.根据权利要求1所述的一种云渲染系统，其特征在于，设置
内存地址空间，并将所述宿主机内存映射到内存地址空间，所述内存
地址空间用于存储宿主机内存对应的地址，所述虚拟机通过访问内存
地址空间中的地址来访问对应的宿主机内存。
3.根据权利要求2所述的一种云渲染系统，其特征在于，所述
IOMMU还用于将所述内存地址空间存储的不连续的内存段映射为连续
的内存段，以便GPU能够通过DMA技术进行数据读写。
4.根据权利要求1所述的一种云渲染系统，其特征在于，设置
GPU地址空间，并将所述GPU映射到GPU地址空间，所述GPU地址空
间用于存储GPU控制寄存器对应的地址，所述GPU驱动通过所述GPU
地址空间来访问对应的GPU控制寄存器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种云渲染系统，其特征在

\t于，当任一个所述虚拟机启动时，该虚拟机与一个GPU通过MMU和/
或IOMMU进行绑定，且在绑定期间，该已被绑定的GPU不能再与其他
虚拟机进行绑定。
6.一种云渲染服务器，其特征在于，包括如权利要求1-5任一
项所述的系统，还包括云服务管理平台，用于对所述系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张微，杨磊，罗涛，曾锦平，邱泳天，周益，陈乐吉，苏永生，杨学亮，雷智聪，唐迎力，付兵，谢琼，陈平，
申请(专利权)人：成都赫尔墨斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51