Chrome内核解析 -- 绘制引擎基础篇：绘图上下文(RenderingContext, GraphicsContext)

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多个图形上下文（GraphicsContext，也称为3D Context, GL Context）

众所周知，使用OpenGL/D3D绘图，或者GDI, GTK/Cario, QT, X11, Skia等与绘图相关的库时，有图形上下文(GraphicsContext)这个概念。它和进程上下文有类似之处，只不过它保存绘图有关的信息，比如当前申请的Buffer, Texture, FBO等对象，以及这些对象的属性，如Texture的tile mode(repeat, mirror)，以及变换矩阵，投影矩阵，光照信息，线宽，线的颜色，裁剪区大小，alpha混合模式和参数，等等众多相关属性。在Chromium里，由于其多进程构架以及Web内容的复杂性， 它可能包含以下多个GraphicsContext:

首先，网页中的一些特殊元素或组件在Chromium里往往有自己的GraphicsContext，这些特殊元素是WebGL，Canvas2D, Video, Pepper3D等。页面中每出现一个特殊元素，Chromium都会创建一个独立的GraphicsContext。另外，包含其它所有元素的Base Layer（也称Root Layer)也有自己的GraphicsContext。它们都是绘制到off-screen的FBO, 比如PixelBuffe或者Texture上。

其次，RenderCompositor将上述的各个Layer合成，合成过程中也会创建自己的GraphicsContext，它也是绘制到off-screen的FBO。

最终，BrowserCompositor把网页内容和UI合成，也会创建GrapicsContext，这一次合成的结果将绘制到屏幕上。它对应着on-screen Framebuffer。对于最常见的双buffer系统，它会绘制到back buffer, 然后通过swap buffer在屏幕上显示。

虚拟上下文：Virtual Context

对于GPU硬件上不支持多个GraphicsContexts(或者虽然支持，但性能很差)的设备，Chromium会创建虚拟上下文。每个虚拟上下文都维护自己的绘图状态，比如所绑定的FBO, texture,buffer等，以及一些绘制状态和属性。多个虚拟上下文对应一个真实的GraphicsContext。切换虚拟上下文时，则需要重新绑定这些buffer, 以及恢复绘制状态。

所以，虚拟上下文的切换只是逻辑上的切换，并没有真正切换GraphicsContext。这种方式可以在不支持多个图形上下文的设备上，通过虚拟上下文来模拟多个图形上下文。

RenderingContext 

实际上，Chromium中为了管理GraphicsContext, 在创建Command Buffer时不仅创建了GraphicsContext和Virtual Context, 还创建了和绘制相关的其它重要的类，比如TransferBufferManager, CommandBufferService, GLES2DecoderImpl, GpuScheduler, GLES2Implementation, GLES2CmdHelper, TransferBuffer等等。这些类和GraphicsContext, Virtual Context一起，构成了Chromium的绘图上下文(RenderingContext)。特别是GLES2DecoderImpl, 它负责解析command buffer客户端发来的Gpu请求，并真正发起GL操作。它的初始化函数gpu::gles2::GLES2DecoderImpl::Initialize里，会创建很多重要的基础设施，比如FBO, 以及需要attach到FBO中的color buffer(Texture 或者RenderBuffer), depth buffer, stencil buffer等等。

这些类和Command Buffer紧密相关，将在下一节详细介绍。读者需要了解的是，Chromium中为了支持多个GraphicsContext，引入了命令缓冲区（command buffer)机制。它需要在多个图形上下文之间进行切换，同步。所以，除了GraphicsContext本身，Chromium的RenderingContext还包含很多其它的基础设施，来实现这一机制。

（注意：GraphicContext和RenderingContext都可以翻译为绘图上下文，在Chromium里，RenderingContext包含GraphicsContext, 还包括VirtualContext, GpuScheduler, GLES2Decoder, GLES2Implementation等等。为避免混淆，除了将GraphicsContext翻译为图形上下文，RenderingContext翻译为绘图上下文以外，将尽量使用英文原文）

Chromium中的具体实现：

1. 创建RenderingContext, GraphicsContext, VirtualContext

以WebGL为例，当JavaScript调用getContext("webgl")时，则会创建GraphicsContext和VirtualContext。具体调用过程是，Render进程的主线程中，当V8执行到

getContext("webgl");  // 或者getContext("experimental-webgl");

