Android 12 での DMABUF および GPU メモリアカウンティングの実装

このページでは、Android 12 で導入されたさまざまなメモリアカウンティングの改善点について説明します。

sysfs の DMA-BUF 統計情報

Android 11 と Android 12 では、ユーザービルドに debugfs をマウントできません。Android 12 では、/sys/kernel/dmabuf/buffers ディレクトリの sysfs に DMA-BUF 統計情報が追加されています。

パス	説明
`/sys/kernel/dmabuf/buffers`	`/sys/kernel/dmabuf/buffers` ディレクトリには、すべての DMA-BUF の内部状態のスナップショットが含まれています。 `/sys/kernel/dmabuf/buffers/<inode_number>` には、一意の inode 番号 `<inode_number>` を持つ DMA-BUF の統計情報が含まれています。
`/sys/kernel/dmabuf/buffers/<inode_number>/exporter_name`	この読み取り専用ファイルには、DMA-BUF エクスポータの名前が含まれています。
`/sys/kernel/dmabuf/buffers/<inode_number>/size`	この読み取り専用ファイルには、DMA-BUF のサイズがバイト単位で指定されています。

libdmabufinfo API は、DMA-BUF sysfs 統計情報を解析し、エクスポータごとの統計情報とバッファごとの統計情報を公開します。

DMA-BUF をエクスポートするカーネルドライバは、dma_buf_export() API を呼び出して DMA-BUF を作成する前に、struct dma_buf_export_info の exp_name のフィールドに正しいエクスポータの名前を設定する必要があります。これは、libdmabufinfo と dmabuf_dump ツールがエクスポータごとの統計情報を取得するために必要です。この統計情報はバグレポートで公開されます。

dmabuf_dump ツールは、新しい引数 -b でこの情報を出力するように変更されています。

DMA-BUF ヒープフレームワークの統計情報

アップストリームの Linux カーネルの一部である DMA-BUF ヒープフレームワークを優先して、GKI 2.0 での ION のサポートが終了します。

Android 11 では、次のグローバル ION 統計情報がトラッキングされます。

ION ヒープごとにエクスポートされた DMA-BUF の合計サイズ
ION ヒープごとに格納される未使用の事前割り当てメモリの合計サイズ

Android 11 では、ION ごとのヒープ統計情報の公開に使用できるインターフェースがありません。

次の表では、ION 統計インターフェースと、Android 12 で DMA-BUF ヒープフレームワークを使用するデバイスの対応するインターフェースを比較しています。

	Android 11、または Android 12 で ION サポート付きでリリースされるデバイス	Android 12 で DMA-BUF ヒープを搭載してリリースされるデバイス
ヒープごとの ION 統計情報	なし	DMA-BUF sysfs 統計情報から解析
エクスポートされた DMA-BUF の合計サイズ	`/sys/kernel/ion/total_heap_size_kb` （非 ION エクスポータによってエクスポートされた DMA-BUF のサイズは含まない）	DMA-BUF sysfs 統計情報から解析（エクスポートされたすべての DMA-BUF のサイズを含む）
ヒープによってプールされたメモリの合計	`/sys/kernel/ion/total_pool_size_kb`	`/sys/kernel/dma_heap/total_pool_size_kb`

RAM の損失の計算精度を改善する

これまでは、RAM の損失の計算は次のように行われていました。

final long lostRAM = memInfo.getTotalSizeKb() - (totalPss - totalSwapPss)

- memInfo.getFreeSizeKb() - memInfo.getCachedSizeKb()

- kernelUsed - memInfo.getZramTotalSizeKb()

totalPss コンポーネントには、Memtrack HAL の getMemory() インターフェースによって返される GPU メモリの使用量が含まれていました。また、kernelUsed コンポーネントには、DMA-BUF の合計メモリ使用量が含まれていました。しかし、Android デバイスの場合、GPU メモリは次のソースから取得されます。

物理ページアロケータを使用した GPU ドライバによる直接割り当て
GPU アドレス空間にマッピングされた DMA-BUF

そのため、RAM の損失を計算する際に、GPU アドレス空間にメモリマップされた DMA-BUF が 2 回減算されていました。Android 12 では、GPU アドレス空間にマッピングされた DMA-BUF のサイズを計算するソリューションが実装されているため、このサイズは RAM の損失の計算時に 1 回だけ考慮されます。

