基于Intel GVT-g技术实现gpu虚拟化之对虚拟机内操作系统支持的探索

接上篇,https://www.jianshu.com/p/b84447c35700

首先需要说明的是,因为qemu、GVT-g及各操作系统平台驱动的完善度,导致很多组合无法正常工作,老苍子也是在不断的碰壁、不断的尝试中,找到了一些可行的模式
本文以当前实际状态提供,随着时间及环境的更迭,在实际拿来使用时,依旧可能存在很多意外情形

照旧,提供一下我的验证环境:

  • Asus PRIME Z370-A
  • Intel i7-8700
  • 宿主机 Fedora 37
  • QEMU x86_64 7.2.0
  • 虚拟机操作系统Fedora 37/38 workstation、Ubuntu 22.04 LTS、Windows 10 21h2
  • windows平台,virtio相关驱动为fedora提供的virtio-win-0.1.221.iso,UHD 630驱动为intel提供的gfx_win_101.2121.exe

首先说一下结论性内容:

  • 使用bios模式的虚拟机,单vGPU显卡,可以正确安装上述3个系统,此模式为推荐
  • 使用uefi模式的虚拟机,单vGPU显卡,可正确启动Linux系列,但Windows系统在安装完UHD 630驱动后显示黑屏,无法正常工作
  • 使用uefi模式的虚拟机,单vGPU显卡,配置额外的显卡rom后,可以正确安装上述3个系统

1. 使用bios模式的虚拟机

使用bios模式最简单的命令行如下,关于此命令行的解析,上一篇文章已经说明,此处不再赘述

# 生成uuid
uuid=$(uuidgen)
# 创建vGPU
echo ${uuid} > /sys/devices/pci0000:00/0000:00:02.0/mdev_supported_types/i915-GVTg_V5_4/create
# 创建磁盘镜像
qemu-img create -f qcow2 system.qcow2 64G

# 运行虚拟机
qemu-system-x86_64 \
  --nodefaults \
  -machine q35,accel=kvm \
  -cpu host \
  -m 8192 -smp 2 \
  -display egl-headless \
  -device vfio-pci-nohotplug,sysfsdev=/sys/bus/pci/devices/0000:00:02.0/${uuid},display=on,x-igd-opregion=on,ramfb=on \
  -display vnc=:0 \
  -cdrom ./ubuntu-22.04.2-desktop-amd64.iso \
  -hda ./system.qcow2 \
  -netdev bridge,id=nic0,br=br0 -device virtio-net-pci,netdev=nic0,mac=52:54:00:12:34:56 \
  -device qemu-xhci -device usb-tablet

# 移除vGPU
echo 1 > /sys/bus/pci/devices/0000:00:02.0/${uuid}/remove

对于linux系统,基于系统iso安装,使用其默认驱动即可;对于windows系统,在安装完操作系统后,还需要安装virtio驱动(关机后,更换iso文件)以支持各种虚拟化硬件,完毕后,再安装intel的UHD 630驱动即可

virtio的驱动下载地址为: https://fedorapeople.org/groups/virt/virtio-win/direct-downloads/archive-virtio/
intel UHD 630驱动的下载地址为:https://www.intel.com/content/www/us/en/download/776137/intel-7th-10th-gen-processor-graphics-windows.html

正常运行时,虚拟机内能看到正确的设备识别信息

windows虚拟机内显卡设备信息.png
linux虚拟机内pci设备信息.png

另外,即便是正确运行,其实也存在不少警告/错误

对于windows系统,在虚拟机启动时,宿主机系统日志中会有如下错误信息:

4月 20 10:16:31 fedora kernel: Detected your guest driver doesn't support GVT-g.
4月 20 10:16:31 fedora kernel: Now vgpu 1 will enter failsafe mode.

对于linux系统,在虚拟机启动时,宿主机系统日志中会有如下错误信息:

4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm_msr_ignored_check: 37 callbacks suppressed
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x1c9 data 0x0
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored wrmsr: 0x1c9 data 0x3
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x1c9 data 0x0
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x1a6 data 0x0
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored wrmsr: 0x1a6 data 0x11
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x1a6 data 0x0
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x1a7 data 0x0
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored wrmsr: 0x1a7 data 0x11
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x1a7 data 0x0
4月 20 12:19:25 fedora kernel: kvm [38756]: ignored rdmsr: 0x3f6 data 0x0

