/**
 * CUDA API拦截和转发机制实现
 * 来源：GPU 管理相关技术深度解析 - 4.2.1.1 CUDA API 拦截和转发机制
 * 功能：实现用户态GPU资源管理的API拦截
 */

#include <cuda_runtime.h>
#include <cuda.h>
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 内存映射结构
typedef struct {
    void *real_ptr;      // 真实 GPU 内存指针
    void *virtual_ptr;   // 虚拟内存指针
    size_t size;         // 内存大小
    int device_id;       // 设备 ID
} memory_mapping_t;

// 全局内存映射表（实际实现中应使用更复杂的数据结构）
static memory_mapping_t *memory_mappings = NULL;
static size_t mapping_count = 0;
static size_t mapping_capacity = 0;

// 函数声明
static bool check_memory_quota(size_t size);
static cudaError_t real_cudaMalloc(void **devPtr, size_t size);
static void create_memory_mapping(void **virtual_ptr, void *real_ptr, size_t size);
static void remove_memory_mapping(void *virtual_ptr);

// 拦截 CUDA Runtime API - cudaMalloc
cudaError_t cudaMalloc(void **devPtr, size_t size) {
    // 资源管理逻辑
    return virtual_cuda_malloc(devPtr, size);
}

// 拦截 CUDA Driver API - cuMemAlloc
CUresult cuMemAlloc(CUdeviceptr *dptr, size_t bytesize) {
    // 虚拟化处理
    return virtual_cu_mem_alloc(dptr, bytesize);
}

// 虚拟化的 cudaMalloc 实现
cudaError_t virtual_cuda_malloc(void **devPtr, size_t size) {
    void *real_ptr;
    
    // 1. 检查资源配额
    if (!check_memory_quota(size)) {
        return cudaErrorMemoryAllocation;
    }
    
    // 2. 分配真实 GPU 内存
    cudaError_t result = real_cudaMalloc(&real_ptr, size);
    if (result != cudaSuccess) {
        return result;
    }
    
    // 3. 建立虚拟映射
    create_memory_mapping(devPtr, real_ptr, size);
    
    return cudaSuccess;
}

// 虚拟化的 cuMemAlloc 实现
CUresult virtual_cu_mem_alloc(CUdeviceptr *dptr, size_t bytesize) {
    void *real_ptr;
    
    // 检查资源配额
    if (!check_memory_quota(bytesize)) {
        return CUDA_ERROR_OUT_OF_MEMORY;
    }
    
    // 调用真实的内存分配
    CUresult result = cuMemAlloc_v2(dptr, bytesize);
    if (result != CUDA_SUCCESS) {
        return result;
    }
    
    // 建立映射关系
    create_memory_mapping((void**)dptr, (void*)*dptr, bytesize);
    
    return CUDA_SUCCESS;
}

// 拦截 cudaFree
cudaError_t cudaFree(void *devPtr) {
    // 查找映射关系
    for (size_t i = 0; i < mapping_count; i++) {
        if (memory_mappings[i].virtual_ptr == devPtr) {
            // 释放真实内存
            cudaError_t result = real_cudaFree(memory_mappings[i].real_ptr);
            
            // 移除映射
            remove_memory_mapping(devPtr);
            
            return result;
        }
    }
    
    return cudaErrorInvalidValue;
}

// 全局内存使用统计
static size_t allocated_memory = 0;
static const size_t memory_limit = 1024 * 1024 * 1024; // 1GB限制
static const size_t max_mappings = 10000; // 最大映射数量限制

// 检查内存配额
static bool check_memory_quota(size_t size) {
    // 检查映射表容量
    if (mapping_count >= max_mappings) {
        printf("Error: Maximum memory mappings limit reached\n");
        return false;
    }
    
    // 检查内存配额
    if (allocated_memory + size > memory_limit) {
        printf("Error: Memory quota exceeded (requested: %zu, available: %zu)\n", 
               size, memory_limit - allocated_memory);
        return false;
    }
    
    return true;
}

// 调用真实的 cudaMalloc
static cudaError_t real_cudaMalloc(void **devPtr, size_t size) {
    // 这里应该调用原始的 CUDA API
    // 实际实现中需要动态加载原始库
    return cudaSuccess; // 占位符
}

// 调用真实的 cudaFree
static cudaError_t real_cudaFree(void *devPtr) {
    // 调用原始的 cudaFree
    return cudaSuccess; // 占位符
}

// 创建内存映射
static void create_memory_mapping(void **virtual_ptr, void *real_ptr, size_t size) {
    // 检查容量限制
    if (mapping_count >= max_mappings) {
        printf("Error: Cannot create mapping, limit reached\n");
        *virtual_ptr = NULL;
        return;
    }
    
    // 扩展映射表容量（有上限保护）
    if (mapping_count >= mapping_capacity) {
        size_t new_capacity = mapping_capacity ? mapping_capacity * 2 : 16;
        if (new_capacity > max_mappings) {
            new_capacity = max_mappings;
        }
        
        memory_mapping_t *new_mappings = realloc(memory_mappings, 
                                                new_capacity * sizeof(memory_mapping_t));
        if (!new_mappings) {
            printf("Error: Failed to expand mapping table\n");
            *virtual_ptr = NULL;
            return;
        }
        
        memory_mappings = new_mappings;
        mapping_capacity = new_capacity;
    }
    
    // 添加新映射
    memory_mappings[mapping_count].real_ptr = real_ptr;
    memory_mappings[mapping_count].virtual_ptr = real_ptr; // 简化实现
    memory_mappings[mapping_count].size = size;
    memory_mappings[mapping_count].device_id = 0; // 默认设备
    
    // 更新内存使用统计
    allocated_memory += size;
    
    *virtual_ptr = real_ptr;
    mapping_count++;
    
    printf("Memory mapping created: %zu bytes (total: %zu/%zu)\n", 
           size, allocated_memory, memory_limit);
}

// 移除内存映射
static void remove_memory_mapping(void *virtual_ptr) {
    for (size_t i = 0; i < mapping_count; i++) {
        if (memory_mappings[i].virtual_ptr == virtual_ptr) {
            // 更新内存使用统计
            allocated_memory -= memory_mappings[i].size;
            
            printf("Memory mapping removed: %zu bytes (remaining: %zu/%zu)\n", 
                   memory_mappings[i].size, allocated_memory, memory_limit);
            
            // 移动后续元素
            memmove(&memory_mappings[i], &memory_mappings[i + 1],
                   (mapping_count - i - 1) * sizeof(memory_mapping_t));
            mapping_count--;
            break;
        }
    }
}