xref: /petsc/src/sys/objects/device/interface/memory.cxx (revision d71ae5a4db6382e7f06317b8d368875286fe9008)
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 
170e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
180e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryMap
190e6b6b59SJacob Faibussowitsch //
206797ed33SJacob Faibussowitsch // Since the pointers allocated via PetscDeviceAllocate_Private() may be device pointers we
216797ed33SJacob Faibussowitsch // cannot just store meta-data within the pointer itself (as we can't dereference them). So
226797ed33SJacob Faibussowitsch // instead we need to keep an extra map to keep track of them
230e6b6b59SJacob Faibussowitsch //
246797ed33SJacob Faibussowitsch // Each entry maps pointer -> {
256797ed33SJacob Faibussowitsch //   PetscMemType  - The memtype of the pointer
266797ed33SJacob Faibussowitsch //   PetscObjectId - A unique ID assigned at allocation or registratrion so auto-dep can
276797ed33SJacob Faibussowitsch //                   identify the pointer
286797ed33SJacob Faibussowitsch //   size          - The size (in bytes) of the allocation
296797ed33SJacob Faibussowitsch // }
300e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
310e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
320e6b6b59SJacob Faibussowitsch // GCC implementation for std::hash<T*>. LLVM's libc++ is almost 2x slower because they do all
330e6b6b59SJacob Faibussowitsch // kinds of complicated murmur hashing, so we make sure to enforce GCC's version.
340e6b6b59SJacob Faibussowitsch struct PointerHash {
356797ed33SJacob Faibussowitsch   template <typename T>
36*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD std::size_t operator()(const T *ptr) const noexcept
37*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   {
386797ed33SJacob Faibussowitsch     return reinterpret_cast<std::size_t>(ptr);
396797ed33SJacob Faibussowitsch   }
400e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
410e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
420e6b6b59SJacob Faibussowitsch class MemoryMap : public Petsc::RegisterFinalizeable<MemoryMap> {
430e6b6b59SJacob Faibussowitsch public:
440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   struct PointerAttributes {
450e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscMemType  mtype{}; // memtype of allocation
460e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscObjectId id{};    // id of allocation
470e6b6b59SJacob Faibussowitsch     std::size_t   size{};  // size of allocation (bytes)
480e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
490e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // even though this is a POD and can be aggregate initialized, the STL uses () constructors
500e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // in unordered_map and so we need to provide a trivial contructor...
510e6b6b59SJacob Faibussowitsch     constexpr PointerAttributes(PetscMemType, PetscObjectId, std::size_t) noexcept;
520e6b6b59SJacob Faibussowitsch     constexpr PointerAttributes() noexcept                                              = default;
530e6b6b59SJacob Faibussowitsch     constexpr PointerAttributes(const PointerAttributes &) noexcept                     = default;
540e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PETSC_CONSTEXPR_14 PointerAttributes &operator=(const PointerAttributes &) noexcept = default;
550e6b6b59SJacob Faibussowitsch     constexpr PointerAttributes(PointerAttributes &&) noexcept                          = default;
560e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PETSC_CONSTEXPR_14 PointerAttributes &operator=(PointerAttributes &&) noexcept      = default;
570e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
580e6b6b59SJacob Faibussowitsch     bool operator==(const PointerAttributes &) const noexcept;
590e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
600e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PETSC_NODISCARD bool contains(const void *, const void *) const noexcept;
610e6b6b59SJacob Faibussowitsch   };
620e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
630e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using map_type = std::unordered_map<void *, PointerAttributes, PointerHash>;
640e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
650e6b6b59SJacob Faibussowitsch   map_type map;
660e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // return the iterator of the allocation containing ptr, or map.cend() if not found
686797ed33SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD map_type::const_iterator search_for(const void *, bool = false) const noexcept;
690e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
700e6b6b59SJacob Faibussowitsch private:
710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   friend class Petsc::RegisterFinalizeable<MemoryMap>;
720e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode register_finalize_() noexcept;
730e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode finalize_() noexcept;
740e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
750e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
760e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
770e6b6b59SJacob Faibussowitsch // PointerAttributes
780e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
790e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
800e6b6b59SJacob Faibussowitsch constexpr MemoryMap::PointerAttributes::PointerAttributes(PetscMemType mtype_, PetscObjectId id_, std::size_t size_) noexcept : mtype(mtype_), id(id_), size(size_) { }
810e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
82*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch bool MemoryMap::PointerAttributes::operator==(const PointerAttributes &other) const noexcept
83*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
840e6b6b59SJacob Faibussowitsch   return mtype == other.mtype && id == other.id && size == other.size;
850e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
87*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch bool MemoryMap::PointerAttributes::contains(const void *ptr_begin, const void *ptr) const noexcept
88*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   return (ptr >= ptr_begin) && (ptr < (static_cast<const char *>(ptr_begin) + size));
900e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
910e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
920e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
936797ed33SJacob Faibussowitsch // Memory map - Private API
940e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
950e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
96*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MemoryMap::register_finalize_() noexcept
97*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
980e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // Preallocate, this does give a modest performance bump since unordered_map is so __dog__
1000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // slow if it needs to rehash. Experiments show that users tend not to have more than 5 or
1010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // so concurrently live pointers lying around. 10 at most.
