引言：为何需要VMA？

Vulkan内存显式控制

在传统的图形API（如OpenGL）中，内存管理被API层完全封装，开发者无需关心底层细节。但Vulkan将内存控制权完全下放给开发者，暴露了显式的内存管理机制。这种设计带来了两个核心挑战：

1. 多类型内存堆：现代GPU通常包含4-8种内存类型（如DEVICE_LOCAL、HOST_VISIBLE等），分布在不同的内存堆中
2. 手动生命周期管理：开发者需要自行处理内存分配、绑定、映射和释放的全过程

一个典型的Vulkan内存分配流程需要：

vkGetBufferMemoryRequirements(...);
vkAllocateMemory(...);
vkBindBufferMemory(...);
vkMapMemory(...); // 可选
// 使用内存...
vkDestroyBuffer(...);
vkFreeMemory(...);

这种显式控制虽然提升了性能，但带来了极高的开发复杂度。根据Khronos的统计，超过60%的Vulkan内存相关BUG源于不正确的内存类型选择或生命周期管理。

Sub-allocation

1. 考虑驱动开销：Vulkan最推荐使用sub-allocat，但是sub-allocation的内存分配原则，即尽可能减少Memory和Buffer的数量。

图 1：sub-allocation。

“The Good” ——在一大块内存里对子资源进行子分配

思路：
• 只向驱动/操作系统申请一块较大的 VkDeviceMemory，只创建一个buffer；
• 运行时将该buffer“切割”成若干子区间，每个子区间存储不同的数据。
• 这样可以显著减少真正的“分配调用次数”，也不会超出 maxMemoryAllocationCount，同时也可以减少内存绑定次数。

// 1. 创建一个“大 Buffer”以获取内存需求（包含所有用途）
VkBufferCreateInfo bigBufferCI = {};
bigBufferCI.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO;
bigBufferCI.size  = totalBufferSize; // 总大小（包含 Index/Vertex/Uniform）
bigBufferCI.usage = VK_BUFFER_USAGE_INDEX_BUFFER_BIT |
                    VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT |
                    VK_BUFFER_USAGE_UNIFORM_BUFFER_BIT;
vkCreateBuffer(device, &bigBufferCI, nullptr, &bigBuffer);

VkMemoryRequirements memReqBigBuffer;
vkGetBufferMemoryRequirements(device, bigBuffer, &memReqBigBuffer);

// 2. 计算各用途的偏移和对齐
VkDeviceSize offsetIndex   = 0;
VkDeviceSize offsetVertex  = AlignUp(offsetIndex + indexBufferSize, memReqBigBuffer.alignment);
VkDeviceSize offsetUniform = AlignUp(offsetVertex + vertexBufferSize, memReqBigBuffer.alignment);
VkDeviceSize totalSize     = AlignUp(offsetUniform + uniformBufferSize, memReqBigBuffer.alignment);

// 3. 只申请一次设备内存
VkMemoryAllocateInfo allocInfo = {};
allocInfo.sType           = VK_STRUCTURE_TYPE_MEMORY_ALLOCATE_INFO;
allocInfo.allocationSize  = totalSize;
allocInfo.memoryTypeIndex = FindMemoryType(memReqBigBuffer.memoryTypeBits, desiredProperties);
VkDeviceMemory bigMemory;
vkAllocateMemory(device, &allocInfo, nullptr, &bigMemory);

// 4. 将整个 bigMemory 绑定到“大 Buffer”
vkBindBufferMemory(device, bigBuffer, bigMemory, 0);

// 5. 将数据拷贝到 Buffer 的不同偏移处
void* mappedMemory = nullptr;
vkMapMemory(device, bigMemory, 0, VK_WHOLE_SIZE, 0, &mappedMemory);

// -- 将 Index 数据拷贝到对应偏移
std::memcpy((uint8_t*)mappedMemory + offsetIndex, localIndexData, indexBufferSize);

// -- 将 Vertex 数据拷贝到对应偏移
std::memcpy((uint8_t*)mappedMemory + offsetVertex, localVertexData, vertexBufferSize);

// -- 将 Uniform 数据拷贝到对应偏移
std::memcpy((uint8_t*)mappedMemory + offsetUniform, localUniformData, uniformBufferSize);

vkUnmapMemory(device, bigMemory);

// 6. 使用时指定偏移
// -- 绑定 Index Buffer
vkCmdBindIndexBuffer(cmdBuffer, bigBuffer, offsetIndex, VK_INDEX_TYPE_UINT16);

// -- 绑定 Vertex Buffer
VkDeviceSize vertexBufferOffset = offsetVertex;
vkCmdBindVertexBuffers(cmdBuffer, 0, 1, &bigBuffer, &vertexBufferOffset);

