一种用于Android系统的GPU虚拟化方法、系统及介质与流程

本发明涉及gpu虚拟化与android系统开发技术，具体涉及一种用于android系统的gpu虚拟化方法、系统及介质。

背景技术：

hypervisor叫做虚拟机监视器(virtualmachinemonitor)，是一种运行其他操作系统的操作系统。hypervisor运行在物理硬件和操作系统之间的中间层操作系统，可允许多个操作系统和应用共享一套基础物理硬件，运行在hypervisor之上的操作系统称之为客户机操作系统(guestos)。

由于多个guestos共享一套基础物理硬件，在硬件资源充足的情况下，每个guestos可单独使用一个独立的物理硬件资源，如每个guestos各自使用一块gpu硬件。当硬件资源不足的情况下，则需要将一个物理硬件进行虚拟化，供给多个guestos使用，即实际上是多个guestos竞争一个gpu硬件资源。

目前，市场上的部分高端gpu一般会自带有硬件虚拟化的功能，该功能的实现是通过硬件指令将一块gpu硬件虚拟化为多个独立的gpu供多个guestos使用，从而在gpu内部实现对gpu资源的分配和调用，不过由于gpu的硬件虚拟化必须得到芯片厂商的支持，受限于平台和硬件。虽然，还可以通过软件虚拟化gpu，但大多gpu软件虚拟化方法都是应用于linux系统，未有应用于android系统。

因此，有必要设计一种适用于android系统的gpu虚拟化方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于：基于hypervisor技术一个处理器运行两个操作系统(其中一个系统为android)或多个操作系统，在只android系统没有可供使用的gpu硬件资源的前提下，提供一种适用于android系统的gpu虚拟化方法，能够在android端通过虚拟gpu访问后端硬件gpu实现图形的渲染。

为了达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种用于android系统的gpu虚拟化方法，其特征在于，包括：

配置android系统的虚拟机在其需要处理渲染任务时，调用其opengl库的api并将相应渲染指令发送至其virtio-gpu；

配置具有gpu硬件资源的虚拟机，通过其virtio-gpu驱动接收由其它android系统的虚拟机的virtio-gpu发送的渲染指令，以及解析所接收到的每个渲染指令，并相应地调用其opengl库的api，以使其具有的gpu硬件资源处理其它android系统的虚拟机的渲染任务。

根据一种具体的实施方式，本发明用于android系统的gpu虚拟化方法还包括，配置android系统的虚拟机的opengl库为mesa库。

根据一种具体的实施方式，本发明用于android系统的gpu虚拟化方法还包括，配置android系统的虚拟机的gralloc模块，使所述gralloc模块通过所述virtio-gpu分配共享内存。

根据一种具体的实施方式，本发明用于android系统的gpu虚拟化方法还包括，配置android系统的虚拟机的libegl库文件，以在调用其opengl库的api之前，判定是否有gpu硬件资源存在。

根据一种具体的实施方式，本发明用于android系统的gpu虚拟化方法中，android系统的虚拟机与具有gpu硬件资源的虚拟机之间的virtio-gpu数据交互通过hypervisor实现。

基于与本发明公开的用于android系统的gpu虚拟化方法相同的发明构思，在具体实施的一方面，本发明还提供一种用于android系统的gpu虚拟化系统，其包括虚拟机和主机；其中，所述主机用于运行hypervisor，以实现android系统的虚拟机与具有gpu硬件资源的虚拟机之间的virtio-gpu数据交互；

android系统的虚拟机，用于在需要处理渲染任务时，调用opengl库的api并通过virtio-gpu将相应渲染指令发送至具有gpu硬件资源的虚拟机；

具有gpu硬件资源的虚拟机，用于通过virtio-gpu接收其它android系统的虚拟机发送的渲染指令，以及通过解析所接收到的渲染指令，而相应地调用opengl库的api，以使其具有的gpu硬件资源处理其它android系统的虚拟机的渲染任务。

基于与本发明公开的用于android系统的gpu虚拟化方法相同的发明构思，在具体实施的一方面，本发明还提供一种图像渲染方法，包括以下步骤：

android系统的虚拟机接收到渲染任务后，调用其opengl库的api并将相应渲染指令发送至其virtio-gpu；

具有gpu硬件资源的虚拟机通过virtio-gpu接收其它android系统的虚拟机发送的渲染指令，并通过解析所接收到的渲染指令，而相应地调用opengl库的api，使其具有的gpu硬件资源处理其它android系统的虚拟机的渲染任务，并将渲染结果返回至相应的android系统的虚拟机。

此外，本发明在具体实施的一方面，还提供一种可读存储介质，其上存储有一个或多个程序，其特征在于，该一个或多个程序被一个或多个处理器执行时实现本发明用于android系统的gpu虚拟化方法或本发明的图像渲染方法。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于android系统的gpu虚拟化方法，通过配置android系统的虚拟机，使其在需要处理渲染任务时，调用opengl库的api并通过virtio-gpu将相应渲染指令发送至具有gpu硬件资源的虚拟机；以及，通过配置具有gpu硬件资源的虚拟机，使其通过virtio-gpu接收其它android系统的虚拟机发送的渲染指令，以及通过解析所接收到的渲染指令，而相应地调用opengl库的api，以使其具有的gpu硬件资源处理其它android系统的虚拟机的渲染任务。因此，本发明能够在android系统没有gpu硬件资源的情况下，通过gpu虚拟化快速地实现复杂的图形渲染，而且，并没有改变android系统的图形绘制框架，不仅保证了系统的兼容性，还是实现了跨芯片平台的应用。

