xref: /petsc/src/sys/objects/device/interface/memory.cxx (revision 0cf3b28422b43abc5ef86981da2ac52b196b96d3)
10e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/deviceimpl.h> /*I <petscdevice.h> I*/
20e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
30e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/cpp/register_finalize.hpp>
46797ed33SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/cpp/type_traits.hpp> // integral_value
50e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
60e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <unordered_map>
70e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <algorithm> // std::find_if
80e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <cstring>   // std::memset
90e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
100e6b6b59SJacob Faibussowitsch const char *const PetscDeviceCopyModes[] = {"host_to_host", "device_to_host", "host_to_device", "device_to_device", "auto", "PetscDeviceCopyMode", "PETSC_DEVICE_COPY_", nullptr};
110e6b6b59SJacob Faibussowitsch static_assert(Petsc::util::integral_value(PETSC_DEVICE_COPY_HTOH) == 0, "");
120e6b6b59SJacob Faibussowitsch static_assert(Petsc::util::integral_value(PETSC_DEVICE_COPY_DTOH) == 1, "");
130e6b6b59SJacob Faibussowitsch static_assert(Petsc::util::integral_value(PETSC_DEVICE_COPY_HTOD) == 2, "");
140e6b6b59SJacob Faibussowitsch static_assert(Petsc::util::integral_value(PETSC_DEVICE_COPY_DTOD) == 3, "");
150e6b6b59SJacob Faibussowitsch static_assert(Petsc::util::integral_value(PETSC_DEVICE_COPY_AUTO) == 4, "");
160e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
173398534bSJacob Faibussowitsch // GCC implementation for std::hash<T*>. LLVM's libc++ is almost 2x slower because they do all
183398534bSJacob Faibussowitsch // kinds of complicated murmur hashing, so we make sure to enforce GCC's version.
193398534bSJacob Faibussowitsch struct PointerHash {
203398534bSJacob Faibussowitsch   template <typename T>
213398534bSJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD std::size_t operator()(const T *ptr) const noexcept
223398534bSJacob Faibussowitsch   {
233398534bSJacob Faibussowitsch     return reinterpret_cast<std::size_t>(ptr);
243398534bSJacob Faibussowitsch   }
253398534bSJacob Faibussowitsch };
263398534bSJacob Faibussowitsch 
273398534bSJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
283398534bSJacob Faibussowitsch // PointerAttributes
293398534bSJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
303398534bSJacob Faibussowitsch 
313398534bSJacob Faibussowitsch struct PointerAttributes {
323398534bSJacob Faibussowitsch   PetscMemType  mtype = PETSC_MEMTYPE_HOST; // memtype of allocation
333398534bSJacob Faibussowitsch   PetscObjectId id    = 0;                  // id of allocation
343398534bSJacob Faibussowitsch   std::size_t   size  = 0;                  // size of allocation (bytes)
353398534bSJacob Faibussowitsch 
363398534bSJacob Faibussowitsch   // even though this is a POD and can be aggregate initialized, the STL uses () constructors
373398534bSJacob Faibussowitsch   // in unordered_map and so we need to provide a trivial contructor...
38*0cf3b284SJacob Faibussowitsch   constexpr PointerAttributes() = default;
393398534bSJacob Faibussowitsch   constexpr PointerAttributes(PetscMemType, PetscObjectId, std::size_t) noexcept;
403398534bSJacob Faibussowitsch 
413398534bSJacob Faibussowitsch   bool operator==(const PointerAttributes &) const noexcept;
423398534bSJacob Faibussowitsch 
433398534bSJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD bool contains(const void *, const void *) const noexcept;
443398534bSJacob Faibussowitsch };
453398534bSJacob Faibussowitsch 
463398534bSJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
473398534bSJacob Faibussowitsch // PointerAttributes - Public API
483398534bSJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
493398534bSJacob Faibussowitsch 
503398534bSJacob Faibussowitsch inline constexpr PointerAttributes::PointerAttributes(PetscMemType mtype_, PetscObjectId id_, std::size_t size_) noexcept : mtype(mtype_), id(id_), size(size_) { }
513398534bSJacob Faibussowitsch 
523398534bSJacob Faibussowitsch inline bool PointerAttributes::operator==(const PointerAttributes &other) const noexcept
533398534bSJacob Faibussowitsch {
543398534bSJacob Faibussowitsch   return (mtype == other.mtype) && (id == other.id) && (size == other.size);
553398534bSJacob Faibussowitsch }
563398534bSJacob Faibussowitsch 
573398534bSJacob Faibussowitsch /*
583398534bSJacob Faibussowitsch   PointerAttributes::contains - asks and answers the question, does ptr_begin contain ptr
593398534bSJacob Faibussowitsch 
603398534bSJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
613398534bSJacob Faibussowitsch + ptr_begin - pointer to the start of the range to check
623398534bSJacob Faibussowitsch - ptr       - the pointer to query
633398534bSJacob Faibussowitsch 
643398534bSJacob Faibussowitsch   Notes:
653398534bSJacob Faibussowitsch   Returns true if ptr falls within ptr_begins range, false otherwise.
