Intel GVT-g

Intel GVT-g 是一项为 Intel GPU（Broadwell 及更新型号）提供中介设备直通的技术。它可以用于为多个客户虚拟机虚拟化 GPU，从而在虚拟机中有效地提供接近原生的图形性能，同时仍然允许您的主机正常使用虚拟化的 GPU。如果您希望在没有专用 GPU 的超极本上运行的 Windows 虚拟机中获得加速图形，而无需完全设备直通，这将非常有用。（NVIDIA 和 AMD GPU 也存在类似的技术，但它们仅在“专业”GPU 产品线中提供，如 Quadro、Radeon Pro 等。）

还有一种称为 GVT-d 的技术变体 - 它本质上是 Intel 对使用 vfio-pci 驱动程序的完全设备直通的称呼。使用 GVT-d，主机无法使用虚拟化的 GPU。

先决条件

Intel GVT-g 目前仅适用于 Intel Broadwell（第 5 代）到 Comet Lake（第 10 代），这是因为 i915 驱动程序缺少对 Ice Lake（第 10 代移动处理器）、Rocket Lake（第 11 代桌面处理器）及更新型号的支持。有关详细信息，请参阅此 Intel 支持帖子和此 Github Issue。

目前，Ice Lake 仅支持 GVT-d。对于基于 Xe 架构 (Gen12) 的 GPU，则需要 SR-IOV 功能。有关更多详细信息，请参阅 QEMU/Guest graphics acceleration#SR-IOV。

您必须先创建一个虚拟 GPU，然后将其分配给您的虚拟机。带有虚拟 GPU 的客户机将其视为“常规”GPU - 只需安装最新的原生驱动程序即可。（虚拟 GPU 实际上确实需要专门的驱动程序才能正常工作，但最新的上游 Linux/Windows 驱动程序中已存在所有必需的更改。）

您将需要：

使用至少 Linux 4.16 和 QEMU 2.12。
通过将 intel_iommu=on 添加到您的内核参数来启用 IOMMU。
启用内核模块：kvmgt、vfio-iommu-type1 和 mdev。
设置 i915 内核模块参数 enable_gvt=1 以启用 GPU 虚拟化。
将 i915.enable_guc=0 添加到内核参数，请参阅 Intel graphics#Enable GuC / HuC firmware loading 中的警告。
通过运行 lspci -D -nn 找到您的 GPU 的 PCI 地址 $GVT_PCI（例如 0000:00:02.0）。
生成一个虚拟 GPU GUID（以下命令中的 $GVT_GUID），您将使用它来创建和分配虚拟 GPU。单个虚拟 GPU 只能分配给单个虚拟机 - 根据您想要的虚拟 GPU 数量创建尽可能多的 GUID。（您可以通过运行 uuidgen 来做到这一点。）

使用 i915.enable_gvt=1 标志重新启动后，您应该能够创建虚拟 GPU。

您可以像这样列出可以在您的系统上创建的虚拟 GPU 类型

$ ls /sys/devices/pci0000\:00/$GVT_PCI/mdev_supported_types

编号较小的类型能够支持更高的分辨率、更大的视频内存分配，并且能够使用更多的 GPU 时间片。

可以像这样访问每种类型的功能描述

$ cat /sys/devices/pci0000\:00/$GVT_PCI/mdev_supported_types/$GVT_TYPE/description

注意： 如果目录存在但内容为空，您可以尝试在计算机固件中增加 AGP aperture 大小。

选择您想要使用的类型 - 我们将在下面将其称为 $GVT_TYPE。

使用您创建的 GUID 创建具有所选类型的虚拟 GPU

# echo "$GVT_GUID" > "/sys/devices/pci0000\:00/$GVT_PCI/mdev_supported_types/$GVT_TYPE/create"

您可以根据需要使用不同的 GUID 重复此操作多次。所有创建的虚拟 GPU 都将位于 /sys/bus/pci/devices/$GVT_PCI/ 中 - 如果您想删除虚拟 GPU，您可以执行

# echo 1 > /sys/devices/pci0000\:00/$GVT_PCI/$GVT_GUID/remove

libvirt QEMU 钩子

使用 libvirt，可以libvirt QEMU 钩子在机器启动时自动创建虚拟 GPU，并在机器停止时将其删除。将变量替换为您在上面找到的值，并将 DOMAIN 替换为机器的名称。

