Windows 11强化WSL：GPU加速与内核升级如何改变游戏规则

引言

Windows Subsystem for Linux（WSL）已逐渐成为微软为开发者、数据科学家和高级用户搭建的关键桥梁，让他们无需离开Windows环境即可获得Linux兼容性。近年来，WSL2带来了重大改进：在轻量级虚拟化环境中运行真实的Linux内核、显著改善的文件系统行为、近乎完整的系统调用兼容性等。然而直到最近，某些高性能工作负载、GPU计算、视频编码/解码以及最新内核功能仍受到限制、效率低下或无法使用。

在Windows 11中，微软采取了大胆措施来消除这些瓶颈。两个最重要的增强功能是：

• WSL能够利用GPU进行加速（计算、视频硬件卸载等），在GPU更适合的场景下减少对CPU的依赖
• 更无缝的Linux内核升级，允许用户在WSL2中运行更新的内核版本，更快获得性能、驱动程序和功能改进

本文详细介绍了每个变化：发生了什么改变、为什么重要、如何使用、仍存在哪些限制，以及这些发展如何改变Windows 11上WSL的可能性。

WSL的过去与需要改进之处

在深入探讨近期变化之前，了解WSL（特别是WSL2）已提供的功能及其不足之处很有帮助。

WSL1：早期版本将Linux系统调用转换为Windows等效调用。适用于基本命令行工具、脚本，但在某些网络、内核模块、文件系统和性能敏感任务方面兼容性有限。

WSL2：在轻量级VM（Hyper-V或类似后端）中引入了真实的Linux内核，更好的系统调用兼容性，特别是Linux工具的性能更好，Docker、编译等行为大幅改进。然而，繁重工作负载（如ML训练、视频编码、硬件加速图形）仍受CPU支持、缺乏GPU功能透传、旧内核等限制。

因此开发者一直推动微软允许更直接地访问GPU功能（CUDA、DirectML、视频解码），并加快内核更新到达用户的速度。

Windows 11中WSL的GPU加速：意义何在

此处的GPU加速指的是WSL将某些计算或视频任务从CPU卸载到GPU的能力，实现更快、更高效的执行。这包括：

• 计算工作负载 - 支持CUDA（用于NVIDIA）、DirectML等框架，使深度学习、科学计算、数据并行任务运行得更快。微软现在支持在WSL中运行NVIDIA CUDA以加速PyTorch、TensorFlow等ML库
• 视频编码和解码 - WSL可以通过VAAPI（视频加速API）或类似视频硬件加速使用GPU，而不是由CPU处理所有比特流。这对媒体工作流程、流媒体等特别有帮助
• 图形和GUI应用程序 - 当GPU可用时，WSLg（微软在WSL下运行Linux GUI应用程序的系统）也能受益；渲染和显示任务可以进行硬件加速（虽然通用GUI使用的GPU加速仍在进行中，但视频加速是关键新增功能）

这些变化意味着以前因CPU限制在WSL中运行缓慢或不可行的任务现在变得更加可行。

微软如何在WSL下实现GPU加速

要使GPU加速工作，几个部分必须配合：

• Windows端的最新驱动程序：GPU供应商（NVIDIA、AMD、Intel）必须提供支持相关功能的驱动程序。例如，对于WSL中的CUDA，微软需要适用于WSL的CUDA启用驱动程序
• 正确的Windows版本和WSL版本：GPU加速功能与某些Windows版本、WSL版本绑定，有时还需要特定硬件支持。如果Windows或WSL太旧，可能无法获得完整支持
• WSL内Linux发行版支持：使用的Linux发行版必须具有所需的用户空间组件（例如VAAPI支持、必要的库、WSL内正确的GPU驱动程序或链接）。例如，GStreamer、FFmpeg对视频加速的支持等
• 配置步骤：
  • 在Windows 11上安装/启用WSL
  • 更新Windows，确保有所需的GPU驱动程序（例如，支持WSL中CUDA的NVIDIA驱动程序）
  • 在WSL内，确保系统工具能识别GPU，如果进行媒体工作还要检查视频加速路径
  • 可能启用WDDM（Windows显示驱动程序模型）组件等功能，确保WSL使用支持所需GPU后端的内核版本

WSL中的Linux内核升级：新功能与优势

及时更新WSL Linux内核非常重要。内核是许多低级行为、驱动程序兼容性、性能调优、安全补丁和新功能的来源。旧内核版本可能落后于对新硬件或性能改进的支持。

Windows 11通过以下几种方式改进了这一点：

• “wsl –update”：微软提供了一个命令（在提升权限的PowerShell或命令提示符中运行），可以获取更新版本的WSL内核和相关组件。更新后，用户通常需要重启WSL（或计算机）以应用更新
• Windows更新/Microsoft Store集成：某些内核或WSL组件更新通过标准Windows更新系统或Microsoft Store交付，让用户无需手动构建或安装即可获得改进
• 使用自定义（或微软更新的）内核版本的能力：对于高级用户，可以构建或获取更新的内核（例如微软的Linux-MSFT内核分支）并配置WSL使用它们。这让用户在内核功能广泛交付之前就能访问它们

