摘要

受管貼圖（Managed textures，也就是我們通常所謂的“自動管理貼圖”），在DX6中首次被引入，經(jīng)過一系列的改進(jìn)和增強(qiáng)，在DX9中自動管理的資源類型增加到貼圖，頂點緩沖，頂點索引緩沖，所有這些資源使用統(tǒng)一的公共接口。通過使用D3D資源管理器，應(yīng)用程序可以輕松的處理設(shè)備丟失、處理稍微過量的顯存使用。

有時開發(fā)者在使用受管資源會遇到一些困難，這部分歸咎與系統(tǒng)的抽象特性。在大多數(shù)情況下使用受管對象是不錯的選擇，但有時出于性能考慮也會使用非托管資源。這篇文章將討論一般情況下如何處理資源，受管與非受管資源的行為差別。

內(nèi)容

l         顯示內(nèi)存

l         受管資源

l         驅(qū)動管制資源

l         默認(rèn)資源

l         系統(tǒng)內(nèi)存資源

l         一般性的建議

顯示內(nèi)存

為了使得資源可以利用顯存，GPU需要通過內(nèi)存訪問定位他。GPU訪問（Local video memory）顯存是非常高效的，并且某些資源（例如RenderTarget，深度、模板緩沖）必須在本地顯存（Local video memory）定位。由于AGP的出現(xiàn)，GPU可以直接訪問部分系統(tǒng)內(nèi)存，而這部分系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)域就是所謂的非本地顯存（non-local video memory），當(dāng)然這部分內(nèi)存（顯存）也是不能挪做它用的。非本地顯存僅能被GPU訪問，與訪問本地顯存相比，其效率低一些。需要明確的是，所有AGP內(nèi)存在設(shè)備丟失時都會失效，都需要在恢復(fù)他們。

一些集成顯卡使用統(tǒng)一內(nèi)存結(jié)構(gòu)（Unified Memory Architecture），這樣主內(nèi)存可以被系統(tǒng)任何一個設(shè)備尋址。D3D支持UMA而不需要修改任何代碼，這樣我們把系統(tǒng)內(nèi)存配置為本地顯存，硬件確保資源的定位就像傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一樣進(jìn)行工作。

受管資源

大部分資源應(yīng)該使用POOL_MANAGED方式創(chuàng)建，即受管資源。所有受管資源將被創(chuàng)建在系統(tǒng)內(nèi)存，在需要的時候復(fù)制到顯存。當(dāng)發(fā)生設(shè)備丟失時會自動copy系統(tǒng)內(nèi)存到顯存。既然不是所有受管資源都需要一次送入顯存，這樣你可以提交超過渲染每幀所必須使用的最小內(nèi)存容量，但是這樣會使得大量顯存內(nèi)容因為分頁操作而寫到磁盤上，這是非常耗時的。這也是為什么恢復(fù)設(shè)備如此耗時，因為需要將大量磁盤數(shù)據(jù)復(fù)制到顯存。

DX會為每份資源在最后一次使用時加上時間戳，這樣當(dāng)顯存分配失敗時，它會釋放那些最近最少使用的資源（LRU算法）。使用SetPriority函數(shù)可以標(biāo)記資源的重要程度，重要的資源優(yōu)于時間戳的判斷，所以那些比較常用的資源應(yīng)該設(shè)置高優(yōu)先級，而不用擔(dān)心因為時間戳過期而導(dǎo)致資源被釋放。在DX9中，驅(qū)動程序提供的顯存管理信息是非常有限的，運行時可能不得不清除大量資源用于分配足夠的內(nèi)存。設(shè)置適合的優(yōu)先級是非常有用的，這樣D3D不會清除那些馬上又需要使用的資源。應(yīng)用程序可以強(qiáng)制調(diào)用EvictManagedResources清除所有受管資源，但是如果下一幀又需要重新加載這些資源，這將是非常耗時的，不過這個函數(shù)在那些場景明顯需要改變（比如進(jìn)入下一個關(guān)卡）的情況下，還是非常有用的。

如果“當(dāng)前幀”內(nèi)需要非常多資源用于渲染，這將是件麻煩的事情，用前面的LRU方式調(diào)度資源效率就不太理想了，這個時候使用MRU資源調(diào)度方式取代，即優(yōu)先清理那些比較活躍的資源。注意，這里“當(dāng)前幀”的概念是指BeginScene和EndScene之間的需要渲染的幀。

開發(fā)人員如果想得到關(guān)于受管資源的更多信息，可以通過IDirect3DQuery9接口查詢，但是這個接口僅能用于調(diào)試模式（debug runtimes），在發(fā)布版本中，應(yīng)用程序不能依靠改接口的信息做任何假定。

