Vulkan - 同步访问单个缓冲区

Question

当多个帧在运行时，在 Vulkan 中同步访问单个缓冲区的最佳方法是什么？

我是 Vulkan 的新手，但我发现同步是最难理解的部分。我浏览了 Vulkan 规范、同步示例 (https://github.com/KhronosGroup/Vulkan-Docs/wiki/Synchronization-Examples)、Vulkan 教程 (https://vulkan-tutorial.com/) 以及一堆 Stack Overflow 帖子。不过，我仍然不确定我是否真的“明白”了。

为了帮助我学习，我正在尝试编写以下代码：

• 如 Vulkan 教程 (https://vulkan-tutorial.com/Drawing_a_triangle/Drawing/Rendering_and_presentation#page_Frames_in_flight) 中所述，拥有多个正在运行的帧。
• 从单个存储缓冲区读取顶点着色器。
• 通过主机本地和主机一致的“暂存缓冲区”，每帧使用新数据更新部分存储缓冲区。
• 将有多个暂存缓冲区 - 一个用于每个正在运行的帧。

我认为第 N 帧的命令缓冲区（0

// Many parameters omitted for brevity
vkCmdCopyBuffer(commandBuffer[N], stagingBuffer[N], storageBuffer, ...);

VkMemoryBarrier barrier = {0};
barrier.srcAccessMask = VK_ACCESS_TRANSFER_WRITE_BIT;
barrier.dstAccessMask = VK_ACCESS_SHADER_READ_BIT;

vkCmdPipelineBarrier(
    commandBuffer[N],
    VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT,
    VK_PIPELINE_STAGE_VERTEX_SHADER_BIT,
    0,
    1,
    &barrier,
    ...
);

// begin render pass
// drawing commands
// end render pass
    
vkCmdPipelineBarrier(
    commandBuffer[N],
    VK_PIPELINE_STAGE_VERTEX_SHADER_BIT,
    VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT,
    0,
    0,
    NULL,
    ...
);

我认为需要第一个管道屏障来防止 GPU 允许顶点着色器在存储缓冲区更新时读取它。

我认为需要第二个管道屏障来防止执行下一帧的vkCmdCopyBuffers 命令，直到前一帧的顶点着色器完成读取存储缓冲区。我的理解是这里不需要内存屏障，因为这是一个“战争危险”（https://github.com/KhronosGroup/Vulkan-Docs/wiki/Synchronization-Examples#first-draw-samples-a-texture-in-the-fragment-shader-second-draw-writes-to-that-texture-as-a-color-attachment）。

我的建议正确吗？还是我误解了什么？

注意：我知道我在上面采用的方法（即使正确）可能不是最好的 - 例如或许为每个运行中的帧提供 N 个存储缓冲区会提供更好的性能。不过，我希望在继续之前先了解同步。

感谢 Vulkan 大师提供的任何帮助！

Answer 1

教程章节的重点是说 Hello 不是一个“真正的”应用程序。你好可以有无限数量的帧在进行中。但这不是在“真实”应用中会发生的事情。

驱动程序和层可能会在栅栏上进行清理，这意味着东西不再在飞行中。如果从来没有这样的同步，元数据可能会堆积起来。

您可能会在“真实”应用中频繁更新数据，这意味着会频繁进行此类同步。此外，您将控制延迟，这意味着您将没有 N 个暂存缓冲区（如您所建议的那样） - 如果尚未使用先前的每帧数据，那么不建议更新新的数据。当它们真正被使用时，它们已经太老了。再说一次，如果它不是一个交互式应用程序（例如渲染电影），它可能是有意义的。

话虽如此，在飞行中拥有框架本身并不是一个理想的特性。不过，最好让 GPU 和 CPU 始终处于忙碌状态（假设有工作量要完成）。这意味着队列中的每个工作都可以在完成当前工作后立即选择。

您的管道障碍似乎足以同步storageBuffer。尽管在某些情况下，使用专用传输队列可能更可取（这意味着不同的同步方案）。并且最好使用等效的外部子通道依赖项。

stagingBuffer 需要与主机和设备域同步。

如前所述，stagingBuffers 中可能没有 N 个。如果您要更新新的每帧数据，理想情况下旧数据应该已经处理（可以通过栅栏检查）。

您将stagingBuffer 定义为连贯的，因此您无需在主机上执行任何操作，只需写入映射指针即可。 如果之后调用vkQueueSubmit，那么所有这些写入都将通过主机写入顺序保证隐式同步。

您还必须确保主机不会在设备仍在读取内存时开始写入内存。在这些写入之前应该有某种 Fence 等待。