Rust插件库cust_core的使用,提供高效可扩展的Rust插件系统核心功能
Rust插件库cust_core的使用,提供高效可扩展的Rust插件系统核心功能
目标
Rust CUDA项目旨在使Rust成为使用CUDA Toolkit进行极速GPU计算的一级语言。它提供了将Rust编译为极速PTX代码的工具,以及使用现有CUDA库的库。
背景
历史上,通用高性能GPU计算都是使用CUDA toolkit完成的。CUDA toolkit主要提供了一种方法,可以在单个源代码中使用Fortran/C/C++代码进行GPU计算,并与CPU代码配合使用。
CUDA是NVIDIA专有的工具包。虽然已经提出了许多跨平台GPU计算工具,如OpenCL、Vulkan Computing和HIP,但CUDA仍然是目前为止最常用的工具包。
结构
Rust CUDA项目的范围相当广泛,涵盖了整个CUDA生态系统,包含许多用于CUDA生态系统各个角落的库。
当前库阵容如下:
rustc_codegen_nvvm
:一个rustc后端,针对NVVM IR(LLVM IR的子集)用于libnvvm库- 生成高度优化的PTX代码,可以通过CUDA Driver API加载到GPU上执行
cuda_std
:用于GPU端函数和实用程序,如线程索引查询、内存分配、warp intrinsics等- 不是一个低级库,提供了许多实用函数来使编写更干净可靠的GPU内核更容易
cust
:用于CPU端CUDA功能,如启动GPU内核、GPU内存分配、设备查询等- 高级功能,如RAII和Rust Results,使管理和GPU的接口更容易和更干净
gpu_rand
:用于GPU友好的随机数生成optix
:用于CPU端硬件光线追踪和去噪,使用CUDA OptiX库
完整示例代码
use cust::prelude::*;
use std::error::Error;
#[kernel]
pub unsafe fn add(a: &[f32], b: &[f32], c: *mut f32) {
let idx = thread::idx().x as usize;
if idx < a.len() {
let elem = &mut *c.add(idx);
*elem = a[idx] + b[idx];
}
}
fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
// 初始化CUDA上下文
let _ctx = cust::quick_init()?;
// 创建数据
let a_host = vec![1.0f32; 5];
let b_host = vec![2.0f32; 5];
let mut c_host = vec![0.0f32; 5];
// 分配GPU内存
let a_dev = a_host.as_slice().as_dbuf()?;
let b_dev = b_host.as_slice().as_dbuf()?;
let c_dev = cust::memory::DeviceBuffer::from_slice(&c_host)?;
// 定义内核配置
let grid = GridSize::x(1);
let block = BlockSize::x(5);
// 启动内核
launch!(add<<<grid, block, 0, None>>>(&a_dev, &b_dev, c_dev.as_device_ptr()))?;
// 复制回主机
c_dev.copy_to(&mut c_host)?;
// 验证结果
println!("Result: {:?}", c_host);
Ok(())
}
扩展示例代码
以下是一个更复杂的示例,演示矩阵乘法的GPU实现:
use cust::prelude::*;
use std::error::Error;
// GPU内核:矩阵乘法
#[kernel]
pub unsafe fn matrix_mul(
a: &[f32],
b: &[f32],
c: *mut f32,
width: usize,
height: usize,
common_dim: usize
) {
let row = thread::idx().y as usize;
let col = thread::idx().x as usize;
if row < height && col < width {
let mut sum = 0.0;
for i in 0..common_dim {
sum += a[row * common_dim + i] * b[i * width + col];
}
*c.add(row * width + col) = sum;
}
}
fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
// 初始化CUDA上下文
let _ctx = cust::quick_init()?;
// 矩阵尺寸
let m = 64;
let n = 64;
let k = 64;
// 创建数据
let a_host = vec![1.0f32; m * k];
let b_host = vec![2.0f32; k * n];
let mut c_host = vec![0.0f32; m * n];
// 分配GPU内存
let a_dev = a_host.as_slice().as_dbuf()?;
let b_dev = b_host.as_slice().as_dbuf()?;
let c_dev = cust::memory::DeviceBuffer::from_slice(&c_host)?;
// 定义内核配置
let grid = GridSize::xy(8, 8); // 8x8=64 blocks
let block = BlockSize::xy(8, 8); // 8x8=64 threads per block
// 启动内核
launch!(matrix_mul<<<grid, block, 0, None>>>(
&a_dev, &b_dev,
c_dev.as_device_ptr(),
n, m, k
))?;
// 复制回主机
c_dev.copy_to(&mut c_host)?;
// 验证结果
println!("First element: {}", c_host[0]);
Ok(())
}
安装
在项目目录中运行以下Cargo命令:
cargo add cust_core
或者在Cargo.toml中添加以下行:
cust_core = "0.1.1"
许可证
该项目采用以下许可证之一:
- Apache License, Version 2.0
- MIT license
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Rust插件库cust_core的使用指南
cust_core是一个为Rust设计的插件系统核心库,提供了高效且可扩展的插件架构实现。它允许开发者轻松地将插件功能集成到他们的应用程序中,支持动态加载和卸载插件。
主要特性
- 轻量级插件系统核心
- 高性能的插件加载和管理
- 支持动态插件加载
- 类型安全的插件接口
- 可扩展的插件生命周期管理
基本使用方法
1. 添加依赖
首先,在Cargo.toml
中添加cust_core依赖:
[dependencies]
cust_core = "0.1.0" # 请使用最新版本
2. 定义插件接口
use cust_core::{Plugin, PluginManager};
// 定义插件trait
pub trait MyPlugin: Plugin {
fn do_something(&self, input: &str) -> String;
}
3. 实现插件
use cust_core::Plugin;
struct MySamplePlugin;
impl Plugin for MySamplePlugin {
fn name(&self) -> &str {
"sample_plugin"
}
fn version(&self) -> &str {
"1.0.0"
}
}
impl MyPlugin for MySamplePlugin {
fn do_something(&self, input: &str) -> String {
format!("Plugin processed: {}", input)
}
}
4. 注册和使用插件
use cust_core::PluginManager;
fn main() {
// 创建插件管理器
let mut manager = PluginManager::new();
// 注册插件
manager.register_plugin(Box::new(MySamplePlugin));
// 获取插件并调用
if let Some(plugin) = manager.get_plugin::<dyn MyPlugin>("sample_plugin") {
let result = plugin.do_something("Hello");
println!("{}", result); // 输出: "Plugin processed: Hello"
}
}
动态加载插件
cust_core支持从动态库加载插件:
use cust_core::{DynamicPluginLoader, PluginManager};
fn main() {
let mut manager = PluginManager::new();
let loader = DynamicPluginLoader::new();
// 从动态库加载插件
if let Ok(plugin) = loader.load::<dyn MyPlugin>("path/to/plugin.so") {
manager.register_plugin(plugin);
}
// 使用插件...
