오늘날, 가상화 기술은 소규모 모바일 장치에서부터 대규모의 클라우드 컴퓨팅에 이르기까지 다양한 분야에 널리 이용되는 중요한 기술로 발전하였다. 하지만 많은 연구가 진행된 CPU 가상화 기법과 메모리 가상화 기법에 반해 장치 가상화 기법은 연구가 더뎌있는 상황이다. 특히, 그래픽을 처리하는 그래픽 장치에 대한 가상화 기법에 대한 연구가 필요한 실정이다. 그래픽 장치에 대한 가상화 기법의 부족한 연구는 그래픽 영상을 원활하게 처리하는데 큰 장애물이 된다. 기존의 장치 가상화 기법으로 가상 머신은 GPU 장치에 직접적으로 연결되어 있지 않기 때문에 3D 가상화에 있어서 한계점이 발생한다. 특히 기존 가상화 기법은 가상 머신의 메사 소프트웨어 폴백 모듈에서 진행되는 소프트웨어 렌더링을 통해 그래픽 영상을 처리하기 때문에 영상 처리 수행시간의 증가를 가져왔다. 본 논문에서는 OpenGL 그래픽 처리 성능의 향상을 위한 GPU 장치 가상화 기법을 제안한다. 제안 기법은 가상 머신과 호스트에뮬레이션 프로세스 사이의 I/O 요청 큐를 통해서 가상머신이 GPU 장치에 직접적으로 접근할 수 있도록 한다. 이 기법은 기존의 가상 머신의 그래픽 스택을 통한 처리를 피하면서 vmexit 오버헤드를 제거할 수 있다. 실험 결과를 통해 기존의 메사 소프트웨어 렌더링의 그래픽 처리보다 2.5배 높은 프레임 레이트를 확인할 수 있었다.
Today, the virtualization is a very important technology which is widely used in various area, from small mobile devices to virtual machine (VM) servers for large scale cloud computing. However, device virtualization techniques, especially those for GPU devices, are less studied than the other virtualization techniques. It is a chief obstacle to perform graphics processing in the virtualized environments. Since VM cannot access the physical GPU device directly, existing GPU device virtualization techniques have some limitations on 3D acceleration. Especially, those techniques spend more time to perform graphics processing because they use software rendering on the Mesa Software Fallback module in the guest OS. In this paper, we propose a GPU device virtualization technique that can improve OpenGL graphics performance. By using concurrent I/O request queue between the host emulation process and the guest OS, GPU device can be accessed directly. Our scheme can avoid graphics processing in the graphics stack of the guest OS and also can reduce vmexit overheads. Our evaluation shows that the proposed technique has about 2.5x higher frame rate than existing Mesa software rendering.