了解資源管理如何工作可以幫助我們調(diào)試、調(diào)整程序，重要的是應(yīng)用程序不要太過依賴當(dāng)前的運行庫（或者驅(qū)動程序）的資源管理方式，驅(qū)動更新有可能導(dǎo)致其行為發(fā)生變化，將來的D3D將會有套久經(jīng)考驗的資源管理方式。

驅(qū)動程序管理的資源

D3D驅(qū)動可以自由的實現(xiàn)“由驅(qū)動管理貼圖”的特性，通過D3DCAPS2_CANMANAGERESOURCE段可以查詢硬件驅(qū)動是否支持這個特性，這樣驅(qū)動將代替D3D運行庫管理資源。對于級少數(shù)的硬件是支持這個特性的，對于大多數(shù)硬件則不盡相同，你可以咨詢你的產(chǎn)品提供商獲得這方面信息。一般情況下，你可是使用D3DCREATE_DISABLE_DRIVER_MANAGEMENT方式創(chuàng)建設(shè)備，這樣將由D3D運行庫來管理資源。

缺省資源管理（非受管資源）

雖然受管資源非常簡單，容易使用，高效，但是有時我們希望直接往顯存里寫東西，這種情況下我們需要使用POOL_DEFAULT方式創(chuàng)建資源。使用這種方式會增加程序的復(fù)雜性，代碼需要應(yīng)付所有設(shè)備丟失的情況，并需要謹(jǐn)慎考慮何時復(fù)制數(shù)據(jù)到顯存。錯誤的指定USAGE_WRITEONLY標(biāo)記或者鎖定渲染目標(biāo)（Render Target）將嚴(yán)重影響性能。

鎖定POOL_DEFAULT類型的資源很可能導(dǎo)致GPU停止運轉(zhuǎn)，這與POOL_MANAGED類型的資源是不同的，除非使用一些特性的指示標(biāo)記。根據(jù)資源當(dāng)前的位置不同，鎖定后得到的指針也不相同，可能是一塊臨時的系統(tǒng)內(nèi)存，也可能直接指向AGP內(nèi)存。如果是臨時的系統(tǒng)內(nèi)存，Unlock后將把這段數(shù)據(jù)送入顯存，這是因為如果顯卡資源不是只寫的（write-only），Lock的時候數(shù)據(jù)將不得不被送入一段臨時的內(nèi)存；如果指向的AGP內(nèi)存區(qū)域，臨時的拷貝是可以避免的，但是cache的行為將會降低性能。

為了避免在寫入一整行數(shù)據(jù)（a full cache line of data）進(jìn)入AGP內(nèi)存區(qū)導(dǎo)致write-combing性能下降（一般是由于發(fā)生了一次讀寫周期），順序的訪問AGP內(nèi)存是推薦的做法，如果你的程序需要隨機(jī)的訪問AGP內(nèi)存，而你又不希望使用受管資源，那么你可以使用系統(tǒng)內(nèi)存作為替代方案，這樣當(dāng)你生成了數(shù)據(jù)之后，可以lock后拷貝，這樣不會帶來太大的性能損失，這里的性能損失一般是由緩沖的“寫搜索”操作引起。(注，這里關(guān)于詞匯cache write-combing譯者也不知道對應(yīng)的中文含義，只能按照字面意思翻譯，見諒)

對于某些類型的資源，使用LOCK_NOOVERWRITE標(biāo)記會使添加數(shù)據(jù)比較有效率，但是多次的Lock，Unlock同一資源還是需要盡量避免的，適當(dāng)?shù)睦枚喾N不同的鎖定標(biāo)記對于效率優(yōu)化使非常重要的，就像填充鎖定內(nèi)存區(qū)域最好使用cache友好的（cache-friendly）數(shù)據(jù)訪問方式一樣。

受管資源和缺省資源混合使用

受管資源與非受管資源的混合分配使用可能導(dǎo)致顯存碎塊，并且擾亂受管資源使用的內(nèi)存區(qū)域。最好在使用受管資源前使用非受管資源，或者使用受管資源后使用EvictManagedResources函數(shù)清除那些受管資源再使用非受管資源。記住，所有非受管資源都會常駐顯存，這樣其他內(nèi)存需求就不能使用了。

注意，與以往的DX版本不同，在顯存缺乏時，如果分配非受管資源失敗，DX9會自動清除受管資源，這有可能導(dǎo)致潛在的顯存碎塊，甚至把資源放入不適當(dāng)?shù)牡胤剑ū热绶潜镜貎?nèi)存的靜態(tài)貼圖區(qū)）。所以，最好在使用受管資源之前分配全部的非受管資源。

