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Linux QEMU/KVM透過virtio-gpu啟用虛擬機3D加速,免GPU直通

分類   資訊科技 虛擬機與容器技術
標籤   VirGL QEMU-KVM VirtIO
🗓️ 民國113年 甲辰年
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virglrenderer(VirGL)是Linux的半虛擬化技術,可以配合QEMU/KVM的virtio-gpu,讓虛擬機獲得3D加速而不用直通GPU,也不用搞GPU虛擬化。

以下是Collabora公司繪製的原理圖:

用途?這樣一來方便開發者在虛擬機測試桌面環境特效,加強遊戲算繪能力、影片解碼速度,或者給ffmpeg影片編碼加速。

即使是在headless的Linux環境,virglrenderer照樣可以給虛擬機啟用3D加速。請參見 Andorid Termux Windows WSL的例子。

1. virglrenderer運作條件
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目前virglrenderer版本1.0.0,QEMU版本8.2.2,Mesa版本24.0.5

  • 宿主機系統:GNU/Linux系統。
  • 宿主機顯示卡:最好使用Intel或AMD,搭配開源Mesa驅動。Nividia閉源驅動virglrenderer支援度不佳。
  • 虛擬機軟體:QEMU。根據QEMU官方文件,virtio-gpu的虛擬顯示卡,帶有-gl後綴的表示使用virglrenderer當作後端。
  • 虛擬機系統:得是Linux才能啟用virglrenderer,大部分GNU/Linux系統的核心和Mesa應該都包含VirGL支援,Android-x86也有VirGL。FreeBSD和ChromeOS支援度未知。Windows和macOS不支援virglrenderer。目前有一個 針對Windows虛擬機VirGL驅動的PR,但是處於早期階段。
  • 圖形API支援:virglrenderer主要支援的是OpenGL,Vulkan支援尚屬於實驗階段。需要在virgl_test_server手動啟用Venus選項。
  • 此外,因為virglrenderer是半虛擬化技術,可能無法發揮GPU全速。

2. 在宿主機安裝virglrenderer套件
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大部分Linux發行版都有收virglrenderer套件。不過若要體驗最新功能你得參考 官方文件手動編譯新版。

  1. 以Ubuntu 24.04為例,先設定 Virt Manager與QEMU/KVM

  2. 再安裝virglrenderer套件:

sudo apt install libvirglrenderer-dev libvirglrenderer1 virgl-server
  1. 隨後應該會隨Virt Manager自己啟動,不需要跑特別指令。

  2. 需要跑自訂指令參數的話,使用virgl_server指令啟動伺服器,例如加入Vulkan支援:

virgl_test_server --use-egl-surfaceless -venus &

3. 在QEMU/KVM虛擬機啟用VirGL
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  1. 開啟Virt Manager,新增任意Linux虛擬機。

  2. 點選編輯硬體,在顯示卡部份選取virtio,並勾選3D加速

  3. 然後在SPICE協定部份,監聽類型勾選無,再勾選啟用OpenGL

  4. 開機之後,虛擬機系統應會自動偵測到virglrenderer並啟用3D加速

  5. 在虛擬機執行dmesg | grep drm指令查看virgl是否有載入

  6. 因為VirGL預設僅支援OpenGL,所以要用OpenGL工具來測試。使用glxinfo | grep OpenGL指令可得知,這裡使用了virgl,而非純CPU算繪的llvmpipe。

4. 測試VirGL效能
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  1. 虛擬機沒有GPU加速的情況下會使用llvmpipe算繪。現在有了virglrenderer,虛擬機內部的軟體應該會自動使用virglrenderer算繪。不過有些桌面環境即使啟用virgl可能還是會lag。

  2. 手動指定virgl或virpipe驅動來啟動程式

GALLIUM_DRIVER=virgl firefox
  1. 當虛擬機程式在使用3D算繪的時候,宿主機可以觀察到佔用(此圖為intel_gpu_top所顯示)

  2. 我們可以用glmark2跑分軟體,比較llvmpipe與VirGL的效能:

# 強制CPU算繪
GALLIUM_DRIVER=llvmpipe LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=true  glmark2

# 使用VirGL算繪
GALLIUM_DRIVER=virgl glmark2
  1. 用MPV播放器測試VirGL加速效果,播放高畫質影片解碼效果應當十分明顯,不會出現掉格現象:
GALLIUM_DRIVER=virgl mpv --no-config --vo=gpu --gpu-context=x11egl "影片路徑"

參考資料
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