Vulkan 学习(6)---- vkBuffer 创建

Overview

Vulkan中的缓存资源通过VkBuffer对象来表示，是一种用于存储通用数据的资源，可以用来存储顶点数据，索引数据，Uniforms 数据块等
VkBuffer 表示的是一个线性内存块，这说明它的内存布局是连续的，类似于数组，这种布局适合存储顺序访问的数据，比如 顶点数据和索引数据，也支持随机访问

VkBuffer 创建

创建 VkBuffer 时，可以通过设置 VkBufferCreateInfo 不同的 usage 标志来指定 VkBuffer 的用途
vkCreateBuffer 的函数原型是：

VKAPI_ATTR VkResult VKAPI_CALL vkCreateBuffer(
    VkDevice                                    device,
    const VkBufferCreateInfo*                   pCreateInfo,
    const VkAllocationCallbacks*                pAllocator,
    VkBuffer*                                   pBuffer);

其中的关键配置信息是pCreateInfo，其类型VkBufferCreateInfo定义如下：

typedef struct VkBufferCreateInfo {
    VkStructureType        sType; // 必须为 VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO
    const void*            pNext; // nullptr
    VkBufferCreateFlags    flags; // 0
    VkDeviceSize           size; // 缓存大小，单位为字节
    VkBufferUsageFlags     usage; // usage ,important
    VkSharingMode          sharingMode; // 缓存的共享模式
    uint32_t               queueFamilyIndexCount; // 指定 pQueueFamilyIndices 数组中元素数量
    const uint32_t*        pQueueFamilyIndices;// 指定将会访问该缓存的设备队列
} VkBufferCreateInfo;

其中需要重点关注的是 VkBufferUsageFlags，定义如下：

typedef enum VkBufferUsageFlagBits {
    VK_BUFFER_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT = 0x00000001,
    VK_BUFFER_USAGE_TRANSFER_DST_BIT = 0x00000002,
    VK_BUFFER_USAGE_UNIFORM_TEXEL_BUFFER_BIT = 0x00000004,
    VK_BUFFER_USAGE_STORAGE_TEXEL_BUFFER_BIT = 0x00000008,
    VK_BUFFER_USAGE_UNIFORM_BUFFER_BIT = 0x00000010,
    VK_BUFFER_USAGE_STORAGE_BUFFER_BIT = 0x00000020,
    VK_BUFFER_USAGE_INDEX_BUFFER_BIT = 0x00000040,
    VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT = 0x00000080,
    VK_BUFFER_USAGE_INDIRECT_BUFFER_BIT = 0x00000100,
}

• VK_BUFFER_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT 该缓存用于数据传输的数据源
• VK_BUFFER_USAGE_TRANSFER_DST_BIT 该缓存用于数据传输的目的数据
• VK_BUFFER_USAGE_UNIFORM_TEXEL_BUFFER_BIT 该缓存用于传输统一纹理像素
• VK_BUFFER_USAGE_STORAGE_TEXEL_BUFFER_BIT 该缓存用于保存纹理像素数据
• VK_BUFFER_USAGE_UNIFORM_BUFFER_BIT 该缓存用于传输任意统一数据
• VK_BUFFER_USAGE_STORAGE_BUFFER_BIT 该缓存用于存储任意格式数据。用于设备读取和存
• VK_BUFFER_USAGE_INDEX_BUFFER_BIT 该缓存用于存储整型索引数据
• VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT该缓存用于存储具有相同结构的顶点数据
• VK_BUFFER_USAGE_INDIRECT_BUFFER_BIT 该缓存用于间接数据。用于存储指令参数，设备可一次性读取这些参数

资源共享类型 vkSharingMode

typedef enum VkSharingMode {
    VK_SHARING_MODE_EXCLUSIVE = 0,
    VK_SHARING_MODE_CONCURRENT = 1,
    VK_SHARING_MODE_MAX_ENUM = 0x7FFFFFFF
} VkSharingMode;

• VK_SHARING_MODE_EXCLUSIVE 设备队列独享资源，该资源一次只能被一种设备队列族中的队列访问

• VK_SHARING_MODE_CONCURRENT 设备队列共享资源，该资源只能一次被多种设备队列族中的队列访问

需要注意的是，在Vulkan中创建的所有资源(VkBuffer, VkImage等)都是虚资源
也就是说，创建的资源只是占用了一个位置，创建了一个句柄，并没有对应存储资源数据的内存，后续要通过 vkBindBufferMemory 将资源绑定到相应的设备内存 VkDeviceMemory，所以数据实际存储在设备内存
一旦设备内存绑定到一个资源对象(VkBuffer, VkImage)上，这个内存绑定就不能再次改变了