}
高级功能
插件生命周期管理
use cust_core::{Plugin, PluginManager};
struct LifecyclePlugin;
impl Plugin for LifecyclePlugin {
fn name(&self) -> &str {
"lifecycle_plugin"
}
fn on_load(&self) {
println!("Plugin loaded!");
}
fn on_unload(&self) {
println!("Plugin unloaded!");
}
}
fn main() {
let mut manager = PluginManager::new();
manager.register_plugin(Box::new(LifecyclePlugin));
// 卸载插件
manager.unload_plugin("lifecycle_plugin");
// 控制台会输出 "Plugin unloaded!"
}
插件依赖管理
use cust_core::{Plugin, PluginManager, PluginDependency};
struct DependentPlugin;
impl Plugin for DependentPlugin {
fn name(&self) &str {
"dependent_plugin"
}
fn dependencies(&self) -> Vec<PluginDependency> {
vec![
PluginDependency::new("some_other_plugin", "1.0.0")
]
}
}
fn main() {
let mut manager = PluginManager::new();
// 注册依赖插件...
// 注册依赖其他插件的插件
if manager.check_dependencies(&DependentPlugin).is_ok() {
manager.register_plugin(Box::new(DependentPlugin));
}
}
性能提示
cust_core经过优化,但在高性能场景下,可以考虑:
- 使用
get_plugin_with
避免多次查找 - 对频繁调用的插件方法考虑使用
#[inline]
- 批量处理插件操作减少锁竞争
if let Some(plugin) = manager.get_plugin_with::<dyn MyPlugin, _>(|p| p.name() == "sample_plugin") {
// 高效调用
}
完整示例Demo
下面是一个完整的使用cust_core的插件系统示例:
// Cargo.toml
// [dependencies]
// cust_core = "0.1.0"
use cust_core::{Plugin, PluginManager, DynamicPluginLoader, PluginDependency};
// 1. 定义插件接口
pub trait TextProcessor: Plugin {
fn process_text(&self, input: &str) -> String;
}
// 2. 实现基本插件
struct UpperCasePlugin;
impl Plugin for UpperCasePlugin {
fn name(&self) -> &str {
"uppercase_plugin"
}
fn version(&self) -> &str {
"1.0.0"
}
}
impl TextProcessor for UpperCasePlugin {
fn process_text(&self, input: &str) -> String {
input.to_uppercase()
}
}
// 3. 实现带生命周期的插件
struct LoggerPlugin;
impl Plugin for LoggerPlugin {
fn name(&self) -> &str {
"logger_plugin"
}
fn on_load(&self) {
println!("Logger plugin loaded");
}
fn on_unload(&self) {
println!("Logger plugin unloaded");
}
}
// 4. 实现带依赖的插件
struct CompositePlugin;
impl Plugin for CompositePlugin {
fn name(&self) -> &str {
"composite_plugin"
}
fn dependencies(&self) -> Vec<PluginDependency> {
vec![
PluginDependency::new("uppercase_plugin", "1.0.0")
]
}
}
impl TextProcessor for CompositePlugin {
fn process_text(&self, input: &str) -> String {
format!("[Composite] {}", input)
}
}
fn main() {
// 初始化插件管理器
let mut manager = PluginManager::new();
// 注册基本插件
manager.register_plugin(Box::new(UpperCasePlugin));
// 使用基本插件
if let Some(plugin) = manager.get_plugin::<dyn TextProcessor>("uppercase_plugin") {
println!("{}", plugin.process_text("hello")); // 输出: "HELLO"
}
// 注册生命周期插件
manager.register_plugin(Box::new(LoggerPlugin));
// 注册带依赖的插件
if manager.check_dependencies(&CompositePlugin).is_ok() {
manager.register_plugin(Box::new(CompositePlugin));
if let Some(plugin) = manager.get_plugin::<dyn TextProcessor>("composite_plugin") {
println!("{}", plugin.process_text("test")); // 输出: "[Composite] test"
}
}
// 动态加载插件示例
let loader = DynamicPluginLoader::new();
if let Ok(plugin) = loader.load::<dyn TextProcessor>("path/to/text_plugin.so") {
manager.register_plugin(plugin);
}
// 卸载插件
manager.unload_plugin("logger_plugin"); // 会触发on_unload回调
}
cust_core为Rust应用程序提供了强大而灵活的插件系统基础,适用于需要模块化架构的各种场景。