大多数显式图形 API 都不会执行错误检查，因为执行错误检查会降低性能。Vulkan 提供可让您在开发时使用的错误检查功能，但该功能会从您应用的发布 build 中排除，这样可以避免在关键时刻性能出现下降。您可以通过启用 Vulkan 验证层来执行此操作。验证层会出于各种调试和验证目的截获或挂接 Vulkan 入口点。
验证层会截获其包含定义的入口点。未在层中定义的入口点都会到达基础级别的驱动程序，并保持未验证状态。
Android NDK 和 Vulkan 示例包括 Vulkan 验证层（可在开发期间使用）。您可以将验证层挂接到图形堆栈中，从而允许其报告验证问题。借助此插桩测试，您可以捕捉和修复开发期间出现的误用问题。
单个 Khronos 验证层
Vulkan 层可以通过加载程序插入到堆栈中，以便高级层调用底下的层，层堆栈最终终止于设备驱动程序。过去，在 Android 上按特定顺序启用了多个验证层。但是，现在使用单个层 VK_LAYER_KHRONOS_validation，它包含了之前所有的验证层行为。对于 Vulkan 验证，所有应用都应启用单个验证层 VK_LAYER_KHRONOS_validation。
封装验证层
NDK 包含预构建的验证层二进制文件，您可以将这类文件推送到测试设备，只需将其封装到 APK 中即可。您可在以下目录中找到此二进制文件：ndk-dir/sources/third_party/vulkan/src/build-android/jniLibs/abi/
收到应用的请求后，Vulkan 加载程序将从您应用的 APK 寻找并加载相应的层。
使用 Gradle 将验证层封装到您的 APK 中
您可以利用 Android Gradle 插件以及 Android Studio 对 CMake 和 ndk-build 的支持，将验证层添加到您的项目。如需使用 Android Studio 对 CMake 和 ndk-build 的支持来添加库，请将以下内容添加到应用模块的build.gradle 文件中：
sourceSets {
main {
jniLibs {
// Gradle includes libraries in the following path as dependencies
// of your CMake or ndk-build project so that they are packaged in
// your app’s APK.
srcDir "ndk-path/sources/third_party/vulkan/src/build-android/jniLibs"
}
}
}
如需详细了解 Android Studio 对 CMake 和 ndk-build 的支持，请参阅向您的项目添加 C 和 C++ 代码。
将验证层封装到 JNI 库中
您可以使用以下命令行选项，将验证层二进制文件手动添加到项目的 JNI 库目录中：$ cd project-root $ mkdir -p app/src/main $ cp -fr ndk-path/sources/third_party/vulkan/src/build-android/jniLibs app/src/main/
从源代码构建层二进制文件
如果您的应用需要最新的验证层，您可以从 Khronos Group 的 GitHub 代码库中获取最新的源代码，并按照其中的构建说明操作。
验证层构建
无论您是使用 NDK 的预构建层进行构建，还是从最新的源代码进行构建，构建流程都会生成如下所示的最终文件结构：
src/main/jniLibs/
arm64-v8a/
libVkLayer_khronos_validation.so
armeabi-v7a/
libVkLayer_khronos_validation.so
下面的示例显示了如何验证您的 APK 是否包含预期的验证层：
$ jar -xvf project.apk ... inflated: lib/arm64-v8a/libVkLayer_khronos_validation.so ...
启用层
Vulkan API 可让应用启用层。层是在实例创建过程中启用的。层截获的入口点必须将下列对象之一作为第一个参数：
VkInstanceVkPhysicalDeviceVkDeviceVkCommandBufferVkQueue
您可以调用 vkEnumerateInstanceLayerProperties() 来列出可用层及其属性。系统会在 vkCreateInstance() 执行时启用层。
以下代码段显示了应用如何使用 Vulkan API 以程序化方式启用和查询层：
// Get layer count using null pointer as last parameter
uint32_t instance_layer_present_count = 0;
vkEnumerateInstanceLayerProperties(&instance_layer_present_count, nullptr);
// Enumerate layers with valid pointer in last parameter
VkLayerProperties* layer_props =
(VkLayerProperties*)malloc(instance_layer_present_count * sizeof(VkLayerProperties));
vkEnumerateInstanceLayerProperties(&instance_layer_present_count, layer_props));
// Make sure the desired validation layer is available
const char *instance_layers[] = {
"VK_LAYER_KHRONOS_validation"
};
uint32_t instance_layer_request_count =
sizeof(instance_layers) / sizeof(instance_layers[0]);
for (uint32_t i = 0; i < instance_layer_request_count; i++) {
bool found = false;
for (uint32_t j = 0; j < instance_layer_present_count; j++) {
if (strcmp(instance_layers[i], layer_props[j].layerName) == 0) {
found = true;
}
}
if (!found) {
error();
}
}
// Pass desired layer into vkCreateInstance
VkInstanceCreateInfo instance_info = {};
instance_info.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO;
instance_info.enabledLayerCount = instance_layer_request_count;
instance_info.ppEnabledLayerNames = instance_layers;
...
