Chromium Graphics: GPUclient的原理和实现分析之间的同步机制-Part I

摘要：Chromium于GPU多个流程架构的同意GPUclient这将是这次访问的同时GPU维修，和GPUclient这之间可能存在数据依赖性。因此必须提供一个同步机制，以确保GPU订购业务。本文讨论了下一个多进程架构GPUclient之间的同步，而同步点(SyncPoint)。

GPU进程架构等基本概念

我们知道，Chromium是一个多进程架构的软件系统。出于安全和稳定性方面的考虑，Chromium有个专门的进程（或者线程）和GPU设备进行交互，运行GL操作，也就是说，不论什么一条GL命令都必须经由这个进程处理后才提交给GPU驱动，这个进程就是GPU进程。Renderer进程或者Browser进程必须通过IPC才干与GPU进程交互，告诉GPU进程须要运行哪些GL命令。在这个过程中，Renderer进程或Browser进程是GPUclient，而GPU进程本身就是GPU服务端。

GPUclient和服务端之间GL命令传输是通过命令缓冲区（CommandBuffer）完毕的。

CommandBuffer是Chromium为解决多进程架构下高效在client和服务端传输GL命令而设计的，缓冲区使用共享内存存储GL命令，每条GL命令的命令名和參数都会被序列化为字符串存储在命令行缓冲区中。当client须要将命令缓冲区中的全部GL命令提交给GPU服务端时。client会向服务端发送一条GpuCommandBufferMsg_AsyncFlush消息。服务端收到这条消息后会依据指定的偏移从CommandBuffer中读取GL命令并将其反序列化后再提交给GPU驱动。

Chromium中。页面的渲染和合成过程都启用了GPU硬件加速，不论什么一个要求GPU硬件加速的进程都是GPU进程的client，比如Renderer进程是GPUclient，由于它须要请求GPU进程绘制和合成页面的内容，Browser进程也是GPUclient，由于它须要将页面的内容与地址栏等元素进行终于的合成，并显示在屏幕上。

下图给出了GPUclient、GPU服务端以及命令缓冲区的基本关系。

GPUclient之间能够通过mailbox机制进行texture共享的，简单的说。mailbox机制就是给每一个texture生成唯一标识。并由GPU进程统一管理名标识和texture之间的映射关系。同一时候这些GPUclient属于同一上下文共享组。因此全部texture资源也是能够共享的。

GPUclient之间的同步问题

从上述描写叙述不难看出，GPU进程须要处理来自多个GPUclient的请求，而且这些GPUclient可能存在纹理(Texture)数据依赖关系。

以下以Android平台上渲染WebGL页面http://get.webgl.org 为例，说明为什么不同GPUclient会存在数据依赖关系。

首先，Browser进程是一个GPUclient，它创建了一个Browser端的合成器（Compositor）请求GPU进程将页面的内容和地址栏等UI元素（假设有）进行终于的合成。并将其渲染到SurfaceView上。Renderer进程也是GPUclient，它也会创建一个Renderer端的合成器用于页面内容的合成。并且这个client中还包括了两个独立的3D上下文，一个用于页面中渲染层的合成，还有一个作为WebGL的渲染上下文。

其次，在Android平台上，默认启用了托付模式(DelegatedRenderer)的渲染器，因此，Renderer端合成器管理的全部GPU资源（包含WebGL）都会通过IPC转交给Browser端的合成器，再由Browser端合成器对全部的texture进行统一的合成，当终于的合成操作完毕之后。Browser端合成器则会通知Renderer端，此时Renderer端的合成器能够安全删除不再使用的GPU资源。

最后，再来看看WebGL的渲染过程。在硬件加速的页面渲染机制中，页面的内容是由多个渲染层(RenderLayer)叠加构成的。普通情况下，渲染层都会使用Texture作为存储后端，Chromium中WebGL是一个独立的渲染层，在渲染每一帧内容时。Renderer进程会请求GPU进程创建一个新的Texture来存放WebGL的渲染结果。并通过Framebuffer对象将WebGL渲染到这个Texture中。

待 WebGL命令完毕后，Renderer端的合成器会将这个Texture以资源形式发送给Browser端的合成器。当Browser端合成器完毕WebGL内容的合成之后。会通知Renderer端将这个Texture删除。