663398534bSJacob Faibussowitsch */
673398534bSJacob Faibussowitsch inline bool PointerAttributes::contains(const void *ptr_begin, const void *ptr) const noexcept
683398534bSJacob Faibussowitsch {
693398534bSJacob Faibussowitsch   return (ptr >= ptr_begin) && (ptr < (static_cast<const char *>(ptr_begin) + size));
703398534bSJacob Faibussowitsch }
713398534bSJacob Faibussowitsch 
720e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
730e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryMap
740e6b6b59SJacob Faibussowitsch //
756797ed33SJacob Faibussowitsch // Since the pointers allocated via PetscDeviceAllocate_Private() may be device pointers we
766797ed33SJacob Faibussowitsch // cannot just store meta-data within the pointer itself (as we can't dereference them). So
776797ed33SJacob Faibussowitsch // instead we need to keep an extra map to keep track of them
780e6b6b59SJacob Faibussowitsch //
796797ed33SJacob Faibussowitsch // Each entry maps pointer -> {
806797ed33SJacob Faibussowitsch //   PetscMemType  - The memtype of the pointer
816797ed33SJacob Faibussowitsch //   PetscObjectId - A unique ID assigned at allocation or registratrion so auto-dep can
826797ed33SJacob Faibussowitsch //                   identify the pointer
836797ed33SJacob Faibussowitsch //   size          - The size (in bytes) of the allocation
846797ed33SJacob Faibussowitsch // }
850e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
870e6b6b59SJacob Faibussowitsch class MemoryMap : public Petsc::RegisterFinalizeable<MemoryMap> {
880e6b6b59SJacob Faibussowitsch public:
890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using map_type = std::unordered_map<void *, PointerAttributes, PointerHash>;
900e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
913398534bSJacob Faibussowitsch   map_type map{};
920e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
936797ed33SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD map_type::const_iterator search_for(const void *, bool = false) const noexcept;
940e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
950e6b6b59SJacob Faibussowitsch private:
960e6b6b59SJacob Faibussowitsch   friend class Petsc::RegisterFinalizeable<MemoryMap>;
970e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode register_finalize_() noexcept;
980e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode finalize_() noexcept;
990e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
1000e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1010e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1023398534bSJacob Faibussowitsch // MemoryMap - Private API
1030e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1040e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
105d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MemoryMap::register_finalize_() noexcept
106d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1070e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1080e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // Preallocate, this does give a modest performance bump since unordered_map is so __dog__
1090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // slow if it needs to rehash. Experiments show that users tend not to have more than 5 or
1100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // so concurrently live pointers lying around. 10 at most.
1110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(map.reserve(16));
1120e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1130e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1140e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
115d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MemoryMap::finalize_() noexcept
116d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1170e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInfo(nullptr, "Finalizing memory map\n"));
1190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(map = map_type{});
1200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1210e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1220e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1236797ed33SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1243398534bSJacob Faibussowitsch // MemoryMap - Public API
1256797ed33SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1266797ed33SJacob Faibussowitsch 
1270e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
1280e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryMap::search_for - retrieve an iterator to the key-value pair for a pointer in the map
1290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1306797ed33SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
1316797ed33SJacob Faibussowitsch + ptr       - pointer to search for
1326797ed33SJacob Faibussowitsch - must_find - true if an error is raised if the pointer is not found (default: false)
1330e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
1350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Accounts for sub-regions, i.e. if ptr is contained within another pointers region, it returns
1360e6b6b59SJacob Faibussowitsch   the iterator to the super-pointers key-value pair.