1020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(map.reserve(16));
1030e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1040e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1050e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
106*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MemoryMap::finalize_() noexcept
107*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1080e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInfo(nullptr, "Finalizing memory map\n"));
1100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(map = map_type{});
1110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1120e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1130e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1146797ed33SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1156797ed33SJacob Faibussowitsch // Memory map - Public API
1166797ed33SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1176797ed33SJacob Faibussowitsch 
1180e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
1190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryMap::search_for - retrieve an iterator to the key-value pair for a pointer in the map
1200e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1216797ed33SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
1226797ed33SJacob Faibussowitsch + ptr       - pointer to search for
1236797ed33SJacob Faibussowitsch - must_find - true if an error is raised if the pointer is not found (default: false)
1240e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
1260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Accounts for sub-regions, i.e. if ptr is contained within another pointers region, it returns
1270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   the iterator to the super-pointers key-value pair.
1280e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1296797ed33SJacob Faibussowitsch   If ptr is not found and must_find is false returns map.end(), otherwise raises an error
1300e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
131*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch MemoryMap::map_type::const_iterator MemoryMap::search_for(const void *ptr, bool must_find) const noexcept
132*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto end = map.end();
1346797ed33SJacob Faibussowitsch   auto       it  = map.find(const_cast<map_type::key_type>(ptr));
1350e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1360e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // ptr was found, and points to an entire block
1376797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1386797ed33SJacob Faibussowitsch   if (it != end) PetscFunctionReturn(it);
1390e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // wasn't found, but maybe its part of a block. have to search every block for it
1400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // clang-format off
1416797ed33SJacob Faibussowitsch   it = std::find_if(map.begin(), end, [ptr](const map_type::const_iterator::value_type &map_it) {
1420e6b6b59SJacob Faibussowitsch     return map_it.second.contains(map_it.first, ptr);
1430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   });
1446797ed33SJacob 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);
1456797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(it);
1460e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // clang-format on
1470e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1480e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1490e6b6b59SJacob Faibussowitsch static MemoryMap memory_map;
1500e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1510e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1520e6b6b59SJacob Faibussowitsch // Utility functions
1530e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1540e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
155*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode PetscDeviceCheckCapable_Private(PetscDeviceContext dctx, bool cond, const char descr[])
156*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1580e6b6b59SJacob 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);
1590e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1600e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1610e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1620e6b6b59SJacob Faibussowitsch // A helper utility, since register is called from PetscDeviceRegisterMemory() and
1630e6b6b59SJacob Faibussowitsch // PetscDevicAllocate(). The latter also needs the generated id, so instead of making it search
1640e6b6b59SJacob Faibussowitsch // the map again we just return it here
165*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode PetscDeviceRegisterMemory_Private(const void *PETSC_RESTRICT ptr, PetscMemType mtype, std::size_t size, PetscObjectId *PETSC_RESTRICT id = nullptr)
166*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
1670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   auto      &map = memory_map.map;
1680e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto it  = memory_map.search_for(ptr);
1690e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1700e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (it == map.cend()) {
1720e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // pointer was never registered with the map, insert it and bail
1730e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto newid = PetscObjectNewId_Internal();
1740e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1750e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscDefined(USE_DEBUG)) {
1760e6b6b59SJacob Faibussowitsch       const auto tmp = MemoryMap::PointerAttributes(mtype, newid, size);
1770e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1780e6b6b59SJacob Faibussowitsch       for (const auto &entry : map) {
1790e6b6b59SJacob Faibussowitsch         // REVIEW ME: maybe this should just be handled...
