[游戏开发]图形渲染剖析

? ? ? ? 本篇文章站在硬件角度来讲解图形渲染过程，整体的流程如所示：

图形应用 - 运行时接口 - 用户模式驱动（UMD）- 调度器 - 内核模式驱动（KMD）- 总线 - 命令处理器。

1、应用

? ? ? ? 就是我们写的图形应用代码，比如绘制一个简单的红色三角形，通过MetalKit框架的API可以很快绘制出来。

2、运行时接口

? ? ? ? 我们APP需要调用SDK来进行资源创建、状态设置、绘制调用等，比如苹果的MetalKit框架就是个典型框架，主要的职责包括：维护管线状态、参数检查、错误和连贯性检查、管理用户可见的资源（比如device， commandQueue等）、着色器代码检查和链接（可能）。最后通过之后，把数据递交给显卡驱动（UMD）。

3、UMD

? ? ? ? 用户模式驱动是跟应用运行在同一个上下文和地址空间内，主要指责包含：着色器编译（包括语法检查、旧版本语言转换、高层优化、底层优化、转换为中间层语言）、内存管理（重新分配KMD的内存块）、纹理swizzling、调度系统内存和显卡内存传输、写命令缓冲。

????????所有的状态改变和绘制操作都会被UMD转换为硬件识别的指令，还有自动完成的操作：纹理和着色器上传到显卡内存。

4、调度器

? ? ? ? 此为显卡调度器，在APP之间，通过分时的机制来控制3D管线的访问。

5、KMD

? ? ? ? 内核模式驱动，可能会有很多个UMD实例运行，但是KMD只有一个；主要职责包括：物理内存分配和映射、设置显示模式、管理鼠标光标、编程硬件看门狗定时器、内容保护等。

????????对我们来说最重要的就是命令缓冲的管理，UMD的创建的命令缓冲并不是真正的命令缓冲，本质上是GPU可以访问的随机内存片，而UMD实际上完成的是：写内容到内存片、提交给显卡调度器、等待调度、传递命令缓冲给KMD。KMD收到UMD的命令缓冲后，写入主命令缓冲（可能还需要总线把内容传输到显卡内存，取决于GPU是否可以访问系统内存）。

? ? ? ? 主命令缓冲本质就是一个简单的环形缓冲区，包含一个读指针（GPU）和写指针（KMD）。

6、总线

? ? ? ? 写入操作并不是直接写到显卡，而是通过总线传输。

7、命令处理器

? ? ? ? 这个是GPU的前台，负责读取KMD写入的命令。（后续）