1370e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1386797ed33SJacob Faibussowitsch   If ptr is not found and must_find is false returns map.end(), otherwise raises an error
1390e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
140d71ae5a4SJacob Faibussowitsch MemoryMap::map_type::const_iterator MemoryMap::search_for(const void *ptr, bool must_find) const noexcept
141d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto end = map.end();
1436797ed33SJacob Faibussowitsch   auto       it  = map.find(const_cast<map_type::key_type>(ptr));
1440e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1450e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // ptr was found, and points to an entire block
1466797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1476797ed33SJacob Faibussowitsch   if (it != end) PetscFunctionReturn(it);
1480e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // wasn't found, but maybe its part of a block. have to search every block for it
1490e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // clang-format off
1506797ed33SJacob Faibussowitsch   it = std::find_if(map.begin(), end, [ptr](const map_type::const_iterator::value_type &map_it) {
1510e6b6b59SJacob Faibussowitsch     return map_it.second.contains(map_it.first, ptr);
1520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   });
1536797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscCheckAbort(!must_find || it != end, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Pointer %p was not registered with the memory tracker, call PetscDeviceRegisterMemory() on it", ptr);
1546797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(it);
1550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // clang-format on
1560e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1570e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1580e6b6b59SJacob Faibussowitsch static MemoryMap memory_map;
1590e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1600e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1610e6b6b59SJacob Faibussowitsch // Utility functions
1620e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1630e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
164d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode PetscDeviceCheckCapable_Private(PetscDeviceContext dctx, bool cond, const char descr[])
165d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1660e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(cond, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP, "Device context (id: %" PetscInt64_FMT ", name: %s, type: %s) can only handle %s host memory", PetscObjectCast(dctx)->id, PetscObjectCast(dctx)->name, dctx->device ? PetscDeviceTypes[dctx->device->type] : "unknown", descr);
1680e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1690e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1700e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1710e6b6b59SJacob Faibussowitsch // A helper utility, since register is called from PetscDeviceRegisterMemory() and
1720e6b6b59SJacob Faibussowitsch // PetscDevicAllocate(). The latter also needs the generated id, so instead of making it search
1730e6b6b59SJacob Faibussowitsch // the map again we just return it here
174d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode PetscDeviceRegisterMemory_Private(const void *PETSC_RESTRICT ptr, PetscMemType mtype, std::size_t size, PetscObjectId *PETSC_RESTRICT id = nullptr)
175d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   auto      &map = memory_map.map;
1770e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto it  = memory_map.search_for(ptr);
1780e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1790e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (it == map.cend()) {
1810e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // pointer was never registered with the map, insert it and bail
1820e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto newid = PetscObjectNewId_Internal();
1830e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1840e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscDefined(USE_DEBUG)) {
1853398534bSJacob Faibussowitsch       const auto tmp = PointerAttributes(mtype, newid, size);
1860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1870e6b6b59SJacob Faibussowitsch       for (const auto &entry : map) {
1880e6b6b59SJacob Faibussowitsch         // REVIEW ME: maybe this should just be handled...