/etc/libvirt/hooks/qemu

#!/bin/sh
GVT_PCI=<GVT_PCI>
GVT_GUID=<GVT_GUID>
MDEV_TYPE=<GVT_TYPE>
DOMAIN=<DOMAIN name>
if [ $# -ge 3 ]; then
    if [[ " $DOMAIN " =~ .*\ $1\ .* ]] && [ "$2" = "prepare" ] && [ "$3" = "begin" ]; then
        echo "$GVT_GUID" > "/sys/devices/pci0000:00/$GVT_PCI/mdev_supported_types/$MDEV_TYPE/create"
    elif [[ " $DOMAIN " =~ .*\ $1\ .* ]] && [ "$2" = "release" ] && [ "$3" = "end" ]; then
        echo 1 > "/sys/devices/pci0000:00/$GVT_PCI/$GVT_GUID/remove"
    fi
fi

不要忘记使文件可执行，并引用每个变量值，例如 GVT_PCI="0000:00:02.0"。您还需要重新启动 libvirtd 守护程序，以便它知道新的钩子。

注意

如果您使用 libvirt 用户会话，您需要调整脚本以使用权限提升命令，例如 pkexec(1) 或无密码 sudo。
域的 XML 通过 stdin 馈送到钩子脚本。您可以使用 xmllint 和 XPath 表达式从 stdin 中提取 GVT_GUID，例如
```
GVT_GUID="$(xmllint --xpath 'string(/domain/devices/hostdev[@type="mdev"][@display="on"]/source/address/@uuid)' -)"
```

启动时 systemd 服务

除了 QEMU 钩子之外，您还可以让 systemd 在启动时创建虚拟 GPU。只要虚拟机不使用虚拟 GPU，这就不依赖于 libvirt，并且似乎对主机上的 GPU 性能没有影响。

创建一个 bash 脚本，并将 echo 命令放在先决条件中确定的位置以创建虚拟 GPU。使其可执行。确保非特权用户无法修改该脚本，因为它将在启动时以 root 身份运行。

现在创建一个 systemd 服务来运行该脚本，并为其提供以下属性

After=graphical.target
Type=oneshot
User=root

为虚拟机分配虚拟 GPU

如果您以普通用户身份运行 qemu 或 libvirtd，它可能会抱怨某些路径 /dev/vfio/number 不可写。您需要使用 chmod 或 setfacl 为该帐户启用对该路径的写入访问权限。

QEMU CLI

要创建具有虚拟化 GPU 的虚拟机，请将此参数添加到 QEMU 命令行

-device vfio-pci,sysfsdev=/sys/bus/mdev/devices/$GVT_GUID

注意： 必须通过 -enable-kvm 启用 KVM。

libvirt

将以下设备添加到虚拟机定义的 devices 元素中

$ virsh edit vmname

...
    <hostdev mode='subsystem' type='mdev' managed='no' model='vfio-pci' display='off'>
      <source>
        <address uuid=GVT_GUID/>
      </source>
    </hostdev>
...

将 GVT_GUID 替换为您的虚拟 GPU 的 UUID。

获取虚拟 GPU 显示内容

有几种可能的方法可以从虚拟 GPU 检索显示内容。

使用 DMA-BUF 显示

警告： 根据此 issue，此方法不适用于使用（未修改的）OVMF 的 UEFI 客户机。使用基于 BIOS 的客户机（例如使用 SeaBIOS）或参阅下面的补丁/解决方法。

QEMU CLI

将 display=on,x-igd-opregion=on 添加到 -device vfio-pci 参数的末尾，例如

-device vfio-pci,sysfsdev=/sys/bus/mdev/devices/$GVT_GUID,display=on,x-igd-opregion=on

libvirt

首先，修改虚拟机定义的 XML 架构，以便我们可以稍后使用 QEMU 特定的元素。更改

$ virsh edit vmname

<domain type='kvm'>

为

$ virsh edit vmname

<domain xmlns:qemu='http://libvirt.org/schemas/domain/qemu/1.0' type='kvm'>

然后将此配置添加到 <domain> 元素的末尾，即，将此文本插入到结束标记 </domain> 的正上方

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:override>
    <qemu:device alias="hostdev0">
      <qemu:frontend>
        ...
        <qemu:property name="x-igd-opregion" type="bool" value="true"/>
      </qemu:frontend>
    </qemu:device>
  </qemu:override>
...

