大家好，接下来将为大家介绍Vulkan 物理设备与队列族。
创建完了instance后，loader知道了你有多少个物理设备（显卡）是可用的，但是application是不知道的。application可以通过Vulkan的API来获得可用的物理设备列表。
物理设备与实例相关，如上图所示。
一、从Vulkan获取对象列表：
获取对象列表在Vulkan中是经常性的操作，获取各种各样对象的API都是相似的。这些API函数都会使用参数返回对象的数量及指向这些对象的指针。使用一个指向整形的指针作为参数传入到API函数中，然后这个指针所指向的内存就会被API改写成对象的数量。
VkResult vkEnumerateObjects( ObjectPointer*, int* count, void**)- 将上述函数原型的第二个参数设置为指向整型的指针，第三个参数的值为
NULL。 - 执行这个函数结束后，我们就能通过第二个参数获取对象的数量。
- Application 知道了对象的数量，然后会分配这些对象的空间来存储对象。
- 再次调用上述函数，将第三个参数换为指向在第三步中分配的空间。
vkEnumeratePhysicalDevices 函数函数vkEnumeratePhysicalDevices会返回在系统中物理设备的列表。一个物理设备可能是电脑中的显卡，SoC中的GPU core等等。如果有多个可用的物理设备（GPU），application需要决定用哪个物理设备。
查看物理设备的示例代码如下：
// Get the number of devices (GPUs) available.
int gpu_count = 0;
VkResult res = vkEnumeratePhysicalDevices(info.inst, &gpu_count, NULL);
// Allocate space and get the list of devices.
info.gpus.resize(gpu_count);
res = vkEnumeratePhysicalDevices(info.inst, &gpu_count, info.gpus.data());注意：变量info.gpus是VkPhysicalDevice类型的vector，VkPhysicalDevice是一个handle。这个函数所作的事情就是获取所有在系统中可用的物理设备的handle。
info 结构体：
你应该注意到了上述代码中的变量info。经常会使用全局的info变量来跟踪Vulkan的信息和application状态。
init_instance(info, "vulkansamples_enumerate");init_instance() 创建了instance 并将handle存储在了info中. 然后vkEnumeratePhysicalDevices() 使用了 info.inst。
现在，你有了设备(GPUs)的列表， 接下来需要做的是挑选一个GPU，然后创建Vulkan的逻辑设备，这样，你就可以开始使用GPU进行工作了。
二、使用详解
1、添加函数pickPhysicalDevice并在initVulkan函数中调用：
VkPhysicalDevice physicalDevice = VK_NULL_HANDLE;
void initVulkan() {
createInstance();
setupDebugCallback();
pickPhysicalDevice();
}
void pickPhysicalDevice() {
}最终我们选择的图形显卡存储在类成员VkPhysicalDevice句柄中。当VkInstance销毁时，这个对象将会被隐式销毁，所以我们并不需要在cleanup函数中做任何操作。
2、获取图形卡列表的方式：
uint32_t deviceCount = 0;
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, nullptr);
if (deviceCount == 0) {
throw std::runtime_error("failed to find GPUs with Vulkan support!");
}如果Vulkan支持的设备数为0，那么没有任何意义进行下一步，我们选择抛出异常。
否则我们分配数组存储所有VkPhysicalDevice的句柄。
std::vector<VkPhysicalDevice> devices(deviceCount);
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, devices.data());3、现在我们需要对它们进行评估，检查它们是否适合我们要执行的操作，因为并不是所有的显卡功能一致。为此我们添加一个新的函数:
bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
return true;
}检查是否有任何物理设备符合我们的功能需求。
for (const auto& device : devices) {
if (isDeviceSuitable(device)) {
physicalDevice = device;
break;
}
}
if (physicalDevice == VK_NULL_HANDLE) {
throw std::runtime_error("failed to find a suitable GPU!");
}4、评估合适的设备
评估合适的设备我们可以通过遍历一些细节来完成。基本的设备属性像name, type以及Vulkan版本都可以通过vkGetPhysicalDeviceProperties来遍历得到。
VkPhysicalDeviceProperties deviceProperties;
vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProperties);可以使用vkGetPhysicalDeviceFeatures查询对纹理压缩，64位浮点数和多视图渲染(VR非常有用)等可选功能的支持:
VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures;
vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures);例如，我们假设我们的应用程序仅适用于支持geometry shaders的专用显卡。那么isDeviceSuitable函数将如下所示:
bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
VkPhysicalDeviceProperties deviceProperties;
VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures;
vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProperties);
vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures);
return deviceProperties.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU &&
deviceFeatures.geometryShader;
}为了避免纯粹的单一的判断一个设备是否合适，尤其是当你发现多个设备都合适的条件下，你也可以给每一个设备做权值，选择最高的一个。这样，可以通过给予更高权值获取定制化的图形设备，但如果没有一个可用的设备，可以回滚到集成图形设备。你可以按照如下方式实现:
#include <map>
...
