Command Organization and Execution Model

MTLDevice

MTLDevice 프로토콜은 명령을 실행할 수 있는 하나의 GPU를 나타냅니다.

 

MTLDevice 프로토콜은 장치 속성을 조사,

 

버퍼 및 텍스처와 같은 다른 장치별 객체를 생성,

 

실행을 위해 GPU에 제출할 렌더링 및 컴퓨팅 명령을 인코딩하고 대기열에 추가하는 메서드들을 지원합니다.

 

 

새로운 command queue를 생성하고 메모리에서 버퍼를 할당하고,

 

텍스처를 생성하고, 장치의 기능에 대해 쿼리하는 메서드가 있습니다.

 

시스템에서 기본 장치를 얻으려면 MTLCreateSystemDefaultDevice 함수를 호출하십시오.

 

Command Queue

command queue는 command buffer의 큐로 구성되며, command queue는 이러한 command buffer의 실행순서를 구성합니다.

 

일반적으로 command queue는 스레드 세이프하며, 여러 활성 command buffer를 동시에 인코딩 할 수 있습니다.

Command Buffer

command buffer는 특정 장치에서 실행하기 위한 인코딩된 명령이 포함되어 있습니다.

 

command encoder는 command buffer에 렌더링, 컴퓨팅 및 블리팅 명령을 추가하고

 

이러한 command buffer들은 장치에서 실행되도록 커밋됩니다.

 

일반적인 앱에서는 렌더링의 전체 프레임이 단일 command buffer로 인코딩됩니다.

 

해당 프레임을 렌더링하는 데 여러 렌더링 패스, 컴퓨팅 처리 기능 또는 블릿 작업이 포함되는 경우에도 마찬가지 입니다.

 

 

command buffer는 transient 하고 일회용 객체이며 재사용을 지원하지 않습니다.

 

command buffer가 실행을 위해 커밋되면 유일한 유효한 작업은

 

command buffer가 스케줄 되거나 완료될때까지 기다리고, command buffer 실행의 상태를 체크하는 것입니다.

 

 

command buffer는 또한 앱에서 독립적으로 추적할 수 있는 유일한 작업 단위를 나태냅니다.

 

Metal 메모리 모델에 의해 설정된 일관성 경계를 정의합니다.

 

Creating a Command Buffer

MTLCommandBuffer 객체를 만드려면, MTLCommandQueue의 commandBuffer 메서드를 호출하면 된다.

 

MTLCommandBuffer는 만들어진 MTLCommandQueue에만 커밋될 수 있다.

 

command Buffer 메서드에 의해 생성된 command buffer는 실행에 필요한 데이터를 유지합니다.

 

Executing Commands

MTLCommandBuffer는 다음 방법을 사용하여 command queue에서 command buffer의 실행순서를 설정합니다.

 

command buffer는 커밋될 때까지 실행되지 않습니다.

 

커밋되면 command buffer는 대기열에 추가된 순서대로 실행됩니다.

 

- enqueue

command queue에 command buffer를 위한 자리를 예약합니다. 하지만 commit하진 않습니다.

나중에 커밋되게 되면 이전에 enqueue된 command buffer 후에 실행됩니다.

 

- commit

이전에 enqueue된 buffer가 커밋된 후 command buffer가 최대한 빨리 실행될 수 있게 합니다.

만약 buffer가 enqueue되지 않았었다면 암시적으로 enqueue를 호출합니다.

 

Registering Handler Blocks for Command Buffer Execution

아래 나열된 MTLCommandBuffer 메서드는 명령 실행을 모니터링합니다.

 

Scheduled 와 Completed 핸들러는 정의 되지 않은 스레드에서 실행 순서대로 호출됩니다.

 

여기서 일어나는 작업은 빠르게 완료되어야 합니다.

 

- addScheduledHandler

Scheduled 될 때 호출될 블록 등록.

다른 MTLCommandBuffer 객체나 시스템의 다른 API에 의해 제출된 작업 간의 종속성이 충족되면 Scheduled로 간주

여러개 등록 가능

 

- waitUntilScheduled

command buffer가 Schedule 되고 addScheduledHandler에 의해 등록된 모든 핸들러가 완료된 후 동기적으로 기다리고 반환.

 

- addCompletedHandler

device가 command buffer에 대한 실행을 완료한 직후 바로 호출.

여러개 등록 가능

 

- waitUntilCompleted

device가 command buffer의 실행을 완료하고 addCompletedHandler에 의해 등록된 모든 핸들러가 반환된 후 동기적으로 대기하고 반환

 

- presentDrawable

command buffer가 schedule 될 때 표시 가능한 리소스(CAMetalDrawable)의 컨텐츠를 제공합니다.

 

Command Encoder

command encoder는 GPU가 실행할 수 있는 형식으로 transient object로 commands와 state를

 

쓰기위해 단일 command buffer에 한번 사용하는 객체입니다.

 

많은 command encoder 객체는 command buffer에 command를 추가합니다.

 

command encoder가 활성화 되었을 때, command buffer에 대한 독점 권한을 갖습니다.

 

인코딩이 끝나면 endEncoding을 호출합니다.

 

Creating a Command Encoder Object

command encoder는 특정 command buffer에 명령을 추가하므로 함께 사용하려는 MTLCommandBuffer객체에서

 

command encoder를 만듭니다.

 

다음 메서드들을 사용하여 각 유형의 command encoder를 만듭니다.

 

- renderCommandEncoderWithDescriptor

MTLRenderPassDescriptor의 attachment에 대한 그래픽 렌더링을 위한 MTLRenderCommandEcoder 객체를 생성합니다.