1800e6b6b59SJacob 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,
1810e6b6b59SJacob Faibussowitsch                    entry.first, PetscMemTypeToString(entry.second.mtype), entry.second.size);
1820e6b6b59SJacob Faibussowitsch       }
1830e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
1840e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // clang-format off
1850e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (id) *id = newid;
1860e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCallCXX(map.emplace(
1870e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::piecewise_construct,
1880e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::forward_as_tuple(const_cast<MemoryMap::map_type::key_type>(ptr)),
1890e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::forward_as_tuple(mtype, newid, size)
1900e6b6b59SJacob Faibussowitsch     ));
1910e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // clang-format on
1920e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscFunctionReturn(0);
1930e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
1940e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscDefined(USE_DEBUG)) {
1950e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto &old = it->second;
1960e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1970e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCheck(MemoryMap::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,
1980e6b6b59SJacob Faibussowitsch                PetscMemTypeToString(old.mtype), old.size, old.id, PetscMemTypeToString(mtype), size, old.id);
1990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
2000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (id) *id = it->second.id;
2010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
2020e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2030e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2040e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*@C
2050e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceRegisterMemory - Register a pointer for use with device-aware memory system
2060e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2070e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective
2080e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
2100e6b6b59SJacob Faibussowitsch + ptr   - The pointer to register
2110e6b6b59SJacob Faibussowitsch . mtype - The `PetscMemType` of the pointer
2120e6b6b59SJacob Faibussowitsch - size  - The size (in bytes) of the memory region
2130e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2140e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
2150e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `ptr` need not point to the beginning of the memory range, however the user should register
2160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   the
2170e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   It's OK to re-register the same `ptr` repeatedly (subsequent registrations do nothing)
2190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   however the given `mtype` and `size` must match the original registration.
2200e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `size` may be 0 (in which case this routine does nothing).
2220e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
2240e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2250e6b6b59SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceArrayCopy()`, `PetscDeviceFree()`,
2260e6b6b59SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceArrayZero()`
2270e6b6b59SJacob Faibussowitsch @*/
228*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceRegisterMemory(const void *PETSC_RESTRICT ptr, PetscMemType mtype, std::size_t size)
229*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
2300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
2310e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscMemTypeHost(mtype)) PetscValidPointer(ptr, 1);
2320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(!size)) PetscFunctionReturn(0); // there is no point registering empty range
2330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceRegisterMemory_Private(ptr, mtype, size));
2340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
2350e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2360e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2376797ed33SJacob Faibussowitsch /*
2386797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceAllocate_Private - Allocate device-aware memory
2390e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
2410e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
2430e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx      - The `PetscDeviceContext` used to allocate the memory
2440e6b6b59SJacob Faibussowitsch . clear     - Whether or not the memory should be zeroed
2450e6b6b59SJacob Faibussowitsch . mtype     - The type of memory to allocate
2466797ed33SJacob Faibussowitsch . n         - The amount (in bytes) to allocate
2476797ed33SJacob Faibussowitsch - alignment - The alignment requirement (in bytes) of the allocated pointer
2480e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2490e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
2500e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr - The pointer to store the result in
2510e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
2530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceMalloc()` over this routine as it automatically computes
2546797ed33SJacob Faibussowitsch   the size of the allocation and alignment based on the size of the datatype.
2550e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2566797ed33SJacob Faibussowitsch   If the user is unsure about `alignment` -- or unable to compute it -- passing
2576797ed33SJacob Faibussowitsch   `PETSC_MEMALIGN` will always work, though the user should beware that this may be quite
2586797ed33SJacob Faibussowitsch   wasteful for very small allocations.
2596797ed33SJacob Faibussowitsch 
2606797ed33SJacob Faibussowitsch   Memory allocated with this function must be freed with `PetscDeviceFree()` (or
2616797ed33SJacob Faibussowitsch   `PetscDeviceDeallocate_Private()`).
2626797ed33SJacob Faibussowitsch 
2636797ed33SJacob Faibussowitsch   If `n` is zero, then `ptr` is set to `PETSC_NULLPTR`.
