概述

這里所說的GPU硬件加速是指應(yīng)用GPU的圖形性能對(duì)chromium中的一些圖形操作交給GPU來完成，因?yàn)镚PU是專門為處理圖形而設(shè)計(jì)，所以它在速度和能耗上更有效率。但是，使用GPU加速有些額外開銷，并且某些圖形操作CPU完成的會(huì)更快，因而不是所有的操作都合適交給GPU來做。

Chromium中，GPU加速可以不僅應(yīng)用于3D，而且也可以應(yīng)用于2D。這里，GPU加速通常包括以下幾個(gè)部分：Canvas2D，布局合成（Layout Compositing）, CSS3轉(zhuǎn)換（transitions），CSS3 3D變換（transforms），WebGL和視頻(video)。目前chromium對(duì)這些的支持已經(jīng)越來越充分，只是某些方面可能還存在些正確性和性能問題。

Chromium除了對(duì)以上采用GPU硬件加速之外，在新的views框架中，引入了對(duì)瀏覽器主界面采用硬件加速的機(jī)制。 它可以把瀏覽器主界面上的各種工具欄等和網(wǎng)頁(yè)通過GPU合成（compositing）起來。因?yàn)橹熬W(wǎng)頁(yè)布局也用到合成器，目前兩個(gè)合成器各自為戰(zhàn)，所以chromium會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的合成器叫chrome compositor，關(guān)于它的細(xì)節(jié)，我會(huì)在專門的章節(jié)來做介紹。

本章主要介紹GPU進(jìn)程相關(guān)的內(nèi)容，但是不涉及各個(gè)部分的加速實(shí)現(xiàn)。具體的各個(gè)加速實(shí)現(xiàn)及WebKit對(duì)GPU硬件加速的支持，后面會(huì)有分別的章節(jié)來介紹。

啟用GPU加速

如果想使用Chromium的GPU硬件加速功能，首先需要你的GPU驅(qū)動(dòng)程序不在chromium的黑名單中。因?yàn)楹芏嗟腉PU驅(qū)動(dòng)程序存在很多的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤可能會(huì)比較嚴(yán)重的影響了chromium的穩(wěn)定，例如導(dǎo)致程序崩潰，所以這些GPU被列在黑名單中。一個(gè)檢測(cè)的簡(jiǎn)單辦法是在地址欄里輸入“about:gpu”查看相關(guān)GPU的信息，檢查相關(guān)加速是否已經(jīng)打開。

如果你的GPU驅(qū)動(dòng)不幸在黑名單中，首先的辦法是升級(jí)你的驅(qū)動(dòng)，然后重新啟動(dòng)chromium。如果還是解決不了問題，可以通過在chromium的啟動(dòng)參數(shù)中加入“--ingore-gpu-blacklist”來關(guān)閉黑名單功能，這樣你就開啟了你的GPU加速功能。但是，如前所說，這種方法可能會(huì)造成chromium的不穩(wěn)定，因而只是權(quán)宜之計(jì)。

進(jìn)程模型

由于chromium的安全模型和穩(wěn)定性考慮，GPU加速也采用多進(jìn)程模型來實(shí)現(xiàn)。所以的GPU加速相關(guān)的操作均有一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程來完成，這就是GPU進(jìn)程。詳見下圖所示GPU進(jìn)程和Browser，Renderer進(jìn)程。

GPU進(jìn)程由Browser進(jìn)程來創(chuàng)建和銷毀，這類似于對(duì)plugin進(jìn)程的管理。它們之間的通信是通過chromium的IPC消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。Chromium只會(huì)創(chuàng)建一個(gè)GPU進(jìn)程，該進(jìn)程被所有的Renderer進(jìn)程和Pepper plugin進(jìn)程所共享，但是GPU進(jìn)程會(huì)為不同的進(jìn)程創(chuàng)建不同的command buffer的示例。對(duì)于一個(gè)Renderer進(jìn)程，GPU進(jìn)程也可以為其創(chuàng)建多個(gè)示例，這取決于Renderer進(jìn)程的需求。

下面主要介紹以下GPU進(jìn)程和客戶進(jìn)程（以Renderer進(jìn)程示例）之間是如何工作的。下圖描述了以WebGL為示例的主要模塊（類）及它們之間的聯(lián)系。