1890e6b6b59SJacob Faibussowitsch         PetscCheck(!tmp.contains(ptr, entry.first), PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ORDER, "Trying to register pointer %p (memtype %s, size %zu) but it appears you have already registered a sub-region of it (pointer %p, memtype %s, size %zu). Must register the larger region first", ptr, PetscMemTypeToString(mtype), size,
1900e6b6b59SJacob Faibussowitsch                    entry.first, PetscMemTypeToString(entry.second.mtype), entry.second.size);
1910e6b6b59SJacob Faibussowitsch       }
1920e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
1930e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // clang-format off
1940e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (id) *id = newid;
1950e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCallCXX(map.emplace(
1960e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::piecewise_construct,
1970e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::forward_as_tuple(const_cast<MemoryMap::map_type::key_type>(ptr)),
1980e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::forward_as_tuple(mtype, newid, size)
1990e6b6b59SJacob Faibussowitsch     ));
2000e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // clang-format on
2010e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscFunctionReturn(0);
2020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
2030e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscDefined(USE_DEBUG)) {
2040e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto &old = it->second;
2050e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2063398534bSJacob Faibussowitsch     PetscCheck(PointerAttributes(mtype, old.id, size) == old, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "Pointer %p appears to have been previously allocated with memtype %s, size %zu and assigned id %" PetscInt64_FMT ", which does not match new values: (mtype %s, size %zu, id %" PetscInt64_FMT ")", it->first,
2070e6b6b59SJacob Faibussowitsch                PetscMemTypeToString(old.mtype), old.size, old.id, PetscMemTypeToString(mtype), size, old.id);
2080e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
2090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (id) *id = it->second.id;
2100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
2110e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2120e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2130e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*@C
2140e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceRegisterMemory - Register a pointer for use with device-aware memory system
2150e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective
2170e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
2190e6b6b59SJacob Faibussowitsch + ptr   - The pointer to register
2200e6b6b59SJacob Faibussowitsch . mtype - The `PetscMemType` of the pointer
2210e6b6b59SJacob Faibussowitsch - size  - The size (in bytes) of the memory region
2220e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
2240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `ptr` need not point to the beginning of the memory range, however the user should register
2250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   the
2260e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   It's OK to re-register the same `ptr` repeatedly (subsequent registrations do nothing)
2280e6b6b59SJacob Faibussowitsch   however the given `mtype` and `size` must match the original registration.
2290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `size` may be 0 (in which case this routine does nothing).
2310e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
2330e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2340e6b6b59SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceArrayCopy()`, `PetscDeviceFree()`,
2350e6b6b59SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceArrayZero()`
2360e6b6b59SJacob Faibussowitsch @*/
237d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceRegisterMemory(const void *PETSC_RESTRICT ptr, PetscMemType mtype, std::size_t size)
238d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
2390e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
2400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscMemTypeHost(mtype)) PetscValidPointer(ptr, 1);
2410e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(!size)) PetscFunctionReturn(0); // there is no point registering empty range
2420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceRegisterMemory_Private(ptr, mtype, size));
2430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
2440e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2450e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2466797ed33SJacob Faibussowitsch /*
2476797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceAllocate_Private - Allocate device-aware memory
2480e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2490e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
2500e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2510e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
2520e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx      - The `PetscDeviceContext` used to allocate the memory
2530e6b6b59SJacob Faibussowitsch . clear     - Whether or not the memory should be zeroed
2540e6b6b59SJacob Faibussowitsch . mtype     - The type of memory to allocate
2556797ed33SJacob Faibussowitsch . n         - The amount (in bytes) to allocate
2566797ed33SJacob Faibussowitsch - alignment - The alignment requirement (in bytes) of the allocated pointer
2570e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2580e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
2590e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr - The pointer to store the result in
2600e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2610e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
2620e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceMalloc()` over this routine as it automatically computes
2636797ed33SJacob Faibussowitsch   the size of the allocation and alignment based on the size of the datatype.
2640e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2656797ed33SJacob Faibussowitsch   If the user is unsure about `alignment` -- or unable to compute it -- passing
2666797ed33SJacob Faibussowitsch   `PETSC_MEMALIGN` will always work, though the user should beware that this may be quite
2676797ed33SJacob Faibussowitsch   wasteful for very small allocations.
2686797ed33SJacob Faibussowitsch 
2696797ed33SJacob Faibussowitsch   Memory allocated with this function must be freed with `PetscDeviceFree()` (or
2706797ed33SJacob Faibussowitsch   `PetscDeviceDeallocate_Private()`).
2716797ed33SJacob Faibussowitsch 
2726797ed33SJacob Faibussowitsch   If `n` is zero, then `ptr` is set to `PETSC_NULLPTR`.
