CUDA线性内存分配

概述：线性存储器可以通过cudaMalloc()、cudaMallocPitch()和cudaMalloc3D()分配

1、1D线性内存分配

cudaMalloc(void**,int)    //在设备端分配内存
cudaMemcpy(void* dest,void* source,int size,enum direction)    //数据拷贝
cudaMemcpyToSymbol       //将数据复制到__constant__变量中，或者__device__变量中
cudaMemcpyFromSynbol   //同上相反
cudaFree()               //内存释放
cudaMemset()           //内存初始化

注意：主机和设备间的数据交换会自动同步，而设备与设备却不会，需要使用cudaThreadSynchronize()

2、2D线性内存分配

2.1 分配

cudaMallocPitch( void** devPtr，size_t* pitch，size_t widthInBytes，size_t height ) //在线性内存中分配二维数组，width的单位是字节，而height单位是数据类型

c语言申请2维内存时，一般是连续存放的。a[y][x]存放在第y*widthofx*sizeof(元素)+x*sizeof(元素)个字节。

但在cuda的global memory访问中，从256字节对齐的地址(addr=0, 256, 512, ...)开始的连续访问是最有效率的。这样，为了提高内存访问的效率，有了cudaMallocPitch函数。cudaMallocPitch函数分配的内存中，数组的每一行的第一个元素的开始地址都保证是对齐的。因为每行有多少个数据是不确定的，widthofx*sizeof(元素)不一定是256的倍数。故此，为保证数组的每一行的第一个元素的开始地址对齐，cudaMallocPitch在分配内存时，每行会多分配一些字节，以保证widthofx*sizeof(元素)+多分配的字节是256的倍数(对齐)。这样，上面的y*widthofx*sizeof(元素)+x*sizeof(元素)来计算a[y][x]的地址就不正确了。而应该是y*[widthofx*sizeof(元素)+多分配的字节]+x*sizeof(元素)。而函数中返回的pitch的值就是widthofx*sizeof(元素)+多分配的字节。说明：widthInBytes作为输入参数，应该是widthofx*sizeof(元素)；这样的话，复制内容时也要作相应的修改。

2.2 访问

T* pElement = (T*)((char*)BaseAddress + Row * pitch) + Column;           //元素访问方式

cudaMallocPitch()以*pitch的形式返回间距，即所分配存储器的宽度，以字节为单位。间距用作存储器分配的一个独立参数，用于在2D数组内计算地址。

2.3 拷贝

cudaMemcpy2D( void* dst，size_t dpitch，const void* src，size_t spitch，size_t width，size_t height，enum cudaMemcpyKind kind )

这里需要特别注意width与pitch的区别，width是实际需要拷贝的数据宽度而pitch是2D线性存储空间分配时对齐的行宽，而当数据传递发生在设备与主机之间时，主机端pitch==width.

综上我们可以看到，CUDA下对二维线性空间的访问是不提供多下标支持的，访问时依然是通过计算偏移量得到，不同的地方在于使用pitch对齐后非常利于实现coalesce访问

例：下面的代码分配了一个尺寸为width*height的二维浮点数组，同时演示了怎样在设备代码中遍历数组元素

// Host code
  int width = 64, height = 64;
  float* devPtr;
  int pitch;
  cudaMallocPitch((void**)&devPtr, &pitch, width * sizeof(float), height); 
  MyKernel<<<100, 512>>>(devPtr, pitch, width, height);
// Device code
  __global__ void MyKernel(float* devPtr, int pitch, int width, int height){
   for (int r = 0; r < height; ++r) {
      float* row = (float*)((char*)devPtr + r * pitch);
      for (int c = 0; c < width; ++c) {
         float element = row[c];
      }
   }
}

 

3、3D线性内存

cudaError_t cudaMalloc3D(    
    struct cudaPitchedPtr *     pitchedDevPtr,
    struct cudaExtent             extent     
)    

例：下面的代码分配了一个尺寸为width*height*depth的三维浮点数组，同时演示了怎样在设备代码中遍历数组元素

// Host code
cudaPitchedPtr devPitchedPtr;
cudaExtent extent = make_cudaExtent(64, 64, 64);
cudaMalloc3D(&devPitchedPtr, extent);  
MyKernel<<<100, 512>>>(devPitchedPtr, extent);
// Device code
__global__ void MyKernel(cudaPitchedPtr devPitchedPtr, cudaExtent extent) {
   char* devPtr = devPitchedPtr.ptr;
   size_t pitch = devPitchedPtr.pitch;
   size_t slicePitch = pitch * extent.height;
   for (int z = 0; z < extent.depth; ++z) {
     char* slice = devPtr + z * slicePitch;
     for (int y = 0; y < extent.height; ++y) {
        float* row = (float*)(slice + y * pitch); 
        for (int x = 0; x < extent.width; ++x) { float element = row[x];
     }
   }
}