 

- computeCommandEncoder

데이터 병렬 계산을 위한 MTLComputeCommandEncoder 객체를 생성합니다.

 

- blitCommandEncoder

메모리 작업을 위한 MTLBlitCommandEncoder 객체를 생성합니다.

 

- parallelRenderCommandEncoderWithDescriptor

공유 MTLRenderPassDescriptor에 지정된 attachment로 계속 렌더링하는 동시에 여러

MTLRenerCommandEncoder 객체를 다른 스레드에서 실행할 수 있도록 하는 MTLParallelRenderCommandEncoder객체를 생성합니다.

 

Render Command Encoder

그래픽 렌더링은 렌더링 패스로 설명할 수 있습니다.

 

MTLRenderCommandEncoder 객체는 단일 렌더링 패스와 관련된 렌더링 상태 및 drawing command를 나타냅니다.

 

MTLRenderCommandEncoder에는 렌더링 명령의 destination 역할을 하는 MTLRenderPassDescriptor가 필요합니다.

 

MTLRenderPassDescriptor는 색상, depth 및 stencil attachment를 포함합니다.

 

다음 메서드들을 가지고 있습니다.

 

- vertex, fragment 혹은 texture image데이터가 포함된 버퍼 및 텍스처 객체와 같은 그래픽 리소스를 지정합니다.

 

- vertex, fragment 쉐이더를 포함하는 컴파일된 렌더링 상태가 들어있는 MTLRenderPipelineState 객체를 지정합니다.

 

- viewport, triangle fill mode, scissor rectangle, depth and stencil tests, 기타 값 등을 포함한 fixed-function 상태를 지정합니다.

 

- 3D primitive 그리기

 

Compute Command Encoder

data-parallel 컴퓨팅의 경우 MTLComputeCommandEncoder 프로토콜은

 

compute function과 function의 인수(텍스처, 버퍼 및 샘플러 상태)를 지정할 수 있는 command buffer에서

 

명령을 인코딩하고 실행을 위해 컴퓨팅 함수를 디스패치 하는 메서드를 제공합니다.

 

Compute command encoder 객체를 생성하려면 MTLCommandBuffer의

 

computeCommandEncoder 메서드를 사용합니다.

 

Blit Command Encoder

MTLBlitCommandEncoder 프로토콜에는 버퍼(MTLBuffer)와 텍스처(MTLTexture) 간의

 

메로리 복사 작업에 대한 명령을 추가하는 메서드가 있습니다.

 

MTLBlitCommandEncoder 프로토콜은 텍스처를 단색으로 채우고 밉맵을 생성하는 메서드도 제공합니다.

 

Blit 명령 인코더 객체를 생성하려면 MTLCommandBuffer의 blitCommandEncoder 메서드를 사용하세요.

 

MTLCommandQueue

command queue에 대한 인터페이스를 정의한 프로토콜입니다.

 

주로 command buffer 객체를 생성하는 방법을 지원합니다.

 

MTLCommandBuffer

이 프로토콜은 command buffer에 대한 인터페이스를 정의하고,

 

command encoder 생성,

 

실행을 위해 command buffer 대기열 추가, 상태확인 및 기타 작업을 위한 메서드를 제공합니다.

 

이 프로토콜은 다양한 종류의 GPU 워크로드를 command buffer로 인코딩하기 위한 다음과 같은 인터페이스를 지원합니다.

 

 

MTLRenderCommandEncoder - 단일 렌더링 패스에 대한 그래픽 렌더링 명령 인코딩

 

MTLComputeCommandEncoder - 데이터 병렬 계산 작업 부하를 인코딩

 

MTLBlitCommandEncoder - 버퍼와 텍스처 간의 간단한 복사 작업뿐만 아니라 밉맵 생성과 같은 유틸리티 작업도 인코딩

 

 

단일 command encoder만 활성화되어 command buffer에 명령을 추가할 수 있습니다.

 

다른 command encoder를 생성하려면 먼저 기존 command encoder가 종료되어야 합니다.

 

하나의 예외로 MTLParellelRenderCommandEncoder 프로토콜이 있습니다.

 

 

모든 인코딩이 완료되면 MTLCommandBuffer 객체 자체를 커밋하여

 

command buffer를 GPU에서 실행할 준비가 된것으로 표시합니다.

 

MTLCommandQueue 는 이미 command queue에 있는 다른 MTLCommandBuffer객체와 관련하여

 

커밋된 MTLCommandBuffer 객체의 명령이 실행되는 시기를 제어합니다.

 

 

다음 그림은 command queue, command buffer 및 command encoder 객체가 어떻게 관련되어 있는지 보여줍니다.

 

각 열(버퍼, 텍스처, 샘플러, depth, stencil, 파이프라인 상태)는 command encoder와 관련된 리소스와 상태입니다.

 

 

 

Transient and Non-transient Objects in Metal

Metal의 일부객체는 일시적이고 매우 가볍도록 설계되었지만, 어떤 객체는 더 비싸고 오랫동안 지속될 수 있으며,

 

앱 수명 동안 지속될 수도 있습니다.

 

command buffer와 command encoder는 일시적이며 일회용으로 설계되었습니다.

 

할당 및 비할당 비용이 저렴하므로 생성 메서드는 autoreleased 객체를 반환합니다.

 

다음 객체는 transient하지 않습니다. 성능에 민감한 코드에서 이러한 객체를 재사용하거나 반복생성하지 마십시오.

 

- Command queues

- Data buffers

- Textures

- Sampler states

- Libraries

- Compute states

- Rendere pipeline states

- Depth/stencil states