从上面的描写叙述中能够判断出整个过程存在哪些问题呢？

第一。Renderer端的合成器和Browser端合成器存在数据依赖关系，是生产者-消费者的关系，即Renderer端的WebGL上下文生成Texture内容，Browser端合成器使用该内容；

第二，WebGL上下文和Browser端合成器存在同步问题。因为全部的GL命令都是在同一线程中执行。包含Browser端合成器和WebGL，而3D上下文是GPU线程的调度基本单位，也就是仅仅有同一个3D上下文中GL命令才干依照顺序逐条执行的。

一方面，不同GPUclient可能执行在不同的进程或者线程中，还有一方面。同一GPUclient的不同3D上下文可能执行在不同的线程中，比如Renderer进程的合成器执行在一个单独的线程中，而WebGL执行在Renderer进程的主线程中。显然。不同3D上下文中GL命令执行次序是不分先后的，这里就引申出一个问题，对于WebGL页面渲染而言，必须保证下面这两个要求：

当WebGL上下文的GL命令运行完成后，Browser端合成器才干使用。
当Browser端合成器使用完WebGL的Texture后，WebGL上下文才干安全删除；

否则Browser合成器使用的texture将会是不完整的。这就是GPUclient之间的同步问题。接下来将重点讨论Chromium是怎样解决问题的。

同步点机制的基本原理

Chromium通过GL扩展接口设计了一套同步机制解决不同GPUclient之间的同步问题，它必须满足两个条件：

第一，上下文A能够等待上下文B运行完一组GL命令后再运行上下文A中兴许的GL命令。

第二，上下文A中的这样的等待必须是非堵塞的，也就是说GPUclient代码的运行不能被堵塞。

依据gpu/gles2/extensions/GL_CHROMIUM_sync_point.txt文件所述，同步点机制定义了两个特定于Chromium的GL扩展接口：

        uint InsertSyncPointCHROMIUM()

        void WaitSyncPointCHROMIUM(uint sync_point)

InsertSyncPointCHROMIUM在当前上下文中创建一个同步点并将其插入到命令流中，这个同步点起到一个防护墙的作用，当这个同步点之前的命令都已经提交到server。或者上下文被销毁时。会向该同步点发个信号。返回同步点的标识符。收到信号后。这个同步点会被删除点。在同一个server上同步点标识符在全部上下文中是唯一的，包含同一共享组的上下文。

WaitSyncPointCHROMIUM导致当前上下文暂停提交GL命令，直到指定同步点收到信号，被实现为服务端的等待。參数sync_point为InsertSyncPointCHROMIUM返回的同步点标识符。

假设sync_point參数无效。这个命令相当于no-op操作而且不会报错。

以上文档化的描写叙述读起来有些晦涩难懂。以下通过一个简化的样例更直观地说明SyncPoint在Chromium中的执行原理：

如果有两个上下文A和B。它们可能在不同的GPUclient中，但属于同一个共享组（ShareGroup），GPUclient代码中通过调用InsertSyncPointCHROMIUM在上下文A的命令流中插入一个同步点sp。而在上下文B中，调用WaitSyncPointCHROMIUM等待同步点sp，终于在GPU服务端运行GL命令的顺序为，仅仅有当上下文A中同步点sp之前的GL命令A1，A2和A3运行完成后，才会运行上下文B中的GL命令B3。

更进一步地说，上下文B中调用WaitSyncPointCHROMIUM(sp)，实际上是指示GPU服务端停止向GPU设备提交上下文B兴许的GL命令，取而代之的是：

假设此时上下文A的同步点sp之前的GL命令都已经运行完成，即同步点sp收到信号，已经从被删除了，那么能够忽略WaitSyncPointCHROMIUM了，继续运行上下文B中兴许的GL命令。
假设此时上下文A的同步点sp之前的GL命令尚未运行，那么取而代之的是将等待上下文A中sp点之前的GL命令运行完成。这个等待发生在GPU服务端的，不会堵塞GPUclient兴许代码的运行（如Renderer进行的运行）。

综上所述，同步点机制同意client设定不同上下文之间GL命令运行的次序。上下文B等待上下文A的同步点实际上是保证A中同步点之前的命令在B中兴许命令之前运行。

未完待续...下节将从Chromium阅读源代码同步点是如何实现的机制