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Vulkan常见的陷阱

以下是 Vulkan开发过程中经常会遇到的"陷阱"，涵盖了 Vulkan 新手很容易犯的常见错误。

验证层​

在开发过程中，请确保开启 Validation Layers，它是在使用 Vulkan API 时获取错误信息的宝贵工具。参数检查、对象生命周期和线程冲突都是错误检查的一部分。确保验证层已启用的一种方法是检查输出流是否有文本 “Debug Messenger Added” 。更多信息，请参阅 Vulkan SDK 文档。

Vulkan 是一个工具​

在 Vulkan 中，大多数问题的解决方法不止一种，每种方法都有自己的优缺点。很少有“完美”的解决方案，追求寻找一个完美的解决方案往往是徒劳的。遇到问题时，请尝试创建一个满足当前需求且不会过于复杂的解决方案。虽然 Vulkan 规范可能很有用，但它并没有全面描述使用 Vulkan 的最佳实践。请参考一些外部的编程指南、硬件最佳实践指南、教程和文章来获得更多信息。最后，分析各种解决方案后再确定最终使用哪个解决方案。

录制命令缓冲区​

许多早期的 Vulkan 教程和文档建议录制一次命令缓冲区，并尽可能重复使用它。然而，在实际使用中，重用命令缓冲区并没有宣传那样的性能优势，却由于实现的复杂性，增加了开发负担。虽然这似乎有悖常理，因为重用计算数据是一种常见的优化，但管理添加和删除对象的场景以及视锥剔除等技术（会改变每帧的调用的绘制指令）使重用命令缓冲区成为一项严峻的设计挑战。它需要一个缓存方案来管理命令缓冲区并维护它的状态，来确定是否需要以及何时需要重新录制。相反，每帧重新录制新的命令缓冲区可能是一个更好的选择。如果性能存在问题，可以进行多线程录制，并使用辅助命令缓冲区进行可变的绘制调用，例如后处理。

多个管线​

图形VkPipeline包含执行绘制调用所需的状态组合，一个渲染场景会使用不同的着色器、混合模式、顶点布局等，每种可能都需要一个管线。由于创建管线和在绘制调用间切换管线会有性能成本，因此最好仅在需要时创建和切换管道。通过使用各种技术和功能来进一步减少创建和切换，可能会适得其反，因为它增加了复杂性，却不能保证性能收益。大型引擎可能需要，一般场景可能不会成为瓶颈。使用管道缓存可以进一步降低管线创建成本，而无需采用更复杂的方案。

复用每个 Swapchain 的图像资源​

流水线的帧处理是提高性能的常用方法，通过同时渲染多帧，每帧使用自己的所需资源副本，通过消除资源争用来减少延迟。该方案实现需要复制交换链中每个图像所需的资源。问题在于，这会导致必须为每个交换链图像复制一次渲染资源。虽然对于某些资源（如命令缓冲区和信号量）来说可以这么做，但通常不需要与交换链图像进行一对一的复制。Vulkan 有很大的灵活性，让开发者选择适合他们的复制级别。许多资源可能只需要两个副本，例如，统一缓冲区或每帧更新一次的数据，而其他资源可能根本不需要任何复制。

单个队列族多个队列​

一些硬件的每个队列族包含多个VkQueue，将任务提交到同一队列族的多个队列的功能可能会有用途。虽然可能有优势，但创建或使用额外的队列并不一定更好。具体的性能建议，请参阅硬件供应商的最佳实践指南。

描述符集​

Descriptor Sets （描述符集） 旨在按使用情况和更新频率对着色器中使用的数据进行分组。Vulkan 规范要求硬件支持一次使用的描述符集最少4 个，大多数硬件最少支持 8 个。因此在合理的情况下，几乎没有理由不使用多个。

正确的 API 用法​

虽然验证层可以捕获各种错误，但它并不是完美的。以下是一些好的编程习惯和可能的错误来源：

  • 初始化所有变量和结构。
  • 对每个结构使用正确的sType。
  • 验证正确的pNext链使用，在不需要时将其清零。
  • Vulkan 中没有默认值。
  • 使用正确的 enum、 VkFlag和 bitmask 值。
  • 考虑使用类型安全的 Vulkan 包装器，例如适用于 C++ 的 Vulkan.hpp。
  • 检查函数返回值，例如VkResult
  • 在适当的情况下调用 cleanup 函数。