Kernel加载与执行

本章介绍如何加载并执行使用Ascend C开发的自定义Kernel。**只有在用户自己编写算子Kernel，或需要直接控制Kernel二进制加载、参数组装和任务下发时，才需要调用本章接口。**如果业务不编写算子，只是调用CANN已提供的算子能力，应优先调用aclnn算子接口，例如aclnnAdd等。aclnn接口会封装算子选择、参数处理、Kernel加载和执行流程，用户通常不需要直接调用LaunchKernel接口。

自定义Kernel主要有两种下发方式：

• 混合编程方式：在Host代码中直接使用<<< >>>语法下发Kernel。
• 非混合编程方式：先将Kernel编译成独立算子二进制，再通过aclrtBinaryLoadFromFile、aclrtBinaryGetFunction、aclrtLaunchKernelWithConfig等Runtime接口加载和下发。

两种方式的差异

对比项	混合编程：<<< >>>	非混合编程：LaunchKernel接口
Kernel引用方式	Host代码直接引用Kernel函数符号，例如add_custom<<<...>>>(...)。	Host代码通过Kernel名称字符串获取aclrtFuncHandle，例如aclrtBinaryGetFunction(bin, "add_custom", &func)。
编译方式	Kernel源码参与Host工程构建，通常通过Ascend C CMake能力生成可链接的Kernel库，并与Host可执行文件一起链接。	Kernel源码单独编译为算子二进制文件，例如*.o或fatbin；Host程序单独编译，通过Runtime接口在运行时加载该二进制。
生成代码	构建系统会生成Host侧可调用的Kernel启动桩、注册信息和设备侧代码绑定关系，使<<< >>>语法能够直接下发任务。	不生成可直接调用的Kernel启动桩。Host侧只保存二进制路径、Kernel名称和Runtime句柄，需要手动加载Binary、获取Function并组装参数。
运行时加载	Kernel二进制通常随Host程序或链接库注册，首次下发时由生成代码完成注册和加载。	用户显式调用aclrtBinaryLoadFromFile或aclrtBinaryLoadFromData加载Binary，并在结束时调用aclrtBinaryUnLoad卸载。
参数组织	以函数调用形式传参，代码简洁，可读性好。	可使用Device参数区、Host参数区、aclrtArgsHandle参数列表、placeholder等方式组织参数，控制粒度更细。
适用场景	Kernel与Host程序一起开发、一起发布，Kernel集合在编译期已确定。	Kernel二进制需要独立发布、动态选择、延迟加载，或需要使用Runtime参数组装、placeholder、任务属性配置等能力。

两种方式下，Kernel任务下发后相对于Host线程都是异步执行。Host线程如果需要等待Kernel执行完成，需要调用aclrtSynchronizeStream、aclrtSynchronizeDevice或使用Event等同步机制。

混合编程方式

混合编程方式中，Host代码可以直接调用Kernel函数并使用<<< >>>语法指定任务的block数量、动态共享内存参数和Stream。该方式代码最简洁，适合Kernel和Host程序绑定发布的场景。

编译时，Kernel源码会作为工程的一部分参与构建。例如样例中可使用Ascend C CMake能力将Kernel源码编译为静态库，再链接到Host可执行文件：

include(${ASCENDC_CMAKE_DIR}/ascendc.cmake)
ascendc_library(kernels STATIC kernel_print.cpp)

add_executable(main main.cpp)
target_link_libraries(main PRIVATE kernels ${ASCEND_CANN_PACKAGE_PATH}/lib64/libacl_rt.so)

上述方式生成的Host侧代码可以直接调用Kernel启动函数，用户不需要显式调用aclrtBinaryLoadFromFile、aclrtBinaryGetFunction等接口。

关键代码示例如下，不可以直接拷贝编译运行，仅供参考。

// Device code
extern "C" __global__ __aicore__ void add_custom(GM_ADDR x, GM_ADDR y, GM_ADDR z)
{
    KernelAdd op;
    op.Init(x, y, z);
    op.Process();
}

int main()
{
    int64_t n = ...;
    size_t size = static_cast<size_t>(n) * sizeof(uint64_t);

    aclInit(nullptr);
    aclrtSetDevice(0);

    aclrtStream stream = nullptr;
    aclrtCreateStream(&stream);

    void *hX = nullptr;
    void *hY = nullptr;
    void *hZ = nullptr;
    aclrtMallocHost(&hX, size);
    aclrtMallocHost(&hY, size);
    aclrtMallocHost(&hZ, size);

    // 初始化输入数据。
    ...

