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window 显示驱动开发-处理内存段(一)

news 来源：原创 2025/8/12 8:24:10

视频内存管理器 (VidMm) 负责管理 GPU 的地址空间。在此之前，内核模式显示微型端口驱动程序 (KMD) 必须通过使用内存段将 GPU 的地址空间描述为 VidMm。

KMD 创建内存段以概括和虚拟化视频内存资源。它可以根据硬件支持的存储器类型（例如，帧缓冲区内存或系统内存光圈）配置内存段。

在驱动程序初始化期间，KMD 必须返回描述 VidMm 如何管理内存资源的段类型列表。 KMD 指定了它支持的段类型的数量，并通过响应对其 DxgkDdiQueryAdapterInfo 函数的调用来描述每种段类型。驱动程序使用 DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR 结构描述每个段。有关详细信息，请参阅初始化内存段的使用。

此后，段的数量和类型保持不变。 VidMm：

确保每个进程在任何特定段中都能获得公平的资源份额，
独立管理所有段。

段不重叠。因此，VidMm 可以从一个段分配相当数量的视频内存资源，而不管应用程序从另一个段持有多少资源。

KMD 为每个内存段分配一个段标识符。稍后，当 VidMm 请求为视频资源创建分配并呈现这些资源时，KMD：

标识支持请求的段。
按顺序指定驱动程序希望 VidMm 使用的段。

1. 内存段（Memory Segments）的核心概念

(1) 内存段的作用
硬件资源抽象：

KMD 通过内存段将 GPU 的物理内存（如显存、系统内存光圈）虚拟化为逻辑段，供 VidMm 统一管理。

例如：

帧缓冲区段（DXGK_SEGMENT_VIDEO_MEMORY）：GPU 专用显存。
系统内存光圈段（DXGK_SEGMENT_SYSTEM_MEMORY）：CPU 可访问的共享内存。
重排范围段（DXGK_SEGMENT_SWIZZLING）：用于优化内存布局的特定区域。

资源隔离性：

每个段不重叠，VidMm 可独立管理不同段的内存分配。
例如：应用程序占用显存段不影响系统内存段的可用性。

(2) 段的静态性
初始化时确定：

KMD 在驱动初始化阶段（响应 DxgkDdiQueryAdapterInfo）通过 DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR 结构定义所有支持的段类型。
段的数量和属性后续不可更改（除非驱动重启）。

2. KMD 的职责：段配置

(1) 段描述符（DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR）
KMD 需为每个段填充以下关键字段：

字段	描述
`BaseAddress`	段的起始物理地址（GPU 视角）。
`Size`	段的总大小（字节）。
`Flags`	段属性（如可缓存、可写、CPU 可见等）。
`SegmentId`	段的唯一标识符（由 KMD 分配）。

(2) 示例：多段配置

// KMD 在 DxgkDdiQueryAdapterInfo 中返回的段列表示例
DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR Segments[2] = {// 显存段（专用 VRAM）{.BaseAddress = 0x80000000,.Size        = 0x40000000, // 1GB.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_VIDEO_MEMORY,.SegmentId   = 0x1,},// 系统内存光圈段（共享内存）{.BaseAddress = 0x00000000, // CPU 物理地址.Size        = 0x20000000, // 512MB.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_SYSTEM_MEMORY,.SegmentId   = 0x2,}
};

3. VidMm 的职责：段管理

(1) 公平分配与隔离
进程级配额：

VidMm 确保每个进程在任意段中公平共享资源（如限制单个进程占用显存的比例）。

段独立性：

从段 A 分配内存时，不受段 B 的占用情况影响（避免资源竞争）。

(2) 分配策略
当应用程序请求内存时（如创建纹理）：

VidMm 选择候选段：

根据资源需求（如 GPU 专用或 CPU 可访问）筛选匹配的段。

KMD 指定优先级：

驱动通过 DxgkDdiCreateAllocation 的 PreferredSegment 参数建议优先段。

VidMm 最终决策：

结合段剩余空间、进程配额等条件分配内存。

4. 内存分配的实际流程

(1) 用户模式请求

应用程序调用 ID3D12Device::CreateResource。
UMD（用户模式驱动）通过 D3DKMTCreateAllocation 向内核发起请求。

(2) VidMm 与 KMD 交互
VidMm 选择段：

检查资源属性（如 D3D12_RESOURCE_FLAGS）匹配的段。

调用 KMD 确认：

触发 DxgkDdiCreateAllocation，KMD 验证硬件支持性。

分配 GPU 虚拟地址：

VidMm 在选定段中分配虚拟地址范围（GPU VA）。

返回资源句柄：

UMD 获得可操作的资源句柄。

(3) 示例：显存分配

5. 高级场景与优化

(1) 多 GPU 系统
跨设备段：

KMD 可为每个 GPU 定义独立段，VidMm 协调跨设备内存迁移（如 dxgmms1.sys 处理）。

(2) 内存压缩
驱动支持：

KMD 可通过段标志声明支持压缩（如 DXGK_SEGMENT_FLAGS_COMPRESSIBLE），VidMm 据此优化分配。

(3) 动态资源升降级
分页策略：

VidMm 可自动将闲置资源从显存段迁移到系统内存段（调用 DxgkDdiBuildPagingBuffer）。

6. 调试与问题排查

(1) 常见问题

(2) 关键 ETW 事件

DXGK_VIRTUALADDRESS：跟踪 GPU VA 分配。
DXGK_SEGMENT：监控段的使用情况。

7. 总结

设计优势：

硬件无关性：VidMm 通过抽象段统一管理不同 GPU 的内存。
多进程安全：段隔离避免应用程序相互干扰。
灵活扩展：支持未来内存技术（如 CXL 共享内存）。

通过内存段机制，WDDM 实现了高效的 GPU 内存虚拟化和资源共享，为复杂图形与计算负载奠定基础。

window 显示驱动开发-处理内存段(一)

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