Overv/vramfs

未使用的 RAM 是浪费的 RAM，所以为什么不让你的显卡中的一些 VRAM 工作起来呢？

vramfs 是一个实用程序，它使用 FUSE library 在 VRAM 中创建一个文件系统。这个想法与 ramdisk 非常相似，只不过它使用独立显卡的显存来存储文件。它不用于严肃用途，但它实际上工作得相当好，特别是现在有 4GB 或更多 VRAM 的消费级 GPU。

在开发者的系统上，连续读取性能约为 2.4 GB/s，写入性能为 2.0 GB/s，约为使用 ramdisk 可实现性能的 1/3。对于一个并非为大量数据传输到主机而设计的设备来说，这已经足够好了，但未来的开发应该旨在更接近 PCI-e 带宽限制。有关更多信息，请参阅“benchmarks”部分。

要求

构建

首先，安装显卡的 OpenCL 驱动程序，并通过运行 clinfo 验证它是否被识别为 OpenCL 设备。然后安装 libfuse3-dev 包或从源代码构建它。您还需要 pkg-config 和 OpenCL 开发文件（opencl-dev，opencl-clhpp-headers 包或等效项），且 OpenCL 标头至少为 1.2 版本。

只需运行 make 即可构建 vramfs。

如果您想使用 valgrind 进行调试，则应使用最小的伪 OpenCL 实现进行编译，以避免屏幕上出现由 OpenCL 驱动程序引起的警告：

挂载

通过运行 bin/vramfs <mountdir> <size> 挂载磁盘。mountdir 可以是任何空目录。size 是磁盘大小，以字节为单位。有关更多信息，请运行不带参数的 bin/vramfs。

建议的 vramdisk 最大大小是 VRAM 的 50%。如果超过这个值，您的驱动程序或系统可能会变得不稳定，因为它必须开始交换。例如，Chrome 中的网页将停止正常渲染。

如果磁盘已经有一段时间没有活动，显卡可能会降低其内存时钟，这意味着它需要一秒钟才能再次加速。

实现

FUSE library 用于将 vramfs 实现为用户空间文件系统。这简化了开发，并使使用诸如 OpenCL 之类的 API 变得简单。

基本架构

Architecture overview

程序启动时，它会检查是否具有支持 OpenCL 的 GPU，并尝试分配指定的内存量。分配内存后，将创建根条目对象，并存储对其的全局引用。

然后，FUSE 将诸如 stat、readdir 和 write 之类的调用转发到文件系统函数。然后，这些函数将使用指定的路径通过根条目找到该条目。然后将在条目对象上执行所需的操作。如果该条目是文件对象，则该操作可能会导致 OpenCL cvEnqueueReadBuffer 或 cvEnqueueWriteBuffer 调用来操作数据。

创建或打开文件时，将创建一个 file_session 对象，以存储对文件对象的引用以及在 fopen 和 fclose 调用之间持久存在的任何其他数据。

VRAM 块分配

OpenCL 用于通过创建缓冲区对象来分配显卡上的内存块。挂载新磁盘时，将创建一个 disk size / block size 缓冲区池并将其初始化为零。这不仅是一种好的做法，而且对于某些 OpenCL 驱动程序来说，还需要检查块所需的 VRAM 实际上是否可用。不幸的是，Nvidia 显卡不支持 OpenCL 1.2，这意味着必须通过从预先分配的填充零的缓冲区进行复制来模拟 cvEnqueueFillBuffer 调用。有点有趣的是，在支持两者的显卡上，它似乎并没有对性能产生影响。

对块的写入通常是异步的，而读取是同步的。幸运的是，OpenCL 默认保证命令的按顺序执行，这意味着块的读取将等待写入完成。OpenCL 1.1 是完全线程安全的，因此在发送命令时不需要特别注意。

块对象使用 shared_ptr 进行管理，以便它们可以在解构时自动将自身重新插入到池中。

文件系统

文件系统是由 entry_t 对象组成的树，这些对象具有诸如父目录、模式和访问时间之类的属性的成员。每种类型的条目都有其自己的派生自它的子类：file_t、dir_t 和 symlink_t。实现所有 FUSE 回调的主文件具有对根目录条目的永久引用。

file_t 类包含额外的 write、read 和 size 方法，并管理用于存储文件数据的块。

dir_t 类具有额外的 unordered_map，它将名称映射到 entry_t 引用，以便使用其成员函数 find 进行快速子查找。

最后，symlink_t 类具有一个额外的 target 字符串成员，用于存储符号链接的指针。

所有条目对象也使用 shared_ptr 进行管理，以便在取消链接对象且没有进程再持有对其的文件句柄时，自动释放对象及其数据（例如，文件块）。这也可用于以后轻松实现硬链接。

这些类使用 getter/setter 函数来在适当的时候自动更新访问、修改和更改时间。例如，调用 dir_t 的 children 成员函数会更改目录的访问时间和更改时间。

线程安全

不幸的是，大多数操作都不是线程安全的，因此所有 FUSE 回调都共享一个互斥锁，以确保一次只有一个线程在改变文件系统。例外的是 read 和 write，它们会在等待读取或写入完成时暂时释放锁。

基准测试

用于测试的系统具有以下规格：

通过为每个新大小创建一个新的 2GiB 磁盘并读取/写入一个 2GiB 文件，测量了连续读取、写入和写入+同步的性能（针对不同的块分配大小）。

使用以下命令创建磁盘：

bin/vramfs /tmp/vram 2G

并使用 dd 命令写入和读取文件：

# write
dd if=/dev/zero of=/tmp/vram/test bs=128K count=16000
# write+sync
dd if=/dev/zero of=/tmp/vram/test bs=128K count=16000 conv=fdatasync
# read
dd if=/tmp/vram/test of=/dev/null bs=128K count=16000

对于每个块大小，重复这些命令 5 次，然后进行平均，以生成图中所示的结果。由于驱动程序无法分配那么多 OpenCL 缓冲区，因此无法测试低于 32KiB 的块大小。将来可能会通过使用子缓冲区来解决此问题。

Performance for different block sizes

虽然 128KiB 块提供了最高的性能，但由于空间开销较低，因此 64KiB 可能是更可取的。

未来的想法

许可证

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