这些机制共同减少了Linux内核改进在上游发布与WSL用户受益之间的延迟。

GPU加速与内核升级的结合：协同效应

当GPU加速和更新内核结合时，结果不仅仅是部分之和。用户获得：

• 更好的硬件兼容性：更新的内核通常包含对更现代硬件的支持、驱动程序修复、优化，使GPU功能更可靠地工作
• 性能提升：使用GPU加速进行计算或视频卸载意味着CPU负载更少，某些任务的吞吐量更好、延迟更低。内核改进可以减少限制性能的开销（例如虚拟化、调度）
• 稳定性和错误修复：GPU驱动程序、视频子系统、内存管理等受益于内核补丁；内核功能与驱动程序期望之间的不匹配是常见故障源。通过更新内核，这些问题得以减少
• 解锁新功能：例如，Linux 6.x内核中不存在于旧内核中的功能（改进的文件系统、调度器增强、可能更好的I/O和GPU内存管理）在WSL中变得可用。这允许使用依赖这些内核功能的更新软件

如何设置：分步指南

以下是详细步骤，指导如何在Windows 11下的WSL中使GPU加速和最新内核工作。

限制、注意事项和尚未完善之处

所有这些并不意味着完美。仍然存在一些限制和需要注意的事项：

• 硬件兼容性各不相同：并非每个GPU都支持WSL下的所有功能（视频硬件加速、某些计算功能）。GPU供应商必须提供兼容的驱动程序，Windows图形堆栈必须支持所需的驱动程序模型（例如适当的WDDM版本）
• 驱动程序版本问题/回归：有时更新会引入错误。例如，有报道称较新的WSL版本或GPU驱动程序更新在特定硬件（例如基于ARM的Windows机器）或特定组合上破坏了先前工作的GPU加速
• 开销仍然存在：尽管性能已大幅改进，但与在硬件上本机运行Linux相比，仍存在一些开销。虚拟化、I/O传递、内存共享都会导致一些开销，因此结果将取决于用例
• 对某些功能的支持可能仍然滞后：例如，对新内核模块、前沿功能或某些较新GPU功能的完整支持可能尚未在WSL下工作或可能需要手动调整
• 版本不匹配问题：WSL内的Linux发行版可能有依赖项期望某些内核版本；使用自定义内核可能导致不兼容。此外，某些工作流程假设在更传统的VM或物理硬件中使用本机Linux发行版，因此在WSL中行为可能略有不同

用户如何充分利用这些升级

为了最大受益，用户（特别是开发人员、工程师）应该：

• 始终保持Windows、GPU驱动程序和WSL更新。使用最新版本至关重要，因为许多改进是渐进的，并且依赖于操作系统和驱动程序端
• 定期运行wsl –update并验证安装的内核版本。如果新更新引入问题，要知道回滚选项
• 选择在WSL内维护良好的Linux发行版和版本（Ubuntu LTS、Debian等），确保用户空间包和GPU/视频库已更新
• 测试实际工作负载（编译、ML训练、视频编码）以衡量收益；在一个设置中有效的配置在另一个设置中可能有陷阱（特别是GPU内存、驱动程序怪癖等）
• 监控社区报告（WSL论坛、GitHub问题、GPU驱动程序等）以了解特定硬件或驱动程序版本的已知问题

未来方向与关注点

即将到来或可能到来的内容使这对WSL用户来说是一个特别令人兴奋的时刻：

• 微软持续的内核版本进步，可能发布更频繁，更好地支持前沿Linux内核功能
• 增强的GPU驱动程序支持，改进对硬件（特别是不常见或较新GPU）的覆盖，更好的稳定性，减少驱动程序更新的延迟
• WSL内更成熟的视频加速管道，可能更好地标准化对VAAPI、视频编解码器支持、更多发行版中硬件编码器/解码器的支持
• 改进Windows图形堆栈（WDDM、DirectX/DirectML）与WSL下Linux图形堆栈之间的集成，减少摩擦
• 社区贡献（例如来自开源贡献者）的错误修复、新功能、内核增强、驱动程序调整

结论

每当结合两个重要推动因素——GPU加速访问和更现代、灵活的Linux内核时，您在性能、兼容性和多功能性方面的潜力都会显著提高。对于依赖Linux工具但希望留在Windows生态系统中的用户、开发人员、ML研究人员、媒体制作人来说，这种转变意味着许多以前痛苦的工作变通方法变得更容易。过去需要完整Linux机器或受限于缓慢纯CPU性能的工作现在在许多情况下可以在具有GPU支持的WSL内平稳运行。虽然并非每个边缘情况都完美，并且某些硬件仍然滞后，但进步是真实的。

如果您使用WSL，现在是升级设置的好时机。更新内核，安装正确的驱动程序，尝试GPU加速的工作流程，看看有哪些新的可能性展开。