JJ's blog

Mesa/OpenGL 源码分析：framebuffer

之前看了 Mesa 的早期版本实现之后，我又开始看 Mesa 的最近版本的 OpenGL 实现了。不过，只能说有点选择错误，OpenGL 的实现实在是有太多历史包袱，驱动有非常多替应用层做的处理、回退逻辑。其中掺杂了大量固定管线（Fixed-function pipeline）时代的遗留代码，非 OpenGL Core profile 的部分也很影响阅读体验。所以我想先转去看 Vulkan 的实现，但是在此之前，想先总结一下 framebuffer 相关的一些阅读内容：一方面算是梳理了 OpenGL 底层的一些结构；另一方面，Framebuffer 的概念在 Vulkan 中也有对应的设计，这也为后续学习 Vulkan 打下基础。

在 Mesa 中，gl_framebuffer 主要包含多个 gl_renderbuffer 作为附件 (Attachment)，可以想象成 Framebuffer 有多个插槽，每个插槽可以绑定到具体的 Renderbuffer 或 Texture。

对于 default framebuffer，即关联到 Window System 的 framebuffer 有：

  1. Double Buffer 机制: 用于 Window System 的 framebuffer 包含 front / back 缓冲（如果是立体视觉 stereo 模式，还会叠加 left / right 组合）。
  2. Depth / Stencil Buffers: 深度与模板缓冲。

而 user defined framebuffer 有：

  1. Color Buffers: 支持 Multiple Render Targets (MRT) 的 color0-7。

有哪些 framebuffer

  • MakeCurrent 中绑定的，用于呈现的 WinSysDrawBuffer / WinSysReadBuffer (即 Window System 提供的默认 Framebuffer，ID 为 0)
  • context 当前 glBindFramebuffer 绑定的 DrawBuffer / ReadBuffer
  • 应用显式创建的 Framebuffer Object (FBO)

三层结构

Framebuffer 相当于一个有很多插槽的结构，前面和 shader 关联，为 shader 提供写入的位置，后面和具体的资源关联，控制实际写入的内存。

[Shader 输出] 
   | layout(location = i)
   v
[Draw Buffer 映射] (API: glDrawBuffer / glDrawBuffers，对应内部 _ColorDrawBufferIndexes)
   | 
   v
[Framebuffer 插槽] (如 color0-7, depth, stencil)
   | glFramebufferTexture2D / glFramebufferRenderbuffer
   v
[物理内存资源] (Attachment：具体的 Texture 或 Renderbuffer)

Note:

  1. glDrawBuffer vs glDrawBuffers
    glDrawBuffer 相当于只能处理 layout(location = 0)，但是 glDrawBuffer 可以做到 location 0 映射到 front + back，即一次性写到前后缓冲这种操作。
  2. ColorDrawBuffer[] 是 API 的直接对应，而 _ColorDrawBufferIndexes[] 是内部 state tracker (st) 的。两者的区别是 glDrawBuffer 可以通过一个掩码 (ColorDrawBuffer) 对应于多个 buffer (_ColorDrawBufferIndexes)。
    Q: 为什么不只保留 indexes 呢？
    A: 因为 glGet 需要能拿到原始数据。虽然理论上可以用 user/window system framebuffer + indexes 反算出来，但这会增加复杂度。

Window System Framebuffer

  1. st_framebuffer_reuse_or_create 创建 window system 的 framebuffer, 并且创建了 0x0 大小的 color(back_left) / depth_stencil 的 renderbuffer, 此时还没有 texture。
    每个 context 会复用 framebuffer, 从而避免多次 MakeCurrent 时的重复创建。
  2. 上一步的 renderbuffer 大小是 0x0，需要向底层 window system 查询最新的窗口大小，据此再创建 color / depth_stencil renderbuffer.
    • 在 dri_drawable.textures/msaa_textures 中创建新的 pipe_resource.
    • 设置 pipe_surface (gl_renderbuffer.surface) 来包裹新的 pipe_resource.
  3. 和 pipe_frontend_drawable 的关联：
    pipe_frontend_drawable 的 winsys_buffers 字段是一个串联了 gl_framebuffer 的链表。