Kumpulan memori

Halaman ini menjelaskan struktur data dan metode yang digunakan untuk mengomunikasikan buffer operand secara efisien antara driver dan framework.

Pada waktu kompilasi model, framework memberikan nilai operand konstanta ke driver. Bergantung pada masa aktif operand konstanta, nilainya berada di vektor HIDL atau kumpulan memori bersama.

  • Jika masa aktifnya adalah CONSTANT_COPY, nilai berada di kolom operandValues struktur model. Karena nilai dalam vektor HIDL disalin selama komunikasi antar-proses (IPC), vektor ini biasanya hanya digunakan untuk menyimpan sejumlah kecil data seperti operan skalar (misalnya, skalar aktivasi dalam ADD) dan parameter tensor kecil (misalnya, tensor bentuk dalam RESHAPE).
  • Jika masa aktifnya adalah CONSTANT_REFERENCE, nilai berada di kolom pools struktur model. Hanya handle kumpulan memori bersama yang diduplikasi selama IPC, bukan menyalin nilai mentah. Oleh karena itu, lebih efisien untuk menyimpan data dalam jumlah besar (misalnya, parameter bobot dalam konvolusi) menggunakan kumpulan memori bersama daripada vektor HIDL.

Pada waktu eksekusi model, framework menyediakan buffer input dan output operand ke driver. Tidak seperti konstanta waktu kompilasi yang mungkin dikirim dalam vektor HIDL, data input dan output eksekusi selalu dikomunikasikan melalui kumpulan pool memori.

Jenis data HIDL hidl_memory digunakan dalam kompilasi dan eksekusi untuk merepresentasikan kumpulan memori bersama yang tidak dipetakan. Driver harus memetakan memori dengan tepat agar dapat digunakan berdasarkan nama jenis data hidl_memory. Nama memori yang didukung adalah:

  • ashmem: Memori bersama Android. Untuk mengetahui detail selengkapnya, lihat memori.
  • mmap_fd: Memori bersama yang didukung oleh deskriptor file melalui mmap.
  • hardware_buffer_blob: Memori bersama yang didukung oleh AHardwareBuffer dengan format AHARDWARE_BUFFER_FORMAT_BLOB. Tersedia dari Neural Networks (NN) HAL 1.2. Untuk mengetahui detail selengkapnya, lihat AHardwareBuffer.
  • hardware_buffer: Memori bersama yang didukung oleh AHardwareBuffer umum yang tidak menggunakan format AHARDWARE_BUFFER_FORMAT_BLOB. Buffer hardware mode non-BLOB hanya didukung dalam eksekusi model.Tersedia dari NN HAL 1.2. Untuk mengetahui detail selengkapnya, lihat AHardwareBuffer.

Mulai dari NN HAL 1.3, NNAPI mendukung domain memori yang menyediakan antarmuka pengalokasi untuk buffer yang dikelola driver. Buffer yang dikelola driver juga dapat digunakan sebagai input atau output eksekusi. Untuk mengetahui detail selengkapnya, lihat Domain memori.

Driver NNAPI harus mendukung pemetaan nama memori ashmem dan mmap_fd. Mulai NN HAL 1.3, driver juga harus mendukung pemetaan hardware_buffer_blob. Dukungan untuk mode non-BLOB umum hardware_buffer dan domain memori bersifat opsional.

AHardwareBuffer

AHardwareBuffer adalah jenis memori bersama yang membungkus buffer Gralloc. Di Android 10, Neural Networks API (NNAPI) mendukung penggunaan AHardwareBuffer, sehingga driver dapat melakukan eksekusi tanpa menyalin data, yang meningkatkan performa dan konsumsi daya untuk aplikasi. Misalnya, stack HAL kamera dapat meneruskan objek AHardwareBuffer ke NNAPI untuk beban kerja machine learning menggunakan handle AHardwareBuffer yang dihasilkan oleh API NDK kamera dan NDK media. Untuk mengetahui informasi selengkapnya, lihat ANeuralNetworksMemory_createFromAHardwareBuffer.

Objek HardwareBuffer yang digunakan di NNAPI diteruskan ke driver melalui struct hidl_memory yang dinamai hardware_buffer atau hardware_buffer_blob. Struktur hidl_memory hardware_buffer_blob hanya merepresentasikan objek AHardwareBuffer dengan format AHARDWAREBUFFER_FORMAT_BLOB.

Informasi yang diperlukan oleh framework dienkode di kolom hidl_handle dari struct hidl_memory. Kolom hidl_handle membungkus native_handle, yang mengenkode semua metadata yang diperlukan tentang buffer AHardwareBuffer atau Gralloc.

