window 显示驱动开发-处理内存段(一)
视频内存管理器 (VidMm) 负责管理 GPU 的地址空间。 在此之前，内核模式显示微型端口驱动程序 (KMD) 必须通过使用内存段将 GPU 的地址空间描述为 VidMm。
KMD 创建内存段以概括和虚拟化视频内存资源。 它可以根据硬件支持的存储器类型（例如，帧缓冲区内存或系统内存光圈）配置内存段。
在驱动程序初始化期间，KMD 必须返回描述 VidMm 如何管理内存资源的段类型列表。 KMD 指定了它支持的段类型的数量，并通过响应对其 DxgkDdiQueryAdapterInfo 函数的调用来描述每种段类型。 驱动程序使用 DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR 结构描述每个段。 有关详细信息，请参阅初始化内存段的使用。
此后，段的数量和类型保持不变。 VidMm：
- 确保每个进程在任何特定段中都能获得公平的资源份额，
- 独立管理所有段。
段不重叠。 因此，VidMm 可以从一个段分配相当数量的视频内存资源，而不管应用程序从另一个段持有多少资源。
KMD 为每个内存段分配一个段标识符。 稍后，当 VidMm 请求为视频资源创建分配并呈现这些资源时，KMD：
- 标识支持请求的段。
- 按顺序指定驱动程序希望 VidMm 使用的段。
1. 内存段（Memory Segments）的核心概念
(1) 内存段的作用
硬件资源抽象：
- KMD 通过内存段将 GPU 的物理内存（如显存、系统内存光圈）虚拟化为逻辑段，供 VidMm 统一管理。
例如：
- 帧缓冲区段（DXGK_SEGMENT_VIDEO_MEMORY）：GPU 专用显存。
- 系统内存光圈段（DXGK_SEGMENT_SYSTEM_MEMORY）：CPU 可访问的共享内存。
- 重排范围段（DXGK_SEGMENT_SWIZZLING）：用于优化内存布局的特定区域。
资源隔离性：
- 每个段 不重叠，VidMm 可独立管理不同段的内存分配。
- 例如：应用程序占用显存段不影响系统内存段的可用性。
(2) 段的静态性
初始化时确定：
- KMD 在驱动初始化阶段（响应 DxgkDdiQueryAdapterInfo）通过 DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR 结构定义所有支持的段类型。
- 段的数量和属性 后续不可更改（除非驱动重启）。
2. KMD 的职责：段配置
(1) 段描述符（DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR）
KMD 需为每个段填充以下关键字段：
| 字段 | 描述 |
|---|---|
BaseAddress | 段的起始物理地址（GPU 视角）。 |
Size | 段的总大小（字节）。 |
Flags | 段属性（如可缓存、可写、CPU 可见等）。 |
SegmentId | 段的唯一标识符（由 KMD 分配）。 |
(2) 示例：多段配置
// KMD 在 DxgkDdiQueryAdapterInfo 中返回的段列表示例
DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR Segments[2] = {// 显存段（专用 VRAM）{.BaseAddress = 0x80000000,.Size = 0x40000000, // 1GB.Flags = DXGK_SEGMENT_FLAGS_VIDEO_MEMORY,.SegmentId = 0x1,},// 系统内存光圈段（共享内存）{.BaseAddress = 0x00000000, // CPU 物理地址.Size = 0x20000000, // 512MB.Flags = DXGK_SEGMENT_FLAGS_SYSTEM_MEMORY,.SegmentId = 0x2,}
};3. VidMm 的职责：段管理
(1) 公平分配与隔离
进程级配额：
- VidMm 确保每个进程在任意段中 公平共享资源（如限制单个进程占用显存的比例）。
段独立性：
- 从段 A 分配内存时，不受段 B 的占用情况影响（避免资源竞争）。
(2) 分配策略
当应用程序请求内存时（如创建纹理）：
VidMm 选择候选段：
- 根据资源需求（如 GPU 专用或 CPU 可访问）筛选匹配的段。
KMD 指定优先级：
- 驱动通过 DxgkDdiCreateAllocation 的 PreferredSegment 参数建议优先段。
VidMm 最终决策：
- 结合段剩余空间、进程配额等条件分配内存。
4. 内存分配的实际流程
(1) 用户模式请求
- 应用程序调用 ID3D12Device::CreateResource。
- UMD（用户模式驱动）通过 D3DKMTCreateAllocation 向内核发起请求。
(2) VidMm 与 KMD 交互
VidMm 选择段：
- 检查资源属性（如 D3D12_RESOURCE_FLAGS）匹配的段。
调用 KMD 确认：
- 触发 DxgkDdiCreateAllocation，KMD 验证硬件支持性。
分配 GPU 虚拟地址：
- VidMm 在选定段中分配虚拟地址范围（GPU VA）。
返回资源句柄：
- UMD 获得可操作的资源句柄。
(3) 示例：显存分配
5. 高级场景与优化
(1) 多 GPU 系统
跨设备段：
- KMD 可为每个 GPU 定义独立段，VidMm 协调跨设备内存迁移（如 dxgmms1.sys 处理）。
(2) 内存压缩
驱动支持：
- KMD 可通过段标志声明支持压缩（如 DXGK_SEGMENT_FLAGS_COMPRESSIBLE），VidMm 据此优化分配。
(3) 动态资源升降级
分页策略：
- VidMm 可自动将闲置资源从显存段迁移到系统内存段（调用 DxgkDdiBuildPagingBuffer）。
6. 调试与问题排查
(1) 常见问题
(2) 关键 ETW 事件
- DXGK_VIRTUALADDRESS：跟踪 GPU VA 分配。
- DXGK_SEGMENT：监控段的使用情况。
7. 总结
设计优势：
- 硬件无关性：VidMm 通过抽象段统一管理不同 GPU 的内存。
- 多进程安全：段隔离避免应用程序相互干扰。
- 灵活扩展：支持未来内存技术（如 CXL 共享内存）。
通过内存段机制，WDDM 实现了高效的 GPU 内存虚拟化和资源共享，为复杂图形与计算负载奠定基础。