SHARC虚拟化技术（Weidong Shi，2011文献阅读笔记）

云桌面的基本框架

Weidong Shi的2011年发表的文章：“SHARC: A scalable 3D graphics virtual appliance delivery framework in cloud”中
描述了“可扩展3D桌面云”的SHARC框架，分为3个部分：

virtualization servers （虚拟化服务器，这篇文章使用Xen）

graphics rendering servers （图形图像渲染服务器，使用物理显卡）

media streaming servers （视频流服务器，采用H.264压缩，RTSP传输）

SHARC框架

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1.1 virtualization servers框架

图形虚拟化

为了支持虚拟机的3D应用，SHARC采用了虚拟OpenGL驱动（从Chromium的OpenGL驱动修改）。
VMGL是一个Xen虚拟环境下的Linux虚拟OpenGL驱动，它也是从Chromium的OpenGL驱动修改而来的）。
SHARC提供了一个Linux GLX驱动，它实现了很多Chromium和VMGL中没有实现的函数。

SHARC为Windows实现了一个显示驱动（Windows DDK），将图形渲染命令和数据从虚拟机共享内存中提取出来（一个dom0级的代理程序），将它发送到graphics rendering server中。
实现了虚拟Direct3D驱动， 将Direct3D API转换为OpenGL命令（从WineX's D3D Driver（WineD3D）修改），采用这种方式支持Direct3D。

音频虚拟化

声卡模拟器（SB16）

交互虚拟化

使用Windows DDK实现了虚拟键盘和鼠标输入（针对Windows虚拟机）
使用Linux udev实现了输入守护服务（针对Linux虚拟机）

virtualization servers框架

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1.2 graphics rendering server框架
执行图形渲染命令，将渲染后的cJPEG数据流传输到media streaming servers中。

渲染上下文调度

SHARC’s graphics rendering server从Chromium’s server修改而来。
SHARC 渲染图像帧到 Pbuffer，（因为graphics rendering server渲染图像不是为了显示，而是为了发送到media streaming server，这一点和Chromium、VMGL是不同的）。
选用cJPEG格式压缩渲染后的帧，使用GPU's SIMD处理器，后来使用Nvidia's CUDA GPU编程。

对象的Cache

如果Cache中存在要渲染的图行对象，virtualization servers不需要再传输一遍

GPU的JPEG压缩

因为要传输给media streaming servers，所以使用JPEG压缩一下，节省20%的带宽。

Graphics rendering server框架

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1.3 media streaming server框架
采用SMP系统，接收cJPEG流，转码成H.264的码流，之后传输出去。

使用FFMPEG（集成X264的H.264编码器），H.264编码只是用了I和P帧
使用Live555实现RTP/RTSP协议的支持，使用Red5实现RTMP协议支持

Media streaming server框架

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1.4 streaming VNC support
SHARC扩展了标准VNC协议，以支持3D的虚拟应用

使用overlay view的模式显示实时的3D虚拟应用

扩展VNC支持3D虚拟 应用

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实验结果

2.1 实验条件

硬件：
virtualization server： 1个E5410 2.33 GHz，16 GB，Xen 3.1
graphics rendering server： 4个PCIe x16插槽，4 块Nvidia 9800GT显卡
media streaming servers：2个E5410 2.33 GHz，4GB
客户端：1个Dual-Core AMD Opteron Processor 2210， 2GB
网络设备：Cisco 千兆交换机

测试实例：
Tux Racer (a GPL racing game)
Alien Arena (a FPS GPL game)
War of Warcraft 3 demo (a popular RPG game)

2.2 性能分析支持
使用IEEE Std 1588-2002进行个机器之间的同步，以获得小于毫秒级的精确计数器
实现了一个屏幕水印功能

2.3 初步结果（结果有些片面，不能反映系统的性能）

时延分析
总时延113ms左右

平均时延构成

OpenGL的API调用次数和传输带宽（virtualization server 到 graphics rendering server）

OpenGL的API调用次数和传输带宽

media streaming server的传输带宽
使用Tux Racer例子（这只是最简单的图形），800帧的平均带宽在1.5Mbps

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