谈谈Nvidia GPU的内核驱动模块开源

Arzie100 · 发表于 2022-5-17 12:01

Github：github.com/NVIDIA/open-gpu-kernel-modules
刚刚过去的5/11日，Nvidia官方偶然的宣布，将其原本闭源的Linux GPU内核驱动模块作为开放源码发布；但其实早在几天前，NV就已经在其GitHub托管目录内陆续公开了相关代码<open-gpu-kernel-modules repo>；虽然NV承诺Open KMD开源包会陆续的追加更新，但截至目前我们看到的仍是功能单薄的内容。
实则是Nvidia仅提供kernel-mode driver及一部分挂接用户态的功能被开源（类比AMD早年），可以想象是处理器的基础任务再加一个类似RPC client角色的调用功能，去配对用户态程序中的那些图形和计算相关的运行库（闭源），为此Linux主流版本和Nouveau后续社区版本仍旧需要做大幅的重构和分发，这也符合社区利益。好处是Linux用户端开发和配置CUDA的工作简化了，编译简化了，驱动的性能更为可靠且安全；也开放了更多可以汇编/debug的空间。
然而，Linux开发者会用它来做什么？Linux图形开发及应用场景原本就比较小众，反之比如调个频、修改个矿机算力限制或挖矿算法优化，则看来颇为应景；而倘若想修改shader等机制则是万万做不到的。

NV 开源代码基于的是双重许可<GPL/MIT>；并且，许可条款对于分发和repacking的授权进行了规定，以实现分发；另外关于版本号，初代的开源KMD版本会从R515开始发布；提供源码的同时，NV也加入了完整构建和打包的驱动程序版本；这个版本里包含了两个彼此排斥的闭源驱动和开源内核模块的pre-compiled版本，用户可以在安装过程中选择。另外，也可以直接基于源代码构建一个内核模块，再与匹配版本的UMD用户态驱动一起安装。

因为，NV的核心任务都在用户态程序/GSP固件里面（如shader编译），而内核驱动是非核心代码，通常管理一些基础任务比如点亮显示屏（调节分辨率/刷新率）、板载接口控制如PCIe、GPU re-clock、电源管理、内存管理，以及最多加上CUDA单元的作业调度等等...；而用户态的任务场景就丰富多了，是实现OpenGL/Vulkan/CUDA等图形和计算的底层API，包括虚拟化等功能；核心的几个runtime library也都在用户态程序里（比如libcuda.so / libcudart.so等），但这些必须都是闭源的，且与内核驱动彼此是配对使用的。
至于内核模块开源的好处是，无论对于AI/ML/Graphics开发者、游戏玩家或是云虚拟化用户，在其Linux主机的NV显卡可以自动加载官方版本kernel-mode driver而非野生驱动了，对应用户态程序也可以自动挂载并选择使用Nouveau开源openGL或者NV的闭源驱动，无需重新编译内核模块也无需重启OS，安全性和未来迭代都会更有保证。对比之下，想象之前GPU软件栈对于Linux支持的短脚，比如GL驱动走的还是Mesa Zink低效方法（openGL-over-VLK，版本很低；Zink毕竟是驱动上嵌套一层，自己基本没法优化和迭代) 。但其实往后Mesa下的Nouveau开源驱动也不会消失，因为需要支持老显卡；以及往后陆续会增加像Mesa Vulkan这样的驱动，就像AMD之于RADV。
另外，因为这个内核模块已经具备了DMA-BUF支持，其实显得不像 NV专有驱动了。
因此，NV并未开源任何核心代码，而看起来仅像是为IDC类显卡应用提供了相对简化且安全可靠的Linux-based的配置/调用环境，毕竟曾经的闭源驱动安装加载和调试极其不便（往后可以相对便捷的操作调试，比如追踪代码路径、查看内核事件调度如何与workload交互作用等等）。此次面向Linux和Nouveau社区有限开源的是一个官方基础驱动，底层设计依旧隐藏在GSP firmware其中，开源出来的代码本身就像是一个RPC client用来专门与firmware交互（其中大约200多个API call）；且在硬件版本兼容上做了限制。但对于Nouveau社区是有利的，因为从前它在有些任务中很不稳定，很多野生bug，且曾经被Chrome/Chromium列入黑名单（预设关闭了Nouveau提供的由显卡加速的WebGL）。
BTW：相比网传的黑客段子，我更相信是前有AMD后有Intel入局独立显卡的危机感，而勉为其难争取Linux社区开发者的&#34;开箱即用&#34;。但考虑到人们很少在Linux开发游戏和图形工作，应用场景不如Win+DX那么多；那么想必Linux下的最劲场景就是矿机了：）刚好偏证的是，开源出来的KMD面向开发者提供的主要福音就是允许GPU频率动态调节（也是曾经nouveau开发的主要硬伤），矿机最适用了～
最后，从发布情况看这个开源内核驱动对硬件版本有要求，仅兼容Tuning/Ampere及以后的产品族（即仅支持基于GSP filmware的显卡）并配对同期的用户态驱动版本和firmware版本才能用，因此旧版本N卡不支持（如Y18之前的存量巨大的Pascal/Maxwell等）。同时，这个内核模块也需要向前/向后兼容性，那么针对用户态的接口还会再迭代新的开源版本；但NV不会开发这个，这是提供给Nouveau社区的工作和利益。当前，NV已经得到一些Linux发行商的配合，使其更紧密与OS集成，以便有利于开发者的调试/集成和反馈工作；接下来这个内核模块和驱动会首先无缝集成到一些项目定制的Linux内核版本，同时Canonical和SUSE也表示会将其封装到Ubuntu和SUSE的企业版，据传RHEL也在准备过程中了。再此后，NV必然会联合各大开源社区和发行商合作，以便规划未来的统一内核驱动－－发展出一个对社区和NV都有效的模型。
Github目前公布的代码较为基础，NV也提到接下来陆续公开相应的代码： github.com/NVIDIA/open-gpu-kernel-modules

From Nvidia Developer Web

参考新闻：Nvidia开源了GPU内核驱动；英伟达开放GPU内核模块源代码，开源解决方案供应商/发行商将受惠；
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