系統中被cpu訪問的記憶體,分為兩種型別:可分頁記憶體(pageable memory,一般應用中預設使用)和頁鎖定記憶體(page-locked或者pinned)。
可分頁記憶體即為通過作業系統api(malloc(), new())分配的儲存器空間;而頁鎖定記憶體始終不會被分配到低速的虛擬記憶體中,能夠保證存在於物理記憶體中,並且能夠通過dma加速與裝置端的通訊。
為了讓硬體使用dma,作業系統允許主機記憶體進行頁鎖定,並且因為效能原因,cuda包含了開發者使用這些作業系統工具的api。頁鎖定後的且對映為cuda直接訪問的鎖定的記憶體允許以下幾點:
使用pinned memory有很多好處:可以達到更高的主機-裝置端的資料傳送頻寬,如果頁鎖定記憶體以write-commbined方式分配,頻寬更高;某些裝置支援dma功能,在執行核心函式的同時利用pinned memory進行主機端與裝置端之間的通訊;在某些裝置上,pinned memory還可以通過zero-copy功能對映到裝置位址空間,從gpu直接訪問,這樣就不用在主存和視訊記憶體之間進行資料傳輸。
通過cudahostalloc
()和cudafreehost
()來分配和釋放pinned memory。
在使用cudahostalloc
分配頁鎖定記憶體時,加上cudahostallocportable
標誌,可以使多個cpu執行緒通過共享一塊頁鎖定記憶體,從而實現cpu執行緒間的通訊。在預設情況下,pinned memory由哪個cpu執行緒分配,就只有該cpu執行緒才能訪問這塊空間。而通過portable memory則可以讓控制不同gpu的幾個cpu執行緒共享同一塊pinned memory,減少cpu執行緒間的資料傳輸和通訊。
當cpu對一塊記憶體中的資料進行處理時,會將這塊記憶體上的資料快取到cpu的l1、l2 cache中,並且需要監視這塊記憶體中資料的更改,以保證快取的一致性。
一般情況下,這種機制可以減少cpu對記憶體的訪問,但在「cpu生產資料,gpu消費資料」模型中,cpu只需要寫這塊記憶體資料即可。此時不需要維護快取一致性,對記憶體的監視反而會降低效能。
通過write-combined memory,就可以不使用cpu的l1、l2 cache對一塊pinned memory中的資料進行緩衝,而將cache資源留給其他程式使用。
write-combined memory在pci-e匯流排傳輸期間不會被來自cpu的監視打斷,可以將主機端-裝置端傳輸頻寬提高多達40%。
在呼叫cudahostalloc
()時加上cudahostallocwritecombined
標誌,就可以將一塊pinned memory宣告為write-combined memory.
由於對write-combined memory的訪問沒有快取,cpu從write-combined memory上讀資料時速度會有所下降。因最好只將cpu端只寫的資料存放在write-combined memory中。
注意:
鎖頁記憶體註冊將記憶體分配與頁鎖定和主機記憶體對映分離。可以實現操作乙個已分配的虛擬位址範圍,並頁鎖定它。然後,將其對映給gpu,正如cudahostalloc()
可以根據需要讓記憶體對映到cuda位址空間或變成可共享的(所有gpu可訪問)。
函式cumemhostregister()/cudahostregister()
和cumemhostunregister()/cudahostunregister()
分別實現吧主機記憶體註冊為鎖頁記憶體和移除註冊的功能。
註冊的記憶體範圍必須是頁對齊的;無論是基位址還是大小,都必須是可被作業系統頁面大小整除。
注意:
當uva(同一虛擬定址)有效,所有的鎖頁記憶體分配均是對映的和可共享的。這一規則的例外是寫結合記憶體和註冊的記憶體。對於這二者,裝置指標可能不同於主機指標,應用程式需要使用cudahostgetdevicepointer()/cumemhostgetdevicepointer()查詢裝置指標。
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