Cache kompilasi

Mulai Android 10, Neural Networks API (NNAPI) menyediakan fungsi untuk mendukung caching artefak kompilasi, yang mengurangi waktu yang digunakan untuk kompilasi saat aplikasi dimulai. Dengan menggunakan fungsi penyimpanan dalam cache ini, driver tidak perlu mengelola atau membersihkan file yang di-cache. Ini adalah fitur opsional yang dapat diterapkan dengan NN HAL 1.2. Untuk informasi selengkapnya tentang fungsi ini, lihat ANeuralNetworksCompilation_setCaching.

Driver juga dapat mengimplementasikan cache kompilasi secara terpisah dari NNAPI. Ini dapat diimplementasikan apakah fitur caching NNAPI NDK dan HAL digunakan atau tidak. AOSP menyediakan library utilitas tingkat rendah (mesin penyimpanan dalam cache). Untuk selengkapnya informasi selengkapnya, lihat Mengimplementasikan mesin cache.

Ringkasan alur kerja

Bagian ini menjelaskan alur kerja umum dengan fitur cache kompilasi diimplementasikan.

Informasi cache yang diberikan dan cache ditemukan

  1. Aplikasi meneruskan direktori caching dan checksum unik ke model tersebut.
  2. Runtime NNAPI mencari file cache berdasarkan checksum, preferensi eksekusi, dan hasil partisi dan menemukan file.
  3. NNAPI membuka file cache dan meneruskan handle ke driver dengan prepareModelFromCache.
  4. Pengemudi menyiapkan model langsung dari file cache dan menampilkan model yang disiapkan.

Informasi cache yang diberikan dan cache tidak ada

  1. Aplikasi meneruskan checksum unik ke model dan cache saat ini.
  2. Runtime NNAPI mencari file cache berdasarkan checksum, preferensi eksekusi, dan hasil partisi dan tidak menemukan file {i>cache<i}.
  3. NNAPI membuat file cache kosong berdasarkan checksum, preferensi eksekusi, dan partisi, membuka file cache, dan meneruskan handle dan model ke driver dengan prepareModel_1_2.
  4. Pengemudi mengompilasi model, menulis informasi penyimpanan dalam cache ke file cache, dan menampilkan model yang disiapkan.

Informasi cache tidak diberikan

  1. Aplikasi memanggil kompilasi tanpa memberikan informasi caching apa pun.
  2. Aplikasi tidak meneruskan apa pun yang terkait dengan penyimpanan dalam cache.
  3. Runtime NNAPI meneruskan model ke driver dengan prepareModel_1_2.
  4. Pengemudi mengompilasi model dan menampilkan model yang disiapkan.

Informasi cache

Informasi {i>caching<i} yang diberikan ke {i>driver<i} terdiri dari token dan menangani file cache.

Token

Token adalah token penyimpanan dalam cache dengan panjang Constant::BYTE_SIZE_OF_CACHE_TOKEN yang mengidentifikasi model yang disiapkan. Token yang sama diberikan saat menyimpan file cache dengan prepareModel_1_2 dan mengambil model yang disiapkan dengan prepareModelFromCache. Klien {i>driver<i} harus memilih token dengan tingkat tumbukan yang rendah. Pengemudi tidak dapat mendeteksi tabrakan token. Tabrakan menghasilkan eksekusi yang gagal atau eksekusi yang berhasil yang menghasilkan nilai output yang salah.

Nama sebutan file cache (dua jenis file cache)

Dua jenis file cache adalah cache data dan cache model.

  • Cache data: Gunakan untuk menyimpan data konstanta dalam cache, termasuk data yang telah diproses sebelumnya dan buffer tensor yang ditransformasi. Modifikasi pada {i>cache<i} data tidak mengakibatkan efek yang lebih buruk daripada menghasilkan nilai output yang buruk saat eksekusi baik.
  • Cache model: Gunakan untuk meng-cache data yang sensitif terhadap keamanan seperti kompilasi kode mesin yang dapat dieksekusi dalam format biner native perangkat. Perubahan pada cache model dapat memengaruhi perilaku eksekusi driver, dan klien berbahaya dapat memanfaatkannya untuk dieksekusi di luar izin yang diberikan. Dengan demikian, driver harus memeriksa apakah cache model rusak sebelum menyiapkan model dari cache. Untuk informasi selengkapnya, lihat Keamanan.

{i>Driver<i} harus memutuskan bagaimana informasi {i>cache<i} didistribusikan di antara keduanya jenis file {i>cache<i}, dan melaporkan berapa banyak file {i>cache<i} yang dibutuhkan untuk setiap jenis dengan getNumberOfCacheFilesNeeded

Runtime NNAPI selalu membuka handle file cache dengan izin baca dan tulis.

