Caffe源码中syncedmem文件分析

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Caffe源码(caffe version:09868ac , date: 2015.08.15)中有一些重要文件，这里介绍下syncedmem文件。

1. include文件：

(1)、<caffe/common.hpp>：此文件的介绍可以参考：http://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/54955236 ；

(2)、<caffe/util/math_functions.hpp>：此文件的介绍可以参考： http://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/56280708 ；

2. 内联函数CaffeMallocHost/CaffeFreeHost：

(1)、CaffeMallocHost：CPU模式下，通过调用C语言的malloc函数分配内存；

(2)、CaffeFreeHost：CPU模式下，通过调用C语言的free函数释放内存；

3. 类SyncedMemory：在主机(CPU)和设备(GPU)之间管理内存分配和数据同步，封装CPU和GPU之间数据交互操作。

<caffe/syncedmem.hpp>文件的详细介绍如下：

#ifndef CAFFE_SYNCEDMEM_HPP_#define CAFFE_SYNCEDMEM_HPP_#include <cstdlib>#include "caffe/common.hpp"#include "caffe/util/math_functions.hpp"namespace caffe {// If CUDA is available and in GPU mode, host memory will be allocated pinned,// using cudaMallocHost. It avoids dynamic pinning for transfers (DMA).// The improvement in performance seems negligible in the single GPU case,// but might be more significant for parallel training. Most importantly,// it improved stability for large models on many GPUs.// CPU模式下，通过调用C语言的malloc函数分配内存inline void CaffeMallocHost(void** ptr, size_t size) {#ifndef CPU_ONLY if (Caffe::mode() == Caffe::GPU) { CUDA_CHECK(cudaMallocHost(ptr, size)); return; }#endif *ptr = malloc(size); CHECK(*ptr) << "host allocation of size " << size << " failed";}// CPU模式下，通过调用C语言的free函数释放内存inline void CaffeFreeHost(void* ptr) {#ifndef CPU_ONLY if (Caffe::mode() == Caffe::GPU) { CUDA_CHECK(cudaFreeHost(ptr)); return; }#endif free(ptr);}/** * @brief Manages memory allocation and synchronization between the host (CPU) * and device (GPU). * * TODO(dox): more thorough description. */// 在主机(Host/CPU)和设备(Device/GPU)之间管理内存分配和数据同步，封装CPU和GPU之间数据交互操作class SyncedMemory { public:// 默认构造函数，简单初始化，数据状态置为UNINITIALIZED SyncedMemory() : cpu_ptr_(NULL), gpu_ptr_(NULL), size_(0), head_(UNINITIALIZED), own_cpu_data_(false), own_gpu_data_(false), gpu_device_(-1) {}// 带size参数的显示构造函数，并未分配内存，数据状态置为UNINITIALIZED explicit SyncedMemory(size_t size) : cpu_ptr_(NULL), gpu_ptr_(NULL), size_(size), head_(UNINITIALIZED), own_cpu_data_(false), own_gpu_data_(false), gpu_device_(-1) {}// 析构函数，CPU模式下，当cpu_ptr_非空并且own_cpu_data_为true时，仅会调用CaffeFreeHost函数释放内存 ~SyncedMemory();// 获取CPU数据指针,数据不可更改，内部会调用to_cpu函数，在CPU模式下，数据状态为HEAD_AT_CPU，在GPU模式下，数据状态置为SYNCED const void* cpu_data();// 调用CaffeFreeHost释放内存，如果own_cpu_data_为非空，则调用CaffeFreeHost释放内存，并修改CPU数据指针使其指向data，并置own_cpu_data_为false，数据状态置为HEAD_AT_CPU void set_cpu_data(void* data);// 获取GPU数据指针，数据不可更改，在GPU模式下，数据状态为HEAD_AT_GPU，在CPU模式下，数据状态置为SYNCED const void* gpu_data();// 在GPU模式下，内部会调用to_gpu函数，如果own_gpu_data_为非空，调用cudaFree释放显存，并修改GPU数据指针使其指向data,并置own_gpu_data_为false，在GPU模式下，数据状态置为HEAD_AT_GPU void set_gpu_data(void* data);// 获取CPU数据指针，数据可更改，内部会调用to_cpu函数，数据状态置为HEAD_AT_CPU void* mutable_cpu_data();// 获取GPU数据指针，数据可更改，在GPU模式下，内部会调用to_gpu函数，数据状态置为HEAD_AT_GPU void* mutable_gpu_data();// SyncedHead为枚举类型，数据存放的位置，包括四种数据状态，依次为未初始化、在CPU、在GPU、已同步 enum SyncedHead { UNINITIALIZED, HEAD_AT_CPU, HEAD_AT_GPU, SYNCED };// 返回数据状态，即数据存放的位置 SyncedHead head() { return head_; }// 返回数据大小(字节) size_t size() { return size_; }#ifndef CPU_ONLY// 异步推送数据从CPU到GPU，并置数据状态为SYNCED void async_gpu_push(const cudaStream_t& stream);#endif private:// 把数据存放到CPU上，// 如果数据状态为UNINITIALIZED，则调用CaffeMallocHost分配内存，并初始化数据内容为0，置own_cpu_data_为true，置数据状态为HEAD_AT_CPU，// 如果数据状态为HEAD_AT_GPU，如果在GPU模式下，如果cpu_ptr_为空，则调用CaffeMallocHost分配内存，并置own_cpu_data_为true，然后则将显存数据拷贝到内存(数据同步)，并将数据状态置为SYNCED // 其它数据状态不作任何操作 void to_cpu();// 把数据存放到GPU上，仅在GPU模式作操作，在CPU模式下不作任何操作，// 如果数据状态为UNINITIALIZED，则调用cudaMalloc分配显存，并初始化数据内容为0，置数据状态为HEAD_AT_GPU，并置own_gpu_data_为true// 如果数据状态为HEAD_AT_CPU，如果gpu_ptr_为空，则调用cudaMalloc分配显存，并置own_gpu_data_为true，然后将内存数据拷贝到显存(数据同步)，并将数据状态置为SYNCED// 其它数据状态不作任何操作 void to_gpu();// 指向CPU的数据指针 void* cpu_ptr_;// 指向GPU的数据指针 void* gpu_ptr_;// 数据大小(字节) size_t size_;// 数据状态，当前数据存放的位置 SyncedHead head_;// 是否通过SyncedMemory类分配了CPU内存 bool own_cpu_data_;// 是否通过SyncedMemory类分配了GPU显存 bool own_gpu_data_;// 设备编号 int gpu_device_;// 禁止使用SyncedMemory类的拷贝和赋值操作 DISABLE_COPY_AND_ASSIGN(SyncedMemory);}; // class SyncedMemory} // namespace caffe#endif // CAFFE_SYNCEDMEM_HPP_

