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 menyediakan nilai operand konstanta ke driver. Bergantung pada masa aktif operand konstanta, nilainya terletak di vektor HIDL atau gabungan memori bersama.

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

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

Jenis data HIDL hidl_memory digunakan dalam kompilasi dan eksekusi untuk mewakili gabungan 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 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 hardware_buffer mode non-BLOB umum dan domain memori bersifat opsional.

AHardwareBuffer

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

Objek AHardwareBuffer yang digunakan di NNAPI diteruskan ke driver melalui struct hidl_memory yang diberi nama hardware_buffer atau hardware_buffer_blob. Struct hidl_memory hardware_buffer_blob hanya mewakili objek AHardwareBuffer dengan format AHARDWAREBUFFER_FORMAT_BLOB.

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

Driver harus mendekode kolom hidl_handle yang disediakan 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 dapat mendekode hidl_handle yang disediakan 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 memori native perangkat diteruskan di seluruh eksekusi, sehingga menekan penyalinan dan transformasi data yang tidak perlu antara eksekusi berurutan pada driver yang sama. Alur ini diilustrasikan dalam Gambar 1.

Mem-buffer aliran data dengan dan tanpa domain memori

Gambar 1. Alur data buffer 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 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 bagi driver. Driver dapat memilih lokasi buffer atau tata letak data. Jika 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 MemoryPool objek dalam Request struktur 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 tersebut ilegal.

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 pada 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 hardware_buffer mode non-BLOB.

Selama alokasi buffer, dimensi buffer dapat disimpulkan dari operand model yang sesuai dari semua peran yang ditentukan oleh BufferRole, dan dimensi yang diberikan dalam BufferDesc. Dengan semua informasi dimensi digabungkan, buffer mungkin memiliki dimensi atau peringkat yang tidak diketahui. Dalam kasus seperti itu, buffer berada dalam status fleksibel dengan dimensi yang tetap saat digunakan sebagai input model dan dalam status dinamis saat digunakan sebagai output model. Buffer yang sama dapat digunakan dengan berbagai bentuk output 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 tulis atau baca/tulis tidak ditentukan, tetapi tidak boleh menyebabkan layanan driver error atau memblokir pemanggil tanpa batas waktu. Driver dapat menampilkan error atau membiarkan konten buffer dalam status yang tidak ditentukan.