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Grupos de memoria

Esta página describe las estructuras de datos y los métodos utilizados para comunicar de manera eficiente los búferes de operandos entre el controlador y el marco.

En el momento de la compilación del modelo, el marco proporciona los valores de los operandos constantes al controlador. Dependiendo de la vida útil del operando constante, sus valores se ubican en un vector HIDL o en un grupo de memoria compartida.

  • Si la vida útil es CONSTANT_COPY , los valores se encuentran en el campo operandValues de la estructura del modelo. Debido a que los valores en el vector HIDL se copian durante la comunicación entre procesos (IPC), esto generalmente se usa solo para contener una pequeña cantidad de datos como operandos escalares (por ejemplo, el escalar de activación en ADD ) y pequeños parámetros de tensor (por ejemplo, el tensor de forma en RESHAPE ).
  • Si la vida útil es CONSTANT_REFERENCE , los valores se encuentran en el campo de pools de la estructura del modelo. Solo los identificadores de los grupos de memoria compartida se duplican durante el IPC en lugar de copiar los valores sin procesar. Por lo tanto, es más eficiente almacenar una gran cantidad de datos (por ejemplo, los parámetros de peso en convoluciones) utilizando grupos de memoria compartida que vectores HIDL.

En el momento de la ejecución del modelo, el marco proporciona los búferes de los operandos de entrada y salida al controlador. A diferencia de las constantes de tiempo de compilación que pueden enviarse en un vector HIDL, los datos de entrada y salida de una ejecución siempre se comunican a través de una colección de grupos de memoria.

El tipo de datos hidl_memory se utiliza tanto en la compilación como en la ejecución para representar un grupo de memoria compartida sin asignar. El controlador debe asignar la memoria en consecuencia para que sea utilizable en función del nombre del tipo de datos hidl_memory . Los nombres de memoria admitidos son:

  • ashmem : memoria compartida de Android. Para obtener más detalles, consulte la memoria .
  • mmap_fd : memoria compartida respaldada por un descriptor de archivo a través de mmap .
  • hardware_buffer_blob : Memoria compartida respaldada por un AHardwareBuffer con el formato AHARDWARE_BUFFER_FORMAT_BLOB . Disponible en Neural Networks (NN) HAL 1.2. Para obtener más detalles, consulte AHardwareBuffer .
  • hardware_buffer : memoria compartida respaldada por un AHardwareBuffer general que no usa el formato AHARDWARE_BUFFER_FORMAT_BLOB . El búfer de hardware en modo no BLOB solo se admite en la ejecución del modelo. Disponible en NN HAL 1.2. Para obtener más detalles, consulte AHardwareBuffer .

Desde NN HAL 1.3, NNAPI admite dominios de memoria que proporcionan interfaces de asignación para búferes administrados por controladores. Los búferes administrados por el controlador también se pueden utilizar como entradas o salidas de ejecución. Para obtener más detalles, consulte Dominios de memoria .

Los controladores NNAPI deben admitir la asignación de nombres de memoria ashmem y mmap_fd . Desde NN HAL 1.3, los controladores también deben admitir el mapeo de hardware_buffer_blob . El soporte para dominios de memoria y hardware_buffer modo general no BLOB es opcional.

AHardwareBuffer

AHardwareBuffer es un tipo de memoria compartida que envuelve un búfer de Gralloc . En Android 10, la API de redes neuronales (NNAPI) admite el uso de AHardwareBuffer , lo que permite al controlador realizar ejecuciones sin copiar datos, lo que mejora el rendimiento y el consumo de energía de las aplicaciones. Por ejemplo, una pila HAL de cámara puede pasar objetos AHardwareBuffer al NNAPI para cargas de trabajo de aprendizaje automático utilizando identificadores AHardwareBuffer generados por las API de NDK de cámara y NDK de medios. Para obtener más información, consulte ANeuralNetworksMemory_createFromAHardwareBuffer .

Los objetos AHardwareBuffer utilizados en NNAPI se pasan al controlador a través de una estructura hidl_memory denominada hardware_buffer o hardware_buffer_blob . La estructura hidl_memory hardware_buffer_blob representa solo objetos AHardwareBuffer con el formato AHARDWAREBUFFER_FORMAT_BLOB .

La información requerida por el marco está codificada en el campo hidl_handle de la estructura hidl_memory . El campo hidl_handle envuelve native_handle , que codifica todos los metadatos necesarios sobre AHardwareBuffer o búfer Gralloc.