默认 logcat 输出
验证层会在带有VALIDATION 标记的 logcat 中发出警告和错误消息。验证层消息如下所示：
VALIDATION: UNASSIGNED-CoreValidation-DrawState-QueueForwardProgress(ERROR / SPEC):
msgNum: 0 - VkQueue 0x7714c92dc0[] is waiting on VkSemaphore 0x192e[]
that has no way to be signaled.
VALIDATION: Objects: 1
VALIDATION: [0] 0x192e, type: 5, name: NULL
启用调试回调
调试实用工具扩展程序 VK_EXT_debug_utils 允许应用创建调试 messenger，将验证层消息传递给应用提供的回调。请注意，还有一个已弃用的扩展程序 VK_EXT_debug_report，它可以在 VK_EXT_debug_utils 不可用的情况下提供相似的功能。
使用调试实用工具扩展程序之前，您必须先确保平台可为其提供支持。下面的示例显示了如何检查是否支持调试扩展程序，以及在支持扩展程序时注册回调。
// Get the instance extension count
uint32_t inst_ext_count = 0;
vkEnumerateInstanceExtensionProperties(nullptr, &inst_ext_count, nullptr);
// Enumerate the instance extensions
VkExtensionProperties* inst_exts =
(VkExtensionProperties *)malloc(inst_ext_count * sizeof(VkExtensionProperties));
vkEnumerateInstanceExtensionProperties(nullptr, &inst_ext_count, inst_exts);
const char * enabled_inst_exts[16] = {};
uint32_t enabled_inst_ext_count = 0;
// Make sure the debug utils extension is available
for (uint32_t i = 0; i < inst_ext_count; i++) {
if (strcmp(inst_exts[i].extensionName,
VK_EXT_DEBUG_UTILS_EXTENSION_NAME) == 0) {
enabled_inst_exts[enabled_inst_ext_count++] =
VK_EXT_DEBUG_UTILS_EXTENSION_NAME;
}
}
if (enabled_inst_ext_count == 0)
return;
// Pass the instance extensions into vkCreateInstance
VkInstanceCreateInfo instance_info = {};
instance_info.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO;
instance_info.enabledExtensionCount = enabled_inst_ext_count;
instance_info.ppEnabledExtensionNames = enabled_inst_exts;
PFN_vkCreateDebugUtilsMessengerEXT pfnCreateDebugUtilsMessengerEXT;
PFN_vkDestroyDebugUtilsMessengerEXT pfnDestroyDebugUtilsMessengerEXT;
pfnCreateDebugUtilsMessengerEXT = (PFN_vkCreateDebugUtilsMessengerEXT)
vkGetDeviceProcAddr(device, "vkCreateDebugUtilsMessengerEXT");
pfnDestroyDebugUtilsMessengerEXT = (PFN_vkDestroyDebugUtilsMessengerEXT)
vkGetDeviceProcAddr(device, "vkDestroyDebugUtilsMessengerEXT");
assert(pfnCreateDebugUtilsMessengerEXT);
assert(pfnDestroyDebugUtilsMessengerEXT);
// Create the debug messenger callback with desired settings
VkDebugUtilsMessengerEXT debugUtilsMessenger;
if (pfnCreateDebugUtilsMessengerEXT) {
VkDebugUtilsMessengerCreateInfoEXT messengerInfo;
constexpr VkDebugUtilsMessageSeverityFlagsEXT kSeveritiesToLog =
VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_SEVERITY_ERROR_BIT_EXT |
VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_SEVERITY_WARNING_BIT_EXT;
constexpr VkDebugUtilsMessageTypeFlagsEXT kMessagesToLog =
VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_TYPE_GENERAL_BIT_EXT |
VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_TYPE_VALIDATION_BIT_EXT |
VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_TYPE_PERFORMANCE_BIT_EXT;
messengerInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEBUG_UTILS_MESSENGER_CREATE_INFO_EXT;
messengerInfo.pNext = nullptr;
messengerInfo.flags = 0;
messengerInfo.messageSeverity = kSeveritiesToLog;
messengerInfo.messageType = kMessagesToLog;
messengerInfo.pfnUserCallback = &DebugUtilsMessenger; // Callback example below
messengerInfo.pUserData = nullptr; // Custom user data passed to callback
pfnCreateDebugUtilsMessengerEXT(instance, &messengerInfo, nullptr, &debugUtilsMessenger);
}
// Later, when shutting down Vulkan, call the following
if (pfnDestroyDebugUtilsMessengerEXT) {
pfnDestroyDebugUtilsMessengerEXT(instance, debugUtilsMessenger, nullptr);
}
在您的应用注册并启用调试回调后，系统会将调试消息路由到您注册的回调。这类回调的一个示例显示如下：
#include <android/log.h>
VKAPI_ATTR VkBool32 VKAPI_CALL DebugUtilsMessenger(
VkDebugUtilsMessageSeverityFlagBitsEXT messageSeverity,
VkDebugUtilsMessageTypeFlagsEXT messageTypes,
const VkDebugUtilsMessengerCallbackDataEXT *callbackData,
void *userData)
{
const char validation[] = "Validation";
const char performance[] = "Performance";
