vulkanscenegraph显示倾斜模型(6.4)-多线程下的记录与提交

前言

        上章深入分析了帧循环中呈现阶段的具体实现。本章将分析多线程下的记录与提交，进一步剖析vsg帧循环过程中的同步机制，并揭露信号量(VkSemaphore)和围栏(VkFence)以及vsg::FrameBlock与vsg::Barrier在其中的作用。

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目录

• 1 信号量(VkSemaphore)、栅栏(VkFence)、vsg::FrameBlock与vsg::Barrier
• 2 多线程记录与提交

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1 信号量(VkSemaphore)、围栏(VkFence)与vsg::FrameBlock、vsg::Barrier

        vsg::Semaphore封装了VkSaphore，用于将vulkan命令的完成与其他vulkan命令提交的开始同步，为GPU内部的同步；vsg::Fence封装了vkFence，用于同步Vulkan命令提交到队列的完成情况，用于应用程序(CPU端)与Vulkan命令提交到队列的完成情况(GPU端)的同步；vsg::FrameBlock提供了一种机制，用于同步等待新帧开始的线程；vsg::Barrier提供了一种同步多个线程的方法，一旦指定数量的线程加入Barrier，这些线程就会一起释放。

1.1 vsg::Semaphore

Semaphore::Semaphore(Device* device, VkPipelineStageFlags pipelineStageFlags, void* pNextCreateInfo) :
    _pipelineStageFlags(pipelineStageFlags),
    _device(device)
{
    VkSemaphoreCreateInfo semaphoreInfo = {};
    semaphoreInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_SEMAPHORE_CREATE_INFO;
    semaphoreInfo.pNext = pNextCreateInfo;

    VkResult result = vkCreateSemaphore(*device, &semaphoreInfo, _device->getAllocationCallbacks(), &_semaphore);
    if (result != VK_SUCCESS)
    {
        throw Exception{"Error: Failed to create semaphore.", result};
    }
}

        vsg::Semaphore构造函数使用vkCreateSemaphore创建信号量VkSemaphore，信号量的创建与某一逻辑设备绑定，即信号量可用于GPU内部同一队列或同一逻辑设备的不同队列间的同步。

Semaphore::~Semaphore()
{
    if (_semaphore)
    {
        vkDestroySemaphore(*_device, _semaphore, _device->getAllocationCallbacks());
    }
}

        vsg::Semaphore析构函数使用vkDestroySemaphore释放信号量VkSemaphore。

1.2 vsg::Fence

        vsg::Fence构造函数使用vkCreateFence创建VkFence，围栏的创建与某一逻辑设备绑定。

Fence::Fence(Device* device, VkFenceCreateFlags flags) :
    _device(device)
{
    VkFenceCreateInfo createFenceInfo = {};
    createFenceInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_FENCE_CREATE_INFO;
    createFenceInfo.flags = flags;
    createFenceInfo.pNext = nullptr;

    if (VkResult result = vkCreateFence(*device, &createFenceInfo, _device->getAllocationCallbacks(), &_vkFence); result != VK_SUCCESS)
    {
        throw Exception{"Error: Failed to create Fence.", result};
    }
}

         vsg::Fence析构函数使用vkDestroyFence释放围栏。

Fence::~Fence()
{
    if (_vkFence)
    {
        vkDestroyFence(*_device, _vkFence, _device->getAllocationCallbacks());
    }
}

       vsg::Fence在应用层(CPU端)的使用通过调用wait函数，其通过封装vkWaitForFences实现。

VkResult Fence::wait(uint64_t timeout) const
{
    return vkWaitForFences(*_device, 1, &_vkFence, VK_TRUE, timeout);
}

       vsg::Fence在GPU端使用时，需重置为无信号状态，否则可能会导致应用层调用vkWaitForFences卡死。

VkResult Fence::reset() const
{
    return vkResetFences(*_device, 1, &_vkFence);
}

     

1.3 vsg::FrameBlock

        vsg::FrameBlock提供了一种机制，用于同步等待新帧开始的线程。

        std::mutex _mutex;
        std::condition_variable _cv;
        ref_ptr<FrameStamp> _value;
        ref_ptr<ActivityStatus> _status;

        上述代码为vsg::FrameBlock的成员变量，其通过对std::mutex和std::condition_variable的封装实现了一种针对vsg::FrameStamp是否变化的阻塞能力，即同步所有等待新帧开始的线程，而变量_status(vsg::ActivityStatus类型)用于标记vsg::FrameBlock的阻塞能力是否有效。

        bool wait_for_change(ref_ptr<FrameStamp>& value)
        {
            std::unique_lock lock(_mutex);
            while (_value == value && _status->active())
            {
                _cv.wait(lock);
            }

            value = _value;
            return _status->active();
        }

        通过调用wait_for_change接口，当传入的vsg::FrameStamp对象与已有的一致时，阻塞应用程序所在线程。