2736797ed33SJacob Faibussowitsch 
2746797ed33SJacob Faibussowitsch   This routine falls back to using `PetscMalloc1()` or `PetscCalloc1()` (depending on the value
2756797ed33SJacob Faibussowitsch   of `clear`) if PETSc was not configured with device support. The user should note that
2766797ed33SJacob Faibussowitsch   `mtype` and `alignment` are ignored in this case, as these routines allocate only host memory
2776797ed33SJacob Faibussowitsch   aligned to `PETSC_MEMALIGN`.
2780e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2790e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Note result stored `ptr` is immediately valid and the user may freely inspect or manipulate
2800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   its value on function return, i.e.\:
2810e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2820e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
2830e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscInt *ptr;
2840e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2856797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceAllocate_Private(dctx, PETSC_FALSE, PETSC_MEMTYPE_DEVICE, 20, alignof(PetscInt), (void**)&ptr);
2860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2870e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscInt *sub_ptr = ptr + 10; // OK, no need to synchronize
2880e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   ptr[0] = 10; // ERROR, directly accessing contents of ptr is undefined until synchronization
2900e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
2910e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2920e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
2930e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
2940e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
2950e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2960e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx - |= CALL =| -\- dctx -->
2970e6b6b59SJacob Faibussowitsch                          \- ptr ->
2980e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
2990e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
3010e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3020e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
3030e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3046797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceFree()`, `PetscDeviceDeallocate_Private()`,
3056797ed33SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceArrayCopy()`, `PetscDeviceArrayZero()`, `PetscMemType`
3066797ed33SJacob Faibussowitsch */
307d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceAllocate_Private(PetscDeviceContext dctx, PetscBool clear, PetscMemType mtype, std::size_t n, std::size_t alignment, void **PETSC_RESTRICT ptr)
308d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
3090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscObjectId id = 0;
3100e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3126797ed33SJacob Faibussowitsch   if (PetscDefined(USE_DEBUG)) {
3136797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto is_power_of_2 = [](std::size_t num) { return (num & (num - 1)) == 0; };
3146797ed33SJacob Faibussowitsch 
3156797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscCheck(alignment != 0, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_OUTOFRANGE, "Requested alignment %zu cannot be 0", alignment);
3166797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscCheck(is_power_of_2(alignment), PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_OUTOFRANGE, "Requested alignment %zu must be a power of 2", alignment);
3176797ed33SJacob Faibussowitsch   }
3186797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(ptr, 6);
3190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   *ptr = nullptr;
3200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(!n)) PetscFunctionReturn(0);
3210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(memory_map.register_finalize());
3220e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
3230e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // get our pointer here
3250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (dctx->ops->memalloc) {
3266797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscUseTypeMethod(dctx, memalloc, clear, mtype, n, alignment, ptr);
3270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   } else {
3280e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, PetscMemTypeHost(mtype), "allocating"));
3290e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMallocA(1, clear, __LINE__, PETSC_FUNCTION_NAME, __FILE__, n, ptr));
3300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
3310e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceRegisterMemory_Private(*ptr, mtype, n, &id));
3320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // Note this is a "write" so that the next dctx to try and read from the pointer has to wait
3330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // for the allocation to be ready
3340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory allocation"));
3350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
3360e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3370e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3386797ed33SJacob Faibussowitsch /*
3396797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceDeallocate_Private - Free device-aware memory
3400e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3410e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
3420e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
3440e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx  - The `PetscDeviceContext` used to free the memory
3450e6b6b59SJacob Faibussowitsch - ptr   - The pointer to free
3460e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3470e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
3480e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `ptr` must have been allocated using any of `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceCalloc()` or
3496797ed33SJacob Faibussowitsch   `PetscDeviceAllocate_Private()`, or registered with the system via `PetscDeviceRegisterMemory()`.
3500e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3510e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceFree()` over this routine as it automatically sets `ptr`
3520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   to `PETSC_NULLPTR` on successful deallocation.
3530e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3540e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `ptr` may be `NULL`.
3550e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3566797ed33SJacob Faibussowitsch   This routine falls back to using `PetscFree()` if PETSc was not configured with device
3576797ed33SJacob Faibussowitsch   support. The user should note that `PetscFree()` frees only host memory.
