微軟開始在WSL 2環境中的Linux支援DirectX

微軟在//build 2020大會上宣布，適用於Linux的Windows子系統WSL 2（Windows Subsystem for Linux 2）開始支援GPU硬體加速，簡單來說，微軟發布了一個虛擬GPU驅動程式，將虛擬化的GPU暴露給Windows主機上，在虛擬機器中執行的使用者模式應用程式，而這樣可以讓WSL 2環境中的Linux虛擬機器，能夠和Windows主機共享GPU，實現GPU硬體加速。

WSL是一個可以在Windows上執行Linux應用程式的環境，因此當開發者要開發在雲中部署的Linux容器應用程式，則可以先在Windows上進行本地開發和測試，而為了要支援更廣泛的應用，現在微軟讓Linux應用程式和工具，也可以在WSL中獲得GPU加速。

微軟在過去一段時間，發展了客戶端GPU虛擬化技術，而這項技術現在已經整合到了Windows顯示驅動程式模型（WDDM）中，所有WDDM v2.5以及更高版本的驅動程式，都原生支援GPU虛擬化。微軟提到，這項技術被稱為WDDM GPU半虛擬化（GPU Paravirtualization），已經是Windows基礎的一部分，被用在Windows Defender、Application Guard、Windows Sandbox和Hololens 2模擬器等使用案例，不過目前這項技術還僅限於Windows訪客使用，像是在Windows中執行的虛擬機器以及容器。

將GPU加速帶入WSL 2，是透過WDDM將GPU半虛擬化擴展到Linux訪客，而這仰賴新的Linux核心驅動程式實作，該驅動程式利用半虛擬化協定將GPU暴露給用戶模式的Linux，GPU投射抽象遵循WDDM GPU抽象模型，並將針對該抽象所建構的API和驅動程式，移植到Linux環境中使用。

Dxgkrnl是一個全新的Linux核心驅動程式，會將/dev/dxg裝置暴露給使用者模式Linux，微軟提到，當主機上有多個GPU，則所有GPU都會提供給Linux環境使用，在Linux環境中執行的應用程式，其對GPU存取權限和在Windows上的主機應用程式相同，Linux和Windows之間沒有資源分區，也沒有對Linux應用程式設下限制，資源共享是完全動態的，取決於當下哪個程式需要什麼資源。微軟強調，共享GPU的兩個Windows應用程式，和共享GPU的Linux和Windows應用程式沒有差別，當只有Linux應用程式需要GPU，那該應用程式將占用所有GPU資源。

由於要在Linux投射相容WDDM的抽象，因此微軟便重新編譯圖形API DirectX，使其可以在WSL環境中的Linux上運作，微軟提到，這個是真正完整的D3D12 API，並非模擬或是重新實作，libd3d12.so是使用Windows上d3d12.dll相同的程式碼編譯而來，在不考慮虛擬化造成的影響，其提供與Windows相同等級的功能和效能。唯一例外是Present()，D3D12 API目前可用於螢幕外渲染和運算，但尚未支援Swapchain將畫素直接複製到螢幕上。

除此之外，微軟還移植了機器學習API DirectML，現在DirectML可在WSL中的Linux上運作，因此開發者將可以在Linux執行高效能機器學習訓練和預測功能。DirectML建立在D3D12 API之上，提供最佳化的機器學習工作負載運算集合，為了簡化開發者使用DirectML的工作，微軟還發布整合DirectML後端的TensorFlow預覽套件，加速初學者上手。

而且WSL也將會支援Nvidia CUDA加速功能，CUDA是跨平臺API，可以藉由Windows上的WDDM GPU抽象，或Linux上的Nvidia GPU抽象和GPU溝通，微軟和Nvidia合作建置Linux的CUDA版本，該版本針對/dev/dxg暴露的WDDM抽象，微軟提到，這是libcuda.so的完整功能版本，可以用來加速cuDNN、cuBLAS、TensorRT等CUDA-X函式庫。

另外，WSL還支援Nvidia的Docker工具，讓原本在雲端中執行的容器化GPU工作負載，也可以搬到WSL上執行，微軟提到，他們不會在使用者電腦上預裝Nvidia Docker工具，而是跟目前一樣，讓用戶選擇安裝軟體套件包，只是新的軟體套件相容WSL並且提供硬體加速功能。