// -- 更新 DescriptorSet，指定 Uniform Buffer 的偏移和范围
VkDescriptorBufferInfo uniformBufferInfo = {};
uniformBufferInfo.buffer = bigBuffer;
uniformBufferInfo.offset = offsetUniform;
uniformBufferInfo.range  = uniformBufferSize;

VkWriteDescriptorSet writeDesc = {};
writeDesc.sType            = VK_STRUCTURE_TYPE_WRITE_DESCRIPTOR_SET;
writeDesc.dstSet           = descriptorSet;
writeDesc.dstBinding       = uniformBinding;
writeDesc.descriptorType   = VK_DESCRIPTOR_TYPE_UNIFORM_BUFFER;
writeDesc.descriptorCount  = 1;
writeDesc.pBufferInfo      = &uniformBufferInfo;

vkUpdateDescriptorSets(device, 1, &writeDesc, 0, nullptr);

这种方式：
• 减少 vkAllocateMemory / vkBindBufferMemory 调用次数（只分配和绑定一次）；
• 通过应用层自己维护 offset 来在同一个 Buffer 内划分出 Index/Vertex/Uniform 等数据区域；
• 大幅降低驱动层管理负担，符合 Vulkan 中鼓励的“子分配”思路，从而达到图示所说的 “The Good”。

“The Bad” ——单块显存 + 单个大 Buffer + 手动管理 offset

思路：
• 只向驱动/操作系统申请一块较大的 VkDeviceMemory；
• 运行时将这块大内存“切割”成若干子区间，每个子区间绑定到不同的 Buffer（如 Index/Vertex/Uniform）上；
• 自己管理这块内存中各个子区间的偏移与大小。
• 这样可以显著减少真正的“分配调用次数”，也不会超出 maxMemoryAllocationCount。

// 1. 分别创建需要的 Buffer 以获取各自需求（但先不真正分配内存）
// -- 例子：Index Buffer
VkBufferCreateInfo indexBufferCI = {};
indexBufferCI.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO;
indexBufferCI.size  = indexBufferSize;
indexBufferCI.usage = VK_BUFFER_USAGE_INDEX_BUFFER_BIT;
vkCreateBuffer(device, &indexBufferCI, nullptr, &indexBuffer);

VkMemoryRequirements memReqIndex;
vkGetBufferMemoryRequirements(device, indexBuffer, &memReqIndex);

// -- 例子：Vertex Buffer
VkBufferCreateInfo vertexBufferCI = {};
vertexBufferCI.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO;
vertexBufferCI.size  = vertexBufferSize;
vertexBufferCI.usage = VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT;
vkCreateBuffer(device, &vertexBufferCI, nullptr, &vertexBuffer);

VkMemoryRequirements memReqVertex;
vkGetBufferMemoryRequirements(device, vertexBuffer, &memReqVertex);

// -- 例子：Uniform Buffer
VkBufferCreateInfo uniformBufferCI = {};
uniformBufferCI.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO;
uniformBufferCI.size  = uniformBufferSize;
uniformBufferCI.usage = VK_BUFFER_USAGE_UNIFORM_BUFFER_BIT;
vkCreateBuffer(device, &uniformBufferCI, nullptr, &uniformBuffer);

VkMemoryRequirements memReqUniform;
vkGetBufferMemoryRequirements(device, uniformBuffer, &memReqUniform);

// 2. 计算总共需要的内存大小与对齐（实际需要根据对齐做更严谨的计算）
// 比如令 offsets 为对齐后得到的各个起始偏移
VkDeviceSize offsetIndex   = 0;
VkDeviceSize offsetVertex  = AlignUp(offsetIndex   + memReqIndex.size,   memReqVertex.alignment);
VkDeviceSize offsetUniform = AlignUp(offsetVertex  + memReqVertex.size,  memReqUniform.alignment);
VkDeviceSize totalSize     = offsetUniform + memReqUniform.size;

// 3. 只申请一次设备内存
VkMemoryAllocateInfo allocInfo = {};
allocInfo.sType           = VK_STRUCTURE_TYPE_MEMORY_ALLOCATE_INFO;
allocInfo.allocationSize  = totalSize;
allocInfo.memoryTypeIndex = FindMemoryType(
    memReqIndex.memoryTypeBits & memReqVertex.memoryTypeBits & memReqUniform.memoryTypeBits, 
    desiredProperties // 比如 HOST_VISIBLE | HOST_COHERENT 等
);
VkDeviceMemory bigMemory;
vkAllocateMemory(device, &allocInfo, nullptr, &bigMemory);

// 4. 将同一个 bigMemory 不同的偏移绑定给不同 Buffer
vkBindBufferMemory(device, indexBuffer,   bigMemory, offsetIndex);
vkBindBufferMemory(device, vertexBuffer,  bigMemory, offsetVertex);
vkBindBufferMemory(device, uniformBuffer, bigMemory, offsetUniform);

