IREE 内存分配算法概述
IREE 内存分配算法概述
IREE 在编译和运行时均对内存分配进行了专门设计，主要目标是高效利用有限的内存资源，降低碎片，并满足目标硬件（如 TPU、NPU 等）的对齐和布局要求。总体上，其内存分配策略可以分为编译期的静态内存规划和运行时的内存子分配两个层面：
1. 编译期静态内存规划
在编译阶段，IREE 会对中间表示（IR）中的内存缓冲区进行分析和规划，主要流程包括：
- 缓冲区生命周期分析
编译器对模型中每个缓冲区进行数据流和生命周期分析，确定各个缓冲区的“活跃区间”（即缓冲区从首次使用到最后一次使用的时间段）。这种分析类似于编译器中常见的寄存器分配中的活跃性分析。 - 内存分配规划（Memory Planning）
基于上述的生命周期信息，IREE 采用一种类似于贪心算法或线性扫描（linear scan）的策略，将不同生命周期不重叠的缓冲区安排在同一块连续内存区域中。这样做的好处在于：- 最大程度重用内存空间，减少总体内存占用；
- 控制内存碎片，满足硬件对内存对齐和连续性要求。
- 硬件约束的适配
在内存规划过程中，除了考虑缓冲区间的非重叠性外，还会纳入目标硬件（如 TPU、NPU）的特殊要求，比如内存对齐、缓存策略以及数据布局等，从而保证生成的内存布局能够高效地映射到实际设备上。
2. 运行时内存子分配
在实际执行阶段，IREE 的硬件抽象层（HAL）通常会预先分配一大块连续内存，然后在这块内存上实现子分配（suballocation），常见的做法包括：
- 基于内存池（Arena）的分配器
运行时通过内存池（arena）的方式管理已规划的内存区域，利用预先计算好的偏移量直接映射各个缓冲区，从而避免频繁的动态分配带来的开销。 - 高效释放和复用
因为编译阶段已经确定了各缓冲区的生命周期，运行时主要负责按照预定的偏移量进行数据拷贝和访问，不需要额外的复杂释放逻辑。
小结
- 静态规划阶段：IREE 编译器在编译期通过缓冲区生命周期分析和贪心/线性扫描算法，实现了静态内存规划。这一过程能够高效地分配内存空间，确保在缓冲区生命周期不重叠时复用同一区域，从而降低内存占用和碎片。
- 运行时分配：利用内存池机制，IREE 在 HAL 层面进行子分配，保证了高效的内存访问和管理，同时满足了硬件的特殊需求。
虽然公开文档中对“内存分配算法”没有以数学或伪代码的形式做全面描述，但从其源码和设计思路可以看出，这种策略与许多传统编译器在寄存器分配和内存池管理上的做法类似，同时针对 AI 推理任务和特定硬件特点进行了定制优化。
更多细节和最新实现可以参考 IREE 的 GitHub 仓库以及官方设计文档（例如 IREE 的内存规划和 HAL 模块相关说明）【】。
相关代码
HAL 模块
IREE 的内存分配主要在 HAL（硬件抽象层）模块中实现。你可以在 IREE 仓库中关注以下路径：
iree/hal/allocator.[ch]
该文件包含了内存分配器接口及部分实现代码，是了解内存分配细节的一个入口。iree/hal/resource.[ch]
此处涉及对内存资源的管理和调度，与分配器密切相关。
IREE的内存分配策略在几个不同的文档和代码库中有介绍，主要包括：
- IREE官方文档中的"Buffer Allocation"部分
- 位于IREE GitHub仓库的docs目录下
- 描述了IREE的缓冲区分配策略和算法基本原理
- IREE设计文档
- "HAL Memory Model"文档详细说明了硬件抽象层的内存模型
- "Compiler Internals"文档中有关于编译时内存优化的部分
- 源代码注释
- runtime/src/iree/hal/allocator.h 和 allocator.c 文件包含详细的内存分配器实现
- compiler/src/iree/compiler/Dialect/HAL/IR/HALOps.td 包含内存分配相关操作的定义