ソリューションの詳細は次のとおりです。

Memtrack HAL API の getMemory() は、PID 0 で呼び出された場合、MemtrackType::GL と MemtrackRecord::FLAG_SMAPS_UNACCOUNTED の全体の GPU プライベートメモリの合計をレポートします。
GL 以外の MemtrackType に対して getMemory() を PID 0 で呼び出した場合は失敗せず、代わりに 0 が返されます。
Android 12 で追加された GPU メモリトレースポイント / eBPF ソリューションでは、GPU メモリの合計が考慮されます。合計 GPU メモリから GPU プライベートメモリの合計を差し引くと、GPU アドレス空間にマッピングされた DMA-BUF のサイズがわかります。この値を使用して、GPU メモリの使用量を適切に考慮し、RAM の損失に関する計算の精度を高めることができます。
プライベート GPU メモリは、ほとんどの Memtrack HAL 実装で totalPss に含まれているため、lostRAM から削除する前に重複除去する必要があります。

実装されたソリューションについては、次のセクションで詳しく説明します。

RAM の損失から Memtrack のばらつきを取り除く

Memtrack HAL 実装はパートナーごとに異なるため、HAL の totalPSS に含まれる GPU メモリは一貫しているとは限りません。lostRAM からばらつきを取り除くため、MemtrackType::GRAPHICS と MemtrackType::GL で考慮されたメモリは、lostRAM の計算中に totalPss から削除されます。

以下に示すように、ActivityManagerService.java における lostRAM の計算では、totalPss から MemtrackType::GRAPHICS メモリが削除され、totalExportedDmabuf メモリに置き換えられます。

final long totalExportedDmabuf = Debug.getDmabufTotalExportedKb();

. . .

final long dmabufUnmapped = totalExportedDmabuf - dmabufMapped;

. . .

// Account unmapped dmabufs as part of the kernel memory allocations
kernelUsed += dmabufUnmapped;

// Replace Memtrack HAL reported Graphics category with mapped dmabufs
totalPss -= totalMemtrackGraphics;
totalPss += dmabufMapped;

以下に示すように、ActivityManagerService.java における lostRAM の計算では、totalPss から MemtrackType::GL メモリが削除され、プライベート GPU メモリ（gpuPrivateUsage）に置き換えられます。

final long gpuUsage = Debug.getGpuTotalUsageKb();

. . .

final long gpuPrivateUsage = Debug.getGpuPrivateMemoryKb();

. . .

// Replace the Memtrack HAL-reported GL category with private GPU allocations.
// Count it as part of the kernel memory allocations.
totalPss -= totalMemtrackGl;
kernelUsed += gpuPrivateUsage;

RAM の損失の新しい計算方法

プライベート GPU メモリの合計とエクスポート済み DMA バッファメモリの合計は kernelUsed + totalPss に含まれていますが、これが lostRAM から削除されます。こうすることで、カウントの重複と Memtrack のばらつきを RAM の損失の計算から排除できます。

final long lostRAM = memInfo.getTotalSizeKb() - (totalPss - totalSwapPss)
- memInfo.getFreeSizeKb() - memInfo.getCachedSizeKb()
- kernelUsed - memInfo.getZramTotalSizeKb();

検証

VTS テストでは、Linux カーネルバージョン 5.4 以降を搭載し、Android 12 でリリースされるデバイスが、getGpuDeviceInfo() API をサポートするというルールが適用されます。

新しい Memtrack HAL API の getGpuDeviceInfo() では、使用中の GPU デバイスに関する情報を返す必要があります。

これにより、メモリアカウンティングが改善されるとともに、DMA バッファと GPU メモリの使用量が可視化されます。また、memtrack AIDL HAL を実装することで、RAM の損失とメモリアカウンティングも改善されます。この機能は Google サービスには依存していません。

実装

この機能は AIDL Memtrack HAL に依存しており、Android 12 で実装するための手順はコード内にコメントとして含まれています。

今後のリリースでは、すべての HIDL HAL が AIDL に変換される予定です。

次の API が core/java/android/os/Debug.java に追加されました。

   /**
     * Return total memory size in kilobytes for exported DMA-BUFs or -1 if
     * the DMA-BUF sysfs stats at /sys/kernel/dmabuf/buffers could not be read.
     *
     * @hide
     */
    public static native long getDmabufTotalExportedKb();

   /**
     * Return memory size in kilobytes allocated for DMA-BUF heap pools or -1 if
     * /sys/kernel/dma_heap/total_pools_kb could not be read.
     *
     * @hide
     */
    public static native long getDmabufHeapPoolsSizeKb();

バージョンを意図したとおりに動作させるには、トレースポイントを GPU ドライバに統合したうえで、MemtrackType::GL と MemtrackRecord::FLAG_SMAPS_UNACCOUNTED に対して PID 0 で呼び出されたときに全体の GPU プライベートメモリの合計を正しく返すように AIDL memtrack HAL getMemory() API を実装します。

Android 12 での DMABUF および GPU メモリ アカウンティングの実装