virtio-nvgpu — KVM 가상 머신에서 NVIDIA GPU에 접근할 수 있도록 해주는 모듈

virtio-nvgpu 프로젝트는 KVM 하이퍼바이저에서 실행되는 게스트 시스템에서 NVIDIA GPU에 최소한의 성능 저하로 접근할 수 있도록 하는 virtio 장치를 개발합니다. 이 프로젝트는 게스트 시스템에 로드되는 커널 모듈과 호스트에서 실행되는 virtio 장치로 구성됩니다. 커널 모듈 코드는 C 언어로 작성되었으며 GPLv2 라이선스가 적용되고, virtio 장치 코드는 Rust 언어로 작성되었으며 Apache 2.0 라이선스가 적용됩니다.

개발자들에 따르면 GPU 접근 시 성능 저하는 2%를 넘지 않습니다. 높은 성능은 ioctl 호출을 네이티브 NVIDIA 드라이버로 리디렉션하고 API 수준에서 요청을 변환하지 않고 NVIDIA 드라이버 ABI 수준에서 작동함으로써 달성됩니다. 게스트 측에서는 네이티브 라이브러리와 사용자 공간에서 실행되는 고수준 NVIDIA 드라이버가 사용됩니다.

게스트 시스템에 커널 모듈이 로드됩니다. 이 모듈은 /dev/nvidiactl, /dev/nvidia0…N 및 /dev/nvidia-uvm 장치 파일을 제공하고 ioctl() 및 mmap() 호출을 가상 큐(virtqueue)를 통해 호스트 환경의 핸들러로 전달하며, 핸들러는 이를 NVIDIA 호스트 드라이버로 전달합니다. 호스트 시스템과 가상 머신 간의 컨텍스트 전환을 방지하기 위해 명령 버퍼는 호스트 환경과 GPU에서 접근 가능한 공유 메모리에 매핑(mmapping)됩니다.

VFIO 패스스루(VFIO Passthrough)와 같은 독점적인 GPU 액세스 패스스루 방식과 달리, virtio-nvgpu 프로젝트는 여러 기기에서 하나의 GPU에 대한 공유 액세스를 제공합니다. 가상 기기virtio-nvgpu는 virtio-gpu(Venus, VirGL)와 달리 Vulkan 및 OpenGL 그래픽 API 변환 수준이 아닌 NVIDIA 드라이버에 대한 ABI 패스스루를 통해 작동합니다. virtio-nvgpu의 단점으로는 완전한 IOMMU 기반 격리가 부족하다는 점(게스트 시스템은 NVIDIA 호스트 드라이버를 통해 작동하며 ioctl 호출 필터링으로 제한됨)과 NVIDIA 드라이버 ABI에 의존한다는 점(ABI는 버전마다 변경되므로 virtio-nvgpu도 이에 맞춰 수정해야 함)이 있습니다.

virtio-nvgpu는 Vulkan, OpenGL, NVENC 및 CUDA API를 사용하여 렌더링, 비디오 인코딩 및 컴퓨팅을 수행하기에 충분한 기능을 갖추고 있습니다. 주요 응용 분야로는 클라우드 게임 서비스 또는 게임이나 그래픽 애플리케이션이 실행되는 가상 데스크톱 환경 구축이 있습니다. 가상 기기이 시스템은 렌더링, NVENC를 사용한 하드웨어 인코딩, 그리고 압축된 비디오 스트림 형태로 출력을 원격 사용자에게 전송하는 작업을 수행합니다.

출처 : opennet.ru