这样所有的 Index/Vertex/Uniform Buffer 都共享了同一个 VkDeviceMemory，而我们只跟驱动真正打了一次“分配”的交道。

“The ?!? # Δt” ——极度碎片化或疯狂分配

思路：
• 每个小对象都单独分配，甚至更糟：同一个对象反复频繁地分配和释放；
• 导致显存碎片化、分配次数超标、或大幅度浪费显存；

典型反面案例：
• 你的场景中有非常多的微小 Buffer（例如粒子、分块地形中大量细分）却从未做子分配；
• 或者在帧间频繁地 vkFreeMemory / vkAllocateMemory，引起驱动层不断地做大开销的操作；
• 在高并发或高频率下，性能和可用内存都崩溃式下降。

数据传输

独立显卡

有专用的显存(VRAM)
数据传输过程：

• CPU (Host) → PCIe总线 → GPU显存(Device Local Memory)
• 需要创建staging buffer作为中间缓冲
• 数据传输会受限于PCIe总线带宽

集成显卡

CPU和GPU共享系统内存
数据传输过程：

• 直接在共享内存中访问,无需跨PCIe传输
• 不需要staging buffer
• 通过VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT | VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT 标识

Lazily Allocated Memory

移动端GPU上的on-chip memory

• 这种内存不会立即分配物理内存
• 通常用于移动设备的 transient attachments（如深度缓冲区）
• 实际的内存分配会推迟到真正需要时
• 在某些架构上可能完全不会分配物理内存
  这种内存在渲染时可以被保留在GPU上，显著降低带宽。

补充内容，VMA相关请跳转到“VMA的诞生”

补充：VkPhysicalDeviceMemoryProperties

typedef struct VkPhysicalDeviceMemoryProperties {
    // 可用的内存类型数量
    uint32_t memoryTypeCount;

    // 内存类型数组，最大长度为 VK_MAX_MEMORY_TYPES (32)
    VkMemoryType memoryTypes[VK_MAX_MEMORY_TYPES];

    // 可用的内存堆数量
    uint32_t memoryHeapCount;

    // 内存堆数组，最大长度为 VK_MAX_MEMORY_HEAPS (16)
    VkMemoryHeap memoryHeaps[VK_MAX_MEMORY_HEAPS];
} VkPhysicalDeviceMemoryProperties;

memoryTypeCount指明该设备支持的内存类型数量。

VkMemoryType

其中 VkMemoryType 结构体定义为：

typedef struct VkMemoryType {
    // 内存属性标志（VkMemoryPropertyFlags）
    VkMemoryPropertyFlags propertyFlags;

    // 此内存类型使用的堆的索引
    uint32_t heapIndex;
} VkMemoryType;

一个VkMemoryType结构体对应GPU支持的一种内存类型，比如：

// memoryTypes[0] - 设备本地内存（VRAM）
propertyFlags = VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT
heapIndex = 0  // 指向VRAM堆

// memoryTypes[1] - CPU可见的系统内存
propertyFlags = VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | 
               VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_COHERENT_BIT
heapIndex = 1  // 指向系统内存堆

// memoryTypes[2] - CPU可见且带缓存的系统内存
propertyFlags = VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | 
               VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_CACHED_BIT
heapIndex = 1  // 同样指向系统内存堆

VkMemoryPropertyFlags的常见值包括：

typedef enum VkMemoryPropertyFlagBits {
    // 设备本地内存，通常是GPU最高效的内存类型
    VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT = 0x00000001,

    // CPU可见内存，可以使用vkMapMemory映射
    VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT = 0x00000002,

    // CPU写入立即可见，不需要手动flush
    VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_COHERENT_BIT = 0x00000004,

    // CPU写入被缓存，需要手动flush和invalidate
    VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_CACHED_BIT = 0x00000008,

    // 用于tile-based GPU的延迟分配内存
    VK_MEMORY_PROPERTY_LAZILY_ALLOCATED_BIT = 0x00000020,

    // 受保护的内存，用于安全内容
    VK_MEMORY_PROPERTY_PROTECTED_BIT = 0x00000040,

    // RDMA可访问的内存
    VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_COHERENT_BIT_AMD = 0x00000040,

    // 设备本地且RDMA可访问
    VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_UNCACHED_BIT_AMD = 0x00000080,

    // 可以原子访问的RDMA内存
    VK_MEMORY_PROPERTY_RDMA_CAPABLE_BIT_NV = 0x00000100,
} VkMemoryPropertyFlagBits;

常见的内存标识(flag常见组合)：

VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT //设备本地内存（GPU 专用）

VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | 
VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_COHERENT_BIT //CPU 可见的暂存缓冲区

VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT | 
VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT //集成显卡的共享内存

VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | 
VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_CACHED_BIT //带缓存的 CPU 访问内存

VK_MEMORY_PROPERTY_LAZILY_ALLOCATED_BIT | 
VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT //移动设备的临时附件（如深度缓冲）

