c - 将 3d 数组发送到 CUDA 内核

Question

我将给出的代码作为 How can I add up two 2d (pitched) arrays using nested for loops? 的答案并尝试将其用于 3D 而不是 2D 并稍微更改了其他部分，现在它看起来如下:

 __global__ void doSmth(int*** a) {
  for(int i=0; i<2; i++)
   for(int j=0; j<2; j++)
    for(int k=0; k<2; k++) 
     a[i][j][k]=i+j+k;
 }

 int main() {
  int*** h_c = (int***) malloc(2*sizeof(int**));
  for(int i=0; i<2; i++) {
   h_c[i] = (int**) malloc(2*sizeof(int*));
   for(int j=0; j<2; j++)
    GPUerrchk(cudaMalloc((void**)&h_c[i][j],2*sizeof(int)));
  }
  int*** d_c;
  GPUerrchk(cudaMalloc((void****)&d_c,2*sizeof(int**)));
  GPUerrchk(cudaMemcpy(d_c,h_c,2*sizeof(int**),cudaMemcpyHostToDevice));
  doSmth<<<1,1>>>(d_c);
  GPUerrchk(cudaPeekAtLastError());

  int res[2][2][2];
  for(int i=0; i<2; i++)
   for(int j=0; j<2; j++)
    GPUerrchk(cudaMemcpy(&res[i][j][0],
    h_c[i][j],2*sizeof(int),cudaMemcpyDeviceToHost));  

  for(int i=0; i<2; i++)
   for(int j=0; j<2; j++)
    for(int k=0; k<2; k++) 
     printf("[%d][%d][%d]=%d\n",i,j,k,res[i][j][k]);     
 }

在上面的代码中，我使用 2 作为 h_c 的每个维度的大小，在实际实现中，我将拥有非常大的这些大小，并且对于“int***”的子数组的每个部分都有不同的大小或更多维度。我在内核调用后遇到问题，我尝试将结果复制回 res 数组。你能帮我解决这个问题吗？ Plz 你能按照我上面写的方式展示解决方案吗？谢谢!

Answer 1

首先，我认为 talonmies 在发布对您提到的上一个问题的回复时，并不打算将其作为良好编码的代表。因此，弄清楚如何将其扩展到 3D 可能不是对您时间的最佳利用。例如，为什么我们要编写只使用一个线程的程序？虽然这样的内核可能有合法用途，但这不是其中之一。您的内核有可能并行 执行大量独立工作，但您却将其全部强制到一个线程上，并对其进行序列化。并行工作的定义是:

a[i][j][k]=i+j+k;

让我们弄清楚如何在 GPU 上并行处理它。

我要进行的另一个介绍性观察是，由于我们正在处理的问题的大小是提前已知的，所以让我们使用 C 来解决这些问题，并尽可能多地从该语言中获得好处。在某些情况下可能需要嵌套循环来执行 cudaMalloc，但我认为这不是其中之一。

这是并行完成工作的代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// set a 3D volume
// To compile it with nvcc execute: nvcc -O2 -o set3d set3d.cu
//define the data set size (cubic volume)
#define DATAXSIZE 100
#define DATAYSIZE 100
#define DATAZSIZE 20
//define the chunk sizes that each threadblock will work on
#define BLKXSIZE 32
#define BLKYSIZE 4
#define BLKZSIZE 4

// for cuda error checking
#define cudaCheckErrors(msg) \
    do { \
        cudaError_t __err = cudaGetLastError(); \
        if (__err != cudaSuccess) { \
            fprintf(stderr, "Fatal error: %s (%s at %s:%d)\n", \
                msg, cudaGetErrorString(__err), \
                __FILE__, __LINE__); \
            fprintf(stderr, "*** FAILED - ABORTING\n"); \
            return 1; \
        } \
    } while (0)

// device function to set the 3D volume
__global__ void set(int a[][DATAYSIZE][DATAXSIZE])
{
    unsigned idx = blockIdx.x*blockDim.x + threadIdx.x;
    unsigned idy = blockIdx.y*blockDim.y + threadIdx.y;
    unsigned idz = blockIdx.z*blockDim.z + threadIdx.z;
    if ((idx < (DATAXSIZE)) && (idy < (DATAYSIZE)) && (idz < (DATAZSIZE))){
      a[idz][idy][idx] = idz+idy+idx;
      }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    typedef int nRarray[DATAYSIZE][DATAXSIZE];
    const dim3 blockSize(BLKXSIZE, BLKYSIZE, BLKZSIZE);
    const dim3 gridSize(((DATAXSIZE+BLKXSIZE-1)/BLKXSIZE), ((DATAYSIZE+BLKYSIZE-1)/BLKYSIZE), ((DATAZSIZE+BLKZSIZE-1)/BLKZSIZE));
// overall data set sizes
    const int nx = DATAXSIZE;
    const int ny = DATAYSIZE;
    const int nz = DATAZSIZE;
// pointers for data set storage via malloc
    nRarray *c; // storage for result stored on host
    nRarray *d_c;  // storage for result computed on device
// allocate storage for data set
    if ((c = (nRarray *)malloc((nx*ny*nz)*sizeof(int))) == 0) {fprintf(stderr,"malloc1 Fail \n"); return 1;}
// allocate GPU device buffers
    cudaMalloc((void **) &d_c, (nx*ny*nz)*sizeof(int));
    cudaCheckErrors("Failed to allocate device buffer");
// compute result
    set<<<gridSize,blockSize>>>(d_c);
    cudaCheckErrors("Kernel launch failure");
// copy output data back to host

