虛擬化環(huán)境中SLI指令集的移植技術(shù)研究

王運強 王雅楠 靳曉慶

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

虛擬化環(huán)境中SLI指令集的移植技術(shù)研究

王運強 王雅楠 靳曉慶

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

介紹了SLI技術(shù)研究現(xiàn)狀及工作原理，提出了將SLI指令集移植到虛擬服務(wù)器的底層，以達到在虛擬化環(huán)境中多顯卡并行工作的目的，從而實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的運行速度的提升和圖像處理能力的倍增.文章為后續(xù)研究人員研究SLI技術(shù)提供新的想法和必要參考.

虛擬化環(huán)境；SLI移植技術(shù)；BIOS；多顯卡并行工作

0 引 言

近年來，虛擬化技術(shù)飛速發(fā)展，成為IT行業(yè)的后起之秀，引領(lǐng)計算機技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的潮流，而虛擬化桌面作為虛擬化技術(shù)[1]應(yīng)用的集中體現(xiàn)，其工作原理是將計算機的桌面進行虛擬化，核心是在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上將服務(wù)器虛擬化，生成大量的獨立桌面操作系統(tǒng)，從而實現(xiàn)任何設(shè)備、任何地點任何時間訪問自己的個人桌面系統(tǒng)，大大提升了桌面使用的靈活性.通常情況下，在虛擬化桌面上運行的是一些簡單的辦公軟件，其對系統(tǒng)GPU性能要求不高，但是隨著科學(xué)的發(fā)展，三維技術(shù)的普及，虛擬化桌面上也逐漸運行三維軟件系統(tǒng)，例如常見的三維檔案管理系統(tǒng)，此類型軟件對計算機GPU依賴性極高，需要高性能的GPU來支持軟件的運行，但現(xiàn)階段瘦客戶機和虛擬客戶端都不具備性能優(yōu)良的GPU.

鑒于以上情形，研究人員致力于尋找提升GPU性能的方法，研究發(fā)現(xiàn)GPU資源的使用極大的依賴于虛擬化服務(wù)器的GPU處理能力，因此要想實現(xiàn)三維軟件系統(tǒng)的高速運行，需要克服服務(wù)器處理能力不足這一瓶頸.經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)SLI(Scalable Link Interface可升級連接界面)指令集移植技術(shù)可較好的解決GPU性能不足的問題，從而實現(xiàn)在不支持多顯卡并行工作的虛擬化服務(wù)器上，GPU性能的多倍提升，解決了在虛擬化桌面環(huán)境中，三維軟件系統(tǒng)效率低下的問題.但是該技術(shù)在國際上仍處于起步階段，在國外，僅有NVIDIA和AMD兩家高科技公司把握這一技術(shù)，并且兩家公司各有千秋.NVIDIA公司主攻SLI技術(shù)[2-3]，可同時使用兩塊同型號的PCIExpress顯卡，以增強系統(tǒng)圖形處理能力；AMD公司主打CF(Cross FireX交火)技術(shù)，同樣可實現(xiàn)雙顯卡運行功能.在國內(nèi)，沒有任何一家科研單位或高科技企業(yè)掌握SLI技術(shù)，因此有必要對SLI相關(guān)技術(shù)進行研究.

本文介紹了SLI移植技術(shù)在虛擬化環(huán)境中運行的基本原理，并且給出了在服務(wù)器上移植SLI指令集應(yīng)用到虛擬化桌面上的操作過程，為SLI移植技術(shù)的研究提供必要的參考.

1 虛擬化環(huán)境中SLI指令集移植技術(shù)應(yīng)用

1.1 工作原理

眾所周知，傳統(tǒng)的顯示技術(shù)是單顯卡插入主板插槽，然后由主板將圖片，動畫渲染的任務(wù)交給顯卡，顯卡獨自完成這種任務(wù)，對于圖片要求較高的情況下，此技術(shù)稍顯不足.隨后發(fā)展了SLI技術(shù)，其將兩張PCI Express界面顯卡串接起來工作，即兩張搭載nVIDIA繪圖芯片的顯卡同時插入主板PCI-EX16的兩個插槽，其中一塊顯卡做為主卡，另一塊做為副卡，用一張SLI橋接卡連接起來，此SLI橋接卡使主卡將任務(wù)下達給副卡進行處理并將處理好的數(shù)字信號傳輸回主卡，最終主卡將處理完的幀數(shù)據(jù)被集合起來作為一個整體信號被輸出.為了保證兩張顯卡的任務(wù)分工和協(xié)同工作，nVIDIA將SLI控制功能直接集成在GPU芯片內(nèi)部，芯片負責顯卡的連接和協(xié)同工作，它將任務(wù)分派給兩顯卡渲染處理，然后將處理結(jié)果收集起來，經(jīng)過自己的運算和重新合成，輸出完整高效的圖形畫面.雙顯卡并行運算突破了常規(guī)的單芯片運作方式，提升整個系統(tǒng)的顯示性能，獲得高速的渲染效率.

