透過Intel GVT-g虛擬化技術，分配Linux宿主機的GPU資源給QEMU/KVM虛擬機使用

注意：根據 Intel官網資料，Intel GVT-g技術僅適用Intel 11代(Rocket Lake)以前的CPU。搭載Intel Xe的新型CPU請改用「SR-IOV」技術。

本文探討如何在Linux系統利用「Intel GVT-g」技術將Intel的GPU虛擬化，將資源分享給QEMU/KVM虛擬機使用，使雙方都可以有3D硬體加速，或是在虛擬機影片轉碼的時候能使用Intel VA-API技術來加速。

Intel CPU很多型號都有附贈GPU，稱之為內顯，讓電腦開機有畫面，用於看影片沒有問題的。

如果要在Linux上的虛擬機達成硬體加速，之前我提過GPU Passthrough的方法：直通Intel GPU給QEMU/KVM虛擬機，不使用GVT-g 但這是有雙顯示卡的前提下才能這麼做，因為一旦顯示卡給虛擬機獨佔，Linux宿主機就沒有畫面了。

故採用本文提及的GPU虛擬化技術，即可讓宿主機與虛擬機共享Intel GPU。如果你的電腦只有一個Intel GPU想必會非常有用。而且Intel GVT-g是可以一對多，分配GPU資源給多個虛擬機的。

1. 環境
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Host OS：Ubuntu 24.04 LTS
Guest OS：Windows 10 22H2
核心版本：6.8.0
CPU：Intel i5-7400
GPU：Intel UHD 630

我是雙顯卡桌電的配置，螢幕線必須接在Intel顯卡的HDMI上，GVT-g才能發揮作用。

2. 啟用GVT-g
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設定開機自動載入vfio-pci、kvmgt、mdev核心模組

echo "vfio-pci" | sudo tee -a /etc/modules-load.d/vfio-pci.conf

echo "kvmgt" | sudo tee -a /etc/modules-load.d/kvmgt.conf

echo "mdev" | sudo tee -a /etc/modules-load.d/mdev.conf

編輯GRUB

sudo vim /etc/default/grub

加入以下內容，啟用IOMMU、vfio-pci、GVT-g核心模組

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="loglevel=3 quiet intel_iommu=on iommu=pt enable_gvt=1 i915.enable_guc=0 i915.enable_gvt=1"

更新GRUB

sudo grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg

重開機。

3. 新增mdev裝置
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安裝mdevctl套件

sudo apt install mdevctl

取得Intel內顯的PCI位址

lspci | grep Intel

查看可用設定檔

sudo mdevctl types

例如我的Intel UUD 630可用設定檔有兩個：

0000:00:02.0
  i915-GVTg_V5_4
    Available instances: 0
    Device API: vfio-pci
    Name: GVTg_V5_4
    Description: low_gm_size: 128MB, high_gm_size: 512MB, fence: 4, resolution: 1920x1200, weight: 4
  i915-GVTg_V5_8
    Available instances: 0
    Device API: vfio-pci
    Name: GVTg_V5_8
    Description: low_gm_size: 64MB, high_gm_size: 384MB, fence: 4, resolution: 1024x768, weight: 2

根據我的測試，i915-GVTg_V5_4只能分給一個虛擬機，解析度較高。i915-GVTg_V5_8則是能分給兩個虛擬機使用，但解析度很低。
這裡我選取了i915-GVTg_V5_4設定檔，賦予一個UUID並設定開機自動啟動。路徑為上面的指令PCI位址轉寫，例如00:02.0就是0000:00:02.0。

sudo mdevctl define --parent 0000:00:02.0 --type i915-GVTg_V5_4  --auto

sudo mdevctl start --uuid "填入上面生成的UUID" --parent "0000:01:00.0" --type "i915-GVTg_V5_4"

如果用mdevctl define建立多個UUID，等同建立多個虛擬GPU，讓不同的虛擬機使用，同時設定檔也必須選取支援多個虛擬機的。但是Intel GPU的VRAM不是很大，實務上分配2個就很吃緊了。
查看目前mdev裝置的狀態

sudo mdevctl list -d

4. 將Intel GPU掛載至Libvirt虛擬機
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經測試，Linux虛擬機分配Intel GVT正常運作，Intel開機後會自動使用Mesa載入驅動。

但…用UEFI韌體的Windows虛擬機會出現Error 43，可能是OVMF的bug，掛載i915ovmf.rom也沒用。虛擬機必須使用傳統BIOS韌體才有畫面。

開啟Virt Manager，新增 Windows 10虛擬機，開機韌體選取Q35和BIOS
點選編輯硬體，新增mdev主機裝置
開機後Windows應該會自動裝好Intel驅動，若無，開啟裝置管理員，對顯卡按下右鍵，更新驅動。
虛擬機預設的QXL顯示卡加上Intel GPU，於是Windows會偵測到二個螢幕。在系統設定 → 顯示器 → 圖形的部份，可以指定應用程式exe使用Intel GPU運算。
Windows工作管理員可看到Intel GPU有在運作。Linux端只能透過intel_gpu_top指令間接得知。因為是共享資源，若Windows端做太多重度運算一定會影響到宿主機的流暢度的。