    cudaMemcpy(c, d_c, ((nx*ny*nz)*sizeof(int)), cudaMemcpyDeviceToHost);
    cudaCheckErrors("CUDA memcpy failure");
// and check for accuracy
    for (unsigned i=0; i<nz; i++)
      for (unsigned j=0; j<ny; j++)
        for (unsigned k=0; k<nx; k++)
          if (c[i][j][k] != (i+j+k)) {
            printf("Mismatch at x= %d, y= %d, z= %d  Host= %d, Device = %d\n", i, j, k, (i+j+k), c[i][j][k]);
            return 1;
            }
    printf("Results check!\n");
    free(c);
    cudaFree(d_c);
    cudaCheckErrors("cudaFree fail");
    return 0;
}

由于您已在评论中提出要求，因此我可以对您的代码进行最少的更改以使其正常工作。让我们也提醒自己您引用的上一个问题中的一些爪牙评论:

“出于代码复杂性和性能原因，您真的不想这样做，在 CUDA 代码中使用指针数组比使用线性内存的替代方案更难也更慢。”

“与使用线性内存相比，这是一个糟糕的主意。”

我必须在纸上画出这个图，以确保我的所有指针复制正确。

#include <cstdio>
inline void GPUassert(cudaError_t code, char * file, int line, bool Abort=true)
{
    if (code != 0) {
        fprintf(stderr, "GPUassert: %s %s %d\n", cudaGetErrorString(code),file,line);
        if (Abort) exit(code);
    }
}

#define GPUerrchk(ans) { GPUassert((ans), __FILE__, __LINE__); }



 __global__ void doSmth(int*** a) {
  for(int i=0; i<2; i++)
   for(int j=0; j<2; j++)
    for(int k=0; k<2; k++)
     a[i][j][k]=i+j+k;
 }
 int main() {
  int*** h_c = (int***) malloc(2*sizeof(int**));
  for(int i=0; i<2; i++) {
   h_c[i] = (int**) malloc(2*sizeof(int*));
   for(int j=0; j<2; j++)
    GPUerrchk(cudaMalloc((void**)&h_c[i][j],2*sizeof(int)));
  }
  int ***h_c1 = (int ***) malloc(2*sizeof(int **));
  for (int i=0; i<2; i++){
    GPUerrchk(cudaMalloc((void***)&(h_c1[i]), 2*sizeof(int*)));
    GPUerrchk(cudaMemcpy(h_c1[i], h_c[i], 2*sizeof(int*), cudaMemcpyHostToDevice));
    }
  int*** d_c;
  GPUerrchk(cudaMalloc((void****)&d_c,2*sizeof(int**)));
  GPUerrchk(cudaMemcpy(d_c,h_c1,2*sizeof(int**),cudaMemcpyHostToDevice));
  doSmth<<<1,1>>>(d_c);
  GPUerrchk(cudaPeekAtLastError());
  int res[2][2][2];
  for(int i=0; i<2; i++)
   for(int j=0; j<2; j++)
    GPUerrchk(cudaMemcpy(&res[i][j][0], h_c[i][j],2*sizeof(int),cudaMemcpyDeviceToHost));

  for(int i=0; i<2; i++)
   for(int j=0; j<2; j++)
    for(int k=0; k<2; k++)
     printf("[%d][%d][%d]=%d\n",i,j,k,res[i][j][k]);
 }

简而言之，我们必须执行一系列连续操作:

1. malloc 指针的多维数组(在主机上)，比问题大小小一维，最后一维是指向 cudaMalloc 到设备而不是主机上的区域的一组指针。
2. 创建另一个多维指针数组，与上一步中创建的类相同，但比上一步中创建的小一维。此数组还必须在设备上具有最终等级 cudaMalloc。
3. 将上一步中的最后一组主机指针复制到上一步中设备上的 cudaMalloced 区域。
4. 重复步骤 2-3，直到我们得到一个指向多维指针数组的单个(主机)指针，所有这些指针现在都驻留在设备上。