Dari 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 caching ini, pengemudi tidak perlu mengelola atau membersihkan file yang di-cache. Ini adalah fitur opsional yang dapat diimplementasikan dengan NN HAL 1.2. Untuk informasi selengkapnya tentang fungsi ini, lihat ANeuralNetworksCompilation_setCaching .
Pengemudi juga dapat mengimplementasikan kompilasi caching independen dari NNAPI. Ini dapat diimplementasikan baik fitur caching NNAPI NDK dan HAL digunakan atau tidak. AOSP menyediakan perpustakaan utilitas tingkat rendah (mesin caching). Untuk informasi lebih lanjut, lihat Menerapkan mesin caching .
Ikhtisar alur kerja
Bagian ini menjelaskan alur kerja umum dengan mengimplementasikan fitur cache kompilasi.
Informasi cache disediakan dan cache hit
- Aplikasi melewati direktori caching dan checksum yang unik untuk model.
- Runtime NNAPI mencari file cache berdasarkan checksum, preferensi eksekusi, dan hasil partisi dan menemukan file.
- NNAPI membuka file cache dan meneruskan pegangan ke driver dengan
prepareModelFromCache. - Pengemudi menyiapkan model langsung dari file cache dan mengembalikan model yang disiapkan.
Caching informasi yang disediakan dan cache miss
- Aplikasi melewati checksum yang unik untuk model dan direktori caching.
- Runtime NNAPI mencari file caching berdasarkan checksum, preferensi eksekusi, dan hasil partisi dan tidak menemukan file cache.
- NNAPI membuat file cache kosong berdasarkan checksum, preferensi eksekusi, dan partisi, membuka file cache, dan meneruskan pegangan dan model ke driver dengan
prepareModel_1_2. - Driver mengkompilasi model, menulis informasi caching ke file cache, dan mengembalikan model yang disiapkan.
Informasi cache tidak disediakan
- Aplikasi memanggil kompilasi tanpa memberikan informasi caching apa pun.
- Aplikasi tidak melewatkan apa pun yang terkait dengan caching.
- Waktu proses NNAPI meneruskan model ke driver dengan
prepareModel_1_2. - Pengemudi mengkompilasi model dan mengembalikan model yang disiapkan.
Informasi cache
Informasi caching yang diberikan ke driver terdiri dari token dan pegangan file cache.
Token
Token adalah token caching 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 pengemudi harus memilih token dengan tingkat tabrakan yang rendah. Pengemudi tidak dapat mendeteksi tabrakan token. Tabrakan menghasilkan eksekusi yang gagal atau eksekusi yang berhasil yang menghasilkan nilai output yang salah.
Menangani file cache (dua jenis file cache)
Dua jenis file cache adalah cache data dan cache model .
- Cache data: Gunakan untuk menyimpan data konstan termasuk buffer tensor yang telah diproses sebelumnya dan ditransformasi. Modifikasi pada cache data seharusnya tidak menghasilkan efek yang lebih buruk daripada menghasilkan nilai output yang buruk pada waktu eksekusi.
- Cache model: Gunakan untuk menyimpan data sensitif keamanan seperti kode mesin yang dapat dieksekusi yang dikompilasi dalam format biner asli perangkat. Modifikasi cache model dapat memengaruhi perilaku eksekusi driver, dan klien jahat dapat menggunakan ini untuk mengeksekusi di luar izin yang diberikan. Dengan demikian, pengemudi harus memeriksa apakah cache model rusak sebelum menyiapkan model dari cache. Untuk informasi lebih lanjut, lihat Keamanan .
Pengemudi harus memutuskan bagaimana informasi cache didistribusikan di antara dua jenis file cache, dan melaporkan berapa banyak file cache yang dibutuhkan untuk setiap jenis dengan getNumberOfCacheFilesNeeded .
Waktu proses NNAPI selalu membuka pegangan file cache dengan izin baca dan tulis.
Keamanan
Dalam cache kompilasi, cache model mungkin berisi data sensitif keamanan seperti kode mesin yang dapat dieksekusi yang dikompilasi dalam format biner asli perangkat. Jika tidak dilindungi dengan benar, modifikasi cache model dapat mempengaruhi perilaku eksekusi driver. Karena konten cache disimpan di direktori aplikasi, file cache dapat dimodifikasi oleh klien. Klien kereta mungkin secara tidak sengaja merusak cache, dan klien jahat dapat dengan sengaja menggunakan ini untuk mengeksekusi kode yang belum diverifikasi pada perangkat. Tergantung pada karakteristik perangkat, ini mungkin masalah keamanan. Dengan demikian, pengemudi harus dapat mendeteksi potensi kerusakan cache model sebelum menyiapkan model dari cache.
Salah satu cara untuk melakukannya adalah agar pengemudi memelihara peta dari token ke hash kriptografis dari cache model. Pengemudi dapat menyimpan token dan hash dari cache modelnya saat menyimpan kompilasi ke cache. Pengemudi memeriksa hash baru dari cache model dengan token yang direkam dan pasangan hash saat mengambil kompilasi dari cache. Pemetaan ini harus terus-menerus di seluruh sistem reboot. Pengemudi dapat menggunakan layanan keystore Android , pustaka utilitas di framework/ml/nn/driver/cache , atau mekanisme lain yang sesuai untuk mengimplementasikan manajer pemetaan. Setelah pembaruan driver, manajer pemetaan ini harus diinisialisasi ulang untuk mencegah penyiapan file cache dari versi sebelumnya.
Untuk mencegah serangan time-of-check to time-of-use (TOCTOU), driver harus menghitung hash yang direkam sebelum menyimpan ke file dan menghitung hash baru setelah menyalin konten file ke buffer internal.
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 meliputi:
- Kompilasi tepat waktu: Kompilasi ditunda hingga eksekusi pertama.
- Kompilasi multi-tahap: Kompilasi cepat dilakukan pada awalnya dan kompilasi optimal opsional dilakukan di lain waktu tergantung pada frekuensi penggunaan.
Untuk mengakses konten cache (baca atau tulis) setelah panggilan kompilasi, pastikan driver:
- Gandakan pegangan file selama pemanggilan
prepareModel_1_2atauprepareModelFromCachedan membaca/memperbarui konten cache di lain waktu. - Menerapkan logika penguncian file di luar panggilan kompilasi biasa untuk mencegah penulisan terjadi bersamaan dengan pembacaan atau penulisan lainnya.
Menerapkan mesin caching
Selain antarmuka caching kompilasi NN HAL 1.2, Anda juga dapat menemukan pustaka utilitas caching di direktori frameworks/ml/nn/driver/cache . Subdirektori nnCache berisi kode penyimpanan persisten bagi driver untuk mengimplementasikan cache kompilasi tanpa menggunakan fitur cache NNAPI. Bentuk cache kompilasi ini dapat diimplementasikan dengan versi NN HAL apa pun. Jika driver memilih untuk mengimplementasikan caching yang terputus dari antarmuka HAL, driver bertanggung jawab untuk membebaskan artefak yang di-cache saat tidak lagi diperlukan.