Vulkan中的gl_GlobalInvocationID, local_size_x的理解

最近在学习Vulkan,结果在查看示例代码的时候，对于如下两句出现了疑问：

layout(local_size_x = X​, local_size_y = Y​, local_size_z = Z​) in;

ivec3 pos = ivec3(gl_GlobalInvocationID);

首先是Invocation这个单词的理解，计算机语言中他的意思是 "the act of making a particular function start" ,中文意思是 "调用，启用"。

其中

layout(local_size_x = X​, local_size_y = Y​, local_size_z = Z​) in;

意思是初始化，X * Y * Z 个计算单元供我们的代码调用，可以简单理解成线程数。如果不设置这几个值，默认值是 1，也就是只提供一个计算单元（线程）。

而使用如下的代码

ivec3 pos = ivec3(gl_GlobalInvocationID);

意思是获取当前代码运行的计算单元的编号，也可以理解成获取当前线程的索引。

下面的代码都使用如下的命令编译成Vulkan使用的SPIR-V格式的代码

$ glslangValidator xx.comp --target-env vulkan1.0

比如下面的代码,就是一个简单的利用gl_GlobalInvocationID，进行并行计算的例子：

#version 430 core
layout (local_size_x = 64) in;


layout(std430, binding=4 ) buffer INFO 
{
        vec2 info[];
};


void main()
{
    uint gid = gl_GlobalInvocationID.x;
    info[gid].x += 1.0;
    info[gid].y += 1.0;
    memoryBarrier();
}

但是，如果传入的数组的大小超过我们设置的计算单元的数量的情况，上述的代码是处理不了的。

可以如下方式处理上述情况：

/*atomicAdd 从4.30版本的opengl开始提供，之前的版本没有这个函数*/
#version 430 core
layout (local_size_x = 64) in;

layout(std430, binding=4 ) buffer INFO 
{
        vec2  info[];
};

layout(std430, binding=5 ) buffer LEN 
{
        uint   len;
};

uint counter = 0;

void main()
{
    uint gid = atomicAdd(counter,1);
    if  (gid <= len ) { 
        info[gid].x += 1.0;
        info[gid].y += 1.0;
        memoryBarrier();
    }
}


void main()
{
    uint gid = atomicAdd(counter,1);
    if  (gid <= len ) { 
        info[gid].x += 1.0;
        info[gid].y += 1.0;
        memoryBarrier();
    }
}

如果想动态调整计算单元的数量，增加处理灵活性，可以参考下面的代码：

#version 450
layout(local_size_x_id = 0) in;               
layout(local_size_y_id = 1) in;
layout(local_size_z_id = 2) in;

//rest of the shader

外部通过

VkResult vkCreateComputePipelines(
	VkDevice device,
	VkPipelineCache pipelineCache,
	uint32_t createInfoCount,
	const VkComputePipelineCreateInfo* pCreateInfos,
	const VkAllocationCallbacks* pAllocator,
	VkPipeline* pPipelines);

函数调用的时候，指定

typedef struct VkComputePipelineCreateInfo {
	VkStructureType sType;
	const void* pNext;
	VkPipelineCreateFlags flags;
	VkPipelineShaderStageCreateInfo stage;
	VkPipelineLayout layout;
	VkPipeline basePipelineHandle;
	int32_t basePipelineIndex;
} VkComputePipelineCreateInfo;

参数中的

typedef struct VkPipelineShaderStageCreateInfo {
	VkStructureType sType;
	const void* pNext;
	VkPipelineShaderStageCreateFlags flags;
	VkShaderStageFlagBits stage;
	VkShaderModule module;
	const char* pName;
	const VkSpecializationInfo* pSpecializationInfo;
} VkPipelineShaderStageCreateInfo;

参数中的

typedef struct VkSpecializationInfo {
	uint32_t mapEntryCount;
	const VkSpecializationMapEntry* pMapEntries;
	size_t dataSize;
	const void* pData;
} VkSpecializationInfo;

参数中的

typedef struct VkSpecializationMapEntry {
	uint32_t constantID;
	uint32_t offset;
	size_t size;
} VkSpecializationMapEntry;

指定的数值来动态调整所需要的计算单元的数量。

整个参数的设置流程特别长，非常难掌握。具体的使用例子参考 Glavnokoman/vuh以及 Vulkan® 1.0.95 - A Specification - Khronos Group文档中的上述参数的使用例子。

如果内部不指定，也可以通过外部调用

void vkCmdDispatch(
	VkCommandBuffer commandBuffer,
	uint32_t groupCountX,
	uint32_t groupCountY,
	uint32_t groupCountZ);

的时候设置，但是这样的设置存在一定的灵活性问题，可能需要多个独立的ComputePipeline来配合。

具体信息，可以参考下图：

相关介绍，请参考 Compute Shader。网页如果打不开，可以点击下图，查看详细内容：

参考链接

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• opengl渲染管线 不能再详细了
• / jessie / opengl-4-man-doc / gl_GlobalInvocationID(3G)
• 基于OpenGL ES的深度学习框架编写
• How are tasks divided up with compute shaders?
• Vulkan^® 1.1.95 - A Specification (with all registered Vulkan extensions)
• Compute Shader
• User defined WorkGroup sizes in Vulkan Compute shaders
• Vulkan atomic counters
• Atomic Counter
• atomicAdd — perform an atomic addition to a variable
• WorkGroupSize specialization does not work when gl_WorkGroupSize is not referenced in the shader.
• Has anybody got a working example of work group size variation through use of specialization constants?
• Push Constants Guaranteed Minimum Size (Vulkan Spec)?