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push_constants.adoc

File metadata and controls

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푸시 상수(push-constants)

Vulkan 사양서에서 푸시 상수 는 다음과 같이 정의하고 있습니다:

Note

API를 통해 작성할 수 있고 쉐이더에서 액세스할 수 있는 작은 값 모음입니다. 푸시 상수를 사용하면 애플리케이션에서 버퍼를 생성하거나 업데이트 할 때마다 디스크립터 세트를 수정 및 바인딩하지 않고 쉐이더에서 사용되는 값을 설정할 수 있습니다.

사용 방법

쉐이더 코드

쉐이더 관점에서 푸시 상수는 유니폼 버퍼와 유사합니다. Vulkan과 SPIR-V 사이의 푸시 상수 인터페이스는 사양서에 자세하게 설명되어 있습니다.

간단한 GLSL 프래그먼트 쉐이더 예제 (온라인 체험):

layout(push_constant, std430) uniform pc {
    vec4 data;
};

layout(location = 0) out vec4 outColor;

void main() {
   outColor = data;
}

디스어셈블리된 SPIR-V 부분을 살펴보면 다음과 같습니다

                  OpMemberDecorate %pc 0 Offset 0
                  OpDecorate %pc Block

         %float = OpTypeFloat 32
       %v4float = OpTypeVector %float 4

%pc             = OpTypeStruct %v4float
%pc_ptr         = OpTypePointer PushConstant %pc
%pc_var         = OpVariable %pc_ptr PushConstant
%pc_v4float_ptr = OpTypePointer PushConstant %v4float

%access_chain   = OpAccessChain %pc_v4float_ptr %pc_var %int_0

이것은 Block 수식을 가진 OpTypeStruct 타입이라는 Vulkan spec의 기술과 일치합니다.

파이프라인 레이아웃

vkCreatePipelineLayout 을 호출할 때, the 푸시 상수 범위는 VkPipelineLayoutCreateInfo에서 설정해야 합니다.

위의 쉐이더를 사용한 예제:

VkPushConstantRange range = {};
range.stageFlags = VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT;
range.offset = 0;
range.size = 16; // %v4float (vec4) 16바이트로 정의됨

VkPipelineLayoutCreateInfo create_info = {};
create_info.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_LAYOUT_CREATE_INFO;
create_info.pNext = NULL;
create_info.flags = 0;
create_info.setLayoutCount = 0;
create_info.pushConstantRangeCount = 1;
create_info.pPushConstantRanges = ⦥

VkPipelineLayout pipeline_layout;
vkCreatePipelineLayout(device, &create_info, NULL, &pipeline_layout);

Updating at record time

마지막으로, 푸시 상수 값은 vkCmdPushConstants를 사용하여 원하는 값으로 업데이트해야 합니다.

float data[4] = {0.0f, 1.0f, 2.0f, 3.0f}; // where sizeof(float) == 4 bytes

// vkBeginCommandBuffer()
uint32_t offset = 0;
uint32_t size = 16;
vkCmdPushConstants(commandBuffer, pipeline_layout, VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT, offset, size, data);
// draw / dispatch / trace rays / etc
// vkEndCommandBuffer()

오프셋

위의 쉐이더를 사용하여 개발자는 푸시 상수 블록에 오프셋을 추가할 수 있습니다.

layout(push_constant, std430) uniform pc {
-   vec4 data;
+   layout(offset = 32) vec4 data;
};

layout(location = 0) out vec4 outColor;

void main() {
   outColor = data;
}

위의 디스어셈블리된 SPIR-V와 다른 점은 멤버 수식 뿐입니다

- OpMemberDecorate %pc 0 Offset 0
+ OpMemberDecorate %pc 0 Offset 32

32 의 오프셋을 사용하는 각 쉐이더 스테이지에서 VkPushConstantRange 로 지정해야 합니다

VkPushConstantRange range = {};
range.stageFlags = VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT;
-range.offset = 0;
+range.offset = 32;
range.size = 16;

다음 다이어그램은 푸시 상수 오프셋의 작동 방식을 시각화한 것입니다.

push_constant_offset

파이프라인 레이아웃 호환성

Vulkan 사양서에는 푸시 상수에 대한 호환성을 다음과 같이 정의합니다

Note

파이프라인 레이아웃이 동일한 푸시 상수 범위로 생성된 경우

즉, 바인딩된 파이프라인 커맨드 (vkCmdDraw, vkCmdDispatch 등)가 실행되기 직전의 vkCmdPushConstants 와 vkCmdBindPipeline (적절한 VkPipelineBindPoint 용으로)에서 사용된 VkPipelineLayout 은 동일한 VkPushConstantRange 를 가지고 있어야 한다는 것을 뜻합니다.