2646797ed33SJacob Faibussowitsch 
2656797ed33SJacob Faibussowitsch   This routine falls back to using `PetscMalloc1()` or `PetscCalloc1()` (depending on the value
2666797ed33SJacob Faibussowitsch   of `clear`) if PETSc was not configured with device support. The user should note that
2676797ed33SJacob Faibussowitsch   `mtype` and `alignment` are ignored in this case, as these routines allocate only host memory
2686797ed33SJacob Faibussowitsch   aligned to `PETSC_MEMALIGN`.
2690e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2700e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Note result stored `ptr` is immediately valid and the user may freely inspect or manipulate
2710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   its value on function return, i.e.\:
2720e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2730e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
2740e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscInt *ptr;
2750e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2766797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceAllocate_Private(dctx, PETSC_FALSE, PETSC_MEMTYPE_DEVICE, 20, alignof(PetscInt), (void**)&ptr);
2770e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2780e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscInt *sub_ptr = ptr + 10; // OK, no need to synchronize
2790e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   ptr[0] = 10; // ERROR, directly accessing contents of ptr is undefined until synchronization
2810e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
2820e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2830e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
2840e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
2850e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
2860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2870e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx - |= CALL =| -\- dctx -->
2880e6b6b59SJacob Faibussowitsch                          \- ptr ->
2890e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
2900e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2910e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
2920e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2930e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
2940e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2956797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceFree()`, `PetscDeviceDeallocate_Private()`,
2966797ed33SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceArrayCopy()`, `PetscDeviceArrayZero()`, `PetscMemType`
2976797ed33SJacob Faibussowitsch */
298*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceAllocate_Private(PetscDeviceContext dctx, PetscBool clear, PetscMemType mtype, std::size_t n, std::size_t alignment, void **PETSC_RESTRICT ptr)
299*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
3000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscObjectId id = 0;
3010e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3036797ed33SJacob Faibussowitsch   if (PetscDefined(USE_DEBUG)) {
3046797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto is_power_of_2 = [](std::size_t num) { return (num & (num - 1)) == 0; };
3056797ed33SJacob Faibussowitsch 
3066797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscCheck(alignment != 0, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_OUTOFRANGE, "Requested alignment %zu cannot be 0", alignment);
3076797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscCheck(is_power_of_2(alignment), PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_OUTOFRANGE, "Requested alignment %zu must be a power of 2", alignment);
3086797ed33SJacob Faibussowitsch   }
3096797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(ptr, 6);
3100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   *ptr = nullptr;
3110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(!n)) PetscFunctionReturn(0);
3120e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(memory_map.register_finalize());
3130e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
3140e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3150e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // get our pointer here
3160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (dctx->ops->memalloc) {
3176797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscUseTypeMethod(dctx, memalloc, clear, mtype, n, alignment, ptr);
3180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   } else {
3190e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, PetscMemTypeHost(mtype), "allocating"));
3200e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMallocA(1, clear, __LINE__, PETSC_FUNCTION_NAME, __FILE__, n, ptr));
3210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
3220e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceRegisterMemory_Private(*ptr, mtype, n, &id));
3230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // Note this is a "write" so that the next dctx to try and read from the pointer has to wait
3240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // for the allocation to be ready
3250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory allocation"));
3260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
3270e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3280e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3296797ed33SJacob Faibussowitsch /*
3306797ed33SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceDeallocate_Private - Free device-aware memory
3310e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
3330e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
3350e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx  - The `PetscDeviceContext` used to free the memory
3360e6b6b59SJacob Faibussowitsch - ptr   - The pointer to free
3370e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
3390e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `ptr` must have been allocated using any of `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceCalloc()` or
3406797ed33SJacob Faibussowitsch   `PetscDeviceAllocate_Private()`, or registered with the system via `PetscDeviceRegisterMemory()`.
3410e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceFree()` over this routine as it automatically sets `ptr`
3430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   to `PETSC_NULLPTR` on successful deallocation.
3440e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3450e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `ptr` may be `NULL`.
3460e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3476797ed33SJacob Faibussowitsch   This routine falls back to using `PetscFree()` if PETSc was not configured with device
3486797ed33SJacob Faibussowitsch   support. The user should note that `PetscFree()` frees only host memory.
