一、初识游戏性能
1.1 游戏性能测试是做什么的
游戏性能测试，见其名思其意，就是对游戏进行测试，发现性能问题，分析问题的原因。
什么是性能问题呢？
我们平时玩游戏，发现玩一会游戏手机就开始烫手了，或者某一款大型游戏在手机上玩起来特别的卡顿。这些都属于游戏性能问题。一局话来总结，游戏对性能的需求超过了设备提供的性能（算力）。性能问题包括但不限于卡顿、内存、发热、画质表现。这里的设备包括且不限于手机、PC、VR、switch、AR设备等等。
那么为什么要进行游戏测试，去发现性能问题呢，并推动程序去解决性能问题呢？
做好游戏的性能优化，可以有以下好处：
·让游戏玩起来更流畅。这关乎到玩家的体验感。
· 更好的画质表现空间，游戏的CPU、GPU、内存优化应该是相辅相成的，如果可以在优化程序上多下功夫，给美术留下更高的空间，会使得画面表现更好，能够极大的提升玩家的体验。
· 提升机型覆盖率 这一点不难理解，我们经常听到某一款3A大作出现，玩家显卡太差玩不了游戏的情况，如果可以做好设备分析，做好性能优化和性能下探，能让更多换不起显卡的玩家也能进行游戏，这与游戏的营收强相关。
1.2 游戏性能测试基本指标
“设备烫手”、“画面太卡”、“玩起来不流畅”等词汇对性能问题的描述过于笼统。我们需要将性能问题进行量化，这就引申出了大量描述性能问题的指标。接下来我们会一一介绍这些指标。
各大游戏公司基本都有自己做的基础性能指标采集工具。腾讯有perfdog、网易有Airperf、字节有Gameperf、华为有System Profiler。本文主要以面向市场的perfdog为例，对基础性能指标做一个简单的介绍。
· 帧率
定义：一定时间内屏幕显示画面的数量，是衡量流畅性的重要指标。
这里的画面也可以直接理解为图片。当物体快速运动时，人眼看到的影像消失后迷人眼仍能继续保留其影像1/24S左右的图像，这就是电影都是24帧/S的原因。
· 帧耗时
定义：帧耗时就是每一帧的耗时。是衡量卡顿的重要指标。对于60帧/S的画面，1S=1000ms/60=16.66ms。60帧/S的情况下帧耗时就是16.66ms。
· CPU占用率
CPU：Central Processing Unit（中央处理单元）。主要用于复杂的逻辑计算以及提交渲染任给GPU。
CPU占用率。即在实际工作频率下，CPU执行任务的总时间/CPU总时间。
· CPU频率
CPU频率是指CPU的时钟速度，以赫兹（Hz）为单位。
时钟速度（Clock Speed）是计算机处理器内部的时钟在一秒内发出的信号次数，通常与处理器的性能有关。
在计算机中，CPU执行的每条指令都会有一个预定的时间间隔，这个时间间隔被称为CPU的“时钟周期”（Clock Cycle），或者“时钟频率”（Clock Frequency）。CPU的时钟速度就是以这个频率来度量的。
CPU频率的高低，对计算机性能的影响很大，越高的时钟速度意味着计算机可以在同样的时间内执行更多的指令。即CPU频率越高性能越好。但是，并非所有的CPU都在相同的时钟频率下工作，例如，有些CPU（如服务器CPU）的工作频率远低于消费级CPU，但是这些服务器CPU会利用大量的超标量（Superscalar）、超线程（Hyper-Threading）等技术，来实现更高的处理能力。
· GPU占用率
即在实际工作频率下，GPU执行任务的时间/GPU总时间。
· GPU频率
GPU频率是指GPU核心（图形处理器）的运行频率。它是GPU的核心频率，用于衡量GPU处理数据的速度。GPU频率越快，性能越强。就像CPU的主频一样，
· CPU/GPU占用率与频率之间的关系
硬件的频率大小决定了硬件的性能和运算速度，那么我们可以把频率进行拟人。
某个施工队每次施工可以使用的人力为50~100人，对应硬件频率的0.5~1GHz。
某次施工任务，施工队实际到施工现场的人数70人，对应硬件频率的0.7GHz。
施工时，发现工程量较小，到场70人过多，实际上进行施工的人数为35人，占用了到场人数的50%，对应硬件的CPU/GPU占用率：50%。
1.3 游戏性能测试岗位的工作内容及发展
先说结论，不建议做全职的游戏性能测试。
目前国内除了少数几个公司存在全职游戏性能测试岗位外。大部分公司都是QA兼职执行数据采集，程序来研究数据并进行优化。
目前全职的游戏性能测试QA除网易腾讯等几个大厂外，基本都是外包。工作内容大多是执行性工作，没有太大的职业发展和技能提升。
少数公司存在程序转行的性能优化岗，主要是做性能测试工具开发，性能测试监控流程建设，性能测试综合平台开发。
性能测试是一个综合性要求很高的岗位，你需要懂引擎原理，懂美术资源，懂渲染，懂gameplay。除非你是程序转行来做解决方案的专家，如果从游戏性能测试入行，只会杂而不精，投入到事务性的执行中去，很难有更多的提升。
二、游戏渲染基础知识
Arm GPU 架构介绍
1.1、TB(D)R架构
1.1.1 IMR架构（Immediate Mode Rendering）
IMR架构就是桌面端的GPU架构，每一个绘图的指令来到显卡，每一次渲染API的调用，都会直接绘制图像对象，从头到尾跑完整个渲染管线，最终将结果输入到Frame Buffer中。因此，每一次物体颜色和深度的渲染，都要读写Frame Buffer和Depth Buffer。
下图为IMR架构渲染流程。
上半部分为Render pipeline（渲染管线）。
下半部分为显存的数据：几何数据，纹理贴图数据、Depth Buffer（深度缓冲）、Frame Buffer。
