OSX 上的 glDrawElements 具有高 CPU 使用率

Posted 2023-02-22

【中文标题】OSX 上的 glDrawElements 具有高 CPU 使用率

【英文标题】：glDrawElements on OSX has high cpu usage

【发布时间】：2017-02-14 23:28:43

【问题描述】：

我主要使用 SDL2 和 OpenGL 3.3 在 Linux (Mint) 和 Windows 上进行开发，在绘制对象方面几乎没有问题。 CPU 使用率从未真正飙升到 40% 以上。

那是，直到我尝试将我拥有的东西移植到 OSX (Sierra)。 使用在 Linux 和 Windows 上运行的完全相同的着色器和代码即可，将 OSX 上的 CPU 使用率持续提高到 ~99%。

起初，我认为这是一个批处理问题，所以我将我的绘图调用批处理在一起以尽量减少对 glDrawElements 的调用次数，但这并没有奏效。

然后，我认为这是一个涉及不使用顶点/片段着色器中的属性的问题（例如：OpenGL core profile incredible slowdown on OS X）

此外，我将帧速率保持在 60 fps。

整理之后，没有运气。尝试记录我能记录的所有内容，glGetError() 和着色器日志都没有。

所以我从我的顶点/片段着色器中删除了一些零碎的东西，看看是什么特别减慢了我的绘制调用。我设法将其简化为：在我的顶点/片段着色器中对 texture() 函数的任何调用都会使 CPU 使用率很高。

纹理加载代码：

// Texture loading
void PCShaderSurface::AddTexturePairing(HashString const &aName)

  GLint minFilter = GL_LINEAR;
  GLint magFilter = GL_LINEAR;
  GLint wrapS = GL_REPEAT;
  GLint wrapT = GL_REPEAT;
  if(Constants::GetString("OpenGLMinFilter") == "GL_NEAREST")
  
    minFilter = GL_NEAREST;
  
  if(Constants::GetString("OpenGLMagFilter") == "GL_NEAREST")
  
    magFilter = GL_NEAREST;
  
  if(Constants::GetString("OpenGLWrapModeS") == "GL_CLAMP_TO_EDGE")
  
    wrapS = GL_CLAMP_TO_EDGE;
  
  if(Constants::GetString("OpenGLWrapModeT") == "GL_CLAMP_TO_EDGE")
  
    wrapT = GL_CLAMP_TO_EDGE;
  

  glGenTextures(1, &mTextureID);
  glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, mTextureID);

  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilter);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, magFilter);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, wrapS);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, wrapT);
  glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, mSurface->w, mSurface->h, 0, mTextureFormat, GL_UNSIGNED_BYTE, mSurface->pixels);

  GetManager()->AddTexturePairing(aName, TextureData(mTextureID, mSurface->w, mSurface->h));

绘制代码：

// I batch objects that use the same program and texture id to draw in the same call.
glUseProgram(program);
int activeTexture = texture % mMaxTextures;
int vertexPosLocation = glGetAttribLocation(program, "vertexPos");
int texCoordPosLocation = glGetAttribLocation(program, "texCoord");
int objectPosLocation = glGetAttribLocation(program, "objectPos");
int colorPosLocation = glGetAttribLocation(program, "primaryColor");

// Calculate matrices and push vertex, color, position, texCoord data
// ...

// Enable textures and set uniforms.
glBindVertexArray(mVertexArrayObjectID);
glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + activeTexture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
glUniform1i(glGetUniformLocation(program, "textureUnit"), activeTexture);
glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "cameraDiff"), cameraTranslation.x, cameraTranslation.y, cameraTranslation.z);
glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "cameraSize"), cameraSize.x, cameraSize.y, cameraSize.z);
glUniformMatrix3fv(glGetUniformLocation(program, "cameraTransform"), 1, GL_TRUE, cameraMatrix);

// Set shader properties. Due to batching, done on a per surface / shader basis.
// Shader uniforms are reset upon relinking.
SetShaderProperties(surface, true);

// Set VBO and buffer data.
glBindVertexArray(mVertexArrayObjectID);
BindAttributeV3(GL_ARRAY_BUFFER, mVertexBufferID, vertexPosLocation, vertexData);
BindAttributeV3(GL_ARRAY_BUFFER, mTextureBufferID, texCoordPosLocation, textureData);
BindAttributeV3(GL_ARRAY_BUFFER, mPositionBufferID, objectPosLocation, positionData);
BindAttributeV4(GL_ARRAY_BUFFER, mColorBufferID, colorPosLocation, colorData);

// Set index data
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, mIndexBufferID);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(GLuint) * indices.size(), &indices[0], GL_DYNAMIC_DRAW);

// Draw and disable
glDrawElements(GL_TRIANGLES, static_cast<unsigned>(vertexData.size()), GL_UNSIGNED_INT, 0);
DisableVertexAttribArray(vertexPosLocation);
DisableVertexAttribArray(texCoordPosLocation);
DisableVertexAttribArray(objectPosLocation);
DisableVertexAttribArray(colorPosLocation);

// Reset shader property values.
SetShaderProperties(surface, false);

// Reset to default texture
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
glBindVertexArray(0);
glUseProgram(0);