时，会通过JS binding到Blink, 调用Blink中相应的API: blink::HTMLCanvasElement::getContext, 它会创建WebGLRenderingContext，后者调用Chromium的content模块，创建RenderingContext, 其中包括GraphicsContext和Virtual Context，其主要的调用序列如下：

blink::HTMLCanvasElement::getContext 
blink::WebGLRenderingContext::create 
content::RendererBlinkPlatformImpl::createOffscreenGraphicContext3D 
content::WebGraphicsContext3DCommandBufferImpl::InitializeOnCurrentThread 
content::WebGrapicsContext3DCommandBufferImpl::CreateContext 
content::CommandBufferProxyImpl::Initialize

当然，实际创建GraphicsContext需要发起GL操作，比如eglCreateContext。而Chromium里有一个简单原则：凡是GL操作，都是Browser进程的Gpu线程负责。同样地，上述代码本身并没有完成创建RenderingContext的过程，它只是向Browser进程发送创建请求（发送GpuCommandBufferMsg_Initialize消息），Browser进程收到这个请求后，由

content::GpuCommandBufferStub::OnInitialize

负责初始化command buffer, 而GraphicsContext就是在初始化command buffer过程中创建的。具体实现是，通过调用gfx::GLSurface::CreateOffscreenGLSurface或者gfx::GLSurface::CreateViewSurface来创建GLSurface, 然后通过调用gfx::GLContext::CreateGLContext来创建图形上下文。而虚拟上下文则调用gpu::GLContextVirtual::GLContextVirtual来创建。其它和RenderingContext相关的类，也是在Command Buffer初始化时创建的，比如GpuScheduler, GLES2Implementation, GLES2DecoderImpl等等，特别重要的是gpu::gles2::GLES2DecoderImpl::Initialize中申请了off-screen GraphicsContext的FBO, 以及FBO所需要的texture和render buffer。它们位于Browser进程的主线程。

当然，GLSurface和GLContext都是平台相关的，它会调用具体的库来实现，比如egl, CGL等等。它们位于Gpu线程。以Chromium on Android为例，GraphicsContext是通过/src/ui/gl_context_android.cc中的工厂函数CLContext::CreateGLContext，最终调用GLContextEGL::eglCreateContext来创建(/src/ui/gl/gl_context_egl.cc)。而虚拟上下文的创建其实和平台无关，它在Browser进程的主线程就可完成。

整个过程如下：

2. 上下文切换

上下文切换，实际上就是让目标Context成为当前Context。在Chromium里，则是调用gpu::GLContext::MakeCurrent。无论目标Context是平台相关的真实3D Context（具体实现有GLContextEGL, GLContextWGL, GLContextGLX等等）, 还是平台无关的Virtual Context, 它们都是GLContext的子类。通过调用gpu::GLContext::MakeCurrent都能动态绑定到具体的类中。具体分析如下：

如果切换的目标Context是真实的GraphicsContext, 则会调用平台相关的MakeCurrent函数，比如GLContextEGL::MakeCurrent。最终调用平台相关的GL操作，比如eglMakeCurrent。真实的3D Context的切换操作比较耗时。具体代码位于/src/ui/gl目录下的相关文件中。

而对于VirtualContext, 则调用GLContextVirtual。它会查看当前的真实3D Context与目标Context是否相同。如果相同，则无需切换真实的GraphicsContext。对于不支持多个GraphicsContext的设备，除第一次调用MakeCurrent会切换到真实的GraphicsContext, 其它情况下都不必切换真实GraphicsContext。切换虚拟上下文的函数是/src/ui/gl/gl_gl_api_implementation.cc中的gfx::VirtualGLApi::MakeCurrent。从GLContextVirtual::MakeCurrent到该函数的调用序列为：

gpu::GLContextVirtual::MakeCurrent
gfx::GLContext::MakeVirtuallyCurrent
gfx::VirtualGLApi::MakeCurrent

如前所述，切换VirtualContext主要是重新绑定buffer，以及通过显式设置状态参数以恢复相关的绘制状态。通常情况下，虚拟上下文的切换是轻量级的。