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Day 3 总结 — Vulkan 资源与内存

详细笔记见 Buffer_Memory_Notes.md | VMA_Notes.md

Buffer 创建四步曲

vkCreateBuffer
    → vkGetBufferMemoryRequirements
    → vkAllocateMemory
    → vkBindBufferMemory

VkBuffer 只是描述（无内存），VkDeviceMemory 才是实体。 memoryTypeBits 是位掩码，bit i = 1 表示第 i 种内存类型兼容该 Buffer。

内存类型三大类

类型 访问方 关键特征
DEVICE_LOCAL GPU 带宽最高，CPU 不可直接访问
HOST_VISIBLE + COHERENT CPU 写 → GPU 读 可 vkMapMemory，写入立即对 GPU 可见，无需 flush
LAZILY_ALLOCATED 移动端 TBDR 专用 数据驻留 On-Chip Tile Memory，配合 DONT_CARE 永不写回主存

HOST_CACHED：CPU 读回（Readback）场景，需手动 vkInvalidateMappedMemoryRanges。

两种核心使用模式

Staging Pattern（静态数据）

CPU → [Staging: HOST_VISIBLE] → vkCmdCopyBuffer → [Vertex Buffer: DEVICE_LOCAL]
  • 一次上传，永久 GPU 高速访问
  • Staging 上传完成后立即销毁

持久 Map（每帧更新数据）

vkMapMemory(..., &mappedPtr);   // 创建后 map 一次，全程有效
// 每帧：
memcpy(mappedPtr, &ubo, sizeof(ubo));
  • 配合 MAX_FRAMES_IN_FLIGHT（通常 2）轮换独立 Buffer，避免 CPU/GPU 竞争写同一块内存

与 GPU Driven 的连接

GPU Driven 组件 Buffer Usage 内存类型 写入方
GPU Scene Buffer（ObjectData[]） STORAGE_BUFFER DEVICE_LOCAL Compute
Indirect Draw Buffer INDIRECT_BUFFER + STORAGE DEVICE_LOCAL Compute
全局 Vertex / Index Buffer VERTEX/INDEX_BUFFER DEVICE_LOCAL 一次 Staging
Hi-Z Depth Pyramid Image DEVICE_LOCAL Compute
Depth / Stencil（移动端） DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT DEVICE_LOCAL + LAZILY —

关键结论

  1. 不要每个 Buffer 独占一个 vkAllocateMemory，上限仅 4096；改用 VMA Sub-allocation
  2. 静态 Mesh 一定要走 Staging → DEVICE_LOCAL，GPU 读取带宽差异可达 4-10×
  3. 移动端 Depth Buffer 必须声明 LAZILY_ALLOCATED + storeOp DONT_CARE，这是 TBDR 带宽节省的核心手段
  4. Indirect Buffer 由 Compute Shader 写入，不需要 CPU 介入，Pipeline Barrier 负责 Compute→Graphics 的内存可见性

Filament 内存管理：三个模块

详细分析见 Filament_Memory_Notes.md

模块 文件 管理对象 使用 VMA？
VulkanBufferCache BufferCache.cpp Vertex / Index / Uniform / SSBO ✅ VMA_MEMORY_USAGE_AUTO
VulkanStagePool StagePool.cpp Staging Buffer（上传专用，持久 map） ✅ VMA_MEMORY_USAGE_CPU_ONLY
VulkanTexture Texture.cpp Image / Attachment ❌ 原生 vkAllocateMemory

Filament 内存管理：三个关键设计发现

1. UMA 快速路径（移动端骁龙 / Apple M 系列）

UMA = Unified Memory Architecture，CPU/GPU 共享同一块物理内存，无需跨 PCIe 复制。 判定方式：所有内存堆都带 VK_MEMORY_HEAP_DEVICE_LOCAL_BIT → UMA。

非 UMA：CPU → Staging（HOST_VISIBLE）→ vkCmdCopyBuffer → Buffer（DEVICE_LOCAL）
   UMA：CPU → memcpy 直接写 Buffer（DEVICE_LOCAL + 持久 map），一步完成

if (mContext.isUnifiedMemoryArchitecture()) {
    vmaFlags |= VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT                      // 持久 map
              | VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_SEQUENTIAL_WRITE_BIT; // 减少 cache coherency 开销
}

受益场景：动态顶点、Uniform Buffer、GPU Driven Scene Buffer 初始化。

2. LAZILY_ALLOCATED 触发条件（VulkanTexture.cpp:456）

// 只有 TRANSIENT_ATTACHMENT 才申请 LAZILY — Depth/Stencil 帧内消耗型 Attachment
bool useTransient = imageInfo.usage & VK_IMAGE_USAGE_TRANSIENT_ATTACHMENT_BIT;
VkFlags required  = VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT
                  | (useTransient ? VK_MEMORY_PROPERTY_LAZILY_ALLOCATED_BIT : 0U);

3. RenderDoc 调试陷阱（VulkanPlatform.cpp:1024）

// RenderDoc 不支持 LAZILY_ALLOCATED → 捕获模式强制禁用！
// 注意：RenderDoc 下内存用量和带宽数据与实机不符
if constexpr (!FVK_RENDERDOC_CAPTURE_MODE) {
    // 检测并启用 mLazilyAllocatedMemorySupported
}

UMA 优化 vs LAZILY_ALLOCATED — 两者不同，可同时生效

UMA 快速路径 LAZILY_ALLOCATED
解决问题 省 CPU→GPU 数据复制 省 Attachment 写回主存带宽
作用对象 Buffer（顶点/Uniform/SSBO） Image（Depth/Stencil/MSAA）
触发条件 所有堆都是 DEVICE_LOCAL TRANSIENT_ATTACHMENT_BIT
RenderDoc 正常 捕获模式强制禁用！
可同时生效 ✅ 移动端高端机两者都打开 ✅

GPU Driven 改造好消息

SHADER_STORAGE → VK_BUFFER_USAGE_STORAGE_BUFFER_BIT 已在 VulkanBufferCache 中实现。 GPU Scene Buffer 和 Indirect Buffer 可直接复用现有 BufferCache 机制，无需新增底层 Buffer 类型。