Driver harus mendekode kolom hidl_handle yang diberikan dengan benar dan mengakses memori yang dijelaskan oleh hidl_handle. Saat metode getSupportedOperations_1_2, getSupportedOperations_1_1, atau getSupportedOperations dipanggil, driver harus mendeteksi apakah driver dapat mendekode hidl_handle yang diberikan dan mengakses memori yang dijelaskan oleh hidl_handle. Persiapan model harus gagal jika kolom hidl_handle yang digunakan untuk operand konstanta tidak didukung. Eksekusi harus gagal jika kolom hidl_handle yang digunakan untuk operand input atau output eksekusi tidak didukung. Sebaiknya driver menampilkan kode error GENERAL_FAILURE jika persiapan atau eksekusi model gagal.

Domain memori

Untuk perangkat yang menjalankan Android 11 atau yang lebih tinggi, NNAPI mendukung domain memori yang menyediakan antarmuka pengalokasi untuk buffer yang dikelola driver. Hal ini memungkinkan penerusan memori native perangkat di seluruh eksekusi, menekan penyalinan dan transformasi data yang tidak perlu di antara eksekusi berurutan pada driver yang sama. Alur ini diilustrasikan dalam Gambar 1.

Aliran data buffer dengan dan tanpa domain memori

Gambar 1. Mem-buffer aliran data menggunakan domain memori

Fitur domain memori ditujukan untuk tensor yang sebagian besar bersifat internal bagi driver dan tidak memerlukan akses sering di sisi klien. Contoh tensor tersebut mencakup tensor status dalam model barisan. Untuk tensor yang perlu sering mengakses CPU pada sisi klien, sebaiknya gunakan gabungan memori bersama.

Untuk mendukung fitur domain memori, terapkan IDevice::allocate agar framework dapat meminta alokasi buffer yang dikelola driver. Selama alokasi, framework menyediakan properti dan pola penggunaan berikut untuk buffer:

  • BufferDesc menjelaskan properti buffer yang diperlukan.
  • BufferRole menjelaskan potensi pola penggunaan buffer sebagai input atau output dari model yang disiapkan. Beberapa peran dapat ditentukan selama alokasi buffer, dan buffer yang dialokasikan hanya dapat digunakan sebagai peran yang ditentukan tersebut.

Buffer yang dialokasikan bersifat internal untuk driver. Driver dapat memilih lokasi buffer atau tata letak data apa pun. Saat buffer berhasil dialokasikan, klien driver dapat mereferensikan atau berinteraksi dengan buffer menggunakan token yang ditampilkan atau objek IBuffer.

Token dari IDevice::allocate diberikan saat mereferensikan buffer sebagai salah satu objek MemoryPool dalam struktur Request eksekusi. Untuk mencegah proses mencoba mengakses buffer yang dialokasikan dalam proses lain, driver harus menerapkan validasi yang tepat pada setiap penggunaan buffer. Driver harus memvalidasi bahwa penggunaan buffer adalah salah satu peran BufferRole yang diberikan selama alokasi dan harus segera menggagalkan eksekusi jika penggunaan tidak sah.

Objek IBuffer digunakan untuk penyalinan memori eksplisit. Dalam situasi tertentu, klien driver harus menginisialisasi buffer yang dikelola driver dari gabungan memori bersama atau menyalin buffer ke gabungan memori bersama. Contoh kasus penggunaan mencakup:

  • Inisialisasi tensor status
  • Menyimpan hasil sementara dalam cache
  • Eksekusi penggantian di CPU

Untuk mendukung kasus penggunaan ini, driver harus menerapkan IBuffer::copyTo dan IBuffer::copyFrom dengan ashmem, mmap_fd, dan hardware_buffer_blob jika mendukung alokasi domain memori. Driver dapat secara opsional mendukung mode non-BLOB hardware_buffer.

Selama alokasi buffer, dimensi buffer dapat disimpulkan dari operan model yang sesuai dari semua peran yang ditentukan oleh BufferRole, dan dimensi yang diberikan dalam BufferDesc. Dengan semua informasi dimensi yang digabungkan, buffer mungkin memiliki dimensi atau peringkat yang tidak diketahui. Dalam kasus seperti itu, buffer berada dalam status fleksibel dengan dimensi tetap saat digunakan sebagai input model dan dalam status dinamis saat digunakan sebagai output model. Buffer yang sama dapat digunakan dengan bentuk output yang berbeda dalam eksekusi yang berbeda dan driver harus menangani pengubahan ukuran buffer dengan benar.

Domain memori adalah fitur opsional. Driver dapat menentukan bahwa driver tidak dapat mendukung permintaan alokasi tertentu karena beberapa alasan. Contoh:

  • Buffer yang diminta memiliki ukuran dinamis.
  • Driver memiliki batasan memori yang mencegahnya menangani buffer besar.

Beberapa thread yang berbeda dapat membaca dari buffer yang dikelola driver secara bersamaan. Mengakses buffer secara bersamaan untuk penulisan atau baca/tulis tidak ditentukan, tetapi tidak boleh menyebabkan error pada layanan driver atau memblokir pemanggil tanpa batas waktu. Driver dapat menampilkan error atau membiarkan konten buffer dalam status yang tidak ditentukan.