VkBufferRequirement 查询

在设备内存绑定到资源上之前，需要确定使用什么类型的内存，以及资源需要多少内存
这个时候，可以使用vkGetBufferMemoryRequirements获取缓冲区的内存需求，包括内存大小，对齐要求以及适合的内存类型，注意此API 是查询已经创建的 VkBuffer 的信息

vkGetBufferMemoryRequirements 的函数原型:

VKAPI_ATTR void VKAPI_CALL vkGetBufferMemoryRequirements(
    VkDevice                                    device,
    VkBuffer                                    buffer,
    VkMemoryRequirements*                       pMemoryRequirements);

其中的 VkMemoryRequirements 包含了缓冲区的内存需求信息：

typedef struct VkMemoryRequirements {
    VkDeviceSize    size; // 缓冲区所需的内存大小(以自己为单位)
    VkDeviceSize    alignment; // 缓冲区的内存对齐要求
    uint32_t        memoryTypeBits; // 缓冲区的可用内存类型掩码和 枚举内存信息的flag 匹配
} VkMemoryRequirements;

参考代码实现如下：

uint32_t vulkanBasicDemo::findMemoryType(uint32_t typeFilter, VkMemoryPropertyFlags properties) {
    VkPhysicalDeviceMemoryProperties memProperties;
    vkGetPhysicalDeviceMemoryProperties(physicalDevice, &memProperties);

    for (uint32_t i = 0; i < memProperties.memoryTypeCount; i++) {
        if ((typeFilter & (1 << i)) && (memProperties.memoryTypes[i].propertyFlags & properties) == properties) {
            return i;
        }
    }

    throw std::runtime_error("failed to find suitable memory type!");
}

void vulkanBasicDemo::vulkanCreateVulkanBuffer() {
    // 顶点数据的vector
    std::vector<float> vertices = {
        1.0f,  1.0f, 0.0f,
        1.0f,  1.0f, 0.0f,
        1.0f, -1.0f, 0.0f,
        1.0f, -1.0f, 0.0f,
    };

    // 创建 VkBuffer 用于存储顶点数据
    VkBufferCreateInfo bufferInfo = {};
    bufferInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO;
    bufferInfo.pNext = nullptr;
    bufferInfo.flags = 0;
    bufferInfo.size = sizeof(vertices); // 设置缓冲区大小
    bufferInfo.usage = VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT; // 设置缓冲区用途 USAGE_VERTEX_BUFFER
    bufferInfo.sharingMode = VK_SHARING_MODE_EXCLUSIVE; // 共享模式
    bufferInfo.queueFamilyIndexCount = 1;
    bufferInfo.pQueueFamilyIndices = &graphicsQueueFamilyIndex;//设备队列索引
    VkBuffer vertexBuffer;
    if (vkCreateBuffer(device, &bufferInfo, nullptr, &vertexBuffer) != VK_SUCCESS) {
        throw std::runtime_error("failed to create vertex buffer!");
    }
    std::cout << "Create VkBuffer Success!!" << std::endl;


    // 获取内存需求, 包含 Vulkan 内存对齐信息，以及内存对齐之后，内存的 size\memoryTypeBits
    VkMemoryRequirements memRequirements;
    vkGetBufferMemoryRequirements(device, vertexBuffer, &memRequirements);

    // 分配设备内存
    VkMemoryAllocateInfo allocInfo = {};
    allocInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_MEMORY_ALLOCATE_INFO;
    allocInfo.allocationSize = memRequirements.size;
    // 获取到对CPU可见且自动同步的设备内存类型
    allocInfo.memoryTypeIndex = findMemoryType(memRequirements.memoryTypeBits,
        VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_COHERENT_BIT);

    VkDeviceMemory vertexBufferMemory;
    if (vkAllocateMemory(device, &allocInfo, nullptr, &vertexBufferMemory) != VK_SUCCESS) {
        throw std::runtime_error("failed to allocate vertex buffer memory!");
    }

    // 绑定内存
    vkBindBufferMemory(device, vertexBuffer, vertexBufferMemory, 0);
    std::cout << "VkBuffer Bind Memory Success!!" << std::endl;

    // 内存映射，填充数据
    void* data;
    vkMapMemory(device, vertexBufferMemory, 0, bufferInfo.size, 0, &data);//获取设备内存映射的内存地址
    memcpy(data, vertices.data(), (size_t)bufferInfo.size);//将顶点数据拷贝到设备内存映射的内存地址

    // 内存解映射
    vkUnmapMemory(device, vertexBufferMemory);
}