3496797ed33SJacob Faibussowitsch 
3500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
3510e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
3520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
3530e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3540e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx -/- |= CALL =| - dctx ->
3550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> ptr -/
3560e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
3570e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3580e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
3590e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3600e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
3610e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3626797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceFree()`, `PetscDeviceAllocate_Private()`
3636797ed33SJacob Faibussowitsch */
364*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceDeallocate_Private(PetscDeviceContext dctx, void *PETSC_RESTRICT ptr)
365*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
3660e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (ptr) {
3680e6b6b59SJacob Faibussowitsch     auto      &map      = memory_map.map;
3690e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto found_it = map.find(const_cast<MemoryMap::map_type::key_type>(ptr));
3700e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3710e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscUnlikelyDebug(found_it == map.end())) {
3720e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // OK this is a bad pointer, now determine why
3730e6b6b59SJacob Faibussowitsch       const auto it = memory_map.search_for(ptr);
3740e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3750e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // if it is map.cend() then no allocation owns it, meaning it was not allocated by us!
3766797ed33SJacob Faibussowitsch       PetscCheck(it != map.cend(), PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Pointer %p was not allocated via PetscDeviceAllocate_Private()", ptr);
3770e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // if we are here then we did allocate it but the user has tried to do something along
3780e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // the lines of:
3790e6b6b59SJacob Faibussowitsch       //
3800e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // allocate(&ptr, size);
3810e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // deallocate(ptr+5);
3820e6b6b59SJacob Faibussowitsch       //
3830e6b6b59SJacob 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,
3840e6b6b59SJacob Faibussowitsch               it->second.size);
3850e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
3860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3876797ed33SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
3880e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // mark intent BEFORE we free, note we mark as write so that we are made to wait on any
3890e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // outstanding reads (don't want to kill the pointer before they are done)
3900e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, found_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory deallocation"));
3910e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // do free
3920e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (dctx->ops->memfree) {
3930e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscUseTypeMethod(dctx, memfree, found_it->second.mtype, (void **)&ptr);
3940e6b6b59SJacob Faibussowitsch     } else {
3950e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, PetscMemTypeHost(found_it->second.mtype), "freeing"));
3960e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
3970e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // if ptr still exists, then the device context could not handle it
3980e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (ptr) PetscCall(PetscFree(ptr));
3990e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCallCXX(map.erase(found_it));
4000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
4010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
4020e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
4030e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4040e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*@C
4050e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceMemcpy - Copy memory in a device-aware manner
4060e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4070e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
4080e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
4100e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx - The `PetscDeviceContext` used to copy the memory
4110e6b6b59SJacob Faibussowitsch . dest - The pointer to copy to
4120e6b6b59SJacob Faibussowitsch . src  - The pointer to copy from
4130e6b6b59SJacob Faibussowitsch - n    - The amount (in bytes) to copy
4140e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4150e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
4166797ed33SJacob Faibussowitsch   Both `dest` and `src` must have been allocated by `PetscDeviceMalloc()` or
4176797ed33SJacob Faibussowitsch   `PetscDeviceCalloc()`.
4180e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `src` and `dest` cannot overlap.
4200e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If both `src` and `dest` are on the host this routine is fully synchronous.
4220e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceArrayCopy()` over this routine as it automatically
4240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   computes the number of bytes to copy from the size of the pointer types.
4250e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
4270e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
4280e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
4290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx - |= CALL =| - dctx ->
4310e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dest --------------------->
4320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> src ---------------------->
4330e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
4340e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
4360e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4370e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
4380e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4396797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceArrayCopy()`, `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceCalloc()`,
4406797ed33SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceFree()`
4410e6b6b59SJacob Faibussowitsch @*/
442*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceMemcpy(PetscDeviceContext dctx, void *PETSC_RESTRICT dest, const void *PETSC_RESTRICT src, std::size_t n)
443*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
4440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
4450e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (!n) PetscFunctionReturn(0);
4460e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(dest, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Trying to copy to a NULL pointer");
