Open GL + 无限循环导致神秘的性能下降

Question

我正在开发一个模拟器作为一个附带/有趣的项目，但我遇到了一些性能问题并且无法弄清楚它们来自哪里。

应用程序主要由一个用于显示的 GLKView 和一个用于 cpu 仿真的无限循环的单独线程组成。这是一个示例，其中取出了仍然显示问题的所有实际仿真代码：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    GLKView *glView = [[GLKView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];
    glView.delegate = self;
    glView.context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
    [EAGLContext setCurrentContext:glView.context];
    [self.view addSubview:glView];
    glView.enableSetNeedsDisplay = NO;
    CADisplayLink* displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:glView selector:@selector(display)];
    [displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

     dispatch_get_main_queue(), ^{
        dispatch_async(dispatch_queue_create("yeah", DISPATCH_QUEUE_SERIAL), ^{
            CFTimeInterval lastTime = 0;
            CFTimeInterval time = 0;
            int instructions = 0;
            while(1) {
                // here be cpu emulation
                if (lastTime == 0) {
                    lastTime = CACurrentMediaTime();
                } else {
                    CFTimeInterval newTime = CACurrentMediaTime();
                    time += newTime - lastTime;
                    lastTime = newTime;
                }
                if (++instructions == 1000) {
                    printf("%f\n", 1/(time * 1000));
                    time = 0;
                    instructions = 0;
                }
            }
        });
}
- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect
{
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    // Here be graphics
}

@end

像这样，无限循环基本上只是计算它的迭代次数并以 MHz 为单位打印出它的频率。

所以，问题是，当应用程序启动时，循环运行在大约 9-15 MHz（在 iPhone6 上），如果我查看 Xcode 调试导航器中的 GPU 报告，我可以看到 CPU 帧时间为 0.2ms 然后，运行几秒钟后，循环下降到 1-5 MHz，CPU 帧时间增加到 0.6ms

如果我禁用 GLKView 更新，那么循环永远不会变慢

我也尝试使用不同的线程 API（gdc、NSThread、pthread），但这似乎没有任何影响

我的问题是，我在某处做错了吗？这只是 GLKView 没有完全初始化几秒钟的情况，因此使用的 cpu 比正常情况少，我得到了速度提升？ 我可以通过其他方式构造代码以在循环中获得最大性能吗？

更新 我做了一些更多的测试，并注意到使用 CAEAGLLayer 而不是 GLKView 时也存在问题，而且它不会在模拟器上发生，仅在设备上发生。 我还尝试使用带有 NSOpenGLView 的 OS X 应用程序，但它也没有发生......

更新 2 我尝试在一段时间后而不是立即启动线程，如果延迟大于通常发生下降所需的时间，则线程启动速度已经减慢......不太确定该怎么做......

金属更新 我尝试使用 Metal 而不是 OpenGL，使用 Xcode 中的简单库存模板，它也正在发生...

Answer 1

操作系统可以降低 CPU 频率以减少能耗/节省电池。如果你的线程没有使用太多的 CPU 能力，那么操作系统会认为现在是降低频率的好时机。另一方面，在台式计算机上，还有许多其他线程/进程正在运行（并且阈值可能非常不同），这可能就是它似乎在模拟器/桌面应用程序中工作的原因。

检测到您的线程没有消耗太多 CPU 时间的原因可能有多种。一个是您调用 printf，并且内部可能有某种锁使您的线程等待（CACurrentMediaTime 也可能）。另一个可能与 GLKView 更新有关，虽然我不确定如何。

Answer 2

所以，我仍然没有弄清楚为什么会发生这种情况，但我设法找到了一种解决方法，使用由 CGBitmapContext 支持的 CALayer 而不是使用 OpenGL，灵感来自 https://github.com/lmmenge/MeSNEmu，

@interface GraphicLayer : CALayer
{
    CGContextRef _context;
}
@end

@implementation GraphicLayer

-(id)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
        _context = CGBitmapContextCreate(NULL, 418, 263, 8, 418 * 4, colorSpace, (CGBitmapInfo)kCGImageAlphaPremultipliedLast);
        CFRelease(colorSpace);
    }
    return self;
}

- (void)display
{
    CGImageRef CGImage = CGBitmapContextCreateImage(_context);
    self.contents = (__bridge id)(CGImage);
    CGImageRelease(CGImage);
}

@end

@interface GraphicView : UIView
@end

@implementation GraphicView

+ (Class)layerClass
{
    return [GraphicLayer class];
}

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
}

@end

使用这个循环不会减慢（要么有一个无限循环，要么在每一帧上执行一堆操作），但我不完全确定为什么......