Vulkan 01 简介
这一章介绍Vulkan，然后看看怎么绘制第一个三角形。后面的章节会详细介绍。
Vulkan的起源
和之前的图形接口OpenGL一样，Vulkan也是一个跨平台的GPU接口。以前的接口的问题是它们局限于固定功能。编程人员必须用标准的格式提交顶点数据，且只能靠GPU制造商提供的光照和着色选项。
随着显卡的发展，它们已经能提供更多的可编程能力。在不推翻原有API构架的基础上，通过增补来提供新的API，结果是一个导致一个越来越不不理想的接口。最近几年移动端GPU使用Tile Based Rendering可以降低功耗。旧的API的另一个问题是它们对多线程渲染支持不好。
Vulkan重新设计了一套图形接口。编程人员可以清楚的指定GPU的工作，并且多个线程并行的创建和提交命令。Vulkan只使用一个专门的offline着色器编译器，减少了各个厂商自行实现的on the fly编译器的不一致性。最后，它把graphics functionality和compute functionality合并成为一套统一的API。
如何绘制一个三角形
简要介绍vulkan如何初始化和绘制第一个三角形。
1 - 实例(Instance)和物理设备选择
Vulkan程序始于VkInstance()，它创建一个vulkan实例。
实例创建后，就可以查询机器上支持vulkan的硬件，并且选择一个或多个VkPhysicalDevice来使用。你可以查询如VRam大小、设备能力，最后选择你喜欢的设备，例如优先选择独显。
2 - 逻辑设备和queue family
决定选哪个设备后，你应该创建一个VkDevice(逻辑设备)，来代表那个设备。
你还需要指定要使用那个queue family。vulkan可以执行的操作，如绘制命令命令、内存操作，都是提交到VkQueue之后异步执行的。图形命令，计算命令，内存传输操作，都有各自对应的队列类型。显卡可以只支持某些类型的队列而不是全部，但是现在的显卡基本都支持所有的队列类型了。
3 - window surface和swap chain
除非你只想做离屏渲染(offscreen rendering)，你都需要创建一个窗体来显示渲染结果。
你可以用操作系统提供的API创建窗口，也可以用封装后的库例如GLFW和SDL。
我们将使用GLFW。
我们需要这两个组件：window surface(VkSurfaceKHR)和 swap chain(VkSwapChainKHR)。
注意后缀KHR，它表示这些类型是vulkan的扩展部分。因为vulkan api本身是和平台无关的，所以我们需要使用标准的WSI(Window System Interface)扩展来和窗口交互。Surface是一个跨平台的对窗体的抽象，它在初始化时需要一个本地类型的窗口handle作参数，例如windows的HWND。好消息是GLFW已经帮我们处理了平台相关的细节。
Swap chain是一系列的render target。它的基本目的是保证当我们在渲染到一个缓存区时，这个缓冲区没有被用来显示。这很重要，这样才能保住只有已经渲染完了的图像会被用来显示。
当我们渲染完一帧后，这个图像被返还给swap chain等待显示。Render target的数量和present条件取决于当前设置的模式。通常的模式是双缓冲(vsync)以及三层缓冲。
4 - image view和framebuffer
要在从swap chain得到一个image上绘制，你必须把它包裹进VkImageView和VkFrameBuffer。Image view用来指定image的那个部分将被使用，framebuffer用来包装用于渲染的颜色view、深度view和stencil view。因为swap chain里面可能有很多image，我们预先给它们各自都创建image view和framebuffer，然后在绘图时选择对应的那个。
5 - render pass
Vulkan的render pass用来描述渲染操作中使用的image类型，它们会如何被使用，如何对待它们的内容。在我们的第一个渲染三角形的程序中，我们将告诉vulkan我们会只使用一个image作为color target。
6 - graphics pipeline
创建一个VkPipeline对象，它代表显示卡的那些可配置的状态，例如viewport size和深度缓冲的参数。创建一个VkShaderModule对象，来代表着色器。
