一、概述
Mesa 是一个开源的图形库，它提供了一个通用的图形抽象层，支持多种硬件和驱动程序。Mesa 的核心组件之一是 State Tracker，它在抽象图形 API（如 OpenGL ）与具体的图形驱动之间起到桥梁作用。State Tracker 通过将高级 API 的调用转换为硬件能够理解的命令，从而使得 Mesa 能够支持多种图形 API 和硬件平台。
二、功能
- 状态管理：跟踪并管理图形 API 的各种状态，如着色器状态、纹理状态、缓冲区状态等。
- 命令转换：将图形 API 的命令转换为 Gallium3D 能够理解的命令。
- 资源管理：处理图形资源的分配、释放和管理，如顶点缓冲区、索引缓冲区、帧缓冲区等。
- 性能优化：通过状态缓存和重用来减少不必要的状态切换，从而提高性能。
三、文件分类
| 文件夹 | 文件系列 | 文件名 | 备注 |
|---|---|---|---|
| mesa/state_tracker | st_atom_ | 包含通用的状态更新操作 | |
| st_cb_ | 图形渲染基础和常见的操作 | ||
| st_cb_readpixels | glReadPixels 从当前帧缓冲区读取一块矩形区域的像素数据，传输到应用程序的内存中。 | ||
| st_cb_texture | glTexImage* glTexSubImage* glCopyTexImage* glCopyTexSubImage*设置和修改纹理图像。 | ||
| st_cb_rasterpos | glRasterPos 设置光栅位置，用于后续的像素操作 | ||
| st_cb_flush | glFlush glFinish刷新命令缓冲区 | ||
| st_cb_feedback | glFeedbackBuffer 设置反馈缓冲区 | ||
| st_cb_eglimage | eglCreateImage 和 eglDestroyImage 创建和销毁 EGL 图像对象。 | ||
| st_cb_drawtex | glDrawTex 在指定位置绘制一个纹理矩形。 | ||
| st_cb_drawpixels | glDrawPixels 将像素数据从应用程序内存绘制到帧缓冲区。 | ||
| st_cb_copyimage | glCopyImageSubData 在不同图像对象之间复制像素数据。 | ||
| st_cb_clear | glClear 清除帧缓冲区的特定区域（例如颜色缓冲区、深度缓冲区）。 | ||
| st_cb_bitmap | 处理 glBitmap 函数，绘制位图数据 | ||
| st_nir_ | 抽象的面向编译器的中间件表示，用于在不同的图形和硬件架构之间交互 | ||
| st_glsl_to_nir | 实现了 GLSL 到 NIR 的转换功能，包括 GLSL 程序的链接、NIR 的最终化、优化以及统一变量的处理 |
三、工作原理与流程
状态管理
状态管理是保持高级图形 API（如 OpenGL）的状态与底层硬件（通过 Gallium3D 管道）的状态一致。State Tracker 通过维护一套状态变量，并在必要时将这些状态同步到硬件，确保图形操作的正确执行。
在初始化阶段，State Tracker 会创建并初始化各种状态对象，并将它们与 Gallium3D 管道状态进行映射。
当应用程序调用 OpenGL API 改变图形状态时，State Tracker 需要更新相应的状态，并将变化同步到 Gallium3D 管道。例如，当调用 glBindTexture 更改当前绑定的纹理时，State Tracker 会更新 st_context 中的纹理状态，并相应地更新 Gallium3D 的纹理状态。
为了确保状态的一致性，State Tracker 使用一系列回调函数和状态原子（st_atom）来管理状态同步。每个状态原子对应一个具体的状态更新函数，当状态发生变化时，State Tracker 会检查状态缓存，如果状态实际发生变化，则调用相应的状态更新函数。
命令转换
命令转换是将应用程序通过高级图形 API 发出的命令转换为底层 Gallium3D 管道可以执行的命令。这包括绘图命令、状态设置命令和资源管理命令。
- 绘图命令：State Tracker 需要将这些命令转换为 Gallium3D 的绘图命令，并在硬件上执行绘图操作。
- 状态设置命令：涉及到 OpenGL 状态的改变，如启用/禁用深度测试、混合模式等。这些命令需要转换为 Gallium3D 的状态设置命令。
