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WDDM 2.0 中的 GPU 虛擬記憶體

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本文提供從 Windows 10 開始的 GPU 虛擬記憶體管理詳細資料（WDDM 2.0）。 它描述 WDDM 為何變更為支援 GPU 虛擬尋址，以及驅動程式如何使用它。

簡介

在 Windows 顯示驅動程式模型 （WDDM） 2.0 之前，設備驅動器介面 （DDI） 已建置，讓 GPU 引擎預期會透過區段實體地址參考記憶體。 當跨應用程式和過度認可的區段共用時，資源會透過其存留期重新配置，並變更其指派的實體位址。 此程式需要透過配置和修補程式位置清單在命令緩衝區內追蹤記憶體參考。 然後，這些緩衝區必須先使用正確的物理記憶體參考進行修補，再提交至 GPU 引擎。 此追蹤和修補成本很高。 它基本上會強加排程模型，其中視訊記憶體管理員 （VidMm） 必須先檢查每個封包，才能提交至引擎。

經過一段時間，更多的硬體廠商會轉向硬體型排程模型。 在此模型中，工作會直接從使用者模式提交至 GPU，而 GPU 會管理工作本身的各種佇列。 這種演進使得在提交至 GPU 引擎之前，不需要 VidMm 檢查和修補每個命令緩衝區。

若要這樣做，WDDM 支援從 WDDM 2.0 開始的 GPU 虛擬尋址。 在此模型中，每個進程都會獲指派唯一的 GPU 虛擬位址 （GPUVA） 空間，讓每個 GPU 內容都能在 中執行。 進程所建立或開啟的配置會獲指派該進程 GPU 虛擬位址空間內的唯一 GPUVA。 此指派的 GPUVA 在配置存留期內會維持不變且是唯一的。 因此，使用者模式顯示驅動程式 （UMD） 能夠透過其 GPU 虛擬地址參考配置，而不必擔心基礎物理記憶體在其存留期內變更。

GPU 的個別引擎可以在實體或虛擬模式中運作：

  • 在實體模式中，排程模型會維持與 WDDM v1.x 相同。 UMD 會繼續產生配置和修補程式位置清單。 這些配置清單會以命令緩衝區提交，並用來在提交至引擎之前，將命令緩衝區修補到實際的實體位址。

  • 在虛擬模式中，引擎會透過 GPU 虛擬地址參考記憶體。 UMD 會直接從使用者模式產生命令緩衝區，並使用新的服務將這些命令提交至核心。 UMD 不會產生配置或修補程式位置清單，不過仍須負責管理配置落地。 如需驅動程式落地的詳細資訊，請參閱 WDDM 2.0 中的驅動程式落地。

GPU 記憶體模型

WDDM v2 支援兩個不同的 GPU 虛擬尋址 模型 GpuMmu 和 IoMmu。 驅動程式必須 加入加入 以支援或兩個模型。 單一 GPU 節點可以同時支援這兩種模式。

GpuMmu 模型

在 GpuMmu 模型中，VidMm 會管理 GPU 記憶體管理單位和基礎頁面數據表。 VidMm 也會向 UMD 公開服務，以允許它管理 GPU 虛擬位址對應到配置。 GpuMmu 表示 GPU 使用 GPU 頁面數據表來存取數據。 分頁表可以指向系統記憶體或本機裝置記憶體。

如需詳細資訊，請參閱 GpuMmu 模型。

IoMmu 模型

在 IoMmu 模型中，CPU和 GPU 會共用通用位址空間和CPU分頁表。 在此情況下，只能存取系統記憶體，因此IoMmu適用於整合式 GPU。 IoMmu 提供更簡單的程序設計模型，其中 GPU 和 CPU 都可以使用相同的指標來存取記憶體。 不需要在 GPU 可存取的記憶體中管理一組個別的頁面數據表。 也就是說，IoMmu 模型可能會導致效能降低，因為地址轉譯和管理的額外負荷。

如需詳細資訊，請參閱 IoMmu模型。