引擎中的资源及文件系统
资源及文件系统
游戏引擎架构 第六章
涉及载入、管理多种资源 因此涉及到 资源管理器
封装引擎私有API的原因：
1.跨平台需求时 对文件系统API的隔离 隐藏不同目标平台间的区别。
2.提供一切所需但文件系统未提供的功能 例如streaming 等等。
文件系统
通常功能
操作文件名和路径
路径：一般是由卷盘指示符和路径成分组成 其之间以分隔符分隔 不同操作系统之间的分隔符使用是有差异的。
C:\Program Files\Unity\Hub\Editor
操作系统间的区别
例如UNIX使用‘/’ DOS和早期Windows采用‘\’ 后期的Windows支持了正反斜线符来做分隔路径。
UNIX系不支持以卷盘分开目录层次。整个文件系统都是以单一庞大的层次所组成的。像是一棵树行关系，所以UNIX路径不会出现卷盘指示符的。
绝对路径与相对路径
所有路径都对应文件系统中的某个位置
当路径相对于根目录，称其为绝对路径
当路径相对于文件系统中的其他目录时，称其为相对路径
UNIX的绝对路径是以分隔符/起始
搜寻路径
搜寻路径是包含一串路径的字符串，各路径间以特殊符号分隔 在找文件时会从这些路径进行搜寻。PATH环境变量
路径API设计
常见的如 路径分离目录/文件名/扩展名、路径规范化、绝对路径与相对路径间转换、各平台间目录差异包装等
文件I/O
standard C library 提供两组API以开启、读取和写入文件内容。
其中一组有缓冲buffered 另一组无缓冲unbuffered。
每次调用输入输出时 都需要成为缓冲区的数据区块 来提供程序和磁盘之间传送来源或目的字节。
对于有I/O缓冲功能的函数有时候会成为Stream I/O 这时会把磁盘文件抽象成字节流。
同步IO
程序发出IO请求后 必须等待读写数据完毕后 程序再继续运行。
异步IO
streaming
利用另一线程处理I/O 请求。主线程调用异步函数时，会把请求放入一个队列，并且立即传回。
同时，I/O线程从队列中取出请求,并阻塞I/O函数如read()处理这些请求。
在请求工作完成后，就会调用主线程之前提供的回调函数，来通知操作完成。
若主线程选择等待完成I/O请求，会使用信号量 semaphore 来同步状态
(每个请求对弈一个semaphore 主线程把自身处于休眠，等待IO线程完成工作后的新号通知)。
asynchronous 通过回调函数 处理读写完成后的连续操作
需要注意异步加载时 资源加载的优先权 对于优先级更高的资源做优先加载处理 可能情况还需要暂停较低优先权的请求。
资源管理器
两个部分组成
1.负责管理离线工具链，用来创建资产以及把他们转换成引擎可用的形式。
2.在执行期间管理资源，确保资源在使用之前已载入内存，并在不需要时从内存卸下。
离线资源管理及工具链
资源的版本控制
版本控制工具 资产 数据量
资源数据库
对于大部分资产来说 引擎并不会直接使用期原本的格式。会对资产做相应的调节转换为引擎所需格式 及 资产调节通道 asset conditioning pipeline。
此时 每个资源都需要有元数据metadata描述如何对资源进行处理。
例如 压缩纹理的压缩类型 动画clip的帧信息处理 模型软件导出的网格信息处理
所以需要这种由各种元数据组成的资源数据库 或者是资源处理配置。记录着如何处理对应的资源。也可以理解为是一种描述文件。
无论资源数据库采用什么形式 必须提供以下功能：
能处理多种类型资源。
能创建新资源。
能删除资源。
能查看及修改现存资源。
能把修改资源的目录位置。
能让资源交叉引用其他资源。交叉引用通常同时驱动资源管理生成过程及运行时的载入过程。
能维持数据库内所有交叉引用的引用完整性。执行所有常见操作后，如删除或移动资源后，仍能保持引用完整性。
能保存版本历史，并含完整日志记录改动人员和事由。
支持不同形式的搜寻和查询。例如资源建引用关系。
需要考虑的常见问题：
对同一时间相同资产的修改，存在合并问题和上锁问题。以及资源的粒度划分。
源文件映射，让用户很容易得出该资源是由那些资产而来。
资产调节通道
asset conditioning pipeline ACP
resource conditioning pipeline RCP
tool chain
每个资源管道的开端都是DCC原生格式的源文件(如Maya .ma PS .psd)
这些资产通常会经过3个处理阶段 再到达游戏引擎。
1.导出器 exporter
常是为DCC撰写自定义插件， 功能是把DCC工具里的数据导出为某种中间格式，供后续阶段使用。
2.资源编译器 resource compiler
对上一阶段的数据做一下格式处理。 例如把网格三角形重新排列成三角形带门或是要压缩纹理 。 目的是让数据在导出后可直接被引擎所使用。
3.资源链接器 resource linker
有时 多个资源需要先结合成单个有用的包再载入到引擎(存在依赖关系)。 例如模型 需要把网格材质骨骼贴图动画等等整合好后结合为模型资源。
叫做资源链接 但也是并非素有资源都需要链接 单一素材则不需要了(无依赖)。
每个ACP都需要一组规则来描述资产之间的依赖关系。当某资产作出改动后，有些生成工具可以利用这些依赖关系信息，确保以正确次序为自查进行生成。
运行时资源管理
功能责任
1.确保任何时候，同一资源在内存中只有一份副本。
维护一个资源注册表，来确保每个资源只有一份副本。可以用字典键值对来记录加载过的资源 guid，内存中资源指针。
2.管理每个资源的生命周期，载入需要的资源，不需要时卸载。
引用计数
3.处理复合类型资源，复合资源是由多个资源组成的资源。
4.维护引用完整性，正确维护资源依赖关系。包括内部引用完整性（单个资源内的交叉引用）及外部引用完整性（资源间的交叉引用）。
有向图 全局资源查找表 指针修正 指针偏移表
5.管理资源载入后的内存用量，确保资源储存在内存中合适的地方。
6.允许按资源类型，载入资源后执行自定义处理。资源载入初始化。
7.常常提供单一同一接口管理。且应该易扩展。
8.支持异步加载 streaming
9.游戏中所有资源都必须有某种全局唯一标识符 GUID 文件路径或是文件把资源层次结构组织起来。
资源所需的内存管理
基于堆的资源分配
忽略内存碎片问题，仅使用通用的对分配器分配资源所需内存。由系统自行做内存碎片整理和内存分配。
基于堆栈的资源分配
堆栈分配器不会有内存碎片问题，因为内存是连续分配的。释放内存时则根据分配的反方向进行。
需要资源加载是线性且可控。
游戏启动后 ，先分配给常驻留资源。标记栈顶位置，之后便可以通过该标志位做资源释放。载入关卡时在栈顶分配内存，关卡完成后，移回栈顶位置到原标记位。
双端堆栈分配器
两个栈定义在一大块内存里。其中一个由内存底端向上 一个从顶端向下。例如：顶端栈做临时分配内存 底端栈做持久数据。
基于池的资源分配
池分配器，把资源数据以同等大小的块载入，因为全部大小相同，资源卸下时不会造成内存碎片。
资源切块 同等大小 一般会存在空间浪费问题。通常不能充分利用资源最后一个块。
载入后初始化
某些资源在载入后 需要执行某些特殊操作 以及注意销毁时做特定动作。 多态 构造 析构
载入时同时包含相关和不想管数据的资源时，相关数据会复制到内存最终目的地，不相关数据进行弃置。避免浪费内存。
直接载入到最终内存位置 或者载入到临时内存区域。