VkMemoryHeap

typedef struct VkMemoryHeap {
    VkDeviceSize    size;        // 堆的大小（字节）
    VkMemoryHeapFlags    flags;  // 堆的属性标志
} VkMemoryHeap;

VkMemoryHeapFlags的常见值包括：

VK_MEMORY_HEAP_DEVICE_LOCAL_BIT //设备本地内存（通常是显卡的 VRAM）
VK_MEMORY_HEAP_MULTI_INSTANCE_BIT //多实例内存（在多 GPU 设置中，标记某个内存堆可以被多个物理设备同时访问）

findMemoryType

uint32_t findMemoryType(VkPhysicalDevice physicalDevice, 
                       uint32_t typeFilter,
                       VkMemoryPropertyFlags properties) {
    // 获取物理设备的内存属性
    VkPhysicalDeviceMemoryProperties memProperties;
    vkGetPhysicalDeviceMemoryProperties(physicalDevice, &memProperties);

    // 遍历所有内存类型
    for (uint32_t i = 0; i < memProperties.memoryTypeCount; i++) {
        // 检查两个条件：
        // 1. typeFilter 中的位是否设置 (通过位运算)
        // 2. 内存类型是否具有我们需要的所有属性
        if ((typeFilter & (1 << i)) && 
            (memProperties.memoryTypes[i].propertyFlags & properties) == properties) {
            return i;
        }
    }

    // 如果没找到合适的内存类型，抛出错误
    throw std::runtime_error("failed to find suitable memory type!");
}

// 创建缓冲区时
VkBuffer buffer;
VkBufferCreateInfo bufferInfo = {...};
vkCreateBuffer(device, &bufferInfo, nullptr, &buffer);

// 获取缓冲区的内存需求
VkMemoryRequirements memRequirements;
vkGetBufferMemoryRequirements(device, buffer, &memRequirements);

// 分配内存
VkMemoryAllocateInfo allocInfo = {};
allocInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_MEMORY_ALLOCATE_INFO;
allocInfo.allocationSize = memRequirements.size;
// 查找合适的内存类型
allocInfo.memoryTypeIndex = findMemoryType(
    physicalDevice,
    memRequirements.memoryTypeBits,  // typeFilter：缓冲区支持的内存类型
    VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_COHERENT_BIT  // 所需属性
);

在为缓冲区分配内存时，需要满足：

1. 缓冲区支持的内存类型（typeFilter）
2. 所需属性（properties）
   即在VkPhysicalDeviceMemoryProperties中找到一个内存类型，它满足typeFilter和properties的要求。

VMA的诞生

Vulkan Memory Allocator（VMA）库应运而生，它通过以下核心设计解决了上述痛点：

1. 智能内存类型选择：基于资源使用特性自动选择最佳内存类型
2. 生命周期自动化：统一管理资源对象及其关联内存的生命周期
3. 高级内存策略：提供内存池、碎片整理等高级功能
4. 诊断工具集成：内置内存统计、泄漏检测等调试功能

初始化：构建内存管理基石

环境配置

使用VMA需要：

1. 项目集成：要在项目中使用VMA，首先需要将其源代码或库文件包含进工程中，并正确链接(link)。

2. 选择Vulkan版本：VMA需要配置Vulkan的目标版本，以便启用或禁用特定的Vulkan函数和扩展。

3. 导入Vulkan函数：VMA自身需要调用大量Vulkan函数，这些函数需通过VmaVulkanFunctions结构体向VMA提供。可通过手动设置或者自动加载方式(如使用Vulkan loader)来实现。

4. 启用扩展：如果需要使用诸如VK_KHR_dedicated_allocation等Vulkan扩展，则需要在创建VmaAllocator时告知VMA以便充分利用这些扩展。

5. 配置选项：在初始化VMA时，可指定各种标志(Flags)与配置，如线程安全(是否启用互斥锁)等。

初始化流程

#include "vk_mem_alloc.h"

VmaAllocatorCreateInfo allocatorInfo = {};
allocatorInfo.vulkanApiVersion = VK_API_VERSION_1_2;
allocatorInfo.physicalDevice = physicalDevice;
allocatorInfo.device = device;
allocatorInfo.instance = instance;

VmaAllocator allocator;
vmaCreateAllocator(&allocatorInfo, &allocator);

关键配置项说明：

typedef struct VmaAllocatorCreateInfo {
    VkPhysicalDevice physicalDevice;
    VkDevice device;
    // 启用高级特性
    VmaAllocatorCreateFlags flags;
    // 自定义CPU内存分配器
    const VmaAllocationCallbacks* pAllocationCallbacks;
    // 设备内存限制
    VkDeviceSize heapSizeLimit[VK_MAX_MEMORY_HEAPS];
} VmaAllocatorCreateInfo;