3586797ed33SJacob Faibussowitsch 
3590e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
3600e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
3610e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
3620e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3630e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx -/- |= CALL =| - dctx ->
3640e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> ptr -/
3650e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
3660e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
3680e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3690e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
3700e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3716797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceFree()`, `PetscDeviceAllocate_Private()`
3726797ed33SJacob Faibussowitsch */
373d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceDeallocate_Private(PetscDeviceContext dctx, void *PETSC_RESTRICT ptr)
374d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
3750e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (ptr) {
3770e6b6b59SJacob Faibussowitsch     auto      &map      = memory_map.map;
3780e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto found_it = map.find(const_cast<MemoryMap::map_type::key_type>(ptr));
3790e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3800e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscUnlikelyDebug(found_it == map.end())) {
3810e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // OK this is a bad pointer, now determine why
3820e6b6b59SJacob Faibussowitsch       const auto it = memory_map.search_for(ptr);
3830e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3840e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // if it is map.cend() then no allocation owns it, meaning it was not allocated by us!
3856797ed33SJacob Faibussowitsch       PetscCheck(it != map.cend(), PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Pointer %p was not allocated via PetscDeviceAllocate_Private()", ptr);
3860e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // if we are here then we did allocate it but the user has tried to do something along
3870e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // the lines of:
3880e6b6b59SJacob Faibussowitsch       //
3890e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // allocate(&ptr, size);
3900e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // deallocate(ptr+5);
3910e6b6b59SJacob Faibussowitsch       //
3920e6b6b59SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Attempting to deallocate pointer %p which is a suballocation of %p (memtype %s, id %" PetscInt64_FMT ", size %zu bytes)", ptr, it->first, PetscMemTypeToString(it->second.mtype), it->second.id,
3930e6b6b59SJacob Faibussowitsch               it->second.size);
3940e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
3950e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3966797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
3970e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // mark intent BEFORE we free, note we mark as write so that we are made to wait on any
3980e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // outstanding reads (don't want to kill the pointer before they are done)
3990e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, found_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory deallocation"));
4000e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // do free
4010e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (dctx->ops->memfree) {
4020e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscUseTypeMethod(dctx, memfree, found_it->second.mtype, (void **)&ptr);
4030e6b6b59SJacob Faibussowitsch     } else {
4040e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, PetscMemTypeHost(found_it->second.mtype), "freeing"));
4050e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
4060e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // if ptr still exists, then the device context could not handle it
4070e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (ptr) PetscCall(PetscFree(ptr));
4080e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCallCXX(map.erase(found_it));
4090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
4100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
4110e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
4120e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4130e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*@C
4140e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceMemcpy - Copy memory in a device-aware manner
4150e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
4170e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
4190e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx - The `PetscDeviceContext` used to copy the memory
4200e6b6b59SJacob Faibussowitsch . dest - The pointer to copy to
4210e6b6b59SJacob Faibussowitsch . src  - The pointer to copy from
4220e6b6b59SJacob Faibussowitsch - n    - The amount (in bytes) to copy
4230e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
4256797ed33SJacob Faibussowitsch   Both `dest` and `src` must have been allocated by `PetscDeviceMalloc()` or
4266797ed33SJacob Faibussowitsch   `PetscDeviceCalloc()`.
4270e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4280e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `src` and `dest` cannot overlap.
4290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If both `src` and `dest` are on the host this routine is fully synchronous.
4310e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceArrayCopy()` over this routine as it automatically
4330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   computes the number of bytes to copy from the size of the pointer types.