    void *dX = nullptr;
    void *dY = nullptr;
    void *dZ = nullptr;
    aclrtMalloc(&dX, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST);
    aclrtMalloc(&dY, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST);
    aclrtMalloc(&dZ, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST);

    aclrtMemcpy(dX, size, hX, size, ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE);
    aclrtMemcpy(dY, size, hY, size, ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE);

    uint32_t numBlocks = 48;
    add_custom<<<numBlocks, nullptr, stream>>>(dX, dY, dZ);
    aclrtSynchronizeStream(stream);

    aclrtMemcpy(hZ, size, dZ, size, ACL_MEMCPY_DEVICE_TO_HOST);
    ...
}

非混合编程方式

非混合编程方式中，Kernel设备侧代码先被编译成独立算子二进制。Host程序运行时显式加载该二进制，获取Kernel函数句柄，组装参数后调用LaunchKernel接口下发任务。

编译时，Kernel源码和Host程序可以分开构建。例如样例中可使用ascendc_fatbin_library生成算子二进制文件，再由Host程序在运行时加载：

include(${ASCENDC_CMAKE_DIR}/ascendc.cmake)
ascendc_fatbin_library(ascendc_kernels_simple add_custom.cpp)

add_executable(ascendc_kernels_bbit main.cpp)
target_link_libraries(ascendc_kernels_bbit PRIVATE ${ASCEND_CANN_PACKAGE_PATH}/lib64/libacl_rt.so)

生成的算子二进制文件会在运行时通过路径加载，例如./out/fatbin/ascendc_kernels_simple/ascendc_kernels_simple.o。这种方式下，Host代码不直接引用Kernel函数符号，而是通过Binary和Function句柄操作Kernel。

相关概念如下：

• Binary：动态加载的代码容器单元，包含编译后的Kernel代码、全局变量等。用户通过aclrtBinaryLoadFromFile或aclrtBinaryLoadFromData加载算子二进制，并获得Binary句柄。
• Function：Binary内部的具体可执行Kernel入口。用户通过aclrtBinaryGetFunction或aclrtBinaryGetFunctionByEntry获取Function句柄。
• 参数列表：LaunchKernel接口需要获取Kernel参数。参数可放在Device内存、Host内存或aclrtArgsHandle参数列表中，也可以使用placeholder让Runtime在Launch时完成小块参数数据的搬运。

以下是使用LaunchKernel接口的关键代码示例，不可以直接拷贝编译运行，仅供参考。

// Device code，编译为独立算子二进制文件。
extern "C" __global__ __aicore__ void add_custom(GM_ADDR x, GM_ADDR y, GM_ADDR z)
{
    KernelAdd op;
    op.Init(x, y, z);
    op.Process();
}

int main()
{
    int64_t n = ...;
    size_t size = static_cast<size_t>(n) * sizeof(uint64_t);

    aclInit(nullptr);
    aclrtSetDevice(0);

    aclrtStream stream = nullptr;
    aclrtCreateStream(&stream);

    // 加载算子二进制，并获取Kernel函数句柄。
    aclrtBinHandle bin = nullptr;
    aclrtBinaryLoadFromFile("add_custom.o", nullptr, &bin);

    aclrtFuncHandle func = nullptr;
    aclrtBinaryGetFunction(bin, "add_custom", &func);

    void *hX = nullptr;
    void *hY = nullptr;
    void *hZ = nullptr;
    aclrtMallocHost(&hX, size);
    aclrtMallocHost(&hY, size);
    aclrtMallocHost(&hZ, size);

    // 初始化输入数据。
    ...

    void *dX = nullptr;
    void *dY = nullptr;
    void *dZ = nullptr;
    aclrtMalloc(&dX, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST);
    aclrtMalloc(&dY, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST);
    aclrtMalloc(&dZ, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST);

    aclrtMemcpy(dX, size, hX, size, ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE);
    aclrtMemcpy(dY, size, hY, size, ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE);

    uint32_t numBlocks = 48;
    void *args[] = {dX, dY, dZ};
    size_t argsSize = sizeof(args);
    aclrtLaunchKernelWithHostArgs(func, numBlocks, stream, nullptr, args, argsSize, nullptr, 0);
    aclrtSynchronizeStream(stream);

    aclrtMemcpy(hZ, size, dZ, size, ACL_MEMCPY_DEVICE_TO_HOST);

    aclrtBinaryUnLoad(bin);
    ...
}

LaunchKernel接口族的选择建议如下：

接口	参数来源	适用场景
aclrtLaunchKernel	Device内存中的完整参数区	参数已经在Device侧组装完成，不需要Launch配置。
aclrtLaunchKernelV2	Device内存中的完整参数区	需要额外指定Launch配置。
aclrtLaunchKernelWithConfig	aclrtArgsHandle参数列表	希望由Runtime管理参数布局，或需要使用placeholder、参数更新等能力。
aclrtLaunchKernelWithHostArgs	Host内存中的完整参数区	参数在Host侧连续组织，Launch时由Runtime处理。
aclrtLaunchKernelWithArgsArray	Host侧参数数组	每个数组元素指向一个参数数据，便于按参数数组形式组织调用。

完整样例可参考0_launch_kernel，该样例展示了Binary加载、Function获取、aclrtArgsHandle参数组装、placeholder参数和aclrtLaunchKernelWithConfig下发流程。