Implementar DMABUF e contabilidade de memória da GPU no Android 12

Esta página descreve as várias melhorias de contabilidade de memória introduzidas no Android 12.

Estatísticas de DMA-BUF no sysfs

No Android 11 e no Android 12, o debugfs não pode ser montado em builds do usuário. As estatísticas DMA-BUF foram adicionadas a sysfs no diretório /sys/kernel/dmabuf/buffers no Android 12.

A API libdmabufinfo analisou as estatísticas sysfs do DMA-BUF para expor estatísticas por exportador e por buffer.

Os drivers do kernel que exportam DMA-BUFs precisam definir o campo exp_name de struct dma_buf_export_info corretamente para o nome do exportador antes de invocar a API dma_buf_export() para criar um DMA-BUF. Isso é necessário para que o libdmabufinfo e a ferramenta dmabuf_dump gerem estatísticas por exportador, que vão ser expostas no relatório do bug.

A ferramenta dmabuf_dump foi modificada para gerar essas informações com um novo argumento, -b.

Estatísticas do framework de heaps DMA-BUF

O ION na GKI 2.0 está sendo descontinuado e substituído pelo framework de heaps DMA-BUF, que faz parte do kernel do Linux upstream.

As seguintes estatísticas globais de ION são rastreadas no Android 11:

• Tamanho total de DMA-BUFs exportados por cada heap ION
• Tamanho total da memória pré-alocada não utilizada armazenada por cada heap ION

Não há uma interface disponível para mostrar estatísticas de heap por ION no Android 11.

A tabela abaixo compara as interfaces de estatísticas ION com as equivalentes para dispositivos que usam o framework de heap DMA-BUF no Android 12.

Melhorar a precisão do cálculo de RAM perdida

Anteriormente, o cálculo de RAM perdida era feito da seguinte maneira:

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

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

- kernelUsed – memInfo.getZramTotalSizeKb();

O componente totalPss incluía o uso de memória da GPU, retornado pela interface getMemory() da HAL Memtrack. O componente kernelUsed incluiu o uso total de memória DMA-BUF. No entanto, para dispositivos Android, a memória da GPU veio do seguinte:

• Alocações diretas feitas pelo driver da GPU usando o alocador de páginas físicas
• DMA-BUFs mapeados no espaço de endereço da GPU

Portanto, os DMA-BUFs que foram mapeados na memória para o espaço de endereço da GPU foram subtraídos duas vezes quando a RAM perdida foi calculada. O Android 12 implementa uma solução para calcular o tamanho dos DMA-BUFs mapeados no espaço de endereço da GPU, o que significa que ele é contabilizado apenas uma vez no cálculo de RAM perdida.

Os detalhes da solução são os seguintes:

• A API Memtrack HAL getMemory(), quando chamada com PID 0, precisa informar a memória global total privada da GPU para MemtrackType::GL e MemtrackRecord::FLAG_SMAPS_UNACCOUNTED.
• getMemory() quando chamado com PID 0 para uma MemtrackType diferente de GL não pode falhar. Em vez disso, ele deve retornar 0.
• A solução de tracepoint de memória da GPU/eBPF adicionada no Android 12 representa a memória total da GPU. Subtrair a memória privada total da GPU da memória total da GPU fornece o tamanho dos DMA-BUFs mapeados no espaço de endereço da GPU. O valor pode ser usado para melhorar a precisão dos cálculos de RAM perdida, considerando corretamente o uso da memória da GPU.
• A memória privada da GPU é incluída em totalPss na maioria das implementações do HAL do Memtrack e, portanto, precisa ser desduplicada antes de ser removida de lostRAM.

A solução implementada está detalhada na próxima seção.

Remover a variabilidade do Memtrack da RAM perdida

Como as implementações da HAL da Memtrack podem variar de acordo com o parceiro, a memória da GPU incluída no totalPSS da HAL nem sempre é consistente. Para remover a variabilidade de lostRAM, a memória contabilizada em MemtrackType::GRAPHICS e MemtrackType::GL é removida de totalPss durante o cálculo de lostRAM.

A memória MemtrackType::GRAPHICS é removida de totalPss e substituída pela memória totalExportedDmabuf no cálculo lostRAM em ActivityManagerService.java , conforme mostrado abaixo:

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;

A memória MemtrackType::GL é removida de totalPss e substituída pela memória de GPU privada (gpuPrivateUsage) no cálculo de lostRAM em ActivityManagerService.java , como mostrado abaixo:

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;

Atualização do cálculo de RAM perdida

A memória de buffer DMA exportada total e a memória de GPU privada total estão contidas em kernelUsed + totalPss, que é removida de lostRAM. Isso elimina a contagem dupla e a variabilidade do Memtrack do cálculo de RAM perdida.

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

Validação

Os testes VTS aplicam a regra de que os dispositivos iniciados no Android 12 com um kernel do Linux versão 5.4 ou mais recente oferecem suporte à API getGpuDeviceInfo().

Uma nova API HAL do Memtrack getGpuDeviceInfo() precisa retornar informações sobre o dispositivo de GPU em uso.

Isso melhora a contabilidade da memória e a visibilidade do buffer de DMA e do uso de memória da GPU. Implementamos o HAL de AIDL do memtrack para melhorar a contabilidade de RAM e memória perdida. Esse recurso não depende dos Serviços do Google.

Implementação

Esse recurso depende do HAL do AIDL Memtrack, e as instruções para implementá-lo no Android 12 estão incluídas no código como comentários.

Todas as HALs de HIDL serão convertidas em AIDL em versões futuras.

As seguintes APIs foram adicionadas a core/java/android/os/Debug.java:

   /**
     * 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();

Para garantir que a versão funcione conforme o esperado, integre os tracepoints nos drivers de GPU e implemente a API AIDL memtrack HAL getMemory() para retornar corretamente a memória global total global da GPU quando chamada com o PID 0 para MemtrackType::GL e MemtrackRecord::FLAG_SMAPS_UNACCOUNTED.