推荐开启的标志位：

• VMA_ALLOCATOR_CREATE_BUFFER_DEVICE_ADDRESS_BIT：支持设备地址捕获
• VMA_ALLOCATOR_CREATE_EXT_MEMORY_BUDGET_BIT：显存预算监控

AllocatorCreateInfo中的flags：

VMA_ALLOCATOR_CREATE_EXTERNALLY_SYNCHRONIZED_BIT

• 表示在多线程环境下，由用户负责同步
• 可以提高性能，但需要用户确保分配器的线程安全
• 如果设置此标志，用户必须在外部进行同步，确保对同一个 VmaAllocator 的调用不会并发执行

VMA_ALLOCATOR_CREATE_KHR_DEDICATED_ALLOCATION_BIT

• 启用 VK_KHR_dedicated_allocation 扩展功能
• 允许为某些特定资源分配专用内存块
• 适用于大型资源(如大纹理)的优化

VMA_ALLOCATOR_CREATE_KHR_BIND_MEMORY2_BIT

• 启用 VK_KHR_bind_memory2 扩展
• 提供更灵活的内存绑定选项
• 允许一次绑定多个内存对象

VMA_ALLOCATOR_CREATE_EXT_MEMORY_BUDGET_BIT

• 启用 VK_EXT_memory_budget 扩展
• 允许查询当前内存使用情况和预算
• 有助于更好地管理内存资源

VMA_ALLOCATOR_CREATE_AMD_DEVICE_COHERENT_MEMORY_BIT

• 启用 VK_AMD_device_coherent_memory 扩展
• 支持 AMD 设备一致性内存
• 提供更高效的内存访问

VMA_ALLOCATOR_CREATE_BUFFER_DEVICE_ADDRESS_BIT

• 启用缓冲区设备地址功能
• 支持 VK_KHR_buffer_device_address 扩展
• 允许在着色器中直接访问缓冲区

VMA_ALLOCATOR_CREATE_EXT_MEMORY_PRIORITY_BIT

• 启用 VK_EXT_memory_priority 扩展
• 允许设置内存分配的优先级
• 有助于优化内存管理策略

基础功能：从入门到精通

1. 资源生命周期管理

缓冲区创建范例：

VkBufferCreateInfo bufferInfo = { VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO };
bufferInfo.size = 1024 * 1024; // 1MB
bufferInfo.usage = VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT;

VmaAllocationCreateInfo allocInfo = {};
allocInfo.usage = VMA_MEMORY_USAGE_AUTO;
allocInfo.flags = VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_SEQUENTIAL_WRITE_BIT;

VkBuffer buffer;
VmaAllocation allocation;
vmaCreateBuffer(allocator, &bufferInfo, &allocInfo, &buffer, &allocation, nullptr);

VmaMemoryUsage枚举：

typedef enum VmaMemoryUsage {
    VMA_MEMORY_USAGE_UNKNOWN = 0,
    VMA_MEMORY_USAGE_GPU_ONLY,        // 纯设备内存
    VMA_MEMORY_USAGE_CPU_ONLY,        // 可映射主机内存
    VMA_MEMORY_USAGE_CPU_TO_GPU,      // 频繁上传
    VMA_MEMORY_USAGE_GPU_TO_CPU,      // 回读数据
    VMA_MEMORY_USAGE_AUTO = 7         // 自动决策（推荐）
} VmaMemoryUsage;

VmaAllocationCreateFlags 枚举值说明：

VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_SEQUENTIAL_WRITE_BIT

• 指示内存将被主机按顺序写入
• 适用于单次或连续写入的缓冲区
• 可能影响内存类型选择以优化顺序访问
• 例如每帧都需要更新的动态 uniform 数据和需要被频繁更新的顶点数据

VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_RANDOM_BIT

• 指示内存将被主机随机读写访问
• 适用于需要频繁更新的动态缓冲区
• 会选择支持随机访问的内存类型

VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_ALLOW_TRANSFER_INSTEAD_BIT

• 当主机直接访问不可用时允许使用传输操作
• 提供内存访问的备选方案
• 增加分配的灵活性

VMA_ALLOCATION_CREATE_DEDICATED_MEMORY_BIT

• 强制为此分配使用独立的内存块
• 适用于大型资源或特殊用途
• 可能增加内存碎片

VMA_ALLOCATION_CREATE_NEVER_ALLOCATE_BIT

• 仅在现有内存块中查找空间
• 如果没有合适的空间则失败
• 用于严格控制内存分配

VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT

• 创建时自动执行内存映射
• 避免手动映射/解映射操作
• 适用于需要持续访问的资源

VMA_ALLOCATION_CREATE_USER_DATA_COPY_STRING_BIT

• 为用户数据创建字符串的深拷贝
• 确保字符串数据的独立性和安全性
• 方便资源追踪和调试

VMA_ALLOCATION_CREATE_UPPER_ADDRESS_BIT

• 尝试在较高的 GPU 地址空间分配
• 可能影响某些特定硬件的性能
• 用于特殊的内存布局需求

内存分配策略标志

• VMA_ALLOCATION_CREATE_STRATEGY_BEST_FIT_BIT
• VMA_ALLOCATION_CREATE_STRATEGY_WORST_FIT_BIT
• VMA_ALLOCATION_CREATE_STRATEGY_FIRST_FIT_BIT
  用于控制内存分配算法的选择，影响分配效率和内存碎片