更为恶劣的是,linux虚拟机内,每次启动进入桌面时,都会弹出一个错误提示,系统日志中,会看到类似下面的信息

4月 20 10:57:42 fedora kernel: ACPI: \_SB_.GSIF: Enabled at IRQ 21
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: [drm] Virtual GPU for Intel GVT-g detected.
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: [drm] VT-d active for gfx access
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: vgaarb: deactivate vga console
4月 20 10:57:42 fedora kernel: Console: switching to colour dummy device 80x25
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: [drm] Using Transparent Hugepages
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: [drm] iGVT-g active, disabling use of stolen memory
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: [drm] *ERROR* DC state mismatch (0x0 -> 0x2)
4月 20 10:57:42 fedora kernel: ------------[ cut here ]------------
4月 20 10:57:42 fedora kernel: i915 0000:00:01.0: drm_WARN_ON(intel_de_wait_for_set(dev_priv, ((const i915_reg_t){ .reg = (0x420>
4月 20 10:57:42 fedora kernel: WARNING: CPU: 1 PID: 345 at drivers/gpu/drm/i915/display/intel_display_power_well.c:326 gen9_wait>
4月 20 10:57:42 fedora kernel: Modules linked in: i915(+) crct10dif_pclmul crc32_pclmul crc32c_intel polyval_clmulni polyval_gen>
4月 20 10:57:42 fedora kernel: CPU: 1 PID: 345 Comm: (udev-worker) Not tainted 6.2.9-300.fc38.x86_64 #1
4月 20 10:57:42 fedora kernel: Hardware name: QEMU Standard PC (Q35 + ICH9, 2009), BIOS rel-1.16.1-0-g3208b098f51a-prebuilt.qemu>
4月 20 10:57:42 fedora kernel: RIP: 0010:gen9_wait_for_power_well_fuses+0x71/0x80 [i915]
4月 20 10:57:42 fedora kernel: Code: 48 8b 5f 50 48 85 db 75 03 48 8b 1f e8 a8 e6 31 e5 48 c7 c1 c8 ba 88 c0 48 89 da 48 c7 c7 6>

相关错误截图如下:

运行windows虚拟机时宿主机的日志信息.png
运行linux虚拟机时宿主机的日志信息.png
linux虚拟机内的系统日志信息.png

好在这些信息都只打印一次,在运行时并不会再次出现,按我理解这属于驱动的兼容性问题,从网络上查询到的各种攻略说这是正常的,忽略即可,好吧,那么咱就忽略吧

2. 使用uefi模式的虚拟机

首先说,这是个坑,一个大坑,老苍子卡在这里好多天,压根没想到会是uefi模式导致的问题,直到我在archlinux的wiki中看到了下面这句话(话说archlinux的wiki真的是宝库啊,里面牵涉好多linux相关的内容讲解都很透彻)

Warning: According to this issue, this method will not work with UEFI guests using (unmodified) OVMF.
Use a BIOS-based guest (e.g. using SeaBIOS) or see below for patches/workarounds.

感谢archlinux,旁征博引,解决方案都给出来了,还是3种

  • 给ovmf(就是tianocore的uefi)打补丁,号称非属于ovmf的问题,所以他们不会纳入主干
  • 修补主机内核以自动为虚拟GPU提供ROM
  • 提取出一个GPU rom文件,在启动qemu的时候添加上

很显然,第三种方案是最廉价/便捷的,rom文件网上也已经存在,感谢web archive,原下载地址挂了后,可以从他这里直接下载到rom文件,直接访问此链接就可以了,https://web.archive.org/web/20201020144354/http://120.25.59.132:3000/vbios_gvt_uefi.rom
虽然archlinux wiki说,可以自己从patch内获取足够代码来自行编译,但是我看了好几遍,还是果断放弃了,真的挺复杂的。:-(

于是,将下载到的rom文件放到/usr/local/share/qemu目录下(我的qemu安装在/usr/local下,所以此目录就是rom文件的默认目录了),启动命令就变成了

qemu-system-x86_64 \
  --nodefaults \
  -machine q35,accel=kvm \
  -cpu host \
  -m 8192 -smp 2 \
  -drive file=/usr/local/share/qemu/edk2-x86_64-code.fd,if=pflash,format=raw,unit=0,readonly=on \
  -display egl-headless \
  -device vfio-pci-nohotplug,sysfsdev=/sys/bus/pci/devices/0000:00:02.0/${uuid},display=on,x-igd-opregion=on,ramfb=on,romfile=/usr/local/share/qemu/vbios_gvt_uefi.rom \
  -display vnc=:0 \
  -cdrom /opt/taohuayuan/disks/data/isos/ubuntu-22.04.2-desktop-amd64.iso \
  -hda ./system.qcow2 \
  -netdev bridge,id=nic0,br=br0 -device virtio-net-pci,netdev=nic0,mac=52:54:00:12:34:56 \
  -device qemu-xhci -device usb-tablet

实测linux/windows都能很顺利的转起来,虽然宿主机和虚拟机内的错误信息也都没少,但是简单尝试貌似应该可以稳定运行

虽说,对于上述的几种虚拟机操作系统,都没有必需强制使用uefi,但是windows11 和 mac貌似是必须的,但是很抱歉,我并没有针对这两个系统做验证,只能推测也许还会有一些坑吧

对了,还需要说一下,intel官方wiki所说的,将UHD 630作为第二显卡,使用qxl或者virtio-gpu作为第一显卡。在当前状态,这个真的很复杂,和驱动版本的关联度很高,一不小心黑屏就出现了,或者vnc看到的是第二显示器(即便为vGPU设置display=off参数,该GPU依旧也会被windows识别为接有一个黑屏的显示器),此时还需要需要想办法禁用这个显示器……。算了,一句话:劝君放弃。

最后,再附上几个很有价值的链接

老苍子,成文于2024年3月20日

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