如何同步Vulkan交换链呈现与信号量销毁操作？

在使用Vulkan的vkQueuePresentKHR()进行呈现时，可提供多个信号量供驱动在实际执行呈现前等待。若后续要使用vkDestroySemaphore()销毁这些信号量，需先确保呈现操作已完成执行。但不同于vkQueueSubmit()，vkQueuePresentKHR()不支持传入主机可等待的围栏，该如何实现这一同步？

我曾尝试过几种不太理想的方案：

• 对呈现队列调用vkQueueWaitIdle()：根据Vulkan规范，该函数仅等待“接受围栏的队列提交命令”，而vkQueuePresentKHR()不属于这类命令且不接受围栏。此外，该函数会强制线程完全阻塞直到等待完成，若使用围栏则可定期轮询，一旦触发就立即销毁信号量，灵活性差很多。
• 调用vkDeviceWaitIdle()：存在和上述方案几乎相同的问题，不仅阻塞范围更大，效率也更低。
• 使用VK_EXT_swapchain_maintenance1扩展中的VkSwapchainPresentFenceInfoEXT：这个方案刚好匹配需求，但遗憾的是几乎没有驱动实现该扩展，兼容性无法保障。

请问还有其他可行的方案吗？

可行的替代方案 #

1. 队列提交空命令缓冲+围栏同步 #

利用同一队列的操作顺序性，通过后续提交的空命令缓冲关联围栏来感知呈现完成：

1. 创建一个初始状态为未触发的主机可等待围栏（VkFence）。
2. 调用vkQueuePresentKHR()完成后，准备一个空的VkCommandBuffer（无需录制任何GPU命令）。
3. 调用vkQueueSubmit()，将空命令缓冲提交到同一个呈现队列，设置等待条件为vkQueuePresentKHR()所依赖的信号量，同时指定要触发的围栏为之前创建的对象。
4. 主机通过vkWaitForFences()阻塞等待，或定期调用vkGetFenceStatus()轮询，一旦围栏触发，说明呈现操作已完成（空命令缓冲需等呈现依赖的信号量完成后才会执行，执行完毕触发围栏），此时即可安全销毁目标信号量。

这种方式既实现了主机同步，又避免了vkQueueWaitIdle()的全队列阻塞问题，保留了轮询的灵活性。

2. Timeline信号量同步（Vulkan 1.2+ 或扩展支持） #

如果设备支持Vulkan 1.2或VK_KHR_timeline_semaphore扩展，可借助timeline信号量的数值跟踪能力实现同步：

1. 创建一个初始值为0的timeline信号量。
2. 在vkQueuePresentKHR()的pWaitSemaphores中传入该信号量，并设置等待值为当前帧的序号（比如frameIndex）。
3. 提交一个空命令缓冲到呈现队列，通过vkCmdSignalSemaphore()让该timeline信号量的数值递增到frameIndex + 1。
4. 主机端调用vkWaitSemaphores()，等待信号量数值达到frameIndex + 1，确认呈现完成后即可销毁相关信号量。

Timeline信号量无需额外围栏，直接通过数值变化同步主机与设备，逻辑更简洁。

3. 结合交换链图像获取的同步 #

利用交换链图像的生命周期间接判断呈现完成：当调用vkAcquireNextImageKHR()获取下一张图像时，只有上一次呈现操作完成后，目标图像才会被交换链释放并可供获取。因此可以将信号量的销毁时机绑定到下一次图像获取的同步信号上——比如在获取到新图像后，确认上一帧的呈现已完成，再销毁对应信号量。

这种方式适合帧循环内的资源管理，无需额外的同步对象，但依赖于交换链的图像循环逻辑，不适合单独销毁信号量的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Giovanni Mascellani