Оптимізація роботи з буферами у Vulkan через ефективну синхронізацію

6 Березня 2024 в 21:54 36

Глибоке розуміння механізмів синхронізації у Vulkan є критично важливим для розробки високопродуктивних графічних додатків. Vulkan, сучасний графічний API, надає розробникам детальний контроль над графічними операціями та управлінням пам’яттю, але це також накладає додаткову відповідальність за правильну синхронізацію ресурсів і команд. Розглянемо детальніше, як можна ефективно синхронізувати команди для операцій з буферами, зокрема при переході розкладок образів та копіюванні даних між ними без зайвих затримок.

Задача синхронізації команд у Vulkan стає особливо актуальною, коли мова йде про часті та вимогливі до ресурсів операції, такі як перехід між розкладками образів буфера та копіювання даних. Vulkan не забезпечує автоматичного управління залежностями між командами, тому розробник повинен явно вказати, як і коли різні операції повинні бути синхронізовані.

Розглянемо наступний сценарій: ми маємо два образи буфера, для яких необхідно здійснити перехід розкладок, а потім скопіювати дані з одного в інший. Цей процес потрібно виконувати часто та ефективно, без залучення операцій, що спричиняють затримки, таких як Idle або Fence. Для цього можна використовувати дві подачі командних буферів з використанням одного семафора для синхронізації між ними.

Image stagingImage;
Image image;
CommandBuffer cb1;
cb1.TransitionLayout(stagingImage, vk::ImageLayout::eTransferSrcOptimal);
cb1.TransitionLayout(image, vk::ImageLayout::eTransferDstOptimal);
CommandBuffer cb2;
cb2.copyImage(stagingImage.image, stagingImage.imageLayout, image->image, image->imageLayout, __region__);
Queue transferQueue;
vk::Semaphore semaphore;
vk::SubmitInfo submitInfo1({}, {}, cb1, signalSemaphores: { semaphore });
transferQueue.submit(submitInfo1);
// Синхронізація переходу розкладок перед копіюванням
vk::SubmitInfo submitInfo2(waitSemaphores: { semaphore }, waitStages: { VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT }, cb2, {});
transferQueue.submit(submitInfo2);

Image stagingImage;

Image image;

CommandBuffer cb1;

cb1.TransitionLayout(stagingImage, vk::ImageLayout::eTransferSrcOptimal);

cb1.TransitionLayout(image, vk::ImageLayout::eTransferDstOptimal);

CommandBuffer cb2;

cb2.copyImage(stagingImage.image, stagingImage.imageLayout, image->image, image->imageLayout, __region__);

Queue transferQueue;

vk::Semaphore semaphore;

vk::SubmitInfo submitInfo1({}, {}, cb1, signalSemaphores: { semaphore });

transferQueue.submit(submitInfo1);

// Синхронізація переходу розкладок перед копіюванням

vk::SubmitInfo submitInfo2(waitSemaphores: { semaphore }, waitStages: { VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT }, cb2, {});

transferQueue.submit(submitInfo2);

Такий підхід дозволяє домогтися необхідної синхронізації без введення затримок, що є критично важливим для високопродуктивних додатків, які регулярно виконують подібні операції. Використання семафора дозволяє контролювати порядок виконання командних буферів, забезпечуючи, що копіювання даних не почнеться, доки не буде завершено перехід розкладок образів буфера.

Додатково, для операції копіювання можна створити окремий паркан (fence), який дозволить періодично перевіряти завершення операції та відповідно управляти життєвим циклом буфера staging. Це особливо важливо, коли буфер staging використовується для тимчасового зберігання даних і повинен бути видалений після завершення операцій з ним.

Щодо бар’єрів пам’яті, Vulkan дозволяє розробникам детально керувати видимістю та доступністю ресурсів між різними операціями. У нашому сценарії, якщо всі команди працюють в одній стадії конвеєра (VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT), додаткове встановлення бар’єрів може бути не потрібним. Проте, якщо операції потрібно синхронізувати між різними стадіями конвеєра або з іншими типами ресурсів, використання бар’єрів пам’яті стає обов’язковим.

Узагальнюючи, використання семафорів та парканів у Vulkan для синхронізації між командними буферами дозволяє розробникам ефективно управляти переходами розкладок і копіюванням образів, при цьому мінімізуючи затримки та забезпечуючи високу продуктивність додатків. Правильне застосування механізмів синхронізації є ключем до успіху у створенні ефективних та надійних графічних рішень на основі Vulkan.