示例绑定代码：

void PCShaderScreen::BindAttributeV3(GLenum aTarget, int const aBufferID, int const aAttributeLocation, std::vector<Vector3> &aData)

  if(aAttributeLocation != -1)
  
    glEnableVertexAttribArray(aAttributeLocation);
    glBindBuffer(aTarget, aBufferID);
    glBufferData(aTarget, sizeof(Vector3) * aData.size(), &aData[0], GL_DYNAMIC_DRAW);
    glVertexAttribPointer(aAttributeLocation, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vector3), 0);
    glBindBuffer(aTarget, 0);
  

VS 代码：

#version 330

in vec4 vertexPos;
in vec4 texCoord;
in vec4 objectPos;
in vec4 primaryColor;

uniform vec3 cameraDiff;
uniform vec3 cameraSize;
uniform mat3 cameraTransform;

out vec2 texValues;
out vec4 texColor;

void main()

  texColor = primaryColor;
  texValues = texCoord.xy;

  vec3 vertex = vertexPos.xyz + objectPos.xyz;
  vertex = (cameraTransform * vertex) - cameraDiff;
  vertex.x /= cameraSize.x;
  vertex.y /= -cameraSize.y;
  vertex.y += 1.0;
  vertex.x -= 1.0;
  gl_Position.xyz = vertex;
  gl_Position.w = 1.0;

FS 代码：

#version 330

uniform sampler2D textureUnit;
in vec2 texValues;
in vec4 texColor;
out vec4 fragColor;

void main()

  // Slow, 99% CPU usage on OSX only
  fragColor = texture(textureUnit, texValues) * texColor;
  // Fine on everything
  fragColor = vec4(1,1,1,1);

我真的没有想法，我什至尽我所能遵循 Apple 的最佳实践 (https://developer.apple.com/library/content/documentation/GraphicsImaging/Conceptual/OpenGL-MacProgGuide/opengl_texturedata/opengl_texturedata.html)，但没有运气。

我使用的 Windows 和 Linux 驱动程序是否只是为我提供了某种我不知道的宽恕？ OSX驱动真的那么敏感吗？我肯定错过了什么。任何帮助和见解将不胜感激。感谢您阅读我冗长的演讲。

【问题讨论】：

首先，使用 Instruments 和 Time Profiler 模板来分析程序中使用 CPU 时间的因素。即使它不在您的代码中，确切地说，它也可能会提供线索。其次，我的猜测是您的纹理格式并不理想，需要调配。从您链接的 Apple 文档中：“加载数据时，GL_RGBA 和 GL_UNSIGNED_BYTE 的组合需要由许多卡混合，因此不推荐。”删除 texture() 调用允许 GL 检测到纹理实际上没有被使用，因此它可以跳过 swizzle。

感谢您的洞察力，遗憾的是，我将 glTexImage 调用更改为 glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, mSurface->w, mSurface->h, 0, mTextureFormat, GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8_REV, mSurface->pixels);，但没有运气。我确保将图像作为 GL_BGRA 加载为良好的衡量标准。 imgur.com/a/GDqba 我通过 Instruments 运行我的代码，似乎我的问题出现在 glDrawElements 调用中。

有趣的是，我看到这个对 SCCompileShader 的调用，但不确定那是什么。

@JimmySpencer 你的activeTexture 计算呢，为什么它不总是0？它是保持不变还是随着不同的平局而变化？我想不断改变纹理槽号可能会迫使驱动程序每次都重新编译着色器。

嗯，在SCCompileShader 中花费的时间表明，您对管道状态所做的某些事情导致 GL 驱动程序为每次绘制重新编译您的着色器。 SetShaderProperties() 是做什么的？

【参考方案1】：

感谢@keltar 找到这个，但我的问题出在 glActiveTexture 调用中。

我将调用从 glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + activeTexture) 更改为 glActiveTexture(GL_TEXTURE0)。

套用@keltar：“不断更改纹理槽号可能会强制驱动程序每次重新编译着色器。我认为它的确切值并不重要，只要它不改变（并且在 GL限制）。我想您使用的硬件不能有效（或根本）从统一变量指定的任何插槽中采样纹理 - 但 GL 暗示如此。在某些硬件上，例如获取顶点属性也是着色器内部的一部分。当状态改变时, 驱动程序尝试修补着色器，但如果更改太大（或驱动程序不知道如何修补）- 则需要重新编译。遗憾的是，据我所知，OSX 图形驱动程序并不好。”

【参考方案2】：

您在绘制代码中执行了很多 gl 调用：绑定缓冲区、将数据上传到缓冲区等。其中大多数在准备或上传数据时会做得更好。

我更喜欢只在绘制代码中做：

glUseProgram(程序); 通过glBindVertexArray启用de VAO 通过制服 glActiveTexture 的活动纹理单元 glDrawXXX 命令 glUseProgram(0); 禁用 de VAO

【讨论】：

使用这么多的调用会导致在片段着色器中调用“texture()”，从而使 CPU 变得如此疯狂吗？我并没有真正看到相关性。

在 fs 中取出对“texture()”的调用使我的 cpu 平稳运行在 8-9% 左右，将其放回：95-99%