const char error[] = "ERROR";
const char warning[] = "WARNING";
const char unknownType[] = "UNKNOWN_TYPE";
const char unknownSeverity[] = "UNKNOWN_SEVERITY";
const char* typeString = unknownType;
const char* severityString = unknownSeverity;
const char* messageIdName = callbackData->pMessageIdName;
int32_t messageIdNumber = callbackData->messageIdNumber;
const char* message = callbackData->pMessage;
android_LogPriority priority = ANDROID_LOG_UNKNOWN;
if (messageSeverity & VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_SEVERITY_ERROR_BIT_EXT) {
severityString = error;
priority = ANDROID_LOG_ERROR;
}
else if (messageSeverity & VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_SEVERITY_WARNING_BIT_EXT) {
severityString = warning;
priority = ANDROID_LOG_WARN;
}
if (messageTypes & VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_TYPE_VALIDATION_BIT_EXT) {
typeString = validation;
}
else if (messageTypes & VK_DEBUG_UTILS_MESSAGE_TYPE_PERFORMANCE_BIT_EXT) {
typeString = performance;
}
__android_log_print(priority,
"AppName",
"%s %s: [%s] Code %i : %s",
typeString,
severityString,
messageIdName,
messageIdNumber,
message);
// Returning false tells the layer not to stop when the event occurs, so
// they see the same behavior with and without validation layers enabled.
return VK_FALSE;
}
使用 ADB 将层推送到您的测试设备
按照本部分中的步骤将层推送到测试设备：
启用调试功能
Android 的安全模型和政策与其他平台有很大不同。若要加载外部层，必须满足以下条件之一：
- 目标应用的清单文件包含以下元数据元素（仅适用于以 Android 11（API 级别“R”）或更高版本为目标的应用）：
<meta-data android:name="com.android.graphics.injectLayers.enable" android:value="true" />您应使用此选项对应用进行性能剖析。 - 目标应用是可调试的。此选项可为您提供更多调试信息，但可能会降低应用性能。
- 目标应用在授予 root 访问权限的操作系统的 userdebug build 上运行。
加载层
搭载 Android 9（API 级别 28）和更高版本的设备允许 Vulkan 从应用的本地存储空间加载层。Android 10（API 级别 29）支持从单独的 APK 加载层。
- 设备的本地存储空间中的层二进制文件
- 包含层的 APK，与目标应用分开安装
设备的本地存储空间中的层二进制文件
Vulkan 会在设备的临时数据存储目录中寻找二进制文件，因此，您必须首先使用 Android 调试桥 (ADB) 将二进制文件推送到该目录，方法如下：
-
使用
adb push命令将所需层二进制文件加载到您的应用在设备上的数据存储空间。以下示例将libVkLayer_khronos_validation.so推送到设备的/data/local/tmp目录：$ adb push libVkLayer_khronos_validation.so /data/local/tmp
-
使用
adb shell和run-as命令通过应用进程加载层。也就是说，二进制文件拥有该应用所具有的设备访问权限，无需请求 root 权限。$ adb shell run-as com.example.myapp cp /data/local/tmp/libVkLayer_khronos_validation.so . $ adb shell run-as com.example.myapp ls libVkLayer_khronos_validation.so
- 启用层。
包含层的 APK
adb install --abi abi path_to_apk
在应用外启用层
您可以按应用启用层，也可全局启用层。针对应用的设置会在重启后保留，而全局属性则会在重启时被清除。
按应用启用层：
# Enable layers adb shell settings put global enable_gpu_debug_layers 1 # Specify target application adb shell settings put global gpu_debug_app <package_name> # Specify layer list (from top to bottom) adb shell settings put global gpu_debug_layers <layer1:layer2:layerN> # Specify packages to search for layers adb shell settings put global gpu_debug_layer_app <package1:package2:packageN>
如需查看设置是否已启用，您可以使用以下命令：
$ adb shell settings list global | grep gpu enable_gpu_debug_layers=1 gpu_debug_app=com.example.myapp gpu_debug_layers=VK_LAYER_KHRONOS_validation
由于应用的设置不会随设备重新启动而重置，因此建议您在验证层加载完毕后清除设置：
$ adb shell settings delete global enable_gpu_debug_layers $ adb shell settings delete global gpu_debug_app $ adb shell settings delete global gpu_debug_layers $ adb shell settings delete global gpu_debug_layer_app
按应用停用层：
# Delete the global setting that enables layers adb shell settings delete global enable_gpu_debug_layers # Delete the global setting that selects target application adb shell settings delete global gpu_debug_app # Delete the global setting that specifies layer list adb shell settings delete global gpu_debug_layers # Delete the global setting that specifies layer packages adb shell settings delete global gpu_debug_layer_app
全局启用层：
# This attempts to load layers for all applications, including native # executables adb shell setprop debug.vulkan.layers <layer1:layer2:layerN>