iOS Metal：如何正确捕获GPU帧？

Question

我正在尝试通过捕获GPU帧来分析Metal内核。在具有Metal循环运行的应用程序中，我会单击“调试区域”中的“相机按钮”，但由于我每个应用程序生命周期仅调度一次内核，因此我无法单击“相机按钮”（它保持灰色）。

因此，我尝试通过在第一次调用之前设置带有“捕获GPU帧”操作的断点来解决此问题（请参见下面的代码）。

我期望发生的是类似于这样的事情-即每个内核函数执行持续时间的概述，并注明了执行内核函数各行所花费的时间百分比。

实际上发生的是：我很少得到所描述的预期分析概述。大多数情况下（约95％的时间），在构建和运行应用程序后，我不会获得此类分析概述，而是会出现以下情况之一：

• 没有显示“调试GPU帧”窗口-只有XCode的状态栏更改为“捕获GPU帧”，并且有活动旋转器；插图在这里。
• 显示了“调试GPU帧”窗口，但没有显示编码命令，因此不显示执行时间，并且没有GPU对象浏览器（通过对象我指的是MTLBuffers和MTLTextures）；插图在这里。
• 弹出一个无标题的XCode窗口，上面写着“超时（5）”，然后什么都没有发生；插图在这里。

下面的代码显示了我的问题的简化示例。

class ViewController : UIViewController {  
  // initialize Metal, create buffers, etc.  

  override func viewDidLoad() {  
    tick() // called exactly once – how to profile the the kernels?  
  }  

  func tick() {  
      // On this (empty) line, there's set a breakpoint with the action "Capture GPU Frame"  
      mQueue.insertDebugCaptureBoundary() // start frame capture here  
      let cmdBuff = mQueue.commandBuffer()  
      let compEnc = cmdBuff.computeCommandEncoder()  

      // ------- Dispatch several kernels -------  
      compEnc.setComputePipelineState(foo)  
      compEnc.setBuffer(..., offset: 0, atIndex: 0)  
      compEnc.setBuffer(..., offset: 0, atIndex: 1)  
      // ...  
      compEnc.dispatchThreadgroups(..., ...)  


      compEnc.setComputePipelineState(bar)  
      compEnc.setBuffer(..., offset: 0, atIndex: 0)  
      compEnc.setBuffer(..., offset: 0, atIndex: 1)  
      // ...  
      compEnc.dispatchThreadgroups(..., ...)  
      // ------- /Dispatch several kernels -------  

      compEnc.endEncoding()  
      cmdBuff.commit()  
      cmdBuff.waitUntilCompleted()  

      mQueue.insertDebugCaptureBoundary() // end the frame capture here  
  }  

}

- sarasvati

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@warrenm Xcode 7.3 (7D175)。测试设备为运行iOS 9.3.5（13G36）的iPhone 6S。 - sarasvati

可能没有什么区别，但你尝试过使用Xcode 7.3.1（7D1012）或Xcode 8 beta 6（8S201h）吗？ - warrenm

@warrenm 感谢你的提示。目前我正在下载Xcode 8，如果新版本的Xcode有助于解决问题，我会告诉你的。 - sarasvati

@RobertWang 很抱歉，我还没有解决这个问题。为了能够对计算管道进行分析，我最终使用了计算管道和渲染管道两者。因此，我以每秒60帧的速度进行渲染，并且在每一帧中，我首先通过计算管道计算数据，然后将数据输入到渲染管道中。当使用渲染管道时，捕获边界会在内部插入，因此无需手动执行。如果您不想使用渲染管道，我建议尝试在循环中运行计算管道（2-5次循环）。例如，在上面的代码中：tick();tick();tick();。（未经测试。） - sarasvati

@RobertWang 好的，经过一年的努力，我终于搞明白了 :) - 请看我的回答。我想你肯定已经知道这个，但我只是想提醒你一下。 - sarasvati

Answer 1

在iOS 11中，我们可以使用 MTLCaptureManager 来可靠地捕获甚至一个计算内核的调用。

当您运行下面的示例时，它会开始捕获。您可以通过 Xcode 的 "GPU Capture 按钮" (见图像) 或通过 MTLCaptureManager 的 stopCapture() 方法以编程方式停止捕获。

// 1. First create the Metal device and command queue
let dev   = MTLCreateSystemDefaultDevice()!
let queue = dev.makeCommandQueue()!

// 2. Access the shared MTLCaptureManager and start capturing
let capManager = MTLCaptureManager.shared()
capManager.startCapture(commandQueue: queue)

// 3. Encode commands into the queue
let cmdbuff = queue.makeCommandBuffer()!
let enc     = cmdbuff.makeComputeCommandEncoder()!

// encode your kernel

enc.endEncoding()
cmdbuff.commit()

- sarasvati