将 DMA-BUF 与 UEFI/OVMF 结合使用

如上所述，DMA-BUF 显示不适用于使用（未修改的）OVMF 的基于 UEFI 的客户机，因为它不会创建必要的 ACPI OpRegion，该 OpRegion 通过 QEMU 的非标准 fw_cfg 接口公开。有关此问题的详细信息，请参阅此 OVMF 错误^{[死链接 2025-01-19 ⓘ]}。

根据此 GitHub 评论，OVMF 错误报告提出了几个解决问题的方案。可以：

补丁^{[死链接 2025-01-19 ⓘ]} OVMF (详细信息^{[死链接 2025-01-19 ⓘ]}) 以添加 Intel 特定的怪癖（最直接但不可向上游的解决方案）；
补丁^{[死链接 2025-01-19 ⓘ]} 主机内核 (详细信息^{[死链接 2025-01-19 ⓘ]}) 以自动为虚拟 GPU 提供选项 ROM，其中包含基本相同的代码，但采用选项 ROM 格式；
从内核补丁中提取 OpROM (来源) 并将其作为覆盖提供给 QEMU。

我们将选择最后一个选项，因为它不涉及任何修补。（注意：如果链接和存档都失效，则可以手动从内核补丁中提取 OpROM。）

i915ovmf^AUR 可用，它是已存档的 i915ovmfPkg 的最新分支，它是当前用于 OVMF 的最先进的 GVT-g ROM，请参阅此讨论。AUR 软件包将 UEFI rom 文件安装为 /var/lib/libvirt/qemu/drivers/i915ovmf.rom 。首次启动可能需要一段时间，尤其是当客户机操作系统需要安装驱动程序时，Windows 10 就是这种情况。

下载 vbios_gvt_uefi.rom 并将其放置在世界可访问的位置（我们将使用 / 作为示例）。

注意

如果使用 SELinux，它将拒绝访问 .rom 文件，从而导致 QEMU 无法找到它的消息。
要安全地授予对 .rom 文件的访问权限，而无需禁用 SELinux 或切换到被动模式，请将 vbios_gvt_uefi.rom 文件放在 /var/lib/libvirt 中，然后以 root 身份运行 restorecon -Rv /var/lib/libvirt。然后 SELinux 将应用正确的标签，从而授予对 QEMU 的 svirt_t 策略的访问权限。

QEMU CLI

要指定 vBIOS ROM 文件，请将 ,romfile=/path/to/vbios_gvt_uefi.rom 附加到 -device vfio-pci,...。

libvirt

然后编辑虚拟机定义，将此配置附加到我们之前添加的 <qemu:override> 元素

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:override>
    <qemu:device alias="hostdev0">
      <qemu:frontend>
      ...
        <qemu:property name="romfile" type="string" value="/path/to/vbios_gvt_uefi.rom"/>
      ...
      </qemu:frontend>
    </qemu:device>
  </qemu:override>
...

启用 RAMFB 显示（可选）

这应与上述 DMA-BUF 配置结合使用，以便也显示在客户机 Intel 驱动程序加载之前发生的所有事情（即 POST、固件界面和客户机初始化）。

QEMU CLI

将 ramfb=on,driver=vfio-pci-nohotplug 添加到 -device vfio-pci 参数的末尾，例如

-device vfio-pci,sysfsdev=/sys/bus/mdev/devices/$GVT_GUID,display=on,x-igd-opregion=on,ramfb=on,driver=vfio-pci-nohotplug

libvirt

首先，按照本节的第一步修改 XML 架构。

然后将此配置添加到 <domain> 元素的末尾，即，将此文本插入到结束标记 </domain> 的正上方

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:override>
    <qemu:device alias="hostdev0">
      <qemu:frontend>
        ...
        <qemu:property name="driver" type="string" value="vfio-pci-nohotplug"/>
        <qemu:property name="ramfb" type="bool" value="true"/>
      </qemu:frontend>
    </qemu:device>
  </qemu:override>
...

显示虚拟 GPU 输出

由于 spice-gtk 的问题，配置因 SPICE 客户端 EGL 实现而异。

使用 QEMU GTK 显示输出

至少对于 Windows 客户机而言，此方法将为您提供比弱 CPU 上的 SPICE 显示更高的刷新率和更少的延迟/输入延迟。此外，它的 CPU 密集程度低于 Looking Glass。但是您会失去有用的 SPICE 显示功能，例如：

共享剪贴板（可以重新获得，请参阅 QEMU#qemu-vdagent）
实时 USB 重定向（您需要在启动客户机之前分配 USB 设备）
鼠标光标可以自由进出虚拟机（将被捕获，除非您使用 USB 平板电脑输入设备）
将显示输出集成到 virt-manager 中（将为 GTK 显示生成单独的窗口）

只有当客户机启动其正确的 Intel GPU 驱动程序（通常在登录屏幕上）时，显示输出才会开始工作。这意味着：

最好预先安装 Intel GPU 驱动程序，或使用不同的虚拟显示适配器（如 -vga std 或 libvirt）与 Intel vGPU 一起安装 Intel GPU 驱动程序，然后删除 std 视频适配器。
您永远不会看到操作系统启动，如果它在登录之前崩溃，您需要切换到不同的虚拟显示适配器。
如果您需要访问 BIOS，则需要启用 RAMFB 显示。

