显存(Video Memory)

忘是亡心i 2022-10-17 10:36 217阅读 0赞

原文：[http://happyseeker.github.io/kernel/2016/03/01/about-Video-Memory.html][http_happyseeker.github.io_kernel_2016_03_01_about-Video-Memory.html]

# 闲话 #

在从事图形优化工作之前，一直对显存(Video Memory)充满了好奇，很想了解其管理方式、基本原理、与内存的区别等，但一直没有时间和机会去研究，现在工作需要，逐渐开始接触和了解，这里也顺便记录，以免后续忘记。

# 什么显存？ #

显存，即Video Memory，简单来说，就是位于显卡的内存，其主要用途当然是用作图形显示了，现在的家用pc中基本都配置了独立显卡，即使是集成显卡，也有一定的显存，否则一些游戏玩起来可能就费劲了。

# 为什么需要显存？ #

随着计算机硬件的飞速发展，现代的CPU、内存能力已经超过了从前的想象，按理说，目前计算机中的主要瓶颈应该还在IO上，内存应该不至于成为瓶颈，那为什么需要显存呢？

这个问题就如“为什么需要显卡”一样，之前的文章中应该做了解释，所谓术业有专攻，显卡专注于图形显示，更擅长于图形显示，而显卡进行图形显示时是需要内存资源的，如果其所需的内存资源都从内存(CPU主存，后面简称内存)分配，那相对于使用显卡自带的内存，性能肯定有损耗。 这就跟NUMA节点中远程访问类似，虽然内存硬件本身的能力并不比显存弱，但“距离”、“亲疏关系”、“使用方式”等对其影响很大。

# 显存管理 #

在Linux X11环境中，显存通常是通过内核的DRM模块进行管理，用户态和内核程序都可以使用DRM提供的接口分配和释放显存。 用户态程序通过Libdrm提供的用户态接口(本质上为ioctl调用)来分配和释放显存。

DRM模块中，最终使用TTM模块在管理显存(或内存)。 TTM模块中，自己实现了一个内存pool，分配和释放显存(或内存)时，会先放到pool中，如此可以提高内存管理的效率，具体的原理和代码就不深入讨论了。

# GTT VS. VRam #

做过图形研究的TX应该都了解GTT和VRam，GTT表示显卡可以访问的CPU主存，VRam表示显存。 为什么要将这两者进行比较呢？ 因为对于软件来说，GTT和VRam的地位是对等的，当软件中(比如mesa驱动中)需要分配内存时，其可以选择在内存上分配(分配标志设置为GTT相关的标记)，也可以选择在显存上分配(分配标志设置为VRam相关的标记), 对于软件来说，使用GTT或VRam并没有功能上的影响，通常情况下，任意选哪种都没有问题。 有影响的只是：

*  性能。 对于显卡，通常来说，显示需要的内存在VRam上分配，性能可能会更好，因为相关内存上的内容最终可能都会拷贝到framebuffer中去，而在显存内存区域之间的拷贝，显然比内存到显存之间的拷贝性能更好。
 *  Cache一致性等问题。 对于部分硬件，Cache一致性问题可能是很多问题的根源，特别在涉及到CPU和GPU之间的同步和并发访问时。 CPU和GPU对于GTT和VRam的访问，可能会涉及到一些硬件的细节和特性，比如WC(Write Commbined)和UC(Uncached)特性，这些细节的处理，在非X86架构上尤其重要，特别是在驱动中，需要时刻考虑这些问题。

# Framebuffer #

再简单聊下Framebuffer(后面有时间可单独再聊)，Framebuffer本质上就是一段缓存，通常就是显存上的一段内存，其直接与最终显示到终端上的内容对应，所有需要显示到终端上的图形内容都必须拷贝到Framebuffer中。

Framebuffer其实由多个buffer组成，这里不详述。 但需要说明，通常Framebuffer中有前端和后端两类buffer，就是我们平常见到的double buffer技术，目的是为了解决屏幕撕裂问题。 前端buffer直接对应于欲显示的内容，需要显示的数据先拷贝到后端buffer，再在一定的时机(比如vblank)将后端buffer的数据swap到前端，从而显示出来。

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