物理设备与队列族

原文链接：https://kylemayes.github.io/vulkanalia/setup/physical_devices_and_queue_families.html

Commit Hash: ceb4a3fc6d8ca565af4f8679c4889bcad7941338

本章代码：main.rs

在通过 Instance 初始化 Vulkan 库之后，我们需要在系统中选择一个支持我们所需功能的图形处理器。事实上，我们可以选择任意多个图形处理器，并同时使用它们，不过在本教程中我们只会选择第一个满足我们需求的图形处理器。

我们会添加一个 pick_physical_device 函数，用来枚举并选择图形处理器，然后将图形处理器及其相关信息存储在 AppData 中。这个函数及其调用的函数会使用一个自定义的错误类型（SuitabilityError）来表示物理设备不满足应用程序的需求。这个错误类型会使用 thiserror crate 来自动实现错误类型需要的所有的样板代码。

use thiserror::Error;

impl App {
    unsafe fn create(window: &Window) -> Result<Self> {
        // ...
        pick_physical_device(&instance, &mut data)?;
        Ok(Self { entry, instance, data })
    }
}

#[derive(Debug, Error)]
#[error("Missing {0}.")]
pub struct SuitabilityError(pub &'static str);

unsafe fn pick_physical_device(instance: &Instance, data: &mut AppData) -> Result<()> {
    Ok(())
}

被选中的物理设备会被存储在我们刚添加到 AppData 结构体的 vk::PhysicalDevice 句柄中。当 Instance 被销毁时，这个对象也会被隐式销毁，所以我们不需要在 App::destroy 方法中做任何额外的工作。

struct AppData {
    // ...
    physical_device: vk::PhysicalDevice,
}

设备的适用性

我们需要一种方法来确定一个物理设备是否符合我们的需求。我们会创建一个用来检测设备适用性的函数，如果我们传给这个函数的物理设备不能完全支持我们需要的功能，那么这个函数会返回一个 SuitabilityError 错误：

unsafe fn check_physical_device(
    instance: &Instance,
    data: &AppData,
    physical_device: vk::PhysicalDevice,
) -> Result<()> {
    Ok(())
}

要评估一个物理设备是否满足我们的需求，我们需要从设备中查询一些详细信息。设备的名称、类型和支持的 Vulkan 版本等基本信息可以使用 get_physical_device_properties 查询：

let properties = instance
    .get_physical_device_properties(physical_device);

设备对可选特性，例如纹理压缩、64 位浮点类型和多视口渲染（在 VR 中很有用）的支持则可以使用 get_physical_device_features 查询：

let features = instance
    .get_physical_device_features(physical_device);

我们会在讨论设备内存和队列族（见下一节）的时候再讨论更多可以查询的设备细节。

举个例子，假设我们的应用程序只能在支持几何着色器（geometry shader）的独立显卡上运行。那么 check_physical_device 函数可能如下所示：

unsafe fn check_physical_device(
    instance: &Instance,
    data: &AppData,
    physical_device: vk::PhysicalDevice,
) -> Result<()> {
    let properties = instance.get_physical_device_properties(physical_device);
    if properties.device_type != vk::PhysicalDeviceType::DISCRETE_GPU {
        return Err(anyhow!(SuitabilityError("Only discrete GPUs are supported.")));
    }

    let features = instance.get_physical_device_features(physical_device);
    if features.geometry_shader != vk::TRUE {
        return Err(anyhow!(SuitabilityError("Missing geometry shader support.")));
    }

    Ok(())
}

相比于直接选择第一个合适的设备，你也可以给每个设备评分，然后选择得分最高的那个。这样你就可以通过给独立显卡一个更高的分数来优先选择独立显卡，但是如果只有集成显卡可用，就回退到集成显卡。你也可以直接显示设备的名称，然后让用户自行选择。

接下来，我们会讨论第一个我们真正需要的功能。

队列族

之前已经介绍过，在 Vulkan 中进行任何操作（从绘制到纹理上传）基本都要将指令提交到队列。不同的队列族能够产生不同种类的队列，而每个队列族都只支持一部分指令。例如，一个队列族可能只允许处理计算指令，或者只允许处理内存传输相关的指令。

我们需要查询设备支持的队列族，并且找到一个支持我们所需指令的队列族。为此，我们添加一个新的结构体 QueueFamilyIndices 来存储我们需要的队列族的索引。

现在，我们只要找到一个支持图形指令的队列族就好了，那么 QueueFamilyIndices 结构体和它的 impl 块看起来就像这样：

#[derive(Copy, Clone, Debug)]
struct QueueFamilyIndices {
    graphics: u32,
}

impl QueueFamilyIndices {
    unsafe fn get(
        instance: &Instance,
        data: &AppData,
        physical_device: vk::PhysicalDevice,
    ) -> Result<Self> {
        let properties = instance
            .get_physical_device_queue_family_properties(physical_device);

        let graphics = properties
            .iter()
            .position(|p| p.queue_flags.contains(vk::QueueFlags::GRAPHICS))
            .map(|i| i as u32);

        if let Some(graphics) = graphics {
            Ok(Self { graphics })
        } else {
            Err(anyhow!(SuitabilityError("Missing required queue families.")))
        }
    }
}

get_physical_device_queue_familiy_properties 返回的队列属性包含了许多关于物理设备支持的队列族的细节，包括队列族支持的操作类型，以及基于这个队列族能创建多少队列。这里我们要找到第一个支持图形操作的队列族，这个队列族的标志是 vk::QueueFlags::GRAPHICS。

有了这个酷毙了的队列族查询方法，我们就可以在 check_physical_device 函数中使用它，来检查物理设备是否能够处理我们想要使用的指令：

unsafe fn check_physical_device(
    instance: &Instance,
    data: &AppData,
    physical_device: vk::PhysicalDevice,
) -> Result<()> {
    QueueFamilyIndices::get(instance, data, physical_device)?;
    Ok(())
}

最后，我们遍历所有物理设备，并选中第一个通过 check_physical_device 函数检测、符合我们要求的设备。我们更新 pick_physical_device 函数：

unsafe fn pick_physical_device(instance: &Instance, data: &mut AppData) -> Result<()> {
    for physical_device in instance.enumerate_physical_devices()? {
        let properties = instance.get_physical_device_properties(physical_device);

        if let Err(error) = check_physical_device(instance, data, physical_device) {
            warn!("Skipping physical device (`{}`): {}", properties.device_name, error);
        } else {
            info!("Selected physical device (`{}`).", properties.device_name);
            data.physical_device = physical_device;
            return Ok(());
        }
    }

    Err(anyhow!("Failed to find suitable physical device."))
}

Vulkan 教程（Rust）

物理设备与队列族

设备的适用性

队列族