Windows 图形显示驱动开发-WDDM 3.2-用户模式工作提交（一）

本文介绍在 Windows 11 版本 24H2 (WDDM 3.2) 中仍在开发的用户模式 (UM) 工作提交功能。 UM 工作提交使应用程序能够直接从用户模式将工作提交到 GPU，且延迟非常低。 目标是提高经常向 GPU 提交小工作负载的应用程序的性能。 此外，如果这些应用程序在容器或虚拟机 (VM) 中运行，则用户模式提交有望使它们受益匪浅。 这一好处是因为在 VM 中运行的用户模式驱动程序 (UMD) 可以直接向 GPU 提交工作，而不必向主机发送消息。

支持 UM 工作提交的 IHV 驱动程序和硬件必须继续支持传统的内核模式工作提交模型。 对于仅支持在最新主机上运行的传统 KM 队列的较旧来宾等方案，这种支持是必要的。

本文不讨论 UM 提交与 Flip/FlipEx 的互操作性。 本文中所述的 UM 提交仅限于呈现/计算类方案。 呈现管道现在仍基于内核模式提交，因为它依赖于本机受监视的围栏。 一旦完全实现了本机受监视的围栏和仅用于计算/呈现的 UM 提交，就可以考虑基于 UM 提交的呈现的设计和实现。 因此，驱动程序应该支持基于每个队列的用户模式提交。

Ring

大部分支持硬件计划的最新或即将推出的 GPU 也支持 GPU Ring的概念。 Ring是一种机制，用于向 GPU 引擎指示新工作已在其工作队列中排队。 Ring通常在 PCIe BAR（基地址栏）或系统内存中注册。 每个 GPU IHV 都有自己的体系结构，用于确定Ring的数量、它们位于系统中的位置等。 Windows OS 使用Ring作为其设计的一部分来实现 UM 工作提交。

在高级别上，Ring有两种不同的模型，由不同的 IHV 和 GPU 实现：

全局Ring

在全局Ring模型中，跨上下文和进程的所有硬件队列共享一个全局Ring。 写入Ring的值告知 GPU 计划程序哪个特定的硬件队列和引擎有新的工作。 如果多个硬件队列主动提交工作并按相同的全局Ring，则 GPU 硬件使用轮询机制的形式来获取工作。

专用Ring

在专用Ring模型中，每个硬件队列都被分配了自己的Ring，每当有新的工作要提交给 GPU 时，Ring就会响起。 当Ring响起时，GPU 计划程序准确地知道哪个硬件队列提交了新工作。 在 GPU 上创建的所有硬件队列中共享的Ring数量有限。 如果创建的硬件队列数超过可用Ring的数量，则驱动程序需要断开较旧或最近使用最少的硬件队列的Ring的连接，并将其Ring分配给新创建的队列，从而有效地“虚拟化”Ring。

发现用户模式工作提交支持

DXGK_NODEMETADATA_FLAGS::UserModeSubmissionSupported
对于支持 UM 工作提交功能的 GPU 节点，KMD 的 DxgkDdiGetNodeMetadata 设置了 UserModeSubmissionSupported 节点元数据标志，该标志被添加到DXGK_NODEMETADATA_FLAGS。 然后，OS 允许 UMD 仅在设置此标志的节点上创建用户模式提交 HWQueue 和Ring。

DXGK_QUERYADAPTERINFOTYPE::DXGKQAITYPE_USERMODESUBMISSION_CAPS
为查询特定于Ring的信息，OS 调用 KMD 的 DxgkDdiQueryAdapterInfo 函数，并使用 DXGKQAITYPE_USERMODESUBMISSION_CAPS 查询适配器信息类型。 KMD 通过填充 DXGK_USERMODESUBMISSION_CAPS 结构及其对用户模式工作提交的支持详细信息进行响应。

目前，唯一需要的上限是Ring内存大小（以字节为单位）。 Dxgkrnl 需要Ring内存大小，原因如下：

 在Ring创建期间 (D3DKMTCreateDoorbell)，Dxgkrnl 向 UMD 返回 DoorbellCpuVirtualAddress。 在执行此操作之前，Dxgkrnl 首先需要在内部映射到一个虚拟页面，因为Ring尚未分配和连接。 分配虚拟页面需要Ring的大小。
在Ring连接期间 (D3DKMTConnectDoorbell)，Dxgkrnl 需要将 DoorbellCpuVirtualAddress 旋转到 KMD 提供的 DoorbellPhysicalAddress。 同样，Dxgkrnl 需要知道Ring大小。
 D3DDDI_CREATEHWQUEUEFLAGS::UserModeSubmission in D3DKMTCreateHwQueue

UMD 设置添加到 D3DDDI_CREATEHWQUEUEFLAGS 的已添加 UserModeSubmission 标志，以便创建使用用户模式提交模型的 HWQueue。 使用此标志创建的 HWQueue 不能使用常规内核模式工作提交路径，并且必须依赖Ring机制在队列上提交工作。