4340e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
4360e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
4370e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
4380e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4390e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx - |= CALL =| - dctx ->
4400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dest --------------------->
4410e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> src ---------------------->
4420e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
4430e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
4450e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4460e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
4470e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4486797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceArrayCopy()`, `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceCalloc()`,
4496797ed33SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceFree()`
4500e6b6b59SJacob Faibussowitsch @*/
451d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceMemcpy(PetscDeviceContext dctx, void *PETSC_RESTRICT dest, const void *PETSC_RESTRICT src, std::size_t n)
452d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
4530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
4540e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (!n) PetscFunctionReturn(0);
4550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(dest, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Trying to copy to a NULL pointer");
4560e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(src, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Trying to copy from a NULL pointer");
4570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (dest == src) PetscFunctionReturn(0);
4580e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
4590e6b6b59SJacob Faibussowitsch   {
4606797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto dest_it = memory_map.search_for(dest, true);
4616797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto src_it  = memory_map.search_for(src, true);
4626797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto mode    = PetscMemTypeToDeviceCopyMode(dest_it->second.mtype, src_it->second.mtype);
4630e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4640e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, src_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_READ, "memory copy (src)"));
4650e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, dest_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory copy (dest)"));
4660e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // perform the copy
4670e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (dctx->ops->memcopy) {
4680e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscUseTypeMethod(dctx, memcopy, dest, src, n, mode);
4696797ed33SJacob Faibussowitsch       if (mode == PETSC_DEVICE_COPY_HTOD) {
4706797ed33SJacob Faibussowitsch         PetscCall(PetscLogCpuToGpu(n));
4716797ed33SJacob Faibussowitsch       } else if (mode == PETSC_DEVICE_COPY_DTOH) {
4726797ed33SJacob Faibussowitsch         PetscCall(PetscLogGpuToCpu(n));
4736797ed33SJacob Faibussowitsch       }
4740e6b6b59SJacob Faibussowitsch     } else {
4750e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // REVIEW ME: we might potentially need to sync here if the memory is device-allocated
4760e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // (pinned) but being copied by a host dctx
4770e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, mode == PETSC_DEVICE_COPY_HTOH, "copying"));
4780e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscMemcpy(dest, src, n));
4790e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
4800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
4810e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
4820e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
4830e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4840e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*@C
4850e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceMemset - Memset device-aware memory
4860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4870e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
4880e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
4900e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx  - The `PetscDeviceContext` used to memset the memory
4910e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr   - The pointer to the memory
4920e6b6b59SJacob Faibussowitsch . v     - The value to set
4930e6b6b59SJacob Faibussowitsch - n     - The amount (in bytes) to set
4940e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4950e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
4966797ed33SJacob Faibussowitsch   `ptr` must have been allocated by `PetscDeviceMalloc()` or `PetscDeviceCalloc()`.
4970e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4980e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceArrayZero()` over this routine as it automatically
4990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   computes the number of bytes to copy from the size of the pointer types, though they should
5000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   note that it only zeros memory.
5010e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   This routine is analogous to `memset()`. That is, this routine copies the value
5030e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `static_cast<unsigned char>(v)` into each of the first count characters of the object pointed
5040e6b6b59SJacob Faibussowitsch   to by `dest`.
5050e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5060e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If `dest` is on device, this routine is asynchronous.
5070e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5080e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
5090e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
5100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
5110e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5120e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx - |= CALL =| - dctx ->
5130e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dest --------------------->
5140e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
5150e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
5170e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5180e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
5190e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5206797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceArrayZero()`, `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceCalloc()`,
5216797ed33SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceFree()`
5220e6b6b59SJacob Faibussowitsch @*/
523d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceMemset(PetscDeviceContext dctx, void *ptr, PetscInt v, std::size_t n)
524d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
5250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(!n)) PetscFunctionReturn(0);
5270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(ptr, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Trying to memset a NULL pointer");
5280e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
5290e6b6b59SJacob Faibussowitsch   {
5306797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto ptr_it = memory_map.search_for(ptr, true);
5316797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto mtype  = ptr_it->second.mtype;
5320e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5330e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, ptr_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory set"));
5340e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (dctx->ops->memset) {
5356797ed33SJacob Faibussowitsch       PetscUseTypeMethod(dctx, memset, mtype, ptr, v, n);
5360e6b6b59SJacob Faibussowitsch     } else {
5370e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // REVIEW ME: we might potentially need to sync here if the memory is device-allocated
5380e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // (pinned) but being memset by a host dctx
5396797ed33SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, PetscMemTypeHost(mtype), "memsetting"));
5400e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::memset(ptr, static_cast<int>(v), n);
5410e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
5420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
5430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5440e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
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