附图说明：

图1为本发明用于android系统的gpu虚拟化系统的架构图；

图2为物理gpu与本发明的虚拟gpu的渲染过程示意图；

图3为本发明android系统的虚拟机初始化的流程示意图；

图4为本发明android系统的虚拟机渲染过程的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，本发明用于android系统的gpu虚拟化系统的架构为在硬件上裸机运行两个guestos，其中前端的系统为android，后端的系统为linux系统，且由一个hypervisor对guestos进行控制。

本发明用于android系统的gpu虚拟化系统主要包括：前端guestos(即不具有gpu硬件资源的android系统的虚拟机，可以为多个)，后端guestos(即具有gpu硬件资源的虚拟机)，主机上运行的hypervisor，后端guestos的图形命令处理服务，以及相应的硬件资源。

具体的，所述主机用于运行hypervisor，以实现android系统的虚拟机与具有gpu硬件资源的虚拟机之间的virtio-gpu数据交互；即前端guestos的virtio-gpu与后端guestos的通信管理机制由hypervisor构建，从而实现前端guestos与后端guestos之间的virtio-gpu通信。

其中，在前端guestos，app经由opengl库(mesa库)通过virtio-gpu访问后端guestos的物理gpu。mesa库是开源的opengl库，支持egl、opengles接口，支持绝大部分型号的gpu，包括virtio-gpu。

后端guestos的linuxkernel在4.4以上的版本支持virtio-gpu，通过标准的drm(直接渲染管理器directrenderingmanager)是给予dri(基层直接渲染)客户端直接访问硬件的内核模块的接口，支持渲染及图形内存管理功能。

因此，本发明用于android系统的gpu虚拟化系统中，virtio-gpu由前端显卡和后端显卡组成，前端显卡(virtio-gpu驱动)运行在android的内核，后端显卡(virtio-gpu驱动)运行在linux的内核。

而且，前端guestos被配置为在需要处理渲染任务时，调用opengl库的api并通过virtio-gpu将相应渲染指令发送至后端guestos。

后端guestos被配置为通过virtio-gpu接收其它android系统的虚拟机发送的渲染指令，以及通过解析所接收到的渲染指令，而相应地调用opengl库的api，以使其具有的gpu硬件资源处理前端guestos的渲染任务。

因此，前端guestos调用的opengl命令，经过virtio-gpu转换传递，从而在后端guestos代理前端guestos的opengl绘制命令，最终由后端guestos的opengl直接访问物理gpu，实现虚拟gpu访问物理gpu。

如图2所示，前端guestos上应用访问gpu是通过标准图形接口opengl，应用对使用的gpu变化无感。与原生android对比，只有opengl库和驱动的区别，即物理gpu使用厂商提供的opengl库，虚拟gpu使用的opengl库为开源的mesa库，实际上，对系统渲染流程和框架影响不大。

具体的，在本发明用于android系统的gpu虚拟化方案中，还进一步配置前端guestos的gralloc模块(图形缓冲区管理器)，使该gralloc模块通过virtio-gpu分配共享内存。即gralloc模块通过virtio-gpu分配共享内存，可以确保前端guestos和后端guestos之间在渲染过程中图像零拷贝。

在本发明用于android系统的gpu虚拟化方案中，还进一步配置前端guestos的libegl库文件，以在调用libandroid_mesa之前，判定是否有gpu硬件资源存在。具体的图3所示，前端guestos的初始化流程包括：

步骤1，应用启动，hwui(负责android渲染任务分发)初始化，包括独立的绘制线程和opengl的初始化(libegl的初始化)。

步骤2，libegl是android实现的opengl的代理，初始化时判定是否有物理gpu存在，如果没有，则选择加载mesa库。如果有，则正常进入图2所示的物理gpu的初始化流程，相关流程为现有技术方案，此处不再赘述。

步骤3，mesa初始化，打开virtio-gpu的drm设备，初始化virtio-gpu。

再如图4所示，前端guestos的渲染过程包括：

步骤1，android应用更新，触发渲染(即需要处理渲染任务)，调用hwui的draw(绘制)。

步骤2，hwui把应用的绘制请求和参数转换成opengl接口，通过mesa下发绘制命令。

步骤3，mesa把opengl的接口及参数打包，发送数据到virtio-gpu驱动。

步骤4，前端guestos的virtio-gpu与后端guestos的virtio-gpu进行通信，将相应渲染指令发送至后端guestos后端。

然后，后端guestos通过virtio-gpu接收到前端guestos的virtio-gpu发送的渲染指令，然后通过后端guestos的图形命令处理服务解析所接收到的渲染指令，从而相应地调用opengl库的api，然后，通过具有的gpu硬件资源处理前端guestos的渲染任务。

此外，在具体实施的一方面，即在本发明用于android系统的gpu虚拟化之上，增加执行渲染任务的步骤，从而实现图像渲染，该图像渲染方法包括以下步骤：

android系统的虚拟机接收到渲染任务后，调用opengl库的api并通过virtio-gpu将相应渲染指令发送至具有gpu硬件资源的虚拟机；

具有gpu硬件资源的虚拟机通过virtio-gpu接收其它android系统的虚拟机发送的渲染指令，并通过解析所接收到的渲染指令，而相应地调用opengl库的api，使其具有的gpu硬件资源处理其它android系统的虚拟机的渲染任务，并将渲染结果返回至相应的android系统的虚拟机。

而且，本发明在具体实施的一方面，还提供一种可读存储介质，如rom存储设备、移动硬盘、u盘或者光盘等存储器，将一个或多个程序写入存储器中，并一个或多个处理器来执行该存储器中的程序。如此，当该存储器中的程序被处理器执行时实现本发明用于android系统的gpu虚拟化方法或本发明的图像渲染方法

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。