Chromium Command Buffer原理解析

Command Buffer 是支撑 Chromium 多进程硬件加速渲染的核心技术之一。它基于 OpenGLES2.0 定义了一套序列化协议，这套协议规定了所有 OpenGLES2.0 命令的序列化格式，使得应用对 OpenGL 的调用可以被缓存并传输到其他的进程中去执行（GPU进程），从而实现多个进程配合的渲染机制。

1. Command Buffer 命令的序列化

在 CommandBuffer 中共有三类命令，一类是直接对接OpenGLES的命令。例如下面的GL命令：

他们的序列化格式定义为：

可以看到序列化的方式并不复杂，每个命令都有个 CommandId 和 header。header 占用 32 位，高 21 位表示当前命令的长度，低 11 位表示命令的 Id。其他字段表示命令的参数。

第二类命令是 CommandBuffer 自己需要用到的，这类命令称为公共命令（common command，Id<256），比如下面这两个：

这两个命令一个用于创建Bucket，一个用于向Bucket中放数据（关于Bucket后面会讲到）。他们都不是 OpenGL 定义的命令，是 CommandBuffer 为了自己的某种用途而添加的命令。

最后一种命令如下：

可以看到 CommandBuffer 针对 glShaderSource 命令定义了不同的序列化格式，没有一种是按照原本的参数来定义的，这主要是因为 glShaderSource 命令可能会传输比较大的数据（第3个参数），如果直接把数据通过 IPC 传输可能会比较低效，因此方法1将数据存放在了共享内存，然后在命令中保留了对共享内存的引用，方法2是将数据保存在 Bucket，然后在命令中引用了 Bucket。这种处理方式主要是针对那些需要传输大批量数据的GL命令。

2. Command Buffer 命令的自动生成

Command Buffer 提供了三种 GL Context，分别时 GLES Context,Raster Context,WebGPU Context，它们用于不同的目的。GLES Context 用于常规的绘制，Raster Context 用于 Raster，WebGPU Context 用于 WebGPU。

在 gpu/command_buffer/gles2_cmd_buffer_functions.txt 文件中定义了 GLES Context 使用到的 GL 命令，包括 150 多个 OpenGLES2.0 命令，以及由 19 个扩展提供的 230 多个扩展命令，在编译过程中 gpu/command_buffer/build_gles2_cmd_buffer.py 脚本会读取该文件并生成相应的 *_autogen.* 文件。

在 gpu/command_buffer/raster_cmd_buffer_functions.txt 文件中定义了 Raster Context 使用到的 30 多个 GL 命令，它被 gpu/command_buffer/build_raster_cmd_buffer.py 脚本使用来生成相应的 *_autogen.* 文件。

用于 WebGPU Context 的命令定义在 gpu/command_buffer/webgpu_cmd_buffer_functions.txt 中，被脚本 gpu/command_buffer/build_webgpu_cmd_buffer.py 用来生成相关代码。

Command Buffer 通过这些自动生成的代码包装了所有的 GL 调用，然后将这些调用序列化后发送到 GPU 进程去执行。

3. Command Buffer 的架构设计

前面已经提到，Command Buffer 主要是为了解决多进程的渲染问题，因此它在设计上分两个端，分别是 client 端和 service 端。下图反映了 Chromium 中各种进程和 Command Buffer 中两个端的对应关系：

可以看到，Browser和Render进程都是 client 端， GPU 进程是 service 端。client 端负责调用 GL 命令来产生绘制操作，但是这些GL命令并不会真正执行而是被序列化为 Command Buffer 命令，然后通过 IPC 传输到 GPU 进程，GPU 进程负责反序列化 Command Buffer 命令并最终执行 GL 调用。

在 Chromium 的实现中，引入了更多的概念：

• 每个client端和server端之间都通过 IPC channel (IPC::Channel) 通道进行连接。
• 每个 IPC channel 可以有多个调度组（scheduling groups），每个调度组称为一个 stream，每个 stream 有自己的调度优先级。
• 每个 stream 可以承载多个 command buffer。
• 每个 command buffer 都对应一个 GL context，在相同stream中的GL Context都属于同一个share group。
• 每个 command buffer 都包含一系列的 GL 命令。

下图反映了 context,commandbuffer,stream,channel 之间的关系：

下面是 Command Buffer 的模块依赖关系：

content 模块通过调用 GL 或者 Skia 来产生 GL 命令， 然后 Command Buffer client 将这些 GL 命令序列化，然后通过 IPC 传输到了 Command Buffer service 端，service 将命令反序列化然后调用 ui/gl 模块执行真正的 GL 调用。

4. Command Buffer 命令的传输方式

Command Buffer 定义了三种命令传输方式：

1. 命令和命令涉及到的数据都直接放在 Command Buffer 中传输，在多进程模式下 Command Buffer 本身位于共享内存中；
2. 命令放在 Command Buffer 中，数据放在共享内存中，在命令中引用该共享内存；
3. 先使用 SetBucketSize 命令在 service 进程中创建一个足够大的 Bucket，然后将数据的一部分放在共享内存中，然后使用 SetBucketData 命令将该共享内存中的数据放到 service 进程的 Bucket 中，然后再放一部分数据到共享内存，再使用 SetBucketData 命令将数据传输到 service 进程中，循环这个操作直到将所有的数据都放到 service 进程中，最后调用原本的 GL 命令并引用这个 Bucket 的 Id 。Bucket 机制主要用在共享内存不足以存放所有要传输的数据的时候。由于涉及到多次数据从共享内存拷贝到进程空间的操作，因此性能较低。

5. Command Buffer 的具体实现

 6. 总结

Command Buffer 可以用于实现多进程的渲染架构，并且提供全平台支持。可以通过设置 is_component_build=true 来将 Command Buffer 模块编译为动态链接库，从而嵌入到自己的项目中。例如，Skia 项目就提供了对 Command Buffer 的。

7. 参考文献