【D3D12学习手记】CPU/GPU Synchronization

由于有两个并行运行的处理器(CPU和GPU)，会出现许多同步问题。
假设我们有一些资源R存储了我们希望绘制的某些几何体的位置。此外，假设CPU更新R的数据以存储位置p1，然后将引用R的绘图命令C添加到命令队列，目的是在位置p1处绘制图形。将命令添加到命令队列不会阻塞CPU，因此CPU会继续运行。在GPU执行绘图命令C之前，CPU继续并覆盖R的数据以存储新位置p2将会导致错误（参见下图）。

这种情况的一种解决方案是强制CPU等待GPU完成处理队列中的所有命令直到指定的栅栏点(fence point)。我们称之为刷新命令队列(flushing the command queue)。我们可以使用栅栏(fence)来做到这一点。栅栏由ID3D12Fence接口表示，用于同步GPU和CPU。可以使用以下方法创建fence对象：

HRESULT ID3D12Device::CreateFence( 
  UINT64 InitialValue,
  D3D12_FENCE_FLAGS Flags,
  REFIID riid,
  void **ppFence);
 
// Example
ThrowIfFailed(md3dDevice->CreateFence(
  0, 
  D3D12_FENCE_FLAG_NONE,
  IID_PPV_ARGS(&mFence)));

fence对象维护UINT64值，该值只是一个整数，用于标识栅栏时间点。我们从零开始，每次我们需要标记一个新的栅栏点时，我们只是递增整数。现在，以下代码/注释显示了我们如何使用fence来刷新命令队列。

UINT64 mCurrentFence = 0;
void D3DApp::FlushCommandQueue()
{
  // Advance the fence value to mark commands up to this fence point.
  mCurrentFence++;
 
  // Add an instruction to the command queue to set a new fence point.
  // Because we are on the GPU timeline, the new fence point won’t be 
  // set until the GPU finishes processing all the commands prior to 
  // this Signal().
  ThrowIfFailed(mCommandQueue->Signal(mFence.Get(), mCurrentFence));
 
  // Wait until the GPU has completed commands up to this fence point.
  if(mFence->GetCompletedValue() < mCurrentFence)
  {
    HANDLE eventHandle = CreateEventEx(nullptr, false, false, EVENT_ALL_ACCESS);
 
    // Fire event when GPU hits current fence. 
    ThrowIfFailed(mFence->SetEventOnCompletion(mCurrentFence, eventHandle));
// Wait until the GPU hits current fence event is fired.
    WaitForSingleObject(eventHandle, INFINITE);
    CloseHandle(eventHandle);
  }
}

图4.8以图形方式解释了此代码。

图4.8。在这个快照中，GPU已经处理了直到xgpu之前的命令，而CPU刚刚调用了ID3D12CommandQueue :: Signal（fence，n + 1）方法。这实质上是在队列末尾添加一条指令，将fence值更改为n + 1.但是，mFence-> GetCompletedValue（）将继续返回n，直到GPU处理完队列中在Signal指令之前的所有命令。

因此在前面的示例中，在CPU发出绘图命令C之后，它将在覆盖R的数据之前刷新命令队列以存储新位置p2。这个解决方案并不理想，因为它意味着CPU在等待GPU完成时处于空闲状态，但它提供了一个简单的解决方案，我们将在第7章之前使用它。您几乎可以在任何时候刷新命令队列（每帧不一定只有一次）; 比如如果您有一些初始化GPU命令，则可以在进入主渲染循环之前刷新命令队列以执行初始化。
请注意，刷新命令队列也可用于解决我们在上一节末尾提到的问题; 也就是说，我们可以刷新命令队列，以确保在重置命令分配器之前已经执行了所有GPU命令。