05 UVM 缺页风暴与 GPU MMU Fault 现场定位¶

案例 1：UVM 动态乒乓迁移引发系统缺页风暴¶

1. 现场故障现象¶

在基于 cudaMallocManaged 统一内存的医学图像处理程序中，程序吞吐仅有预期性能的 2%，top 显示内核进程 kworker/u:uvm 占用 CPU 100% 算力，dmesg 日志每秒输出数万行：

[  120.401] [UVM] CPU page fault at 0x7f4a20000000, migrating 2MB from GPU to Host...
[  120.402] [UVM] GPU page fault at 0x7f4a20000000, migrating 2MB from Host to GPU...
[  120.403] [UVM] CPU page fault at 0x7f4a20000000, migrating 2MB from GPU to Host...

sequenceDiagram
    autonumber
    participant HostCPU as Host CPU Thread
    participant UVM_KMD as Linux UVM 内核模块
    participant PCIe as PCIe DMA 搬运
    participant GPUSM as GPU 计算核心

    loop 每迭代高频交替访问
        HostCPU->>UVM_KMD: 访问指针 (产生 CPU Page Fault)
        UVM_KMD->>PCIe: 从 GPU 显存迁回 Host DDR (2MB)
        GPUSM->>UVM_KMD: 访问同一指针 (产生 GPU Page Fault)
        UVM_KMD->>PCIe: 从 Host DDR 迁入 GPU 显存 (2MB)
    end

2. 根因剖析与解决¶

根因：程序在 CPU 上更新配置参数，随后在 GPU 上计算，两者交替读写同一块未经区域隔离的统一内存，引发 2MB 大页在 PCIe 5.0 总线上来回无效搬运。
优化方案：使用 cudaMemAdvise 对只读参数配置 cudaMemAdviseSetReadMostly（硬件在 CPU 与 GPU 显存各自保留只读副本），并在训练前调用 cudaMemPrefetchAsync 预取，消除了 100% 的运行时缺页中断。