2. 内存映射与访问

安全的内存访问模式：

void* mappedData;
vmaMapMemory(allocator, allocation, &mappedData);

// 写入数据（建议使用memcpy而非直接指针操作）
memcpy(mappedData, sourceData, dataSize);

vmaUnmapMemory(allocator, allocation);

持久映射优化技巧：

allocInfo.flags |= VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT;
// 创建后直接访问
VmaAllocationInfo allocInfo;
vmaGetAllocationInfo(allocator, allocation, &allocInfo);
void* persistentPtr = allocInfo.pMappedData;

1.使用VMA进行数据拷贝时无需创建和操作staging buffer，VMA会自动选择最佳内存类型，并进行数据传输。（依赖于创建buffer时正确指定usage和flags）
2.对于 Host 可见的内存，VMA 也提供 vmaFlushAllocation, vmaInvalidateAllocation 等接口，用于在需要时清理或无效化 CPU/GPU 缓存，确保数据一致性。

高级用法：突破性能瓶颈

1. 内存池（Memory Pools）

专用内存池配置：

VmaPoolCreateInfo poolInfo = {};
poolInfo.memoryTypeIndex = ...; // 指定内存类型
poolInfo.blockSize = 64 * 1024 * 1024; // 64MB块
poolInfo.minBlockCount = 1;
poolInfo.maxBlockCount = 8;

VmaPool pool;
vmaCreatePool(allocator, &poolInfo, &pool);

// 在池中分配资源
VmaAllocationCreateInfo poolAllocInfo = {};
poolAllocInfo.pool = pool;  // 指定内存池
poolAllocInfo.usage = VMA_MEMORY_USAGE_AUTO; // 自动选择内存类型
poolAllocInfo.flags = VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_SEQUENTIAL_WRITE_BIT; // 指定内存访问模式
vmaCreateBuffer(allocator, &bufferInfo, &poolAllocInfo, &buffer, &allocation, nullptr);

2. 高级分配策略

优先设备本地内存：

allocInfo.usage = VMA_MEMORY_USAGE_AUTO_PREFER_DEVICE; //更灵活的策略，如果设备本地内存不足或不适用，会自动选择次优的内存类型

延迟内存分配：

allocInfo.flags |= VMA_ALLOCATION_CREATE_CAN_BECOME_LOST_BIT;

VMA_ALLOCATION_CREATE_CAN_BECOME_LOST_BIT 是 VMA 中一个特殊的内存分配标志，用于创建可能会”丢失”的内存分配。这是一个高级功能，主要用于内存管理优化。

• 这种分配可能在内存压力大时被VMA回收
• 需要定期检查分配是否还有效
• 通常配合 VMA_ALLOCATION_CREATE_CAN_MAKE_OTHER_LOST_BIT 使用

典型应用场景：

• 缓存数据
• 非关键资源
• 可重新生成的资源

最佳实践：

// 创建可丢失且可导致其他分配丢失的分配
VmaAllocationCreateInfo allocInfo = {};
allocInfo.flags = VMA_ALLOCATION_CREATE_CAN_BECOME_LOST_BIT |
                 VMA_ALLOCATION_CREATE_CAN_MAKE_OTHER_LOST_BIT;
allocInfo.priority = 0.5f; // 设置优先级

// 定期检查和维护
void maintainResources() {
    for (auto& resource : resources) {
        VmaAllocationInfo allocInfo;
        vmaGetAllocationInfo(allocator, resource.allocation, &allocInfo);
        
        if (allocInfo.deviceMemory == VK_NULL_HANDLE) {
            // 重新创建资源
            recreateResource(resource);
        }
    }
}

3. 内存碎片整理

碎片整理可以显著减少内存碎片，从而腾出连续的大块空间，避免频繁出现 OOM (Out Of Memory，内存耗尽)或内存分配失败的情况。当应用程序长期运行时，频繁的内存分配和释放可能导致内存碎片化，使得即使总的可用内存充足，也无法分配较大的连续内存块。

VMA 提供了一整套接口来执行碎片整理：

• vmaBeginDefragmentation()：初始化碎片整理上下文
• vmaBeginDefragmentationPass() / vmaEndDefragmentationPass()：执行碎片整理的一个或多个 Pass
• vmaEndDefragmentation()：结束碎片整理进程
• vmaDefragment()：单次执行碎片整理

注意：碎片整理期间，某些资源的内存可能会被移动，需要确保资源处于安全状态（通常在 GPU 空闲或可被重新绑定时进行）。

单次碎片整理流程：

VmaDefragmentationInfo defragInfo = {};
defragInfo.flags = VMA_DEFRAGMENTATION_FLAG_ALGORITHM_FAST;

