OpenGL超级宝典学习笔记：着色器存储区块、原子内存操作、内存屏障

前言 本篇在讲什么 本篇为蓝宝书学习笔记 着色器存储区块 原子内存操作 内存屏障 本篇适合什么 适合初学Open的小白 本篇需要什么 对C++语法有简单认知 对OpenGL有简单认知 最好是有OpenGL超级宝典蓝宝书 依赖Visual Studio编辑器 本篇的特色 具有全流程的图文教学 重实践，轻理论，快速上手 提供全流程的源码内容

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♠ 着色器存储区块

我们在上一张已经简单的认识到了uniform统一变量和一致区块，这一章节我们学习一个新的着色器存储区块(shader storage block)，它和uniform很像

• 一致性

1. 着色器存储区块和uniform都可以像着色器提供数据
2. 二者声明类似，着色器区块使用限定符buffer而非uniform

• 优点

1. 存储区块更大，几乎没有上限
2. 区别uniform，着色器存储区块可以被着色器修改
3. 存储区块还支持原子内存操作

• 缺点

1. 由于非常灵活，OpenGL难以真正优化对存储块的访问

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♥ 声明

用buffer限定符声明，支持std140和std430打包限定符

layout (binding=0,std430) buffer color_block{vec4 out_color;
};	

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♥ 应用

绑定到缓存和使用的方式和uniform几乎一样，区别是索引使用的是GL_SHADER_STORAGE_BUFFER

我们来看一个完整的演示示例吧，很简单，我们通过区块内的变量给三角形上色

注：该例子直接修改OpenGl超级宝典官方示例singletri.cpp，只需修改startup方法即可

virtual void startup()
{static const char * vs_source[] ={"#version 450 core                                                 \n""                                                                  \n"" 																   \n""void main(void)                                                   \n""{                                                                 \n""    const vec4 vertices[] = vec4[](vec4( 0.25, -0.25, 0.5, 1.0),  \n""                                   vec4(-0.25, -0.25, 0.5, 1.0),  \n""                                   vec4( 0.25,  0.25, 0.5, 1.0)); \n""                                                                  \n""    gl_Position = vertices[gl_VertexID];                          \n""}                                                                 \n"};static const char * fs_source[] ={"#version 450 core                                                 \n""                                                                  \n""layout (binding=0,std430) buffer color_block					   \n""{                                                                 \n""    vec4 out_color;                                               \n""};                                                                \n""                                                                  \n""out vec4 color;                                                   \n""                                                                  \n""void main(void)                                                   \n""{                                                                 \n""    color = out_color;										       \n""}                                                                 \n"};program = glCreateProgram();GLuint fs = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);glShaderSource(fs, 1, fs_source, NULL);glCompileShader(fs);GLuint vs = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);glShaderSource(vs, 1, vs_source, NULL);glCompileShader(vs);glAttachShader(program, vs);glAttachShader(program, fs);glLinkProgram(program);glGenVertexArrays(1, &vao);glBindVertexArray(vao);GLfloat sColor[] = { 1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f };GLuint ssbo;glGenBuffers(1, &ssbo);glBindBuffer(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, ssbo);glBufferData(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 4*8, NULL, GL_DYNAMIC_COPY);glBindBufferRange(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 0, ssbo, 0, 4 * 8);glBufferSubData(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 0, 4 * 4, sColor);
}

要点1：在该片段着色器中我们声明了一个着色器存储区块color_block，其存有唯一变量out_color，该变量会作为三角形颜色被赋值，注意了这里限定符是buffer，绑定缓存的索引是GL_SHADER_STORAGE_BUFFER

要点2：自定义颜色sColor，作为数值通过glBufferSubData接口更新到了区块内，以下是最终显示效果

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♥ 原子内存操作

区别去unifom的只读特性，着色器区块允许对内存进行简单的读写，这其中包括的原子操作，

• 什么是原子操作

是一段从内存读取的序列，可能会伴随内存的写入

• 原子操作的作用

保证了单次数据读写的安全性

原子操作可在其他调用有机会从内存读取数据之前，就完成读取-修改-写入循环以完成一次调用

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♥ 内存屏障

只读数据没有任何问题，如果伴随写入数据，可能存在风险，风险大致分为以下三种

• 先写后读(RAW)风险

刚写入内存后，立即读取该位置的数据，根据系统架构，读写顺序可能会被重排，进而读写到错误数据

• 写后写(WAW)风险

在同一内存地址连续写入数据，根据系统架构，最后一次写入并不一定是最终写入内存的值

• 先读后写(WAR)风险

通常发生在并行系统中，读取和写入的顺序可能被重排，读取到后被写入的数据

内存屏障就是用来处理这些内存风险的工具

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♣ 什么是内存屏障

相当于一个标记，告诉OpenGL，如果准备重新排序，必须完成屏障之前发送的命令，不要先执行后边的命令

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♣ 在应用中使用屏障

• 函数

void glMemoryBarrier(GLbitfield barriers);

参数barriers不同的值代表不同的含义，例如：

• GL_SHADER_STORAGE_BARRIER_BIT

屏障执行前的所有操作（尤其是写入），一定执行在屏障调用后的数据操作之前被完成

• GL_UNIFORM_BARRIER_BIT

如果我们向缓存内写入的数据，在屏障执行后作为统一变量缓存，设置该选项

• GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_BARRIER_BIT

OpenGL会等待向缓存写入的着色器完成，然后通过顶点属性将这些缓存作为顶点数据源

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♣ 在着色器中使用屏障

我们可以直接在着色器中使用屏障

void memoryBarrier();

已执行的读写函数会在该屏障执行完成前返回

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♠ 推送

• Github

https://github.com/KingSun5

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♠ 结语

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