《Vulkan Tutorial》 笔记 07： 逻辑设备和队列

本部分结果可参考 07_Logical_Device_Queue

本章涉及到的关键对象如下所示：

#介绍

在创建了 Physical Device（VkPhysicalDevice） 后需要建立一个 Logical Device （VkDevice）来与之交互。创建 Logical Device 的过程与创建 Instance 类似，都需要描述需要的 Features。在创建 Logical Devices 时还需要指定需要从 Physical Devices 的 Queue Family 中创建多少 Queue。

增加成员变量 VkDevice device 表示 Logical Device，并封装函数 createLogicalDevice 创建 Logical Device。该函数需要在选择了合适的 Physical Device 和 Queue Family 后使用。我们定义类 LogicalDeviceMgr 来管理 Logical Device 的创建和销毁，其头文件如下所示：

// LogicalDeviceMgr.h
class LogicalDeviceMgr
{
public:
    void static createLogicalDevice();
    void static destroyLogicalDevice();
    static VkDevice device;
    static VkQueue graphicsQueue;
};

在 HelloTriangleApplication 的 initVulkan 函数中调用 createLogicalDevice 函数创建 Logical Device：

void HelloTriangleApplication::initVulkan()
{
    createInstance();
    DebugMessengerMgr::setupDebugMessenger(instance);
    PhysicalDevicesMgr::pickPhysicalDevice(instance);
    LogicalDeviceMgr::createLogicalDevice();
}

在 cleanup 函数中调用 destroyLogicalDevice 函数销毁 Logical Device：

void HelloTriangleApplication::cleanup()
{
    LogicalDeviceMgr::destroyLogicalDevice();
    // ...
}

Queue（VkQueue）会在 Logical Device 被销毁时会隐式的被清理，因此不需要在 cleanup 中对其做任何处理。

#指定创建 Queue 的信息

为创建 Logical Device 的 vkDeviceCreateInfo 需要一系列包含细节信息的其他 Struct 来填充，首先需要的就是描述需要创建的 queue 的 VkDeviceQueueCreateInfo，该结构体描述了从一个 Queue Family 中获取 Queue 需要的信息，如指定目标 Queue Family 的 Index，创建的 Queue 的数量，Queue 的优先级（范围为 $0 \sim 1$）等，优先级越高表示提示（并非绝对）驱动在资源经常时应该给这个 Queue 更多的时间片。代码如下所示：

// inside function createLogicalDevice
constexpr float queuePriority = 1.0f;
const QueueFamilyIndices indices = QueueFamilyMgr::findQueueFamilies(PhysicalDevicesMgr::physicalDevice);
VkDeviceQueueCreateInfo queueCreateInfo{};
queueCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO;
queueCreateInfo.queueFamilyIndex = indices.graphicsFamily.value();
queueCreateInfo.queueCount = 1;
queueCreateInfo.pQueuePriorities = &queuePriority;

如果需要从同一个 Queue Family 创建多个队列，则 queueCreateInfo.pQueuePriorities 应为长度为 queueCount 的数组，每个队列都需要指定优先级。

#指定 Device Feature

之后需要创建需要的 Device Feature，如在 Physical devices and queue families 中选择 Physical Device 时一样，可以通过 vkGetPhysicalDeviceFeatures 获取。但目前暂时将指明 Feature 的 VkPhysicalDeviceFeatures 设定为空，后续真正使用时再修改：

// inside function createLogicalDevice
VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures{};

#创建 Logical Device

当创建了 VkDeviceQueueCreateInfo 和 VkPhysicalDeviceFeatures 后，就可以创建最终的 vkDeviceCreateInfo 结构体：

VkDeviceCreateInfo createInfo{};
createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_CREATE_INFO;
createInfo.pQueueCreateInfos = &queueCreateInfo;
createInfo.queueCreateInfoCount = 1;
createInfo.pEnabledFeatures = &deviceFeatures;
createInfo.enabledExtensionCount = 0;
createInfo.ppEnabledExtensionNames = nullptr;

其中如同创建 Instance 时一样，需要指定 Extensions，但与创建 Instance 时不一样的是，这里的 Extensions 是针对设备而言的。如 VK_KHR_swapchain 就是一个设备相关的拓展，但在这一章中暂时不指定拓展，因此将 enabledExtensionCount 设为 0。

Vulkan 1.0 及之后，创建 VkDevice 时不应再指定 Validation Layer。设备层的 Layer 参数已被废弃，所有 Layer 只在 Instance 层指定即可。因此 createInfo.enabledLayerCount 应为 0，createInfo.ppEnabledLayerNames 应为 nullptr。

此时可以通过 vkCreateDevice 函数创建 Logical Device:

if (vkCreateDevice(PhysicalDevicesMgr::physicalDevice, &createInfo, nullptr, &device) != VK_SUCCESS)
{
    throw std::runtime_error("failed to create logical device!");
}

#销毁 Logical Device

销毁 Logical Device 时，所有从该设备创建的对象（包括队列）都会被隐式销毁。销毁函数如下所示：

void LogicalDeviceMgr::destroyLogicalDevice()
{
    vkDestroyDevice(device, nullptr);
}

#获取 Queue Handle

Queue 在 Logical Device 创建时会被自动创建，但仍需要创建一个 Handle 作为与之交互的接口，即 LogicalDeviceMgr 中的 VkQueue graphicsQueue。获取 VkQueue 的函数如下所示：

vkGetDeviceQueue(device, indices.graphicsFamily.value(), 0, &graphicsQueue);

其中：

• 第一个参数为 Logical Device
• 第二个参数为目标 Queue Family
• 第三个参数为需要获取的 Queue 的 Index，因为这里仅需要获取一个 Queue，因此为 0
• 第四个参数是存储获取到的 Queue 的地址。