4470e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(src, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Trying to copy from a NULL pointer");
4480e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (dest == src) PetscFunctionReturn(0);
4490e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
4500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   {
4516797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto dest_it = memory_map.search_for(dest, true);
4526797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto src_it  = memory_map.search_for(src, true);
4536797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto mode    = PetscMemTypeToDeviceCopyMode(dest_it->second.mtype, src_it->second.mtype);
4540e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4550e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, src_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_READ, "memory copy (src)"));
4560e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, dest_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory copy (dest)"));
4570e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // perform the copy
4580e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (dctx->ops->memcopy) {
4590e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscUseTypeMethod(dctx, memcopy, dest, src, n, mode);
4606797ed33SJacob Faibussowitsch       if (mode == PETSC_DEVICE_COPY_HTOD) {
4616797ed33SJacob Faibussowitsch         PetscCall(PetscLogCpuToGpu(n));
4626797ed33SJacob Faibussowitsch       } else if (mode == PETSC_DEVICE_COPY_DTOH) {
4636797ed33SJacob Faibussowitsch         PetscCall(PetscLogGpuToCpu(n));
4646797ed33SJacob Faibussowitsch       }
4650e6b6b59SJacob Faibussowitsch     } else {
4660e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // REVIEW ME: we might potentially need to sync here if the memory is device-allocated
4670e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // (pinned) but being copied by a host dctx
4680e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, mode == PETSC_DEVICE_COPY_HTOH, "copying"));
4690e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscMemcpy(dest, src, n));
4700e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
4710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
4720e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
4730e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
4740e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4750e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*@C
4760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscDeviceMemset - Memset device-aware memory
4770e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4780e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Not Collective, Asynchronous, Auto-dependency aware
4790e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
4810e6b6b59SJacob Faibussowitsch + dctx  - The `PetscDeviceContext` used to memset the memory
4820e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr   - The pointer to the memory
4830e6b6b59SJacob Faibussowitsch . v     - The value to set
4840e6b6b59SJacob Faibussowitsch - n     - The amount (in bytes) to set
4850e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4860e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
4876797ed33SJacob Faibussowitsch   `ptr` must have been allocated by `PetscDeviceMalloc()` or `PetscDeviceCalloc()`.
4880e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   The user should prefer `PetscDeviceArrayZero()` over this routine as it automatically
4900e6b6b59SJacob Faibussowitsch   computes the number of bytes to copy from the size of the pointer types, though they should
4910e6b6b59SJacob Faibussowitsch   note that it only zeros memory.
4920e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4930e6b6b59SJacob Faibussowitsch   This routine is analogous to `memset()`. That is, this routine copies the value
4940e6b6b59SJacob Faibussowitsch   `static_cast<unsigned char>(v)` into each of the first count characters of the object pointed
4950e6b6b59SJacob Faibussowitsch   to by `dest`.
4960e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4970e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If `dest` is on device, this routine is asynchronous.
4980e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   DAG representation:
5000e6b6b59SJacob Faibussowitsch .vb
5010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   time ->
5020e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5030e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dctx - |= CALL =| - dctx ->
5040e6b6b59SJacob Faibussowitsch   -> dest --------------------->
5050e6b6b59SJacob Faibussowitsch .ve
5060e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5070e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Level: intermediate
5080e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5090e6b6b59SJacob Faibussowitsch .N ASYNC_API
5100e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5116797ed33SJacob Faibussowitsch .seealso: `PetscDeviceArrayZero()`, `PetscDeviceMalloc()`, `PetscDeviceCalloc()`,
5126797ed33SJacob Faibussowitsch `PetscDeviceFree()`
5130e6b6b59SJacob Faibussowitsch @*/
514*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode PetscDeviceMemset(PetscDeviceContext dctx, void *ptr, PetscInt v, std::size_t n)
515*d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
5160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5170e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(!n)) PetscFunctionReturn(0);
5180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(ptr, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_POINTER, "Trying to memset a NULL pointer");
5190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDeviceContextGetOptionalNullContext_Internal(&dctx));
5200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   {
5216797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto ptr_it = memory_map.search_for(ptr, true);
5226797ed33SJacob Faibussowitsch     const auto mtype  = ptr_it->second.mtype;
5230e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5240e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDeviceContextMarkIntentFromID(dctx, ptr_it->second.id, PETSC_MEMORY_ACCESS_WRITE, "memory set"));
5250e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (dctx->ops->memset) {
5266797ed33SJacob Faibussowitsch       PetscUseTypeMethod(dctx, memset, mtype, ptr, v, n);
5270e6b6b59SJacob Faibussowitsch     } else {
5280e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // REVIEW ME: we might potentially need to sync here if the memory is device-allocated
5290e6b6b59SJacob Faibussowitsch       // (pinned) but being memset by a host dctx
5306797ed33SJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscDeviceCheckCapable_Private(dctx, PetscMemTypeHost(mtype), "memsetting"));
5310e6b6b59SJacob Faibussowitsch       std::memset(ptr, static_cast<int>(v), n);
5320e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
5330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
5340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5350e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
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