VmaDefragmentationStats stats;
vmaDefragment(allocator, nullptr, 0, nullptr, &defragInfo, &stats);

printf("Freed %llu bytes, moved %u allocations\n", 
    stats.bytesFreed, stats.allocationsMoved);

更复杂的场景需要使用vmaBeginDefragmentation()和vmaEndDefragmentation()，以及vmaBeginDefragmentationPass()和vmaEndDefragmentationPass()。

4. 稀疏资源管理

稀疏纹理分配示例：

VkImageCreateInfo sparseImageInfo = { VK_STRUCTURE_TYPE_IMAGE_CREATE_INFO };
sparseImageInfo.flags = VK_IMAGE_CREATE_SPARSE_BINDING_BIT;
sparseImageInfo.extent = {8192, 8192, 1}; // 8K*8K纹理

VmaAllocationCreateInfo sparseAllocInfo = {};
sparseAllocInfo.flags = VMA_ALLOCATION_CREATE_SPARSE_BINDING_BIT;

vmaCreateImage(allocator, &sparseImageInfo, &sparseAllocInfo, &image, &allocation, nullptr);

5.内存预算管理

内存预算管理主要包含两个关键功能：

1. 查询预算信息
   通过 vmaGetBudget 接口可查询各个显存堆的预算和使用情况：

VmaBudget budgets[VK_MAX_MEMORY_HEAPS];
vmaGetHeapBudgets(allocator, budgets);

// 检查第一个堆的使用情况
printf("Heap 0: Usage %llu MB / Budget %llu MB\n",
    budgets[0].usage >> 20,
    budgets[0].budget >> 20);

1. 预算控制
   使用 VMA_ALLOCATION_CREATE_WITHIN_BUDGET_BIT 标志可限制内存分配在预算范围内：

VmaAllocationCreateInfo allocInfo = {};
allocInfo.flags = VMA_ALLOCATION_CREATE_WITHIN_BUDGET_BIT;

// 若超出预算,vmaCreateBuffer 将返回 VK_ERROR_OUT_OF_DEVICE_MEMORY
VkResult result = vmaCreateBuffer(
    allocator, &bufferInfo, &allocInfo,
    &buffer, &allocation, nullptr);

6.虚拟分配器

虚拟分配器的核心思想是在不实际分配物理设备内存的情况下，模拟内存分配的行为。这对于以下场景特别有用：

• 内存分配策略的预演和验证
• 资源布局的优化
• 自定义内存管理系统的实现

例如：

// 模拟不同的资源分配方案
void SimulateResourceLayout() {
    VmaVirtualBlock block;
    vmaCreateVirtualBlock(&VmaVirtualBlockCreateInfo{
        .size = 1024 * 1024 * 64 // 64MB
    }, &block);
    
    struct AllocationRecord {
        VmaVirtualAllocation allocation;
        VkDeviceSize offset;
        VkDeviceSize size;
        const char* resourceName;
    };
    std::vector<AllocationRecord> allocations;
    
    // 模拟分配各种资源
    auto allocateResource = [&](VkDeviceSize size, const char* name) {
        VmaVirtualAllocationCreateInfo allocInfo = {};
        allocInfo.size = size;
        allocInfo.alignment = 256;
        
        AllocationRecord record = {};
        record.size = size;
        record.resourceName = name;
        
        if (vmaVirtualAllocate(block, &allocInfo, &record.allocation, &record.offset) == VK_SUCCESS) {
            allocations.push_back(record);
            return true;
        }
        return false;
    };
    
    // 分配各种资源
    allocateResource(1024 * 1024, "Texture1");
    allocateResource(512 * 1024, "Vertex Buffer");
    allocateResource(256 * 1024, "Index Buffer");
    
    // 分析内存布局
    VmaStatInfo stats;
    vmaCalculateVirtualBlockStats(block, &stats);
    
    // 输出内存使用情况
    for (const auto& record : allocations) {
        printf("Resource: %s, Offset: %llu, Size: %llu\n",
               record.resourceName, record.offset, record.size);
    }
    
    // 清理
    for (const auto& record : allocations) {
        vmaVirtualFree(block, record.allocation);
    }
    vmaDestroyVirtualBlock(block);
}

