虚拟化环境中SLI指令集的移植技术研究

王运强 王雅楠 靳晓庆

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

虚拟化环境中SLI指令集的移植技术研究

王运强 王雅楠 靳晓庆

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

介绍了SLI技术研究现状及工作原理，提出了将SLI指令集移植到虚拟服务器的底层，以达到在虚拟化环境中多显卡并行工作的目的，从而实现软件系统的运行速度的提升和图像处理能力的倍增.文章为后续研究人员研究SLI技术提供新的想法和必要参考.

虚拟化环境；SLI移植技术；BIOS；多显卡并行工作

0 引 言

近年来，虚拟化技术飞速发展，成为IT行业的后起之秀，引领计算机技术领域发展的潮流，而虚拟化桌面作为虚拟化技术[1]应用的集中体现，其工作原理是将计算机的桌面进行虚拟化，核心是在数据中心的服务器上将服务器虚拟化，生成大量的独立桌面操作系统，从而实现任何设备、任何地点任何时间访问自己的个人桌面系统，大大提升了桌面使用的灵活性.通常情况下，在虚拟化桌面上运行的是一些简单的办公软件，其对系统GPU性能要求不高，但是随着科学的发展，三维技术的普及，虚拟化桌面上也逐渐运行三维软件系统，例如常见的三维档案管理系统，此类型软件对计算机GPU依赖性极高，需要高性能的GPU来支持软件的运行，但现阶段瘦客户机和虚拟客户端都不具备性能优良的GPU.

鉴于以上情形，研究人员致力于寻找提升GPU性能的方法，研究发现GPU资源的使用极大的依赖于虚拟化服务器的GPU处理能力，因此要想实现三维软件系统的高速运行，需要克服服务器处理能力不足这一瓶颈.经过研究发现SLI(Scalable Link Interface可升级连接界面)指令集移植技术可较好的解决GPU性能不足的问题，从而实现在不支持多显卡并行工作的虚拟化服务器上，GPU性能的多倍提升，解决了在虚拟化桌面环境中，三维软件系统效率低下的问题.但是该技术在国际上仍处于起步阶段，在国外，仅有NVIDIA和AMD两家高科技公司把握这一技术，并且两家公司各有千秋.NVIDIA公司主攻SLI技术[2-3]，可同时使用两块同型号的PCIExpress显卡，以增强系统图形处理能力；AMD公司主打CF(Cross FireX交火)技术，同样可实现双显卡运行功能.在国内，没有任何一家科研单位或高科技企业掌握SLI技术，因此有必要对SLI相关技术进行研究.

本文介绍了SLI移植技术在虚拟化环境中运行的基本原理，并且给出了在服务器上移植SLI指令集应用到虚拟化桌面上的操作过程，为SLI移植技术的研究提供必要的参考.

1 虚拟化环境中SLI指令集移植技术应用

1.1 工作原理

众所周知，传统的显示技术是单显卡插入主板插槽，然后由主板将图片，动画渲染的任务交给显卡，显卡独自完成这种任务，对于图片要求较高的情况下，此技术稍显不足.随后发展了SLI技术，其将两张PCI Express界面显卡串接起来工作，即两张搭载nVIDIA绘图芯片的显卡同时插入主板PCI-EX16的两个插槽，其中一块显卡做为主卡，另一块做为副卡，用一张SLI桥接卡连接起来，此SLI桥接卡使主卡将任务下达给副卡进行处理并将处理好的数字信号传输回主卡，最终主卡将处理完的帧数据被集合起来作为一个整体信号被输出.为了保证两张显卡的任务分工和协同工作，nVIDIA将SLI控制功能直接集成在GPU芯片内部，芯片负责显卡的连接和协同工作，它将任务分派给两显卡渲染处理，然后将处理结果收集起来，经过自己的运算和重新合成，输出完整高效的图形画面.双显卡并行运算突破了常规的单芯片运作方式，提升整个系统的显示性能，获得高速的渲染效率.

SLI技术可直接应用于支持SLI指令的服务器上，以提高服务器的图像处理能力.但是对于不支持SLI指令集的客户端，要想实现多显卡的并行工作或交叉火力，常用方法是在操作系统环境下进行编译，修改，破解.现在提出的通过硬件的方式进行SLI指令集的移植和调用的方法极具创新性，在服务器硬件底层移植SLI指令集，利用编程器(烧录器)将含有SLI指令集的BIOS写入目标服务器，使该指令集和服务器的BIOS形成有机的整体.在移植成功的服务器，分别安装通过桥接方式连接的显卡，在显卡并行工作的前提下，实现GPU性能的倍增.

1.2 工作过程

在虚拟环境中完成SLI指令集移植技术应用主要需要以下：

BIOS[4-5]是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，它可从CMOS中读写系统设置的具体信息.首先从在支持SLI指令的服务器上，利用编程器(烧录器)提取BIOS原程序，在提取出的BIOS原程序中再提取SLI指令集，并使其形成一个专用的文件；将需要进行移植SLI指令集的目标服务器BIOS版本升级到最高版本，并目标服务器进行测试，在特定压力下服务器的响应时间，最大用户并发数，cpu以及内存的占用率等，确保升级后的目标服务器各项工作的正常.在上述步骤的基础上，将从BIOS原程序中提取的SLI指令集通过编程器(烧录器)导入到目标服务器的最高版本BIOS中，使该指令集和服务器的BIOS形成有机的整体.将导入成功的BIOS文件重新写入目标服务器底层，运行目标服务器，检测导入的SLI指令集是否齐全，确保移植入虚拟服务器底层的SLI指令集(微码)能够融入服务器集群并成为一个个有机的整体后，测试目标服务器是否能稳定的工作具体工作流程图如下图1所示.

图1 SLI指令集移植技术流程图

VMware虚拟化服务器及虚拟化桌面的研究需以多台服务器搭建VMware虚拟化环境，使其成为一个服务器集群,在此基础上实现虚拟化环境中的多种操作系统的虚拟化应用.而移植SLI指令集成功的虚拟化服务器，则可以有效的支持多显卡并行工作，从而提升虚拟化桌面运行速度的和图形处理能力.

2 结束语

虚拟化技术能够提高资源的利用率和应用上的灵活性，而在虚拟化客户端上运行的各类型办公软件对服务器的要求越来越高，尤其是三维软件的应用，使客户对服务器和图像处理器的运行能力提出更高的要求，SLI技术能够实现双显卡并行工作从而实行运行速度的提升和图像处理能力的极大提高.对于不支持SLI技术的服务器，我们提出的SLI指令集移植技术能够很好的达到多显卡并行工作的目标，文中对于在目标服务器上移植SLI指令集给出了具体的操作流程图，该技术对于解决虚拟服务器在面对3D系统运行时图像不平整清晰等问题有重要的借鉴作用，为后续从事SLI指令集研究提供了新的思想理念.

[1]齐勇,罗英伟,孙毓忠.网络资源虚拟化技术专题前言[J].《软件学报》,2014.25,(10):2087～2188

[2]只要你有两个PCI-E插槽,我就能让你支持SLI[J].电脑爱好者,2011,(02):71～71

[3]三英汇聚——NVIDIA三路SLI技术[N].中国电脑教育报(2007IT风云榜之独门技),2007.12.24(D08)

[4]谭凤华,高壮,闵凤霞.用BIOS功能调用实现直线彩色变换的方法研究[J].信息系统工程,2016,(01):133～133

[5]宋涛.图像信息处理机评估测试系统软件研制[D].北京,北京工业大学,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

王运强(1975-)，男，实验师，从事计算机科学技术研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.031

TP 3

A