因為每篇blog字數限制，所以我們分四章節來介紹這個vGPU專題。這是第一篇。

一：3D虛擬化技術透析及競爭分析

sVGA、vSGA、vDGA、vGPU、GPUPass-through，天哪，太多的縮寫了，我要瘋掉了！

小夥伴們別急，讓我們一個一個來分析這些所寫的含義。

1名詞解釋

lsVGA：VMware公司技術縮寫，意思是:軟體3D模擬渲染技術；

lvSGA：VMware公司技術縮寫，意思是：虛擬共享圖形加速技術

lvDGA：VMware公司技術縮寫，意思是：虛擬專用圖形加速技術

lGPUPass-through：Citrix公司技術縮寫，意思是：GPU透傳技術

lSharedGPU：Citrix

lvGPU：業內統一術語，意思是：以類似於伺服器虛擬化上將CPU虛擬化的技術，將GPU卡虛擬化後，提供給虛擬機器使用。

目前，Citrix公司和NVIDIA公司合作，開發出了業界首個vGPU技術！

2.1sVGA的原理：VMware設計的虛擬的WDDM驅動程式（WindowsDisplayDriverModel）1.1版本相容驅動。原理圖如下：

簡單地說，就是通過軟體模擬出軟體GPU卡的能力，實際上還是消耗CPU的負荷，只能；目前sVGA技術只能支援到DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技術，利用伺服器記憶體模擬技術最大隻能虛擬512M視訊記憶體。

這種技術只適用於改善普通使用者桌面使用體驗。至於渲染技術只支援DirectX9.0和OpenGL2.1有什麼問題，請參見2.5章節的解釋。

2.2vSGA的原理：多個虛擬機器均分安裝在物理伺服器上的顯示卡資源

原理圖如下：

事實上，vSGA的工作原理上是基於API的共享，即用於欺騙應用程式API的虛擬顯示卡驅動程式安裝於guestOS中並運行於核心模式。這個vGPUDriverAPI事實上功能分為前向介面和後向介面兩個功能，他們的功能分別是：

1)FrontEnd（前向介面）功能：

lGPU操作的API攔截，包括：

nparameterspassed傳遞過來的GPU呼叫引數

nordersemantics

l包裝以上的函式呼叫，並將資料傳給後向介面

l終結虛擬模擬的顯示卡驅動的GPU呼叫，並提供向真實顯示卡的互操作和執行結果

2)BackEnd（後向介面）功能：

l負責將前向介面傳來的資料交給真實的GPUdriver進行處理

l解包前向介面傳來的函式呼叫

l對映記憶體指標

l執行真實的GPU操作

l返回執行結果

l將執行結果返回前向介面

下圖就是這個API的原理示意圖：

好吧，按照VMware的說法，這種技術是使用者共享GPU處理能力，貌似確實實現了類似vGPU的能力，但是事實如此嗎？

我們上面分析了vSGA的實際工作原理，瞭解到這種技術實際上是欺騙應用程式API的虛擬顯示卡驅動程式。那麼結果也就一目瞭然了，做過圖形設計的碼農們應該更清楚：

l“APIRemoting”看似很簡單,但它的處理是極其複雜，需要消耗大量的額外資源來做驅動的模擬模擬、API截獲、API傳遞、API佇列等待、API真實驅動處理、結果回傳等多種複雜的軟體計算過程

l虛擬顯示卡驅動的設計需要對所支援的所有GPU的API進行模擬,但行業標準的API規範也在不斷改進和更新，這種設計需要不斷持續的支援.

l另外，還需要面對不同的API標準，如:OpenGL,DirectX,CUDA,OpenCL…

就目前該技術的實際應用來看，vSGA和sVGA一樣，也只是支援DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技術，已經夠舊了吧。此外，vSGA支援的最大虛擬視訊記憶體聽起來是是512M，事實上虛擬的GPU視訊記憶體，其中一半為GPU提供，一半為伺服器記憶體模擬，因此，最大隻能使用到256M的真實GPU視訊記憶體。