푸시 상수의 수명

푸시 상수의 수명은 몇 가지 edge 사례를 들 수 있으며, 다음은 푸시 상수에서 무엇이 유효한 하고 무엇이 무효한지에 대해 일반적인 예를 제공하기 위해 고안되었습니다.

Note

dEQP-VK.pipeline.push_constant.lifetime.* 에서 몇 가지 CTS 테스트가 있습니다.

디스크립터 세트가 바인딩에 미치는 영향은 없습니다

푸시 상수는 디스크립터에 연결되지 않으므로 vkCmdBindDescriptorSets 를 사용해도 푸시 상수의 수명이나 파이프라인 레이아웃 호환성에 영향을 미치지 않습니다.

바인딩 포인트 혼합

쉐이더에서 푸시 상수를 각각 다른 용도로 사용하는 두 개의 서로 다른 VkPipelineBindPoint 를 사용할 수 있습니다.

// 범위가 다르므로 호환되지 않은 레이아웃
VkPipelineLayout layout_graphics; // VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT
VkPipelineLayout layout_compute;  // VK_SHADER_STAGE_COMPUTE_BIT

// vkBeginCommandBuffer()
vkCmdBindPipeline(pipeline_graphics); // layout_graphics
vkCmdBindPipeline(pipeline_compute);  // layout_compute

vkCmdPushConstants(layout_graphics); // VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT
// 그래픽스의 마지막 파이프라인과 푸시 상수가 호환되므로 여전히 유효
vkCmdDraw();

vkCmdPushConstants(layout_compute); // VK_SHADER_STAGE_COMPUTE_BIT
vkCmdDispatch(); // 유효
// vkEndCommandBuffer()

호환되지 않은 파이프라인 바인딩

사양서에는 다음과 같이 명시되어있습니다:

Note

푸시 상수 레이아웃과 호환되지 않은 레이아웃으로 파이프라인을 바인딩해도 푸시 상수 값에 영향을 미치지 않습니다.

다음 예제는 이를 설명하는 데 도움이 됩니다:

// vkBeginCommandBuffer()
vkCmdPushConstants(layout_0);
vkCmdBindPipeline(pipeline_b); // layout_0 과 호환되지 않음
vkCmdBindPipeline(pipeline_a); // layout_0 과 호환
vkCmdDraw(); // 유효
// vkEndCommandBuffer()

// vkBeginCommandBuffer()
vkCmdBindPipeline(pipeline_b); // layout_0 과 호환되지 않음
vkCmdPushConstants(layout_0);
vkCmdBindPipeline(pipeline_a); // layout_0 과 호환
vkCmdDraw(); // 유효
// vkEndCommandBuffer()

// vkBeginCommandBuffer()
vkCmdPushConstants(layout_0);
vkCmdBindPipeline(pipeline_a); // layout_0 과 호환
vkCmdBindPipeline(pipeline_b); // layout_0 과 호환되지 않음
vkCmdDraw(); // 유효하지 않음
// vkEndCommandBuffer()

정적 푸시 상수가 없는 레이아웃

예를 들어 파이프라인 레이아웃에 VkPushConstantRange 가 있지만 쉐이더에 푸시 상수가 없는 것도 유효합니다:

VkPushConstantRange range = {VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT, 0, 4};
VkPipelineLayoutCreateInfo pipeline_layout_info = {VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT. 1, &range};
void main() {
   gl_Position = vec4(1.0);
}

위의 쉐이더와 파이프라인 레이아웃으로 VkPipeline 을 생성한 경우, vkCmdPushConstants 를 호출하는 것은 여전히 유효합니다.

멘탈 모델(mental model)은 vkCmdPushConstants 가 VkPipelineLayout 사용법과 연결되어 있으므로 vkCmdDraw() 와 같은 명령을 호출하기 전에 일치해야 하는 이유라고 생각할 수 있습니다.

쉐이더에서 한 번도 사용하지 않는 디스크립터 세트를 바인딩할 수 있는 것과 마찬가지로 푸시 상수도 동일하게 작동합니다.

점진적 업데이트

푸시 상수는 커맨드 버퍼가 진행되는 동안 점진적으로 업데이트할 수 있습니다.

다음은 vec4 푸시 상수 값의 예제입니다

// vkBeginCommandBuffer()
vkCmdBindPipeline();
vkCmdPushConstants(offset: 0, size: 16, value = [0, 0, 0, 0]);
vkCmdDraw(); // values = [0, 0, 0, 0]

vkCmdPushConstants(offset: 4, size: 8, value = [1 ,1]);
vkCmdDraw(); // values = [0, 1, 1, 0]

vkCmdPushConstants(offset: 8, size: 8, value = [2, 2]);
vkCmdDraw(); // values = [0, 1, 2, 2]
// vkEndCommandBuffer()