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window 显示驱动开发-处理内存段(二)

news 来源：原创 2025/5/9 7:14:46

KMD 不需要在其内存段中指定 GPU 可用的所有视频内存资源。但是，KMD 必须指定 VidMm 在系统上运行的所有进程中管理的所有内存资源。例如：

实现固定函数管道的顶点着色器微代码可以驻留在 GPU 地址空间中，但在 VidMm 管理的内存之外（即不是段的一部分）。此配置是可能的，因为微代码始终可用于所有进程，并且永远不会成为进程之间争用的来源。
对于顶点缓冲区、纹理、呈现目标和应用程序特定的着色器代码等资源，VidMm 必须从驱动程序的内存段之一分配视频内存资源。这一要求是因为资源类型必须对所有进程公平可用。

下图显示了 KMD 如何从 GPU 地址空间配置内存段的示例。

图中的数字对应于以下内存段：67

CPU 可访问的线性段：此段可由 CPU 访问，并组织为线性地址空间。
非 CPU 可访问的线性段：该段被组织为线性地址空间，但 CPU 无法访问。它用于不需要 CPU 访问的资源。
只读 AGP 光圈段：此段用于对 AGP（加速图形端口）内存进行只读访问。
光圈段：此段用于通过 AGP 光圈访问的资源。

隐藏框表示 KMD 不向 VidMm 公开的内存段。隐藏在 VidMm 中的视频内存不能映射到用户空间，也不能被任何特定进程独占。这样做违反了虚拟内存的基本规则，即要求系统上运行的所有进程都可以访问所有内存。

1. 内存段的“非全覆盖”特性

(1) KMD 的自主性
仅需声明需管理的资源：KMD 在 DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR 中定义的段不必涵盖 GPU 所有可用内存。

示例：

GPU 固件（如顶点着色器微代码）可驻留在非段内存区域，由驱动直接管理。
硬件保留区域（如 BootROM）无需暴露给 VidMm。

VidMm 仅管理“竞争性资源”：需要被多个进程共享或公平分配的资源（如纹理、顶点缓冲区）必须通过段管理。

(2) 非段内存的典型用途

资源类型	是否需通过段管理	原因
顶点着色器微代码	❌ 否	只读、全局共享，无进程间竞争。
硬件寄存器空间	❌ 否	由 KMD 独占控制，无需虚拟化。
纹理/顶点缓冲区	✅ 是	多进程可能竞争，需公平分配。
呈现目标（Render Target）	✅ 是	需隔离各进程的渲染输出。

2. 内存段配置示例

(1) GPU 地址空间布局
下图展示了一个可能的 GPU 地址空间划分：

GPU 地址空间布局示例：
0x00000000 ┌───────────────────────┐│ 硬件保留区域          │ (非段内存，如微代码)
0x10000000 ├───────────────────────┤│ 段 1: 显存 (VRAM)     │ (VidMm 管理，供纹理/缓冲区)
0x50000000 ├───────────────────────┤│ 段 2: 系统内存光圈     │ (VidMm 管理，CPU 可访问)
0x70000000 ├───────────────────────┤│ 驱动私有区域          │ (非段内存，如调试日志)
0x80000000 └───────────────────────┘

(2) KMD 的段描述符配置

// 仅声明需要 VidMm 管理的段
DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR Segments[] = {// 显存段（供纹理/渲染目标）{.BaseAddress = 0x10000000,.Size        = 0x40000000, // 1GB.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_VIDEO_MEMORY,.SegmentId   = 1,},// 系统内存光圈段（供 CPU 访问的资源）{.BaseAddress = 0x50000000, // CPU 物理地址.Size        = 0x20000000, // 512MB.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_SYSTEM_MEMORY,.SegmentId   = 2,}
};

3. 设计原理与优势

(1) 灵活性

硬件适配自由：KMD 可根据 GPU 特性灵活保留部分内存（如固件区域），无需强制纳入 VidMm 管理。

性能优化：全局只读资源（如微代码）可永久映射，避免重复加载。

(2) 安全性

隔离关键资源：硬件关键区域（如寄存器）由 KMD 独占控制，防止应用程序误操作。
公平性保障：竞争性资源（如显存）通过 VidMm 统一分配，避免单一进程垄断。

(3) 简化驱动开发

减少 VidMm 负担：非竞争性资源无需复杂的虚拟化/分页机制。
明确职责边界：KMD 管理硬件细节，VidMm 专注多进程资源调度

4. 开发者注意事项

(1) 必须通过段管理的资源

任何可能被多进程共享的资源：纹理、顶点/索引缓冲区、渲染目标、计算着色器 UAV。
需 CPU 访问的资源：使用 DXGK_SEGMENT_FLAGS_SYSTEM_MEMORY 声明。

(2) 禁止绕过 VidMm 的操作

直接访问非段内存：用户模式驱动（UMD）必须通过 VidMm 分配的 GPU 虚拟地址（GPU VA）访问资源，禁止直接操作物理地址。
例外：仅 KMD 可访问硬件保留区域（如通过 MmMapIoSpace）。

(3) 调试支持

ETW 日志分析：使用 GPUView 或 WPA 检查 DXGKRNL 事件，确认段分配是否正确。
验证工具：DirectX 调试层（Debug Layer）可检测非法内存访问。

5. 典型问题与解决方案

问题	原因	解决方案
分配失败（STATUS_GRAPHICS_NO_VIDEO_MEMORY）	段空间不足	优化资源生命周期，或增加段大小。
GPU 访问违例	误操作非段内存	检查 UMD 是否使用非法 GPU VA。
性能下降	频繁切换段	合并资源到同一段，减少上下文切换。