提示： 在 QEMU GTK 中，Ctrl+Alt+G 捕获或释放鼠标光标，Ctrl+Alt+F 在窗口和全屏模式之间切换。

QEMU CLI

将 -display gtk,gl=on 添加到命令行。可以通过添加 -vga none 来禁用 QEMU VGA 适配器，或者您有两个虚拟屏幕，连接到 QEMU VGA 适配器的那个屏幕是空白的。

libvirt

确保上面添加的 <hostdev> 设备已将 display 属性设置为 'off'。
确保您已将虚拟行 xmlns:qemu='http://libvirt.org/schemas/domain/qemu/1.0' 添加到您的 domain（来自步骤使用 DMA-BUF 显示）。
删除所有 <graphics> 和 <video> 设备。

QEMU GTK 显示窗口需要被告知它应该使用哪个显示输出运行 OpenGL。在笔记本电脑上，首先断开所有外部显示器，以便您只有一个笔记本电脑屏幕作为显示器。通过粘贴到终端来获取 GPU 输出到的显示器的编号：echo $DISPLAY。一个示例是 :0。您现在可以重新连接您之前使用的任何显示器。将您刚刚确定的数字插入到下面的 env name='DISPLAY' 行中。

添加以下 QEMU 命令行参数

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:commandline>
    <qemu:arg value="-display"/>
    <qemu:arg value="gtk,gl=on,zoom-to-fit=off"/>
    <qemu:env name="DISPLAY" value=":0"/>
  </qemu:commandline>
  <qemu:override>
    <qemu:device alias="hostdev0">
      <qemu:frontend>
        <qemu:property name="display" type="string" value="on"/>
        ...
      </qemu:frontend>
    </qemu:device>
  </qemu:override>
...

缩放

在窗口模式下，-display gtk,gl=on,zoom-to-fit=off 使 GTK 显示窗口大小与客户机显示的分辨率一样大，这为您提供 1:1 像素纵横比。打开此选项或将其忽略会使客户机显示拉伸/收缩到 GTK 窗口的实际大小（难看的缩放）。

在全屏模式下，无论如何您都会获得缩放，并且当您更改客户机分辨率时，缩放仅在降低分辨率时更新。当您增加分辨率时，图像会变得比您的显示器更大，因此您需要退出全屏并再次进入。

GTK 显示 CPU 负载

这是将客户机帧缓冲区复制到 GTK 显示窗口的方法之间的权衡。

用 gl=es 代替 gl=on 会将复制客户机帧缓冲区的任务委托给 GPU（通过 DMA）。

这降低了 GTK 显示的 CPU 负载，并且可以产生响应更快的客户机，尤其是在弱 CPU 上。

当此帧缓冲区复制操作与加载 GPU 的应用程序共享 GPU 资源时，显示的 FPS 可能会下降，并且很可能发生卡顿（显示的帧之间的时间间隔不规则）。

使用 SPICE 与 MESA EGL 输出

QEMU CLI

将 -display spice-app,gl=on 添加到命令行。必须安装 virt-viewer。

libvirt

确保上面添加的 <hostdev> 设备已将 display 属性设置为 'on'。
删除所有 <graphics> 和 <video> 设备。
添加以下设备

$ virsh edit vmname

...
    <graphics type='spice'>
      <listen type='none'/>
      <gl enable='yes'/>
    </graphics>
    <video>
      <model type='none'/>
    </video>
...

在 gl 标记中有一个可选属性 rendernode，用于允许指定渲染器，例如

<gl enable='yes' rendernode='/dev/dri/by-path/pci-0000:00:02.0-render'/>

使用 SPICE 与 NVIDIA EGL 或 VNC 输出

libvirt

确保上面添加的 <hostdev> 设备已将 display 属性设置为 'on'。
删除所有 <graphics> 和 <video> 设备。
添加以下设备

$ virsh edit vmname

...
    <graphics type='spice' autoport='yes'>
      <listen type='address'/>
    </graphics>
    <graphics type='egl-headless'/>
    <video>
      <model type='none'/>
    </video>
...