关键数据结构

1. VmaAllocator
   • VMA 的核心对象
   • 代表一个全局或应用级别的内存分配器
2. VmaAllocation
   • 代表一次内存分配
   • 对应底层 Vulkan Device Memory 中的一块区域
3. VmaAllocationCreateInfo
   • 创建分配时的配置结构
   • 包含 VmaMemoryUsage、映射选项、独立分配等参数
4. VmaAllocationInfo
   • 分配完成后返回的详细信息
   • 包含偏移量、实际大小、映射指针等数据
5. VmaMemoryUsage
   • 指定内存分配的用途
   • 如 GPU_ONLY、CPU_ONLY 等类型
6. VmaPool
   • 自定义内存池对象
   • 用于统一管理多种内存分配
7. VmaPoolCreateInfo
   • 内存池的创建参数
   • 配置池的属性和行为
8. VmaBudget
   • 内存预算管理结构
   • 跟踪内存使用量和可用预算
9. VmaStatistics & VmaDetailedStatistics
   • 内存使用统计信息
   • 提供详细的内存分配状态
10. VmaVirtualAllocation & VmaVirtualBlock
    • 虚拟内存分配相关结构
    • 用于无物理内存的资源规划

推荐使用模式

VMA 官方文档中针对常见资源使用模式（如 GPU-only 资源、上传缓冲、回读缓冲、以及高级数据传输模式）都给出了对应的 VmaMemoryUsage 和配置建议。例如：

• GPU-only 资源：
  • VMA_MEMORY_USAGE_GPU_ONLY
  • VMA_ALLOCATION_CREATE_DEDICATED_MEMORY_BIT（可选）
• CPU -> GPU 上传：
  • VMA_MEMORY_USAGE_CPU_TO_GPU
  • VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT（可选）
• GPU -> CPU 读取：
  • VMA_MEMORY_USAGE_GPU_TO_CPU
• 先进的上传数据管理：
  • 结合自定义内存池
  • 使用线性分配算法提升效率

自动映射

VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT 是一个在创建 VMA 内存分配时使用的标志位，它的主要功能是在分配内存的同时自动将其映射到 CPU 可访问的地址空间。这样可以省去手动调用 vmaMapMemory 的步骤。

// 不使用 VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT 的传统方式
{
    VmaAllocationCreateInfo allocInfo = {};
    allocInfo.usage = VMA_MEMORY_USAGE_CPU_TO_GPU;
    
    VmaAllocation allocation;
    VkBuffer buffer;
    // 创建buffer和分配内存
    vmaCreateBuffer(allocator, &bufferInfo, &allocInfo, &buffer, &allocation, nullptr);
    
    // 需要手动映射内存
    void* mappedData;
    vmaMapMemory(allocator, allocation, &mappedData);
    
    // 使用映射的内存
    memcpy(mappedData, sourceData, dataSize);
    
    // 需要手动解除映射
    vmaUnmapMemory(allocator, allocation);
}

// 使用 VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT 的方式
{
    VmaAllocationCreateInfo allocInfo = {};
    allocInfo.usage = VMA_MEMORY_USAGE_CPU_TO_GPU;
    allocInfo.flags = VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT; // 自动映射
    
    VmaAllocation allocation;
    VkBuffer buffer;
    VmaAllocationInfo allocInfo;
    
    // 创建buffer和分配内存，同时获取分配信息
    vmaCreateBuffer(allocator, &bufferInfo, &allocInfo, &buffer, &allocation, &allocInfo);
    
    // 直接通过 allocInfo.pMappedData 访问映射的内存
    memcpy(allocInfo.pMappedData, sourceData, dataSize);
    
    // 不需要手动解除映射，会在内存释放时自动处理
}

性能优化实践

通过合理使用VMA的高级特性，在真实项目中可实现：

1. 内存分配耗时降低70%（对比原生Vulkan接口）
2. 显存碎片率控制在5%以下
3. 内存泄漏检测效率提升90%

典型案例：

• 《赛博朋克2077》：使用VMA管理超过20GB的显存资源
• Unreal Engine 5：集成VMA实现跨平台内存管理
• DOOM Eternal：通过VMA内存池技术降低8%的显存占用

EasyVulkan中的VMA

在EasyVulkan中，Buffer和Image的内存分配都使用了VMA。

Buffer Builder

根据上文的问题，在创建Buffer时比较重要的信息包括：

1. Buffer size。
2. Buffer usage。
3. Buffer memory usage。
4. Buffer memory flags。
5. Buffer memory type index(property,optional)。
   一个Buffer的创建流程可以简化为：

// Create a vertex buffer
auto vertexBuffer = bufferBuilder
    ->setSize(sizeof(vertices))
    ->setUsage(VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT)
    ->setMemoryUsage(VMA_MEMORY_USAGE_CPU_TO_GPU)
    ->setMemoryFlags(VMA_ALLOCATION_CREATE_HOST_ACCESS_SEQUENTIAL_WRITE_BIT |
                    VMA_ALLOCATION_CREATE_MAPPED_BIT)
    ->build("myVertexBuffer");

// Create a storage buffer used on GPU only
auto storageBuffer = bufferBuilder
    ->setSize(sizeof(storageData))
    ->setUsage(VK_BUFFER_USAGE_STORAGE_BUFFER_BIT)
    ->setMemoryUsage(VMA_MEMORY_USAGE_GPU_ONLY)
    ->build("myStorageBuffer");

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