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GPU Debugging in vvvv / GPU 调试

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本文讲 vvvv 里做 GPU 调试的两个主要选择。你可以用：

  • Stride Profiler：vvvv 内置的一个简单的实时工具，能快速看清性能和资源占用情况。
  • RenderDoc：一个更细致的逐帧调试工具，让你能查看 GPU 调用、抓取帧、深入分析着色器 —— 只是不能实时进行。

两个工具都能帮你找出性能瓶颈和问题，看你需要多细。它们也可以配合着用。

用 Stride Profiler 做性能分析​

Stride Profiler（英文）是 vvvv 内置的工具，让你能快速地实时评估性能。它给出一份概览：草图的哪些部分吃掉了最多资源。

要打开 Stride Profiler，在任意 Stride 窗口里按 F3。左上角会出现一小块文字显示，显示当前帧率（FPS）。

按 F5 在几个页面之间切换，可以看到不同的性能细节：

  • FPS 页：显示当前帧率
  • CPU 页：列出 CPU 性能
  • GPU 页：列出 GPU 性能

排序与查看细节​

默认情况下，条目按耗时排序（最长的调用／动作排在最前）。

  • F6：在按耗时（默认）和按动作名之间切换排序方式
  • 1、2、3、4 键：当日志多到一页放不下时，在多个页面之间切换

Profiler Key 输入​

草图里的每一个着色器或渲染器都有一个 Profiler Key 输入。在这里填一个独特的名字，就更容易在 Profiler 窗口里追踪特定元素的性能。

Stride Profiler 特别适合快速找出草图里哪些部分性能开销最高。它提供了一种不依赖外部工具、又快又高效的性能监看方式。

用 RenderDoc 做细致调试​

想做更深入的 GPU 调试，可以用 RenderDoc。这个工具让你能抓取单独的帧，查看 GPU 调用、着色器，以及其他在 Stride Profiler 里实时看不到的渲染细节。

前置条件​

  1. 装上 RenderDoc：在 vvvv 里使用 RenderDocManager 之前，你必须先装 RenderDoc。最新版本从这里下载：Download RenderDoc。

  2. 带 RenderDoc 标志启动 vvvv：

    • vvvv 必须带 --renderdoc 标志启动
    • 这个标志打通 RenderDoc 与 vvvv 之间的连接
    • 可选：再加 --debug-gpu 以同时启用 D3D11 调试层，它的前置条件见下文

在 vvvv 里使用 RenderDocManager​

1. 摆好 RenderDocManager 节点​

vvvv 带着 --renderdoc 标志跑起来之后，打开任意一份引用了 VL.Stride 的草图，加上 RenderDocManager 节点。

2. 打开 Stride Profiler​

抓帧之前，按上文所述打开 Stride Profiler。

当前显示哪一页无所谓，但这个 profiler 必须开着 —— RenderDoc 要靠它拿到组织 GPU 调用所需的详细信息。

3. 抓取帧​

  • 抓单帧：触发 Capture Next Frame 输入，抓取 GPU 渲染的下一帧。这一帧会被存下来，供之后在 RenderDoc 里分析。

  • 抓多帧：用 Number of Frames to Capture 输入抓取连续的一串帧。这在调试周期性掉帧、性能起伏这类反复出现的问题时特别有用。举例来说，如果问题每 n 帧出现一次，你就可以把帧数设成 n，把相关的那些帧抓下来分析。

把 RenderDoc 附加到 vvvv​

  1. 启动 RenderDoc。
  2. 进 File > Attach to Running Instance。
  3. 在弹出的窗口里找到 localhost，在它下面找到 vvvv。
  4. 双击 vvvv，把 RenderDoc 连到这个 vvvv 实例上，就能访问抓到的帧了。如果还没抓过帧，这里什么都不会出现 —— 你可以从 vvvv 那边触发抓帧，也可以直接在 RenderDoc 里触发。

在 RenderDoc 里调试抓到的帧​

帧抓到并在 RenderDoc 里加载好之后：

  1. 双击某一帧：

    • RenderDoc 会分析这一帧，可能要花上几秒
    • 你会看到 vvvv 在这一帧里发出的所有 GPU 调用

  2. 时间轴：RenderDoc 界面顶部有一条时间轴，显示 GPU 事件的先后顺序。

  3. 绘制调用与管线状态：时间轴下面是绘制调用和管线状态，你可以在那里查看着色器、资源以及其他渲染细节。

  4. 着色器调试：

用 RenderDoc 做性能分析​

RenderDoc 也提供性能计数器，帮你评估特定帧的 GPU 性能指标。这些计数器让你更深入地看清哪些 GPU 调用最吃性能。

1. 打开性能计数器查看器​

  • 在 RenderDoc 里进 Window > Performance Counter Viewer。
  • 在这个视图里，你可以访问各种 GPU 计数器，包括通用计数器和 Nvidia 专有计数器。

要启用 Nvidia 专有计数器：

  1. 从 Nvidia 官方页面下载 Nsight Perf SDK：Nsight Perf SDK。
  2. 解压这个 SDK。
  3. 把 nvperf_grfx_host.dll 文件复制到下面这个目录： C:\Users\YourUsername\AppData\Roaming\renderdoc\plugins\nv\nvperf_grfx_host.dll
  4. 在 RenderDoc 里重新打开这份帧抓取。

启用之后，你就可以对抓到的帧执行 Sample Counters。它会生成一份详细列表，显示各种性能指标，比如特定 GPU 调用耗费的毫秒数。

2. 分析性能计数器​

  • 性能计数器查看器会显示耗时、内存占用等与性能相关的数据。
  • 点击列表里的 EID（事件 ID），可以跳到时间轴或绘制调用列表中相应的那次调用，做更深入的查看。

关于怎样使用性能计数器查看器的更多信息，见 RenderDoc 官方文档：Performance Counter Viewer in RenderDoc（英文）。

关于使用 RenderDoc 的更多细节，包括着色器调试和性能计数器这些进阶功能，见官方的 RenderDoc 文档（英文）。

启用 D3D11 调试层​

你也可以启用 D3D11 调试层（英文），并用 DebugView 这类工具捕获它的输出。

要启用调试层需要：

  1. 打开 Windows 的可选功能「图形工具」—— 详细步骤见上面那个链接
  2. 用 --debug-gpu 启动 vvvv.exe —— 这告诉 vvvv 创建一个 D3D11 调试设备

注意，如果同时也启用了 RenderDoc，DebugView 似乎就捕获不到信息了。