和OpenGL最大的不同是，几乎所有的可配置选项都必须预先设置。意思是，如果你需要切换到另一个着色器或者稍稍的改变顶点布局，你需要完全的重新创建graphics pipeline。这意味着你必须你将预先创建很多个VkPipeline的对象。只有少数一些基本的设置，如viewport size和clear color可以动态的改变，所有状态都需要明确描述，例如没有默认的颜色混合模式。
好消息是，因为这样做是ahead-of-time编译而不是just-in-time编译，所以驱动有更多的信息可以用于优化，程序的性能会更高。
7 - command pool和command buffer
如前面提到的，vulkan的很多操作如绘图命令，都是先提交到队列。命令要先存到VkCommandBuffer中，然后才能提交。这些缓冲是使用VkCommandPool创建的，并且需要指定队列类型。要绘制一个三角形，我们需要如下操作：
● 开始render pass
● 绑定graphics pipeline
● 绘制3个顶点
● 结束render pass
因为framebuffer中的图像取决于swap chain给我们的image，因此我们需要为每个可能的image存一个command buffer，然后在绘制时选择对应的command buffer。另一个方法时在每一帧都存command buffer，但不是最有效的。
8 - 主循环
当绘制命令包裹进command buffer后，主循环就很直截了当了。我们先从swap chain中获得一个image（调用函数vkAcquireNextImageKHR）。之后我们可以选择适合这个image的command buffer，并且用vkQueueSubmit提交命令。最后我们把image还给swap chain用于展示，用vkQueuePresentKHR函数。
提交的指令被异步的执行。因此我们需要使用同步对象例如信号量(semaphore)来保证非冲突访问。必须在image获取成功后才能开始执行command buffer，否则可能导致image正在被读取用于展示，但程序却企图在上面绘制。另外，vkQueuePresentKHR调用需要等待渲染结束，因此我们需要第二个信号量，它在渲染结束后被产生信号。
Vulkan API的一些概念
所有vulkan的函数，枚举类和结构体都定义在vulkan.h头文件中。Vulkan SDK是由LunarG开发的。
函数带有vk前缀，枚举和结构体类型有Vk前缀，枚举类型的值有VK_前缀。
API大量使用结构体来传递参数。
例如，对象创建基本上是如下形式：
VkXXXCreateInfo createInfo {};
createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_XXX_CREATE_INFO;
createInfo.pNext = nullptr;
createInfo.foo = ...;
createInfo.bar = ...;
VkXXX object;
if(vkCreateXXX(&createInfo, nullptr, &object) != VK_SUCCESS)
{
std::err << "failed to create object" << std::endl;
return false;
}
Vulkan的很多结构体需要在sType字段指定结构体的类型。pNext字段可能指向一个扩展结构但是在本教程中将一直是nullptr。创建和销毁对象的函数，会有一个VkAllocationCallbacks的参数允许你使用自定义的内存分配器，本教程中也全部使用nullptr。
几乎所有的函数都返回要么VK_SUCCESS或者一个错误码。
验证层(Validation layers)
如前面提到的，vulkan被设计成高效的和低驱动负担的。所以它之后很有限的错误检查和调试能力的。如果程序写的不对，经常会直接崩溃而不是返回错误代码，可能更糟糕的是，它好像在你的显卡可以工作但是在别的显卡上会完全失败。
Vulkan允许你使用验证层来做大量的检查工作。验证层是插入到API和显示驱动间的代码，用来做检查工作，例如函数参数检查，跟踪内存管理问题。好的是你可以在开发是启用它，然后在发布时完全关闭它使程序没有这些额外负担。任何人都可以编写自己的验证层，但是LunarG的vulkan sdk提供了一套标准的验证层。此外，你还需要注册一个回调函数来接收这个层返回的调试消息。
接下来只差一步就可以开始写代码了，那就是配置开发环境。
