为什么游戏引擎越来越像操作系统

为什么游戏引擎越来越像操作系统很多开发者刚接触游戏引擎时。会认为引擎只是一个更大的库。例如Engine engine;engine.createWindow();engine.loadTexture();engine.render();看起来似乎只是把大量功能封装到一起。但当真正深入现代引擎内部后。你会发现一个有趣的现象。随着规模增长。游戏引擎正在不断演化出一些熟悉的东西内存管理器 任务调度器 资源系统 文件系统 句柄系统 虚拟资源这些名字听起来并不像图形学。反而更像操作系统。这并不是巧合。因为两者正在解决越来越相似的问题。最初的程序不需要操作系统早期软件十分简单。程序启动读取数据 ↓ 执行逻辑 ↓ 退出资源数量有限。任务数量有限。内存规模有限。很多事情直接处理即可。游戏引擎的发展也经历过类似阶段。早期项目几十个模型 几十张纹理 少量场景简单对象管理已经足够。但规模增长之后。情况开始改变。第一件出现的东西资源管理器当项目拥有10000 张纹理 几千个模型 数百个场景时。问题开始出现。例如newTexture(...);谁负责销毁如何避免重复加载如何处理热重载如何统计引用于是出现Resource Manager它开始统一管理Texture Mesh Shader Material看到这里。已经有一点熟悉了。因为操作系统也在做类似事情。例如文件 进程 句柄统一由系统管理。而不是交给用户直接操作。Handle 开始出现上一篇文章讨论过。现代引擎越来越喜欢TextureHandle而不是Texture*原因很简单。系统需要控制资源生命周期。于是Handle ↓ Manager ↓ Real Resource成为常见结构。这与操作系统中的File Handle ↓ Kernel Object几乎如出一辙。用户并不直接操作资源。而是操作资源的引用。Job System 开始像调度器随着 CPU 核心不断增加。现代引擎开始引入Job System开发者提交工作系统决定哪个线程执行 什么时候执行此时Thread已经退居幕后。关注点变成Task Dependency Scheduling这与操作系统中的Process Scheduler高度相似。本质上都在解决如何让有限计算资源高效运行。内存管理越来越复杂现代引擎很少直接依赖newdelete更多时候会出现Arena Allocator Pool Allocator Linear Allocator Frame Allocator原因并不神秘。当系统规模增长后。内存本身变成一种资源。需要分配 回收 统计 监控而这正是操作系统内存管理器每天都在做的事情。GPU 资源开始虚拟化现代 GPU 已经拥有数 GB 几十 GB显存。但大型场景仍然可能超过这个规模。于是开始出现Streaming Virtual Texture Virtual Geometry开发者看到的是整个世界的数据系统负责决定哪些数据驻留 哪些数据换出是不是很熟悉因为这与操作系统中的Virtual Memory拥有相同思想。用户看到连续空间系统负责分页管理复杂度被隐藏到了底层。Render Graph 开始像执行计划传统渲染ShadowPass();GBufferPass();LightingPass();执行顺序由程序员决定。Render Graph 出现后Pass Resource Dependency形成图结构。开发者只描述需要什么系统决定如何执行这与数据库中的Query Planner甚至操作系统中的Dependency Scheduler拥有相似思想。系统越来越倾向于声明目标而不是手动安排步骤为什么会发生这种演化很多人认为引擎开发越来越复杂。其实更准确地说。是规模越来越大。当系统拥有百万级实体 数万资源 数十核心 复杂依赖关系时。许多问题会自然出现。例如资源如何管理 任务如何调度 内存如何分配 数据如何加载这些问题与图形学无关。它们属于系统工程问题。而操作系统恰好是人类处理这类问题最成熟的领域之一。因此相似设计不断出现。这并不意味着引擎真的变成了操作系统当然。游戏引擎并不会替代操作系统。操作系统管理的是整个计算机而游戏引擎管理的是整个游戏世界两者目标不同。但当规模足够大时。它们会遇到越来越相似的问题。于是产生越来越相似的解决方案。结语回顾现代引擎的发展过程资源越来越多。于是出现Resource Manager线程越来越多。于是出现Job System数据越来越大。于是出现Streaming Virtual Resource依赖越来越复杂。于是出现Render Graph这些技术看起来来自不同领域。但背后都在解决同一个问题如何管理一个越来越庞大、越来越复杂的系统。从这个角度看。现代游戏引擎越来越像操作系统。并不是因为开发者刻意模仿操作系统。而是因为当软件规模增长到一定程度后。许多问题最终都会收敛到同一种形态。管理资源。管理任务。管理依赖。管理复杂度。而这恰恰也是操作系统诞生的原因。