從使用者反饋來看，vSGA對改善部分情形圖形軟體體驗還是有所幫助的。

至於和Citrix的對比，請參見2.5章節。

2.3vDGA的原理：為每個虛擬機器分配獨立的安裝在物理伺服器上的物理顯示卡

這個技術和我們後文中介紹的來自Citrix的GPUPass-Through技術是類似的，只是我弄不明白，V公司非要弄這麼多簡寫差不多的名詞嗎？

下圖就是vDGA的技術原理圖：

關於這種技術的原理，我們在Citrix的GPUPass-Through部分也介紹過很多次了，此處不再詳述它的原理。從功能上兩者是高度相似的，畢竟V公司是抄襲Citrix的，想當年，Citrix的GPUPass-Through都發布多久了，vDGA才姍姍來遲。

功能相似，但是易用性就不一定了，去問問VMware，vDGA能把顯示卡透傳給上面執行的什麼作業系統平臺上，如果回答者夠老實，他就只能回答你說，只能執行在Windows764-bit平臺。如果你的開發軟體只能跑在XP上怎麼辦？I’msorry.

夠清楚了吧。好了，V公司看到vDGA釋出時間遠晚於CitrixGPUPass-Through，功能也PK不過GPUPass-Through，他們只好說《VMware在效能上目前領先於競爭對手》（百度文庫上可以找到這個ppt，名字就叫做VMwareGPU虛擬化技術介紹）。對於他們這種做法，就好象一個巨人和一個矮子，明明在外形上矮子已經落敗，他偏偏嘴硬說：“他那麼大個有什麼用，我的力氣比他大”。

哈哈，誰更威武，不是已經一目瞭然了嘛。當然，你有難處，我表示理解。

2.4GPUPass-through的原理：為每個虛擬機器分配獨立的安裝在物理伺服器上的物理顯示卡

這部分的原理我就不再詳述了，基本上Citrix的GPUPass-through技術和VMware的vDGA技術如出一轍，但是在具體的功能上，雙方還是有明顯差距，Citrix功能更全面，也是被業界證明真正具有生產環境下實施能力的解決方案。

下圖示就是兩者技術的功能性對比。

2.5SharedGPU的原理：將GPU卡透傳給Hypervisor之上的XenApp平臺

SharedGPU技術實際上是將CitrixGPUPass-Through和CitrixXenApp技術完美結合的產物。

大家都知道CitrixXenApp的原理，我以一張簡圖為例再次解釋一下：

XenApp的優勢在於雖然只在一個作業系統上安裝過一次應用程式，但是這個應用程式卻可以被多個使用者同時使用，如果GPU資源也能被這麼分享，豈不是完美。這就是SharedGPU的原理。這就實現了多個使用者同時分享一個GPU卡的能力。

我們看看下面的原理圖：

在上面這張圖中，底層伺服器安裝了一塊GPU卡，在硬體平臺之上我們安裝了Hypervisor層，隨機我們在此之上安裝了三個XenApp虛擬機器（都是WindowsServer作業系統），每個虛擬機器上面都安裝了CitrixVDA客戶端軟體，此外還有供終端使用者使用的應用程式。隨後執行在Hypervisor平臺上的NVIDIA驅動程式直接將GPU資源釋出給虛擬機器使用。

請注意我上面使用的一個單詞是：“直接”。為什麼這麼說？請注意2.2章節的vSGA是如何做到的？vSGA要消耗大量的額外資源來做驅動的模擬模擬，說到底，真正能使用到多少百分比的GPU資源還是個未知數。

我們首先來看看VMwarevSGA和CitrixSharedGPU技術在功能上的對比：

是騾子是馬，拉出來溜溜就知道孰強孰弱了。我們還有必要就上面的DirectX和OpenGL技術做一個解釋，在介紹2.1的sVGA和2.2的vSGA技術時我們都提到了這兩種技術都是隻支援DirectX9.0和OpenGL2.1的渲染技術，那麼這有什麼意義嗎？我們來看看DirectX和OpenGL是幹什麼用的。

1)DirectX

lDirectX是DirecteXtension的簡寫，可以進一步簡寫成DX。為微軟公司開發的多媒體程式設計介面，目前只支援Windows平臺。

lDirectX發展到現在已經有11代產品了，目前最常用的有兩個DirectX11.1和Direct9.0c。前者是Windows7/8的標準配置，後者是WindowsXP的標準。對於很多新遊戲而言都以DirectX11為介面。