void pickPhysicalDevice() {
...
// Use an ordered map to automatically sort candidates by increasing score
std::multimap<int, VkPhysicalDevice> candidates;
for (const auto& device : devices) {
int score = rateDeviceSuitability(device);
candidates.insert(std::make_pair(score, device));
}
// Check if the best candidate is suitable at all
if (candidates.rbegin()->first > 0) {
physicalDevice = candidates.rbegin()->second;
} else {
throw std::runtime_error("failed to find a suitable GPU!");
}
}
int rateDeviceSuitability(VkPhysicalDevice device) {
...
int score = 0;
// Discrete GPUs have a significant performance advantage
if (deviceProperties.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU) {
score += 1000;
}
// Maximum possible size of textures affects graphics quality
score += deviceProperties.limits.maxImageDimension2D;
// Application can't function without geometry shaders
if (!deviceFeatures.geometryShader) {
return 0;
}
return score;
}三、队列族
之前已经简要的介绍过，几乎所有的Vulkan操作，从绘图到上传纹理，都需要将命令提交到队列中。有不同类型的队列来源于不同的队列簇，每个队列簇只允许部分commands。例如，可以有一个队列簇，只允许处理计算commands或者只允许内存传输commands:
我们需要检测设备中支持的队列簇，其中哪一个队列簇支持我们想要的commands。为此我们添加一个新的函数findQueueFamilies来查找我们需要的队列簇。现在我们只会寻找一个支持图形commands队列簇，但是我们可以在稍后的小节中扩展更多的内容。
此函数返回满足某个属性的队列簇索引。定义结构体，其中索引-1表示"未找到":
struct QueueFamilyIndices {
int graphicsFamily = -1;
bool isComplete() {
return graphicsFamily >= 0;
}
};现在我们实现findQueueFamilies函数:
QueueFamilyIndices findQueueFamilies(VkPhysicalDevice device) {
QueueFamilyIndices indices;
...
return indices;
}获取队列簇的列表函数为vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties:
uint32_t queueFamilyCount = 0;
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(device, &queueFamilyCount, nullptr);
std::vector<VkQueueFamilyProperties> queueFamilies(queueFamilyCount);
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(device, &queueFamilyCount, queueFamilies.data());有关队列簇，结构体VkQueueFamilyProperties包含了具体信息，包括支持的操作类型和基于当前队列簇可以创建的有效队列数。我们至少需要找到一个支持VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT的队列簇。
int i = 0;
for (const auto& queueFamily : queueFamilies) {
if (queueFamily.queueCount > 0 && queueFamily.queueFlags & VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT) {
indices.graphicsFamily = i;
}
if (indices.isComplete()) {
break;
}
i++;
}现在我们有了比较理想的队列簇查询功能，我们可以在isDeviceSuitable函数中使用，确保物理设备可以处理我们需要的命令:
bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
QueueFamilyIndices indices = findQueueFamilies(device);
return indices.isComplete();
}