- 资源管理命令：涉及到 OpenGL 资源的创建、绑定和销毁，如纹理、缓冲区等。这些命令需要转换为 Gallium3D 的资源管理命令。
资源管理
State Tracker 还负责图形资源的管理。它需要确保资源的正确分配、绑定和释放。例如，当应用程序创建一个纹理时，State Tracker 会在 Gallium3D 中创建相应的纹理对象，并维护它的状态和数据。
- 资源创建：包括从应用程序的请求中创建 OpenGL 资源，并在底层 Gallium3D 中分配相应的硬件资源。
- 资源绑定：包括将 OpenGL 资源绑定到当前上下文，使其可用于渲染操作。
- 资源更新：包括在资源数据发生变化时，将变化同步到底层 Gallium3D 资源。
- 资源销毁：包括在 OpenGL 资源被删除时，释放相应的 Gallium3D 资源。
性能优化
性能优化的核心在于通过状态缓存来减少不必要的状态切换。例如，st_atom 结构定义了一系列状态原子，每个状态原子对应一个具体的状态更新函数。当状态发生变化时，State Tracker 会检查状态缓存，只有在状态实际变化时才进行状态更新。
- 状态缓存：性能优化的关键策略之一，通过缓存状态并在必要时重用，可以减少不必要的状态切换，提升性能。
- 批处理命令：可以减少 CPU 和 GPU 之间的同步开销，通过将多个命令打包成一个批次，可以提高命令传递的效率。
- 资源复用：可以减少资源的创建和销毁开销，而延迟释放可以优化内存管理，避免频繁的内存分配和释放。
四、数据结构
状态管理
- st_context：这是 State Tracker 的核心上下文结构，包含了所有的 OpenGL 状态和与 Gallium3D 管道状态的映射。
struct st_context {
struct pipe_context *pipe;
struct cso_context *cso_context;
struct gl_context *ctx;
struct st_framebuffer *framebuffer;
struct st_texture *textures[MAX_TEXTURE_UNITS];
// 其他状态变量
};
- gl_context
这是 OpenGL 上下文的核心数据结构，包含了 OpenGL 的各种状态变量，例如当前绑定的纹理、着色器、缓冲区等。
struct gl_context {
// OpenGL 状态变量
struct gl_texture_unit TextureUnits[MAX_TEXTURE_UNITS];
struct gl_vertex_array_object *VAO;
struct gl_shader_program *ShaderProgram;
// 其他状态变量
};
命令转换
pipe_draw_info：这是 Gallium3D 中的绘图信息结构，包含了绘图操作的所有必要信息。
struct pipe_draw_info {
enum pipe_prim_type mode;
unsigned start;
unsigned count;
// 其他绘图参数
};
资源管理
- st_texture：这是 State Tracker 中用于表示纹理的结构，封装了 Gallium3D 的 pipe_resource 结构。
struct st_texture {
struct pipe_resource *resource;
struct pipe_sampler_view *view;
// 其他纹理状态
};
- pipe_resource：这是 Gallium3D 中的资源表示结构，用于描述 GPU 上的内存资源。
struct pipe_resource {
enum pipe_texture_target target;
unsigned width0;
unsigned height0;
// 其他资源参数
};
性能优化
- st_state_cache：这是 State Tracker 用于缓存状态的结构，通过缓存状态来减少不必要的状态切换。
struct st_state_cache {struct pipe_rasterizer_state rasterizer;struct pipe_blend_state blend;struct pipe_depth_stencil_alpha_state dsa;// 其他状态缓存
};