Implementação de DMABUF e contabilidade de memória de GPU no Android 12

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

Estatísticas de DMA-BUF em sysfs

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

Caminho Descrição
/sys/kernel/dmabuf/buffers O diretório /sys/kernel/dmabuf/buffers contém um snapshot do estado interno de cada DMA-BUF. /sys/kernel/dmabuf/buffers/<inode_number> contém as estatísticas do DMA-BUF com o número de inode exclusivo <inode_number>.
/sys/kernel/dmabuf/buffers/<inode_number>/exporter_name Esse arquivo somente leitura contém o nome do exportador DMA-BUF.
/sys/kernel/dmabuf/buffers/<inode_number>/size Esse arquivo somente leitura especifica o tamanho do DMA-BUF em bytes.

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

Os drivers de 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 derivem estatísticas por exportador, que são expostas no bugreport.

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

Estatísticas do framework de heaps DMA-BUF

O ION no GKI 2.0 está sendo descontinuado em favor do framework de heaps DMA-BUF, que faz parte do kernel Linux upstream.

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

  • Tamanho total dos 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 expor estatísticas de heap por ION no Android 11.

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

Android 11 ou dispositivos lançados com suporte ao ION no Android 12 Dispositivos lançados com heaps DMA-BUF no Android 12
Estatísticas de ION por heap Nenhum Analisado das estatísticas sysfs do DMA-BUF
Tamanho total dos BUFs da DMA exportados /sys/kernel/ion/total_heap_size_kb
(Não inclui o tamanho dos DMA-BUFs exportados por exportadores não ION)		 Analisado das estatísticas do sysfs DMA-BUF
(inclui o tamanho de todos os DMA-BUFs exportados).
Memória total agrupada por heaps /sys/kernel/ion/total_pool_size_kb /sys/kernel/dma_heap/total_pool_size_kb

Melhorar a precisão do cálculo da RAM perdida

Antes, o cálculo da RAM perdida era feito da seguinte forma:

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

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

- kernelUsed - memInfo.getZramTotalSizeKb();

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

  • Alocações diretas feitas pelo driver de 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 endereços da GPU, o que significa que ele é contabilizado apenas uma vez no cálculo de RAM perdida.

Confira os detalhes da solução:

  • A API HAL Memtrack getMemory(), quando chamada com PID 0, precisa informar o total global de memória privada da GPU para MemtrackType::GL e MemtrackRecord::FLAG_SMAPS_UNACCOUNTED.
  • getMemory() quando chamado com PID 0 para um MemtrackType diferente de GL não pode falhar. Em vez disso, ele precisa retornar 0.
  • A solução tracepoint/eBPF de memória da GPU adicionada no Android 12 considera 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, contabilizando corretamente o uso da memória da GPU.
  • A memória privada da GPU está incluída em totalPss na maioria das implementações do HAL Memtrack e, portanto, precisa ser duplicada antes de ser removida de lostRAM.

A solução implementada é detalhada na próxima seção.

Remover a variabilidade do Memtrack da RAM perdida

Como as implementações do HAL do Memtrack podem variar entre parceiros, a memória da GPU incluída em totalPSS do HAL nem sempre é consistente. Para remover a variabilidade de lostRAM, a memória considerada 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 no código a seguir:

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 da GPU particular (gpuPrivateUsage) no cálculo de lostRAM em ActivityManagerService.java, conforme mostrado no código a seguir:

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;

Cálculo atualizado da RAM perdida

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

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

Validação

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

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

Isso oferece uma melhor contabilização da memória e visibilidade do buffer de DMA e do uso da memória da GPU. Implemente a HAL AIDL memtrack para melhorar a RAM perdida e a contabilidade de memória. Esse recurso não depende dos Serviços do Google.

Implementação

Esse recurso depende da HAL Memtrack da AIDL, e as instruções para implementá-la no Android 12 estão incluídas no código como comentários. Há uma previsão de que todos os HALs de HIDL sejam convertidos para 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 verificar se a versão funciona conforme o esperado, integre os tracepoints nos drivers de GPU e implemente a API AIDL memtrack HAL getMemory() para retornar corretamente a memória total global privada da GPU quando chamada com PID 0 para MemtrackType::GL e MemtrackRecord::FLAG_SMAPS_UNACCOUNTED.