動態(tài)缺省資源

如果數(shù)據(jù)需要很高頻率更新，那最好使用非受管資源，并使用USAGE_DYNAMIC標(biāo)記，這樣驅(qū)動會決定最適合的地方放置這些需要經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)。這通常意味著放置在非本地顯存中，這樣對于GPU來說，訪問速度可能相對要慢一些。而對于UMA架構(gòu)，驅(qū)動將會選擇CPU訪問效率較高的特殊地方放置這些數(shù)據(jù)。

這種用法（動態(tài)缺省資源類型）一般用于軟蒙皮和基于CPU計算的粒子系統(tǒng)的頂點/頂點索引的Buffer填充，LOCK_DISCARD標(biāo)記可以保證資源仍被使用的時候，鎖定操作不會導(dǎo)致系統(tǒng)停止暫停工作。在這種情況下，使用受管資源會更新系統(tǒng)內(nèi)存，然后拷貝到顯存。對于系統(tǒng)的非本地內(nèi)存，多余拷貝是不需要的。

標(biāo)準(zhǔn)的貼圖是不允許鎖定的，僅僅可以通過UpdateSurface和UpdateTexture函數(shù)更新。一些系統(tǒng)支持動態(tài)貼圖，它可以通過配合使用LOCK_DISCARD標(biāo)記進(jìn)行鎖定，但這需要檢查D3DCAPS2_DYNAMICTEXTURES硬件能力。對于高動態(tài)貼圖（如視頻、程序生成貼圖），最好使用非受管資源和系統(tǒng)內(nèi)存資源，并且通過UpdateTexture函數(shù)更新貼圖。對于高頻度的粒子更新，UpdateTexture函數(shù)可能是最好的選擇。

在有限的總線－內(nèi)存帶寬下，靜態(tài)貼圖資源應(yīng)該使用POOL_MANAGED方式，這樣可以確保它最好的利用本地顯存，并有較好的效率。對于“半靜態(tài)”資源，使用動態(tài)類型資源有時會獲得更好的效率。

系統(tǒng)內(nèi)存資源

資源可以使用POOL_SYSTEMMEM方式創(chuàng)建。但他們不能用于圖形管線，他們僅能做為源數(shù)據(jù)用于更新POOL_DEFAULT類型的資源，這是通過UpdateSurface和UpdateTexture函數(shù)完成的。他們的鎖定操作也非常簡單，盡管他們同樣可能因為前面提到的原因?qū)е孪到y(tǒng)停止運轉(zhuǎn)。

雖然是在系統(tǒng)內(nèi)存中創(chuàng)建資源，但POOL_SYSTEMMEM所支持的資源格式和能力（比如最大尺寸）是受硬件、驅(qū)動限制的。同樣是在系統(tǒng)內(nèi)存中創(chuàng)建資源的POOL_SCRATCH則沒有這方面限制，它支持所有格式和能力，但設(shè)備卻不能直接訪問它。SCRATCH類型資源一般用于內(nèi)容創(chuàng)建工具。

一般性的建議

了解資源管理的技術(shù)實現(xiàn)細(xì)節(jié)對達(dá)成你的程序的性能目標(biāo)是有非常大的幫助的，規(guī)劃你的資源如何交給D3D并設(shè)計好的結(jié)構(gòu)以便能及時加載必要的數(shù)據(jù)是一件非常復(fù)雜的工作，為此我們給出一些好的實踐經(jīng)驗做為一般性的原則：

l         預(yù)處理你的資源。不要將耗時的加載資源、資源轉(zhuǎn)換、資源優(yōu)化丟給用戶去做，雖然這樣便于開發(fā)，但確讓用戶無法忍受。預(yù)處理這些資源可以加快加載，更快使用，你的用戶也會發(fā)現(xiàn)你的程序跑的更快了。

l         避免在每幀創(chuàng)建過多的資源。對于過多的資源加載，可以把他們分到多幀里完成或者不要急于釋放那些暫時不用的資源。

l         確保在一幀結(jié)束時已經(jīng)斷開了所有資源通道。（比如，頂點流，texture stages，頂點索引）。

l         對于貼圖，建議使用壓縮貼圖（DXTn）格式，建議使用mip-map或者將小貼圖拼接為大貼圖使用。

l         建議使用頂點索引，這將減少數(shù)據(jù)傳輸量。

l         對于過渡的優(yōu)化資源管理是需要謹(jǐn)慎的。如果你的程序過分依賴驅(qū)動、硬件和操作系統(tǒng)的某些特征，那么這些程序、硬件的修改將會導(dǎo)致潛在的性能問題。
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