Vulkan系列教程—VMA教程（九）—虚拟分配器

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前言

本文为Vulkan® Memory Allocator系列系列教程，定时更新，请大家关注。如果需要深入学习Vulkan的同学，可以点击课程链接，学习链接

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Virtual Allocator

VMA有一个额外的特性，其核心的分配算法通过一套叫做“Virtual Allocator”来导出给用户使用。这个功能是说，通常使用VMA我们都碰不到Pool当中的内存块儿（blocks），但是现在我们可以独立一块block进行操作了。当然，这样的内存块你可以拿来做各种需求，甚至跟Vulkan无关。

一、生成Virtual Block

为了使用这个功能，VMA并没有给到我们一个Allocator这样的对象。我们所需要做的就是创建一个单独的VmaVirtualBlock来代表（管理）我们想创建的每一个内存块（block）。

1. 填写 VmaVirtualBlockCreateInfo结构体。
2. 调用 vmaCreateVirtualBlock()来创建新的VmaVirtualBlock对象。

代码如下（示例）：

VmaVirtualBlockCreateInfo blockCreateInfo = {
    
    };
blockCreateInfo.size = 1048576; // 1 MB
 
VmaVirtualBlock block;
VkResult res = vmaCreateVirtualBlock(&blockCreateInfo, &block);

二、分配Virtual Allocation

VmaVirtualBlock这个结构体，内部会追踪其分配出去的内存（Occupied Regions）与空闲的内存（Free Region），它与VMA核心的Allocator使用的是同一套分配代码。当你需要分配一个Allocation的时候，传入一个VkDeviceSize参数引用，这个量会被用作Offset（相对于当前这个Block）。
为了创建这样一个Allocation，我们需要：

1. 填写 VmaVirtualAllocationCreateInfo结构体。
2. 调用 vmaVirtualAllocate()函数。从其中获得VkDeviceSize offset作为本Allocation的起点。

代码如下（示例）：

VmaVirtualAllocationCreateInfo allocCreateInfo = {
    
    };
allocCreateInfo.size = 4096; // 4 KB
 
VkDeviceSize allocOffset;
res = vmaVirtualAllocate(block, &allocCreateInfo, &allocOffset);
if(res == VK_SUCCESS)
{
    
    
    // Use the 4 KB of your memory starting at allocOffset.
}
else
{
    
    
    // Allocation failed - no space for it could be found. Handle this error!
}

三、内存释放（Deallocation）

当Allocation不再需要的时候，我们可以调用vmaVirtualFree()来释放内存。你只能够将需要释放的Offset传入（这个Offset就代表了这块内存了）。

当整个Block都不再需要了，你可以通过调用vmaDestroyVirtualBlock()来释放整个Block。但是你必须在释放Block之前，先将每一个Allocation都释放掉。如果你不想一个个手动释放Allocation，那就需要调用 vmaClearVirtualBlock()来释放本Block当中的所有Allocation（这个特性在普通的VMA分配器中是没有的）。

代码如下（示例）：

vmaVirtualFree(block, allocOffset);
vmaDestroyVirtualBlock(block)

四、分配携带参数（Allocation parameters）

你可以使用vmaSetVirtualAllocationUserData()来向已经分配的Allocation中设置用户参数。其默认的参数是null。与之前讲过的用户参数相同，它可以被传入各种各样的用户信息。

代码如下（示例）：

struct CustomAllocData
{
    
    
    std::string m_AllocName;
};
CustomAllocData* allocData = new CustomAllocData();
allocData->m_AllocName = "My allocation 1";
vmaSetVirtualAllocationUserData(block, allocOffset, allocData);

这个指针可以在后面被获取到，通过调用 vmaGetVirtualAllocationInfo()，相关信息会被填写到 VmaVirtualAllocationInfo这个结构当中。注意！当你新new了一个对象，把它传进去作为用户参数，可别忘了在Allocation被释放后，手动释放自己的这块对象内存哦。

代码如下（示例）：

VmaVirtualAllocationInfo allocInfo;
vmaGetVirtualAllocationInfo(block, allocOffset, &allocInfo);
delete (CustomAllocData*)allocInfo.pUserData;
 
vmaVirtualFree(block, allocOffset);

五、内存对齐与单位（Alignment and units）

使用Bytes（字节）来作为Size跟Offset的单位，看上去很自然。如果有一个Allocation，需要被对齐到一个数字上（比如4Byte），你可以使用一个可选参数来设置，即 VmaVirtualAllocationCreateInfo::alignment 。

代码如下（示例）：

VmaVirtualAllocationCreateInfo allocCreateInfo = {
    
    };
allocCreateInfo.size = 4096; // 4 KB
allocCreateInfo.alignment = 4; // Returned offset must be a multiply of 4 B
 
VkDeviceSize allocOffset;
res = vmaVirtualAllocate(block, &allocCreateInfo, &allocOffset);

六、静态信息（Statistics）

你可以通过 vmaCalculateVirtualBlockStats()来获取一个Block的静态信息。这个函数会填充 VmaStatInfo这个结构体—就像VMA通常使用的一样。

代码如下（示例）：

VmaStatInfo statInfo;
vmaCalculateVirtualBlockStats(block, &statInfo);
printf("My virtual block has %llu bytes used by %u virtual allocations\n",
    statInfo.usedBytes, statInfo.allocationCount);

你也可以通过vmaBuildVirtualBlockStatsString()获取到一个Block的所有信息，并且以JSON形式给到。拿到的String必须在后面通过 vmaFreeVirtualBlockStatsString()释放掉。

七、额外考量（Additional considerations）

“Virtual Allocator”这一组功能，是在一个单独的Block上操作的。用户需要自己维护所有的Blocks，当一个Block不足够分配的时候还需要做新的Block，删除空白的Block以及决策一个新的Allocation分配到底优先选取哪一个Block。

系统也给到了一些可选的分配算法，就好像用户自定义内存池里面讲述的。你可以在 VmaVirtualBlockCreateFlagBits 里面找到各种Flags。你可以在Custom Memory Pool（用户自定义内存池）这一章找到算法解释。

总结

以上就是今天的内容，大家对于vulkan的学习，也可以参考我出品的vulkan系列教程，下面给大家贴出链接。
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