（转）KlayGE游戏引擎 ：高效的GBUFFER管理方式

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个顶点。这样的数据对GPU来说是很头疼的。所以引擎往往需要在Buffer上做一些工作来改善渲染的性能。

由于在目前常见的架构上，CPU和GPU不能同时读写一块内存，CPU在写入数据的时候GPU只能读取另一个地方来渲染。所以一定需要某个机制，来避免这样的冲突。

：Discard

最古老的一个做法就是，自己维护一块内存，每一次需要画东西的时候先放在那块内存中。每一帧用一次discard的方式对GPU buffer做一次map，把数据拷贝进去。这么做很简单，所有复杂的同步都交给驱动去完成。

倍的内存空间，加上自己维护的那块内存，就需要3倍空间。同时，由于空间的申请和释放并不快，每一帧都这么做对性能来说有一定影响。

：No overwrite + Discard

自从图形API支持no overwrite了之后，就出现了一个新方法。不需要自己维护一块内存，而是在每次画东西的时候直接用no overwrite的方式map GPU buffer，把数据放进去。同时，记录下buffer是用了多少。如果已经满了，就用discard来map，抛弃旧有空间。

No overwrite避免CPU/GPU冲突的方式是由程序自己保证，CPU新的填充数据不覆盖到GPU需要用的数据，所以CPU和GPU总是在读写同一块内存的不同区域。这么做并不需要申请新空间，map的性能远高于discard。但是这么做仍会有不少时候会遇到空间满了需要discard。其实很多数据已经被GPU用完，完全可以复用而不必总discard。

更高效的方法：transient

重新考虑一下这个情景，可以发现如果是个CPU程序，需要反复申请和释放很多小块的内存，那么大家都会想到用memory pool。那么为何不把memory pool的思路用到这里来呢？GDC 2012上Don't Throw it all Away: Efficient Buffer Management中的Transient buffer正是如此。不久以前KlayGE的团队成员林胜华实现了ppt中所说的transient buffer，目前UI和文字都已经转成了用这种buffer管理方式。

Transient和思路和memory pool一样，都是基于free list管理一块空间。区别在于，CPU的memory pool，free list就保存在那块空间里，每个item包含了下一个未分配区域的指针。对于GPU buffer来说，平常需要让GPU用来渲染，所以不能处于map状态。所以free list是在CPU端单独维护，而每个item包含的是未分配区域在GPU buffer中的偏移量。通过这样的间接转换，就能在CPU端管理GPU buffer中的空闲非空闲区域了。接口方面，transient buffer和memory pool也非常相似，主要都是Alloc和Dealloc。在Alloc的时候，需要通过no overwrite来map内部的GPU buffer，把数据拷贝进去。因为有free list标记所有空闲区域，所以这时候是可以非常安全地使用no overwrite，而不用担心数据覆盖问题。

帧之后才真正被GPU使用。所以在transient buffer内部还需要维护一个列表，保存每一帧被Dealloc的数据，在3帧之后才真正把它标记成空闲区域。

那么，还剩一个问题是，满了怎么办。一个做法是discard，再把整个区域当作空闲区域。另一个做法是申请一个更大的GPU buffer，把旧的数据拷贝过去，并加长free list。第一种做法如果遇到一次Alloc就需要大于整个buffer空间的情况，还是需要退化到第二种做法。所以目前KlayGE里只实现了第二种。

不支持no overwrite的平台

对于OpenGL 3.0之前而且不支持GL_ARB_map_buffer_range，或者OpenGL ES 3.0之前而且不支持GL_EXT_map_buffer_range的平台，是没有no overwrite的能力的。对于这样的平台，原文没涉及。在KlayGE中，遇到这种情况会在CPU端维护一个和GPU buffer一样大的vector，并在渲染之前通过discard的方式拷贝给真正的GPU buffer。这保证了对上层程序来说，不必考虑no overwrite的支持度。这也是KlayGE的实现对原文的一个扩展。

未来

在目前的D3D11上，也就只能做到这个程度了。如果未来需要进一步加速，在OpenGL上可以考虑用GL_ARB_buffer_storage提供的GL_MAP_PERSISTENT_BIT，做到CPU和GPU同时使用一块Buffer的目的。D3D12改善了这点，也能同时使用，解除了目前的读写冲突。

另一方面，对于particle system那样非常规则地申请和释放内存的情况，原文中还提供了一个叫做Discard-Free Temporary Buffers的方法，来自于StarCraft 2。比transient buffer更适合这种使用模式。在以后我们也会做一些尝试。

 
 



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