Keamanan

Dalam penyimpanan dalam cache kompilasi, cache model dapat berisi data sensitif keamanan seperti kode mesin yang dapat dieksekusi yang dikompilasi dalam format biner native perangkat. Jika tidak dilindungi dengan benar, modifikasi pada cache model dapat memengaruhi perilaku eksekusi driver. Karena konten cache disimpan di direktori aplikasi, file cache dapat diubah oleh klien. Klien yang memiliki bug mungkin merusak {i>cache<i} secara tidak sengaja, dan klien yang jahat dapat dengan sengaja membuat menggunakannya untuk mengeksekusi kode yang belum diverifikasi pada perangkat. Bergantung pada karakteristik perangkat, hal ini mungkin merupakan masalah keamanan. Dengan demikian, driver harus dapat mendeteksi kemungkinan kerusakan cache model sebelum menyiapkan model dari cache.

Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan meminta driver untuk mempertahankan peta dari token ke hash kriptografis cache model. {i>Driver<i} dapat menyimpan token dan yang digunakan untuk membuat hash cache modelnya saat menyimpan kompilasi ke cache. Pengemudi memeriksa hash baru cache model dengan token yang dicatat dan pasangan hash saat mengambil kompilasi dari cache. Pemetaan ini harus persisten di seluruh memulai ulang sistem. Pengemudi dapat menggunakan Layanan keystore Android, library utilitas di framework/ml/nn/driver/cache, atau mekanisme lain yang sesuai untuk menerapkan pengelola pemetaan. Saat pengemudi memperbarui, pengelola pemetaan ini harus diinisialisasi ulang untuk mencegah persiapan cache {i>file<i} dari versi sebelumnya.

Untuk mencegah waktu pemeriksaan hingga waktu penggunaan (TOCTOU), pengemudi harus menghitung hash yang dicatat sebelum menyimpan ke file dan hitung {i>hash<i} baru setelah menyalin isi file ke {i>buffer<i} (penyangga).

Kode contoh ini menunjukkan cara menerapkan logika ini.

bool saveToCache(const sp<V1_2::IPreparedModel> preparedModel,
                 const hidl_vec<hidl_handle>& modelFds, const hidl_vec<hidl_handle>& dataFds,
                 const HidlToken& token) {
    // Serialize the prepared model to internal buffers.
    auto buffers = serialize(preparedModel);

    // This implementation detail is important: the cache hash must be computed from internal
    // buffers instead of cache files to prevent time-of-check to time-of-use (TOCTOU) attacks.
    auto hash = computeHash(buffers);

    // Store the {token, hash} pair to a mapping manager that is persistent across reboots.
    CacheManager::get()->store(token, hash);

    // Write the cache contents from internal buffers to cache files.
    return writeToFds(buffers, modelFds, dataFds);
}

sp<V1_2::IPreparedModel> prepareFromCache(const hidl_vec<hidl_handle>& modelFds,
                                          const hidl_vec<hidl_handle>& dataFds,
                                          const HidlToken& token) {
    // Copy the cache contents from cache files to internal buffers.
    auto buffers = readFromFds(modelFds, dataFds);

    // This implementation detail is important: the cache hash must be computed from internal
    // buffers instead of cache files to prevent time-of-check to time-of-use (TOCTOU) attacks.
    auto hash = computeHash(buffers);

    // Validate the {token, hash} pair by a mapping manager that is persistent across reboots.
    if (CacheManager::get()->validate(token, hash)) {
        // Retrieve the prepared model from internal buffers.
        return deserialize<V1_2::IPreparedModel>(buffers);
    } else {
        return nullptr;
    }
}

Kasus penggunaan lanjutan

Dalam kasus penggunaan lanjutan tertentu, driver memerlukan akses ke konten cache (baca atau tulis) setelah panggilan kompilasi. Contoh kasus penggunaan mencakup:

  • Kompilasi tepat waktu: Kompilasi ditunda hingga eksekusi pertama.
  • Kompilasi multi-tahap: Kompilasi cepat dilakukan terlebih dahulu dan kompilasi opsional yang dioptimalkan dilakukan di lain waktu tergantung pada frekuensi penggunaannya.

Untuk mengakses konten cache (baca atau tulis) setelah panggilan kompilasi, pastikan bahwa {i>driver<i}:

  • Menduplikasi nama sebutan channel selama pemanggilan prepareModel_1_2 atau prepareModelFromCache dan membaca/memperbarui cache konten di lain waktu.
  • Mengimplementasikan logika penguncian file di luar panggilan kompilasi biasa untuk mencegah penulisan terjadi bersamaan dengan operasi baca atau tulis lainnya.

Mengimplementasikan mesin cache

Selain antarmuka cache kompilasi NN HAL 1.2, Anda juga dapat menemukan {i>caching library<i} utilitas di frameworks/ml/nn/driver/cache saat ini. Tujuan nnCache berisi kode penyimpanan persisten yang harus diimplementasikan oleh driver pembuatan cache kompilasi tanpa menggunakan fitur caching NNAPI. Bentuk cache kompilasi ini dapat diterapkan dengan versi NN HAL apa pun. Jika driver memilih untuk menerapkan penyimpanan dalam cache yang terputus dari antarmuka HAL, driver bertanggung jawab untuk mengosongkan artefak yang di-cache jika tidak lagi diperlukan.