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Building a Simple Engine -- Advanced Topics -- Robustness2

VK_EXT_robustness2 扩展 —— 面向实际引擎的更安全默认行为

Vulkan 允许开发者实现贴近硬件的高性能运行,但这也意味着非法索引或越界访问可能导致未定义结果(undefined results)。VK_EXT_robustness2 扩展收紧了这类行为的约束,让错误以可预测的方式暴露,而非破坏内存或导致画面闪烁。

核心功能

  • Robust buffer access 2(健壮缓冲区访问 2)—— 缓冲区越界读取返回 0 值;越界写入直接丢弃。
  • Robust image access 2(健壮图像访问 2)—— 图像坐标越界时,会按规范执行钳位(clamp)或返回 0 值。
  • Null descriptors(空描述符)—— 描述符可被设为「空」状态,着色器读取时会得到明确的 0 值,而非未定义行为(UB, Undefined Behavior)。
  • 这些行为让引擎在学习者调试迭代、纹理流式加载过程中,具备更强的容错性。

    引擎中的使用方式

  • 设备创建阶段,检测并启用该扩展及对应的特性结构体(feature structs)(若设备支持)。
  • 着色器代码按合法范围编写,但当流式加载的纹理或可选绑定暂时缺失时,采样空描述符的行为是明确且安全的。
  • Forward+/ 反射渲染路径避免帧中修改描述符;robustness2 则作为额外的安全兜底机制。
  • 启用场景建议

    • 教学示例与工具类项目:只要设备支持,建议始终启用。
    • 商用产品:仍可保持启用状态;现代驱动下该特性的性能开销基本可忽略,而其带来的安全性提升极具价值。

    代码对应位置

    设备扩展 / 特性启用逻辑

    renderer_core.cppvulkan_device.cpp

    光线查询着色器中的边界检查与防御性索引

    shaders/ray_query.slang(针对 geometryInfoCount /materialCount 的边界检查)

    安全的描述符更新模式(避免依赖健壮性特性保证正确性)

    renderer_rendering.cpp(每帧安全执行点)Descriptor_Indexing_UpdateAfterBind.adoc

    核心要点

  • 健壮性特性无法替代良好的同步机制与生命周期管理规则,仅能作为补充。
  • 空描述符与「安全 0 值」读取机制,让流式加载和功能开关的实现更稳定,不易出现崩溃 / 异常。
  • 未来拓展方向

    若希望对健壮性特性进行压力测试(且不将引擎改造为调试工具),可参考以下方向:

  • 新增开发模式专用的「故障注入」开关,在受控的着色器路径中故意传入越界索引。
  • 新增轻量级运行时报告,打印当前设备是否启用 VK_EXT_robustness2。
  • 构建单元化的 GPU 测试场景,模拟纹理 / 缓冲区缺失的情况,同时保证 VVL(Vulkan Validation Layers)无报错。
  • 后续推荐阅读

  • Synchronization and Streaming
  • Descriptor Indexing UpdateAfterBind
  • Ray Query Rendering
  •  

     

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