2)OpenGL

lOpenGL是由開源社群提供的免費開源的多媒體程式設計介面，全稱是OpenGraphicsLibrary。OpenGL功能非常強大，但是使用起來也是相當的複雜，開源社群為任何作業系統提供OpenGL支援，所以適用範圍也是相當的廣。很多遊戲開發採用OpenGL作為渲染方式，這樣可以方便的向Linux和OSX等平臺移植。

l在非Windows平臺下，目前僅能使用OpenGL進行加速，而在Windows平臺下視訊功能可以由DirectX或者OpenGL完成。由於開發商的選擇不同，通常的硬體都是支持者兩種加速方式的。客觀的來說在超高階硬體上對OpenGL的支援更好。

好吧，看完DirectX和OpenGL的解釋後你應該知道2.1的sVGA和2.2的vSGA技術有多弱了吧。

VMware自吹vSGA技術可以支援多少種3D設計軟體，還有一個辦法戳破他們的謊言就是去Nvidia主頁上看看有多少種應用程式是在vSGA技術下得到認證的，我這裡有個圖可以分享一下：

OK，真相大白，我們繼續。

2.6vGPU技術出場：將GPU卡資源切片分給Hypervisor之上執行的VM

概念不做解釋了，理解什麼是vCPU就知道什麼是vGPU。

正如第一節的名詞解釋所述，vGPU不是哪家公司的專有名字，而是業內通用術語。在去年NVIDIA公司宣佈與Citrix公司合作後，最早現身的時間點是今年5月份在CitrixSynergy2013大會上，CitrixCEOMarkB.Templeton演示了NVIDIA的vGPU技術如何和CitrixXenDesktop產品結合，其流暢的渲染技術獲得了滿堂喝彩。此後NVIDIACEO黃仁勳也登臺介紹了NVIDIA的GRID圖形虛擬化處理平臺以及vGPU技術。

在這次會議上，雙方宣佈思傑與NVIDIA將會在今年下半年推出業界首個為主機共享應用提供直接GPU共享的方案，並配合支援最新的OpenGL標準，此外還為開發提供遠端效能的新程式碼。

有興趣的朋友可以看看下面幾個視訊：

Citrix營銷副總裁-KrishnaSubramanian說明CitrixXenServer如何透過NVIDIAGRIDVGPU提供最棒的服務。

也可以從NVIDIA主頁上找到相關資訊：

回到正題，在本月1日，哈，也就是我們的國慶節，Citrix釋出了第一個技術預覽版的vGPU解決方案，也是目前全球第一個真正實現該技術的商業化產品。大家可以訪問下面的網址獲取第一手的資訊：

這次釋出的ReleaseNotes請參見下面的連結地址：

讓我們也來看看它的原理圖吧：

看到了嗎？這才是真正的vGPU技術，虛擬機器通過NVIDIADriver直接訪問切片後的GPU資源，而不是像vSGA技術那樣，通過欺騙應用程式API的虛擬顯示卡驅動程式來呼叫GPU，後者白白消耗掉大量的計算能力。

從圖中我們可以看出，vGPU技術是需要Hypervisor層面支援的，目前就只有XenServer支援。vSphere？好像還要等不少時間吧。

3競爭分析

那到底我用那個技術好呢？VMware也說好，Citrix也說好？怎麼辦？

在2.4章節介紹CitrixGPU透傳技術和2.5章節介紹SharedGPU技術時我們都分別針對這兩項技術和VMware的對應方案作了onebyone的對比。有需要可以往上翻頁看看細則。現在我們來一個大餐，看一個放大的圖，把所有的技術中放在一起，看看各有什麼優缺點。

你如果看不清楚，可以訪問我的ShareFile雲盤空間直接下載這個jpg檔案：

從上面的具體分析可以看出以下幾點：

1.Citrix是真正的跨平臺技術，無論是那種3D解決方案，不但支援自己的XenServer，也支援VMware的Hypervisor平臺；

2.就目前的技術來看，即使沒有剛釋出的vGPU技術，Citrix在GPU共享領域的能力都要遠勝於VMware的技術；

3.Citrix的3D虛擬化技術無論是在作業系統支援層面還是視訊記憶體支援，又或者是在對渲染技術的支援版本上，要遠優於VMware的解決方案；

4.在實施能力上，Citrix的PVS技術能幫助使用者批量實施，而不用像VMware那樣只有預覽技術而沒有實施能力；

5.現在有了真正的vGPU技術，將會給設計行業的客戶帶來更多更好的選擇！