本发明公开了一种基于内核结构动态重构的GPU虚拟同步优化方法，通过在宿主机中构建包含GPU同步信号量操作的测试应用，获取宿主机内定义的GPU同步信号量的数据结构，及各GPU状态值在该数据结构中的偏移量及长度，当目标应用在虚拟机内执行时在虚拟机及宿主机中均创建GPU同步信号量，并根据各GPU状态值的偏移量及长度确定对应的内存区域，再将内存区域映射到虚拟机内的内核设备地址空间及进程地址空间，实现目标应用对各GPU状态值的内存区域的直接读写，进而实现了虚拟机内CPU与GPU间的虚拟同步，在无需修改应用的前提下，显著降低了读写GPU同步信号量的延迟，有效提升了虚拟机内的虚拟GPU操作接口的同步性能。