可以将 <graphics type='spice'> 类型更改为 'vnc' 以使用 VNC 代替。

此外，在 <graphics type='egl-headless'> 标记内有一个可选标记 <gl>，用于强制使用特定的渲染器，不要将其放在 'spice' 图形中，因为提到了错误，例如

<graphics type='egl-headless'>
  <gl rendernode='/dev/dri/by-path/pci-0000:00:02.0-render'/>
</graphics>

禁用所有输出

如果禁用所有输出，则查看显示输出的唯一方法是使用 RDP、VNC 或 Looking Glass 等软件服务器。有关详细信息，请参阅 PCI passthrough via OVMF#Using Looking Glass to stream guest screen to the host。

QEMU CLI

在 -device vfio-pci 参数中，删除 ramfb=on 并更改为 display=off。添加 -vga none 以禁用 QEMU VGA 适配器。

libvirt

为了确保不添加模拟 GPU，可以编辑虚拟机配置并进行以下更改

删除所有 <graphics> 设备。
将 <video> 设备的类型更改为 'none'。
确保上面添加的 <hostdev> 设备已将 display 属性设置为 'off'。

故障排除

缺少 mdev_supported_types 目录

如果您已按照说明添加了 i915.enable_gvt=1 内核参数，但仍然没有 /sys/bus/pci/devices/0000:02:00.0/mdev_supported_types 目录，请首先仔细检查是否已加载 kvmgt 模块。

您还应该检查您的硬件是否受支持。检查 dmesg 的输出以查找此消息

# dmesg | grep -i gvt

[    4.227468] [drm] Unsupported device. GVT-g is disabled

如果是这种情况，您可能需要向上游检查支持计划。例如，对于“Coffee Lake”(CFL) 平台的支持，请参阅 https://github.com/intel/gvt-linux/issues/53

Windows 挂起并出现错误内存错误

如果 Windows 由于错误内存错误而挂起，请通过 dmesg 查找更多详细信息。如果主机内核日志显示类似 rlimit memory exceeded 的内容，您可能需要增加 Linux 允许 QEMU 分配的最大内存。假设您在 kvm 组中，请将以下内容添加到 /etc/security/limits.d/42-intel-gvtg.conf 并重新启动系统。

# qemu kvm, need high memlock to allocate memory for vga-passthrough
@kvm - memlock 8388608

将 Intel GVT-G 与 PRIME render offload 结合使用

在主机上使用 Intel GVT-G 的同时使用 NVIDIA 的 PRIME render offload 会在客户机上导致一些问题。建议使用 bbswitch 来保持显卡断电，或将其与 Bumblebee、nvidia-xrun 或 optimus-manager 结合使用。

无显示

如果您的虚拟机在使用 RAMFB 显示时未显示任何内容，请尝试将以下附加选项添加到现有的 <qemu:commandline> 标记

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:commandline>
    <qemu:arg value="-set"/>
    <qemu:arg value="device.hostdev0.display=on"/>
  </qemu:commandline>
...

注意： 截至 QEMU 8.1.0，据报告，带有 OpenGL 的 qemu-ui-gtk 对于 GVT-g 来说已损坏，导致客户机驱动程序初始化后出现黑色客户机显示，并且如果直接运行 qemu（不带 libvirt），则终端会打印消息 qemu: eglCreateImageKHR failed。降级到 8.0.4 以进行临时修复。

图形错乱

如果您的虚拟机在鼠标进入虚拟机屏幕时显示伪影，则以下解决方法可能会奏效。

首先，按照 #libvirt 2 上所示修改 XML 架构。

然后，将此插入到结束标记 </domain> 的正上方，注意添加到现有的 <qemu:commandline> 标记（如果存在）

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:commandline>
    <qemu:env name="MESA_LOADER_DRIVER_OVERRIDE" value="i965"/>
  </qemu:commandline>
...

尝试挂起时主机挂起

创建 GVT-g 虚拟 GPU 后，主机在尝试挂起时可能会挂起。请参阅 github 以跟踪此错误。

一种解决方法是在挂起之前删除创建的 GVT-g 虚拟 GPU，并在从挂起唤醒后重新创建 GVT-g 虚拟 GPU。您可以安装 gvtg_vgpu-git^AUR 软件包来自动为您执行此操作。

更改虚拟 GPU 的显示分辨率

默认情况下，vGPU 的显示分辨率是 vGPU 能够达到的最大分辨率。无论客户机操作系统设置什么分辨率，vGPU 都会将显示内容缩放到此分辨率。这将在查看器中产生质量较差的图片。

要更改显示分辨率，请将 xres 和 yres 配置附加到 <qemu:override> 元素中

$ virsh edit vmname

...
  <qemu:override>
    <qemu:device alias="hostdev0">
      <qemu:frontend>
        ...
        <qemu:property name="xres" type="unsigned" value="800"/>
        <qemu:property name="yres" type="unsigned" value="600"/>
        ...
      </qemu:frontend>
    </qemu:device>
  </qemu:override>
...

参见