Metal - 命令设定 - 设置命令结构

探索Metal 如何在GPU上执行命令

概述

要让GPU代表您执行工作，请向其发送命令。命令执行您的应用所需的绘图。并行计算或资源管理工作。Metal
应用程序与GPU之间的关系时客户端-服务器模式的关系：

• 您的Metal 应用是客户

• GPU是服务器

• 您可以通过将命令发送到GPU来发出请求

• 处理完命令后，GPU可以在您准备好进行更多工作时通知您的应用程序。

图1使用Metal时的客户端-服务器使用模式

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1. 要将命令发送到GPU,请使用命令编码器对象将它们添加到命令缓冲区，
2. 您可以将命令缓冲区添加到命令队列中，然后在准备好让metal执行命令缓冲区的命令时提交命令缓冲区。
3. 将命令放置在命令缓冲区，排队和提交命令缓冲区中的顺序很重要，因为它会影响metal承若执行命令的顺序。

以下各节介绍了设置工作命令结构的步骤，这些命令按创建对象以与metal交互的方式进行了排序。

制作初始化时间对象

您可以在初始化时创建一些metal对象，并且通常可以无限期地保持它们。这些是命令队列和管道对象。您只需要创建一次即可创建它们，因为它们的设置成本很高，但是一旦初始化，它们就可以快速重用。

制作命令队列

要创建命令队列，请调用设备的功能：makeCommandQueue()

 commandQueue = device.makeCommandQueue()；

由于您通常会重用命令队列，因此请对其进行强有力的引用。您可以使用命令队列来保存命令缓冲区，如下所示

图2 您的应用程序的命令队列

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制作一个或多个管道对象

一个管道对象告诉金属如何处理你的命令。管道对象封装了您使用“金属” 着色语言编写的函数，以下是管道适合您的Metal工作流程的方式：

• 您编写用于处理数据的metal 着色器函数

• 创建一个包含着色器的管道对象

• 准备使用它时，请启用管道

• 进行平局，计算或盲注。

metal 不会立即执行绘制，计算或blit 调用；而是使用编码器对象将这些调用封装到命令缓冲区的命令插入，提交命令缓冲区后，metal 将其发送到GPU，并使用活动的管道对象处理命令。

** 图3 GPU上的活动管道包含处理命令的自定义着色器代码。**

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向GPU发出命令

设置好命令队列和管道之后，就该向GPU发出命令了，这是您遵循的过程：

• 创建一个命令缓冲区

• 用命令填充缓冲区

• 将命令缓冲区提交给GPU

如果要在渲染循环中执行动画，则对动画的每一帧都执行此操作，您还可以按照此过程执行一次性图像处理或机器学习任务。

以下小节将详细指导您完成这些步骤

创建命令缓冲区

通过调用命令队列来创建命令缓冲区： makeCommandBuffer（）

清单2 创建一个命令缓冲区

 guard let commandBuffer = commandQueue.makeCommandBuffer() else {
   return   
}

对于单线程应用程序，您将创建一个命令缓冲区。图4显示了命令以其命令缓冲区之间的关系：

** 命令缓冲区与其包含的命令的关系**

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将命令添加到命令缓冲区

当您在编码器对象上调用特定与任务的函数时（例如绘图，计算或blit操作）,编码器会将与这些调用相对应的命令放在命令缓冲区中。编码器对命令进行编码，以包括GPU在运行时处理任务所需的所有内容。图5显示了工作流程：

图5 命令编码器将绘制结果插入命令到命令缓冲区中。

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您可以根据具体任务用的具体子类对实际命令进行编码：MTLCommandEncoder

• 使用到的问题渲染命令。MTLRenderCommandEncoder

• 使用发出并行计算命令。MTLComputeCommandEncoder

• 使用到问题的资源管理命令。MTLBlitCommandEncoder

有关完整的渲染示例，请参见使用渲染管道渲染基元。有关完整的并行处理示例，请参见在计算函数中处理纹理

提交命令缓冲区

为了使您的命令能够运行，您可以将命令缓冲区提交给GPU

commandBuffer.commit()

提交命令缓冲区不会立即运行其命令。相反，metal会调度缓冲区命令，使其仅在您提交在队列中等待的先前命令缓冲区后才运行。如果您尚未显示排队命令缓冲区，则在提交缓冲区后，metal 会为您完成。

提交缓冲区后，您不会使用它，但是您可以选择通过其调度，完成或查询其status。

metal承诺，执行命令的顺序与您订购命令的方式相同，虽然metal可能会在处理命令之前对其进行重新排序，但这通常仅在获得性能提升且没有其他可察觉影响的情况下发生。