SLI技術(shù)可直接應(yīng)用于支持SLI指令的服務(wù)器上，以提高服務(wù)器的圖像處理能力.但是對于不支持SLI指令集的客戶端，要想實現(xiàn)多顯卡的并行工作或交叉火力，常用方法是在操作系統(tǒng)環(huán)境下進行編譯，修改，破解.現(xiàn)在提出的通過硬件的方式進行SLI指令集的移植和調(diào)用的方法極具創(chuàng)新性，在服務(wù)器硬件底層移植SLI指令集，利用編程器(燒錄器)將含有SLI指令集的BIOS寫入目標服務(wù)器，使該指令集和服務(wù)器的BIOS形成有機的整體.在移植成功的服務(wù)器，分別安裝通過橋接方式連接的顯卡，在顯卡并行工作的前提下，實現(xiàn)GPU性能的倍增.

1.2 工作過程

在虛擬環(huán)境中完成SLI指令集移植技術(shù)應(yīng)用主要需要以下：

BIOS[4-5]是一組固化到計算機內(nèi)主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、開機后自檢程序和系統(tǒng)自啟動程序，它可從CMOS中讀寫系統(tǒng)設(shè)置的具體信息.首先從在支持SLI指令的服務(wù)器上，利用編程器(燒錄器)提取BIOS原程序，在提取出的BIOS原程序中再提取SLI指令集，并使其形成一個專用的文件；將需要進行移植SLI指令集的目標服務(wù)器BIOS版本升級到最高版本，并目標服務(wù)器進行測試，在特定壓力下服務(wù)器的響應(yīng)時間，最大用戶并發(fā)數(shù)，cpu以及內(nèi)存的占用率等，確保升級后的目標服務(wù)器各項工作的正常.在上述步驟的基礎(chǔ)上，將從BIOS原程序中提取的SLI指令集通過編程器(燒錄器)導(dǎo)入到目標服務(wù)器的最高版本BIOS中，使該指令集和服務(wù)器的BIOS形成有機的整體.將導(dǎo)入成功的BIOS文件重新寫入目標服務(wù)器底層，運行目標服務(wù)器，檢測導(dǎo)入的SLI指令集是否齊全，確保移植入虛擬服務(wù)器底層的SLI指令集(微碼)能夠融入服務(wù)器集群并成為一個個有機的整體后，測試目標服務(wù)器是否能穩(wěn)定的工作具體工作流程圖如下圖1所示.

圖1 SLI指令集移植技術(shù)流程圖

VMware虛擬化服務(wù)器及虛擬化桌面的研究需以多臺服務(wù)器搭建VMware虛擬化環(huán)境，使其成為一個服務(wù)器集群,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)虛擬化環(huán)境中的多種操作系統(tǒng)的虛擬化應(yīng)用.而移植SLI指令集成功的虛擬化服務(wù)器，則可以有效的支持多顯卡并行工作，從而提升虛擬化桌面運行速度的和圖形處理能力.

2 結(jié)束語

虛擬化技術(shù)能夠提高資源的利用率和應(yīng)用上的靈活性，而在虛擬化客戶端上運行的各類型辦公軟件對服務(wù)器的要求越來越高，尤其是三維軟件的應(yīng)用，使客戶對服務(wù)器和圖像處理器的運行能力提出更高的要求，SLI技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)雙顯卡并行工作從而實行運行速度的提升和圖像處理能力的極大提高.對于不支持SLI技術(shù)的服務(wù)器，我們提出的SLI指令集移植技術(shù)能夠很好的達到多顯卡并行工作的目標，文中對于在目標服務(wù)器上移植SLI指令集給出了具體的操作流程圖，該技術(shù)對于解決虛擬服務(wù)器在面對3D系統(tǒng)運行時圖像不平整清晰等問題有重要的借鑒作用，為后續(xù)從事SLI指令集研究提供了新的思想理念.

[1]齊勇,羅英偉,孫毓忠.網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化技術(shù)專題前言[J].《軟件學(xué)報》,2014.25,(10):2087～2188

[2]只要你有兩個PCI-E插槽,我就能讓你支持SLI[J].電腦愛好者,2011,(02):71～71

[3]三英匯聚——NVIDIA三路SLI技術(shù)[N].中國電腦教育報(2007IT風(fēng)云榜之獨門技),2007.12.24(D08)

[4]譚鳳華,高壯,閔鳳霞.用BIOS功能調(diào)用實現(xiàn)直線彩色變換的方法研究[J].信息系統(tǒng)工程,2016,(01):133～133

[5]宋濤.圖像信息處理機評估測試系統(tǒng)軟件研制[D].北京,北京工業(yè)大學(xué),2016,1～95

Research of SLI Transplantation Technology in Virtualized Environment

WANGYun-qiang，WANGYa-nan，JINXiao-qing

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou,Hebei 075000)

In this paper,the research status and working principle of SLI technology is introduced the idea that we can transplante the SLI instruction set to terminal of the virtual server is put forward,so as to achieve the purpose that multi-graphics work in parallel in a virtualized environment.As a result,it enhances the speed of 3D software system and increases the capability of image processing,which provides new ideas and necessary references for follow-up researchers to study SLI technology.

virtualized environment;SLI transplantation technology;BIOS;multi-graphics work in parallel

2016-12-03

王運強(1975-)，男，實驗師，從事計算機科學(xué)技術(shù)研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.031

TP 3

A