首先來看一看Renderer進(jìn)程的模塊類：

         WebGraphicsContext3DCommandBufferImpl:繼承自WebKit::WebGraphicsContext3D類， 具體的實(shí)現(xiàn)類，主要是轉(zhuǎn)接自WebKit的調(diào)用到chromium的具體實(shí)現(xiàn)。主要包括一個(gè)RenderGLContext對(duì)象。
         RendererGLContext:  Renderer進(jìn)程對(duì)GLContext的一個(gè)封裝，包括所有用于跟GPU進(jìn)程交互的類，有一個(gè)GLES2Implementation對(duì)象，一個(gè)CommandBufferProxy對(duì)象和一個(gè)GPUChannelHost對(duì)象。
         GLES2Implementation:該類模擬GLES2，但是不直接調(diào)用GLES2的實(shí)現(xiàn)，而是將這些調(diào)用轉(zhuǎn)換成特定格式的命令存入CommandBuffer中。
         CommandBufferHelper： 該類是一個(gè)輔助類，包括一個(gè)CommandBuffer代理類和一個(gè)共享內(nèi)存
         CommandBufferProxy:CommandBuffer的一個(gè)代理類，實(shí)現(xiàn)CommandBuffer的接口，用于和CommandBufferStub之間的通信
         GPUChannelHost:用于IPC消息的通信類
接著再挨個(gè)了解一下GPU進(jìn)程中的模塊類：
         GPUChannel:用于GPU進(jìn)程中的IPC消息的通信類
         GPUCommandBufferStub:CommandBuffer的樁，接受來自于CommandBufferProxy的消息，將請(qǐng)求交給CommandBufferService處理
         CommandBufferService:具體的CommandBuffer的實(shí)現(xiàn)類，但是其實(shí)它并不具體解析和執(zhí)行這些命令，而是當(dāng)有新的命令時(shí)，觸發(fā)給注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)來處理
         GPUScheduler:負(fù)責(zé)調(diào)度執(zhí)行commandbuffer的命令，它會(huì)檢查該commandbuffer是否應(yīng)該被執(zhí)行，并適時(shí)將命令交給CommandParser的來處理
         CommandParser:僅檢查CommandBuffer中的命令的頭部，其余交給具體的decoder來做
         GLES2DecoderImpl:解析每條具體的命令并執(zhí)行調(diào)用GL相應(yīng)的函數(shù)
         GLImplementation Wrapper: 一組GL相關(guān)的函數(shù)指針，通過用戶的設(shè)定來讀取相應(yīng)gl庫(kù)的函數(shù)地址來設(shè)置自己
         GLLibraries: 具體的函數(shù)庫(kù)，可以是opengl，opengles，mesagl，mock等

通過上面每個(gè)模塊類的具體介紹，相信你已經(jīng)大概知道它們的工作過程。那么，它們是如何同步的呢？因?yàn)镽enderer進(jìn)程需要等待GPU進(jìn)程做好某些操作之后才繼續(xù)執(zhí)行。答案是，GPU進(jìn)程處理一些命令后，會(huì)向Renderer進(jìn)程報(bào)告當(dāng)前自己當(dāng)前的狀態(tài)，Renderer進(jìn)程通過檢查狀態(tài)信息和自己的期望結(jié)果來確定是否滿足自己的條件。

GPU進(jìn)程最終繪制的結(jié)果不再像軟件渲染那樣通過共享內(nèi)存?zhèn)鬟f給Browser進(jìn)程，而是直接將頁(yè)面的內(nèi)容繪制在瀏覽器的標(biāo)簽窗口內(nèi)。

Command Buffer

Command Buffer主要用于GPU進(jìn)程（且稱為GPU 服務(wù)端）和GPU的調(diào)用者進(jìn)程（且稱GPU客戶端， 如Renderer進(jìn)程， Pepperplugin進(jìn)程）傳遞GPU操作命令。從接口上來，它只提供一些基本的接口來對(duì)buffer進(jìn)行管理，它沒有對(duì)buffer的具體方式和命令的格式進(jìn)行任何限制。

現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)是基于共享內(nèi)存的方式來完成，因而命令是基于gles編碼成特定的格式存儲(chǔ)在共享內(nèi)存中。共享內(nèi)存方式采用了ring buffer的方式來管理，這表示內(nèi)存可以循環(huán)使用，舊的命令會(huì)被新的命令所覆蓋。基于gles的編碼格式，因?yàn)閃ebGL是基于gles的JavaScript綁定，所以簡(jiǎn)單直觀。

命令基本格式

一條命令可以分成兩個(gè)部分：命令頭和命令體。命令頭包含兩個(gè)部分，一個(gè)是命令的長(zhǎng)度，一個(gè)是命令的ID。命令體包含該命令所需要的其他信息，例如命令的立即操作數(shù)。命令是可以固定長(zhǎng)度的，也可以是變長(zhǎng)的，一起取決于該命令。具體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