测试代码如下：

int test_caffe_syncedmem(){caffe::SyncedMemory mem(10);caffe::SyncedMemory* p_mem = new caffe::SyncedMemory(10 * sizeof(float));if (mem.head() != caffe::SyncedMemory::UNINITIALIZED ||mem.size() != 10 ||p_mem->size() != 10 * sizeof(float) ||mem.cpu_data() == nullptr ||mem.mutable_cpu_data() == nullptr ||mem.head() != caffe::SyncedMemory::HEAD_AT_CPU) {fprintf(stderr, "Error\n");return -1;}fprintf(stderr, "p_mem size: %d\n", p_mem->size());fprintf(stderr, "mem size: %d\n", mem.size());void* cpu_data = mem.mutable_cpu_data();if (mem.head() != caffe::SyncedMemory::HEAD_AT_CPU) {fprintf(stderr, "Error\n");return -1;}caffe::caffe_memset(mem.size(), 1, cpu_data);for (int i = 0; i < mem.size(); ++i) {if ((static_cast<char*>(cpu_data))[i] != 1) {fprintf(stderr, "Error\n");return -1;}}cpu_data = mem.mutable_cpu_data();if (mem.head() != caffe::SyncedMemory::HEAD_AT_CPU) {fprintf(stderr, "Error\n");return -1;}caffe::caffe_memset(mem.size(), 2, cpu_data);for (int i = 0; i < mem.size(); ++i) {if ((static_cast<char*>(cpu_data))[i] != 2) {fprintf(stderr, "Error\n");return -1;}}delete p_mem;return 0;}

测试结果如下：