java - 如何将结构传递给 JCuda 中的内核

Question

我已经看过这个http://www.javacodegeeks.com/2011/10/gpgpu-with-jcuda-good-bad-and-ugly.html这说我必须修改我的内核以仅采用一维数组。但是我拒绝相信在 JCuda 中创建结构并将其复制到设备内存是不可能的。

我想通常的实现是创建一个扩展一些 native api 的案例类(scala 术语)，然后可以将其转换为可以安全传递到内核的结构。不幸的是，我在谷歌上没有找到任何东西，因此提出了这个问题。

Answer 1

(这里是 JCuda 的作者(请不要“JCUDA”))

正如评论链接的论坛帖子中所述:在 CUDA 内核中使用结构并从 JCuda 端填充它们并非不可能。它只是非常复杂，而且很少有益。

由于在 GPU 编程中使用 struct 几乎没有什么好处，因此您将不得不引用在搜索两者之间的差异时会发现的结果

"Array Of Structures" versus "Structure Of Arrays".

通常，由于改进了内存合并，后者更适合 GPU 计算，但这超出了我在这个答案中可以深刻总结的范围。在这里，我只总结一下为什么在 GPU 计算中使用结构体一般来说有点困难，在 JCuda/Java 中尤其困难。

在纯 C 中，结构(理论上!)非常简单，关于内存布局。想象一个像这样的结构

struct Vertex {
    short a;
    float x;
    float y;
    float z;
    short b;
};

现在您可以创建这些结构的数组:

Vertex* vertices = (Vertex*)malloc(n*sizeof(Vertex));

这些结构将保证被布置为一个连续的内存块:

            |   vertices[0]      ||   vertices[1]      |
            |                    ||                    |
vertices -> [ a|  x |  y |  z | b][ a|  x |  y |  z | b]....

由于 CUDA 内核和 C 代码是用同一个编译器编译的，所以没有太多的思考空间。主机端说“这是一些内存，将其解释为 Vertex 对象”，内核将接收相同的内存并使用它。

尽管如此，即使在纯 C 语言中，实际上也存在一些意想不到的问题。编译器经常会引入 填充 进入这些结构，实现一定的 路线 .因此，示例结构实际上可能具有如下布局:

struct Vertex {
    short a;        // 2 bytes
    char PADDING_0  // Padding byte
    char PADDING_1  // Padding byte
    float x;        // 4 bytes
    float y;        // 4 bytes
    float z;        // 4 bytes
    short b;        // 2 bytes
    char PADDING_2  // Padding byte
    char PADDING_3  // Padding byte
};

为了确保结构与 32 位(4 字节)字边界对齐，可以执行类似的操作。此外，某些编译指示和编译器指令可能会影响这种对齐方式。 CUDA 还更喜欢某些内存对齐，因此这些指令在 CUDA header 中大量使用。

简而言之:当您定义 struct在 C 中，然后打印 sizeof(YourStruct) (或结构的实际布局)到控制台，您将很难预测它将实际打印什么。期待一些惊喜。

在 JCuda/Java 中，世界是不同的。根本没有 struct s。当您创建一个 Java 类时

class Vertex {
    short a;
    float x;
    float y;
    float z;
    short b;
}

然后创建一个数组

Vertex vertices[2] = new Vertex[2];
vertices[0] = new Vertex();
vertices[1] = new Vertex();

那么这些 Vertex对象可以任意分散在内存中。你甚至不知道一个有多大 Vertex对象是，并且几乎无法找到它。因此，试图在 JCuda 中创建一个结构数组并将其传递给 CUDA 内核根本没有意义。

但是，如上所述:它仍然是可能的，以某种形式。 如果 您知道您的结构将在 CUDA 内核中具有的内存布局，然后您可以创建一个与此结构布局“兼容”的内存块，并从 Java 端填充它。对于像 struct Vertex 这样的东西上面提到过，这可能大致(涉及一些伪代码)如下所示:

// 1 short + 3 floats + 1 short, no paddings
int sizeOfVertex = 2 + 4 + 4 + 4 + 2; 

// Allocate data for 2 vertices
ByteBuffer data = ByteBuffer.allocateDirect(sizeOfVertex * 2);

// Set vertices[0].a and vertices[0].x and vertices[0].y
data.position(0).asShortBuffer().put(0, a0);
data.position(2).asFloatBuffer().put(0, x0);
data.position(2).asFloatBuffer().put(1, y0);

// Set vertices[1].a and vertices[1].x and vertices[1].y
data.position(sizeOfVertex+0).asShortBuffer().put(0, a1);
data.position(sizeOfVertex+2).asFloatBuffer().put(0, x1);
data.position(sizeOfVertex+2).asFloatBuffer().put(1, y1);

// Copy the Vertex data to the device
cudaMemcpy(deviceData, Pointer.to(data), cudaMemcpyHostToDevice);

它基本上归结为将内存保存在 ByteBuffer 中。 ，并手动访问与所需结构的所需字段相对应的内存区域。

然而，一个 警告 :您必须考虑在多个 CUDA-C 编译器版本或平台之间无法完美移植的可能性。当您在 32 位 Linux 机器和 64 位 Windows 机器上编译内核(包含 struct 定义)时，结构布局 可能有所不同(您的 Java 代码必须意识到这一点)。

(注意:可以定义接口(interface)来简化这些访问。对于 JOCL ，我尝试创建感觉更像 C 结构的实用程序类，并在某种程度上自动化复制过程。但无论如何，这将是不方便的(并没有达到非常好的性能)与普通 C 相比)