基于GLES2的命令

上面說到，本身Command Buffer是沒有定義具體的命令，所以GLES2可以根據(jù)需要自己來定義。命令大概可以分成兩類，第一類是公共的命令，主要用來操作桶(bucket)，跳轉(zhuǎn)，調(diào)用和返回。第二類是跟GLES2的函數(shù)相關(guān)的命令，主要用來操作GLES2的函數(shù)。

IPC機(jī)制

前面提到，命令本身是保存在共享內(nèi)存中的，而且每條命令的長(zhǎng)度不能超過（1<<21 -1），而且共享內(nèi)存的大小也是固定的，如果命令太長(zhǎng)，可存儲(chǔ)的命令很少。那么問題就出來了，如何解決需要傳輸較大數(shù)據(jù)的命令呢？對(duì)于這樣類型的數(shù)據(jù)，可以對(duì)它們利用獨(dú)立的共享內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)，例如TexImage2D。但是，當(dāng)共享內(nèi)存大小超過系統(tǒng)的限制時(shí)，這種方式就行不通。chromium提供了一種新的機(jī)制來解決這個(gè)問題。

這個(gè)機(jī)制就是桶（bucket）機(jī)制。其解決問題的原理是，通過共享內(nèi)存機(jī)制來分塊傳輸，而后把分塊的數(shù)據(jù)保存在本地的桶內(nèi)，從而避免了申請(qǐng)大塊的共享內(nèi)存。前面提到的公共的命令就是用來處理桶相關(guān)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成之后，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的命令就可以執(zhí)行了。

桶機(jī)制也可用來傳輸string類型的變長(zhǎng)數(shù)據(jù)。接受端首先獲取桶內(nèi)string的長(zhǎng)度，然后通過共享內(nèi)存方式來分塊傳輸，最后合成在自己的桶內(nèi)。

GPU加速的后端

GPU加速雖然是基于opengles的接口來設(shè)計(jì)commandbuffer的，但是這不意味著系統(tǒng)的gl的后端庫(kù)必須是egl/opengles庫(kù)，這是因?yàn)閏hromium提供了一層轉(zhuǎn)接。

這層轉(zhuǎn)接如何實(shí)現(xiàn)的呢？原理其實(shí)并不復(fù)雜。Chromium首先定義了一組gl相關(guān)的函數(shù)指針，然后chromium根據(jù)設(shè)置或者命令行參數(shù)來加載相應(yīng)的庫(kù)，并從這些庫(kù)中讀取相應(yīng)的函數(shù)地址，并把這些地址賦值給這些函數(shù)指針。這樣一來，GPU加速部分的代碼調(diào)用的是這一組函數(shù)指針，從而避免直接使用opengles的庫(kù)。詳細(xì)代碼參考源文件目錄” ui/gfx/gl”。

源代碼目錄

gpu/
         該目錄包含GPU相關(guān)的文件，主要包括commandbuffer的實(shí)現(xiàn)，工具，GPU涉及的IPC等
gpu/command_buffer
         該目錄存放CommandBuffer相關(guān)的類，主要包括client端，service端和公共的基礎(chǔ)類
gpu/command_buffer/client
         該目錄存放GPU客戶端所使用到的與CommandBuffer相關(guān)的類
gpu/command_buffer/service
         該目錄存放GPU進(jìn)程端所使用到的與CommandBuffer相關(guān)和GLES2具體實(shí)現(xiàn)相關(guān)的類
content/gpu
         該目錄存放GPU進(jìn)程所涉及使用的基礎(chǔ)類，包括進(jìn)程入口函數(shù)，IPC，進(jìn)程和線程管理等相關(guān)類
content/common/gpu/
         該目錄存放GPU進(jìn)程使用的與GPU相關(guān)的類
content/Renderer/gpu/
         該目錄存放Renderer進(jìn)程使用GPU加速所涉及的類，主要包括IPCchannel, CommandBuffer代理等類
content/browser/gpu/
         該目錄存放Browser進(jìn)程和GPU、Renderer進(jìn)程交互相關(guān)的類，如GPUProcessHost。還包括GPU黑名單的實(shí)現(xiàn)
ui/gfx/gl/
         該目錄存放與具體的opengl,opengles庫(kù)相關(guān)類，包括根據(jù)命令行參數(shù)讀取所需要的gl的庫(kù)類型，庫(kù)的函數(shù)地址的讀取和管理等等

參考文獻(xiàn)