2.2 物理设备评估与选择

2.2 物理设备评估与选择

本节摘要：多 GPU 环境是常态而不是例外。本节把「选一块设备」从直觉题变成打分题：枚举只是入口，真正的评估要过队列族、交换链支持、显存容量、特性开关这四道硬门槛，再按需求加权。交付一个可直接抄进工程的评分函数与决策流程图。

手头这台机器上的每块 GPU 到底能干什么、不能干什么？把这个问题交给猜，工程就会在某个客户的怪机器上翻车。本节承接 2.1 拿到的 VkInstance，完成第 2 章的第二道手续：把系统里所有设备档案枚举出来，逐项核对硬性要求，给合格者打分，选出那个将陪伴整个程序生命周期的 VkPhysicalDevice。

一、枚举只是拿到名录

枚举本身很简单，难的是认识到返回的是「档案」而不是「设备」——对它只能查询，不能执行。1.2 节的铁律在此第一次发挥实际作用：

uint32_t count = 0;
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &count, NULL);
if (count == 0) { /* 大厅里没有任何受理网点，直接退出 */ }
std::vector<VkPhysicalDevice> devices(count);
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &count, devices.data());
​

返回顺序没有规范保证——笔记本上独显与集显谁在前面取决于驱动，所以「取第一块」永远不该出现在代码里，取而代之的是下面这套评估流程。

二、四道硬门槛

评估前先明确你程序的最低需求，以下四项任一不满足就一票否决。

队列族完整性：至少存在一个同时支持 GRAPHICS 与 COMPUTE 的族；若做窗口呈现，还需要一个支持 PRESENT 呈现的族（可以与图形族同族，也可以不同族，2.5 节会用到这个区分）。查询接口是 vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties。

交换链支持：设备级扩展清单里必须含 VK_KHR_swapchain，且至少一种 VkSurfaceFormatKHR 与一种 VkPresentModeKHR 可用（查询对象是你的窗口表面，所以本步要等 2.4 节的表面创建之后做完整版；做设备初筛时可以先查扩展是否存在）。

显存预算：vkGetPhysicalDeviceMemoryProperties 汇总各类型堆的大小，叠加 vkGetPhysicalDeviceProperties 的 maxMemoryAllocationCount 上限。纹理密集型应用要在这一步把「设备本地显存总量」与你的资产规模对账。

特性开关：vkGetPhysicalDeviceFeatures2 返回的整张特性表里，你依赖的项必须为 VK_TRUE。注意 Vulkan 1.0 核心特性在 Features 结构里，扩展特性要挂在 pNext 链上逐个查询——查询不全，后面启用时会无声失败。

图 2-2：设备评估决策流程

三、评分函数：二十行代码的事

门槛筛完后，剩下的候选按项目需求加权。下面是一个教学用的评分骨架，权重按你的需求调整：

int scoreDevice(VkPhysicalDevice dev, VkSurfaceKHR surface) {
    int score = 0;

    VkPhysicalDeviceProperties props;
    vkGetPhysicalDeviceProperties(dev, &props);
    if (props.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU)
        score += 1000;                      // 独显大权重
    else if (props.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_INTEGRATED_GPU)
        score += 200;

    // 门槛：图形与计算族；加分：有独立传输族可做异步上传
    uint32_t famCount = 0;
    vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(dev, &famCount, nullptr);
    std::vector<VkQueueFamilyProperties> fams(famCount);
    vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(dev, &famCount, fams.data());
    bool gfx = false, xferOnly = false;
    for (const auto& f : fams) {
        if (f.queueFlags & VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT) gfx = true;
        if ((f.queueFlags & VK_QUEUE_TRANSFER_BIT) &&
            !(f.queueFlags & (VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT | VK_QUEUE_COMPUTE_BIT)))
            xferOnly = true;
    }
    if (!gfx) return 0;                     // 硬门槛不过，直接出局
    if (xferOnly) score += 100;             // 独立传输族，异步上传可期

    // 门槛：交换链扩展与表面支持
    uint32_t extCount = 0;
    vkEnumerateDeviceExtensionProperties(dev, NULL, &extCount, NULL);
    std::vector<VkExtensionProperties> exts(extCount);
    vkEnumerateDeviceExtensionProperties(dev, NULL, &extCount, exts.data());
    bool swap = false;
    for (const auto& e : exts)
        if (!strcmp(e.extensionName, VK_KHR_SWAPCHAIN_EXTENSION_NAME)) swap = true;
    if (!swap) return 0;

    // 显存预算：设备本地堆求和
    VkPhysicalDeviceMemoryProperties mem;
    vkGetPhysicalDeviceMemoryProperties(dev, &mem);
    VkDeviceSize local = 0;
    for (uint32_t i = 0; i < mem.memoryHeapCount; ++i)
        if (mem.memoryHeaps[i].flags & VK_MEMORY_HEAP_DEVICE_LOCAL_BIT)
            local += mem.memoryHeaps[i].size;
    score += (int)(local / (1024ull * 1024ull * 1024ull));  // 每GB计一分

    return score;
}
​

这段代码刻意把「门槛」写成 return 0、「偏好」写成加分——两者用不同机制表达，读代码的人一眼能分清哪些是底线哪些是口味。

四、案例：独显集显混装机器的选择

背景：一款运行在大量办公笔记本上的轻量三维查看器，客户机器普遍是「集显加独显」混装，且独显常是省电模式。用户抱怨启动后风扇狂转但画面并无改善。

操作：评估函数照常跑，但团队发现打分制会稳定偏向独显，而这款应用的场景规模根本用不满集显。于是调整策略：把「显存预算」从加权项升级为门槛——资产总量低于某阈值时，独显不再获得额外加权；同时用 props.vendorID 与驱动版本过滤掉已知有呈现问题的老驱动版本，命中者降级处理。

结果：低配场景下选择集显，功耗与噪音回落，帧率无感知差异；只有加载超大装配体时才切到独显。两套路径共用同一份渲染代码，因为对应用来说，设备差异已经被查询数据吸收了。

解读：选设备的本质是「需求与档案的对账」。打分制只是对账的机械化表达，真正重要的是承认：同一款产品在不同机器上的正确答案可能不同，而这个不同可以被代码自动决策，不必留给用户手动切换。

变式：渲染农场与离线工具常反过来——要求「每块设备都开一个账户」做并行渲染，评估函数的产出就变成一张有序清单而不是单一胜者。同一套查询代码，消费方式随架构变化。

五、把档案带在身边

评估结束并不等于查询结束。选中的 VkPhysicalDevice 会在后面无数地方被再次查询：内存类型（第 3 章）、格式支持（第 4 章）、时间戳周期（第 8 章）。工程上值得把这些查询结果整理成一份「设备档案快照」结构体，初始化时填好、全局只读共享——毕竟档案是只读的，查一次就够了。

本节要点回顾

• 枚举无序：设备返回顺序无保证，「取第一块」是隐患，评估必须显式进行。
• 四道硬门槛：队列族、交换链支持、显存预算、特性开关，任一不过即淘汰，与加权偏好分开表达。
• 评分机械化：门槛用 return 0、偏好用加分，让底线与口味在代码里清晰可辨。
• 策略可调：打分权重反映产品定位，低配场景反向选择集显同样正当。
• 档案快照：物理设备只读、查询结果可缓存成全局快照，后续章节反复消费。