Metal 系列教程
Metal_入門01_為什么要學習它
Metal_入門02_帶你走流程
前言
前段時間在研究OpenGL ES和 SceneKit ,感覺到iOS 系統有很多有趣又好玩的東西,我個人是比較喜歡折騰這些技術的,不是項目需求,只是為了揭開那些東西神秘的面紗,僅此而已,為什么我又開始研究Metal 了呢？因為在學習SceneKit 的時候，發現它有兩套渲染機制,OpenGL 和 Matal ,OpenGL 還算比較熟悉,但是Metal部分就不太清除了,所以SceneKit 的學習,暫時擱淺,從今天開始,就開始和它談戀愛。不知能不能找到真愛。
初步了解
a.自我介紹
Metal框架支持GPU硬件加速、高級3D圖形渲染以及大數據并行運算。且提供了先進而精簡的API來確保框架的細粒度(fine-grain)，并且在組織架構、程序處理、圖形呈現、運算指令以及指令相關數據資源的管理上都支持底層控制。其核心目的是盡可能的減少CPU開銷，而將運行時產生的大部分負載交由GPU承擔
感覺有點還蠻多的,姑且相信你,在交往過程中,再去體會吧!
b.主要的技能
1.3D圖形渲染
2.并行運算
c.網友對Metal的理解
1.當我們使用OpenGL ES 渲染一個紋理的時候,需要將數據從cpu 拷貝一份到gpu 中,以防止gpu 和cpu同時訪問這塊內存,而反觀Metal，就會發現它并無需這樣的處理方式，開發者可以在CPU和GPU之間同步使用這些數據
2.是Metal能預判GPU的狀態從而避免那些多余的校驗和編輯。在使用OpenGL的時候，習慣上我們會挨個兒設置GPU的狀態，然后每次進行繪制調用之前必須要校驗一道GPU的狀態。在最糟糕的情況下你甚至需要為了一個新的GPU狀態重編譯一遍陰影效果，當然，在這里采用預判GPU狀態就顯得相當必要了。不過Metal另辟蹊徑，在初始化渲染引擎的時候，GPU的狀態會被打包進一個預估的渲染通道，(render pass)，此狀態下渲染通道會與多種資源一起被使用，而其他的狀態不會有任何影響。Metal使用的渲染通道不需要多余的校驗，因而最大限度的減少了API負載，且對于每一幀的渲染都有質的提升
3.然很多API都通過具體類來實現平臺支持，不過Metal使用的方法是基于協議的。因為Metal中具體的類型是由運行的設備所決定的。這很好的鼓勵了程序員選擇面向接口編程而非面向實現，以降低程序的耦合。當然也意味著需要冒著風險大量的在Objective C運行時來對Metal的類型添加繼承和擴展類型
d.我們應該學習Metal 的哪些內容
1.命令提交模型
2.內存管理模型
3.獨立編譯的繪圖著色器程序和并行計算的函數
- Metal 框架的特點
1.消除“隱藏”的性能瓶頸，如隱式狀態驗證。你可以在多線程異步控制GPU,有效用于平行創建和提交命令緩沖區
2.描述了緩沖和紋理對象代表了GPU的內存分配。紋理對象有特定的像素格式，并可用于紋理圖像或附件對象
3.使用相同的數據結構和資源（如緩沖區、紋理和命令隊列），用于圖形和計算操作。此外，金屬著色語言支持圖形和計算功能。Metal使得資源能夠和runtime接口、圖形著色器、并計算函數之間共享
4.metal 著色器可以和你的app代碼一樣在運行時加載,編譯，這樣的好處時能夠更好的生成代碼,以及編譯調試
5.Metal 不能再后臺執行命令代碼,否則系統崩潰
- 命令提交模型深入學習
a.在Metal 的架構中,MTLDevice 協議定義了簡單的代表GPU 的接口,此協議提供了方法去查詢設備的屬性,創建設備的特殊對象,比如緩沖區或者紋理,編碼和排隊渲染和計算命令被提交給GPU執行
b.命令隊列由命令緩沖隊列和組織這些命令緩沖執行順序的命令隊列組成,命令緩沖區包含用于在特定設備上執行的編碼命令,命令編碼器將繪制、計算、和blitting命令添加到命令緩沖區，將命令緩沖區最終提交到設備上執行
c .MTLCommandQueue 協議了一個命令隊列接口,主要提供了方法創建命令緩沖對象,MTLCommandBuffer協議為命令緩沖對象定義了一些方法，提供方法去創建命令編碼器，入隊命令緩沖區執行,檢查狀態，以及一些其他操作,MTLCommandBuffer 協議提供了一下幾種編碼類型,決定了編碼不同種類的GPU工作,到指定的命令緩沖區中
MTLRenderCommandEncoder:主要用戶繪圖編碼
MTLComputeCommandEncoder: 主要用于并行計算
MTLBlitCommandEncoder:編碼簡單的緩沖區和紋理拷貝操作,以及像mipmap 圖像的生成
d.在任何時候,只有單個命令編碼器可以被激活,添加命令到一個命令緩沖區上去,下一個命令編碼器被創建和用與同一緩沖區之前,必須將上一個命令編碼器結束掉
e.當所有編碼完成時,你提交MTLCommandBuffer 對象,這就意味著GPU 已經標記了命令緩沖區,準備開始執行
下圖展示了命令隊列,命令緩沖區區,命令編碼器之間的關系，(buffer, texture, sampler, depth and stencil state, pipeline state) 表示特定于某一特定命令編碼器的資源和狀態
以上內容,大體闡述了下面幾件事情
1.MTLDevice 代表GPU 可以執行命令,可以創建新的命令隊列,可以分配內存,可以創建紋理和查詢設備信息
2.MTLCommandQueue 接受GPU 將要順序執行的命令緩沖區對象的列表,所有命令緩沖對象發送到一個單一隊列被保證是按照順序執行的,命令隊列是線程安全的,允許多個命令緩沖區同時進行編碼
3.MTLCommandBuffer 存儲了編碼命令知道緩沖區被提交到GPU被執行,一個單一的命令緩沖區對象可以包含許多不同種類的編碼命令,取決有編碼器的數量和類型，在一典型的app 應用中,一個完整的渲染幀,被包含在一個單一的命令緩沖區中,即使渲染的幀,包含多個渲染傳遞,計算處理函數,或者或blit操作,命令緩沖區是單次使用的對象,不能被重用，一旦命令緩沖區被提交到GPU去執行,只有一種操作是有效的,就是等待命令緩沖區被加入執行列表或處理程序塊登記命令緩沖區執行處理程序塊討論完成并檢查命令緩沖區的執行情況，命令緩沖區也代表工作的唯一獨立跟蹤單元的應用程序
4.MTLRenderCommandEncoder 命令編碼器是一個短暫的對象，你用一次寫命令和狀態中，GPU可以執行一個命令緩沖區格式。許多命令編碼器對象方法將命令追加到命令緩沖區上。當一個命令編碼器是活動的，它有它的命令緩沖區的附加命令的獨占權。一旦你完成編碼的命令，調用endEncoding方法。要寫進一步的命令，創建一個新的命令編碼器
- 區分可重用的對象和不可重用的對象
a.可重用的對象
Command queues
Data buffers
Textures
Sampler states
Libraries
Compute states
Render pipleline states
Depth/stencil states
b.不可重用的對象
Command buffer
command encoder
我提醒廣大網友
Metal 是一門特別深的技術，可能需要你花費你半年左右的時間去學習它,希望有持之以恒的情深。
本節的內容先闡述到這里,有人看到這里就選擇了放棄,但是自信的人往往會點贊繼續!