El controlador debe decodificar correctamente el campo hidl_handle proporcionado y acceder a la memoria descrita por hidl_handle . Cuando se llama al método getSupportedOperations_1_2 , getSupportedOperations_1_1 o getSupportedOperations , el controlador debe detectar si puede decodificar el hidl_handle proporcionado y acceder a la memoria descrita por hidl_handle . La preparación del modelo debe fallar si el campo hidl_handle usado para un operando constante no es compatible. La ejecución debe fallar si el campo hidl_handle usado para un operando de entrada o salida de la ejecución no es compatible. Se recomienda que el controlador devuelva un código de error GENERAL_FAILURE si falla la preparación o ejecución del modelo.

Dominios de memoria

Para dispositivos que ejecutan Android 11 o superior, NNAPI admite dominios de memoria que proporcionan interfaces de asignación para búferes administrados por controladores. Esto permite pasar las memorias nativas del dispositivo a través de ejecuciones, suprimiendo la copia y transformación de datos innecesarias entre ejecuciones consecutivas en el mismo controlador. Este flujo se ilustra en la Figura 1.

Flujo de datos de búfer con y sin dominios de memoria
Figura 1. Flujo de datos en búfer mediante dominios de memoria

La función de dominio de memoria está destinada a tensores que son en su mayoría internos del controlador y no necesitan acceso frecuente en el lado del cliente. Ejemplos de tales tensores incluyen los tensores de estado en modelos de secuencia. Para los tensores que necesitan acceso frecuente a la CPU en el lado del cliente, es preferible utilizar grupos de memoria compartida.

Para admitir la función de dominio de memoria, implemente IDevice::allocate para permitir que el marco solicite la asignación de búfer administrada por el controlador. Durante la asignación, el marco proporciona las siguientes propiedades y patrones de uso para el búfer:

  • BufferDesc describe las propiedades necesarias del búfer.
  • BufferRole describe el patrón de uso potencial del búfer como entrada o salida de un modelo preparado. Se pueden especificar varios roles durante la asignación del búfer, y el búfer asignado solo se puede usar como esos roles especificados.

El búfer asignado es interno al controlador. Un conductor puede elegir cualquier ubicación de búfer o diseño de datos. Cuando el búfer se asigna correctamente, el cliente del controlador puede hacer referencia al búfer o interactuar con él utilizando el token devuelto o el objeto IBuffer .

El token de IDevice::allocate se proporciona cuando se hace referencia al búfer como uno de los objetos MemoryPool en la estructura Request de una ejecución. Para evitar que un proceso intente acceder al búfer asignado en otro proceso, el controlador debe aplicar la validación adecuada en cada uso del búfer. El controlador debe validar que el uso del búfer es uno de los roles BufferRole proporcionados durante la asignación y debe fallar la ejecución inmediatamente si el uso es ilegal.

El objeto IBuffer se utiliza para la copia de memoria explícita. En determinadas situaciones, el cliente del controlador debe inicializar el búfer administrado por el controlador desde un grupo de memoria compartida o copiar el búfer a un grupo de memoria compartida. Los casos de uso de ejemplo incluyen:

  • Inicialización del tensor de estado
  • Almacenamiento en caché de resultados intermedios
  • Ejecución de reserva en la CPU

Para admitir estos casos de uso, el controlador debe implementar IBuffer::copyTo y IBuffer::copyFrom con ashmem , mmap_fd y hardware_buffer_blob si admite la asignación de dominio de memoria. Es opcional que el controlador admita hardware_buffer modo no BLOB.

Durante la asignación de búfer, las dimensiones del búfer se pueden deducir de los operandos del modelo correspondientes de todos los roles especificados por BufferRole y las dimensiones proporcionadas en BufferDesc . Con toda la información dimensional combinada, el búfer puede tener dimensiones o rango desconocidos. En tal caso, el búfer se encuentra en un estado flexible donde las dimensiones son fijas cuando se usa como entrada del modelo y en un estado dinámico cuando se usa como salida del modelo. El mismo búfer se puede usar con diferentes formas de salidas en diferentes ejecuciones y el controlador debe manejar el cambio de tamaño del búfer correctamente.

El dominio de la memoria es una característica opcional. Un controlador puede determinar que no puede admitir una solicitud de asignación determinada por varias razones. Por ejemplo:

  • El búfer solicitado tiene un tamaño dinámico.
  • El controlador tiene limitaciones de memoria que le impiden manejar grandes búferes.

Es posible que varios subprocesos diferentes lean del búfer administrado por el controlador al mismo tiempo. El acceso al búfer simultáneamente para escritura o lectura / escritura no está definido, pero no debe bloquear el servicio del controlador ni bloquear a la persona que llama de forma indefinida. El controlador puede devolver un error o dejar el contenido del búfer en un estado indeterminado.