IMR架构存在一个问题，在开启深度测试后每一个Fragment的输出都需要和Depth Buffer中的深度值进行深度测试，通过测试则需要更新Depth Buffer和Frame Buffer。
整个过程包含对System Memory的一次读取和两次写入，然而Fragment数量巨大，这就带来了很大的访问System Memory的压力。IMR的解决办法是给GPU配备足够大的缓存和足够大的带宽。
为了容下更多的缓存就需要越来越大的主板，而频繁的带宽访问会造成功耗大量增加导致发热。
然而，在规格尺寸及功耗较低的移动端，IMR架构的功耗显然不是能够被接受的。
因此，为了降低移动端的带宽，减少功耗，TB（D）R架构应运而生。
1.1.2 TBR架构
TB(D)R（Tile-Based(Deferred)Rendering）是目前主流的移动GPU渲染架构。
简单理解TB（D）R：屏幕被分块（16×16或者32×32）渲染：
TBR：VS-Defer-RS-PS
TBDR：VS-Defer-RS-Defer-PS
Defer：字面意思为延迟，从渲染数据的角度来看，defer就是“阻塞+批处理”GPU的“一帧”的多个数据，然后一起处理。
在渲染时，直接渲染对象不再是当前的Frame Buffer和Depth Buffer（深度缓冲），而是Tile Buffer的高速缓存。从而将IMR中对Color/Depth Buffer进行的读写操作改为对GPU中告诉内存的读写操作。如下图所示：
最上面一层：Render Pipeline(渲染管线)
中间一层：On-Chip Buffer(片上内存，Tiled Frame Buffer &Tiled Depth Buffer)
最下一层：系统内存，CPU、GPU共享。
Primitive List:
固定长度数组，长度为tile的数量。
数组中，每个元素是一个linked list，存的是和当前tile香蕉的所有三角形的指针，指针指向Vertex Date。
Vertex Date:
存放顶点和顶点属性数据。
TBR渲染流程：
第一阶段：几何处理阶段：
首先，从内存中读取Geometry date，经过Vertex shading阶段先将顶点信息进行着色。
接下来将整个大的画面切成一个个的Tile/bin，在此阶段会判断每个Tile与哪些三角面有关。确定好后将信息存回到内存中。当所有Primitives分类储存后，fragment shading才会启动。
第二阶段Resterization（光栅化），以Tile为单位执行
Rasterization（光栅化）会等所有的三角形完成第一阶段（几何处理阶段），才会进入第二阶段。它会从Primitive quchu tile的三角形列表，然后根据列表对当前tile的所有三角形进行光栅化以及顶点属性的插值。
第三阶段：像素着色，以Tile为单位执行。因为Deferred Rendering只需要读取当前像素的几何信息进行着色，因此场景仍可以使用deferred（延迟渲染）一个Tile一个Tile的处理其中的像素。
1.1.3 TBDR架构
TB（D）R架构的两个渲染阶段：
TBDR再TBR的基础上，通过硬件层面的特性HSR（隐藏面消除）解决了Overdraw问题。
如上图所示，相比TBR，TBDR 多了一个HSR和TagBuffer，HSR为PowerVR独有的特性，再硬件上减少Overdraw。
HSR原理：
每个fragment，通过了Early Z Test后，先不绘制，而是HSR阶段读取primitive list，标记该像素由哪个图元绘制。
HSR（隐藏面消除）读取片上的Depth Buffer（深度缓冲），以判断该由哪个图元绘制。等这个Tile上所有的图元处理完成，只记录通过Early Z Test的那个图元。
在Fragment Shader（偏远着色器）绘制时，只绘制标记这个像素点，最终通过Early Z Test的那个fragment
可以理解为：虚拟出一个射线，遇到第一个不透明的三角形停下，只渲染最近的不透明和最近的透明对象，余下的偏远会被剔除不进行渲染。
1.1.4 TBDR架构的优缺点
TBDR架构的deferred，给消除Overdraw提供了机会，
TBDR核心是为了降低带宽、减少功耗。实际渲染帧率并不快。
TBDR优点：
（1）TBR给消除Overdraw提供了机会，Power使用了HSR技术，Mail使用了Forward Pixel Killing技术，目标一样，就是要最大限度减少被遮挡Pixel的Texturing和shading。
(2)TBR主要是Catched friendly，在cache里头的速度要比全局内存的速度快的多，以降低帧率的代价，降低带宽，省电。
缺点：
（1）Binning操作需要在vertex阶段之后，将输出的几何数据写入到DDR，然后才被fragment shader 读取。几何数据过多的管线，容易在此处出现性能瓶颈。
（2）如果某些三角形叠加在数个图块（Overdraw），则需要绘制数次，这意味着总渲染时间会高于即时渲染模式。
不同GPU的Early-DT/第二个defer
高通采用外置模块LRZ。在正常渲染管钱前，先多执行一次VS生成低精度depth texture，以剔除之前不可见的三角形。就是直接用硬件做occlusion culling，功能类似于软光栅遮挡剔除。
Arm Mail采用 Forward Pixel Kill技术来剔除远处物体。
iOS：
PowerVR 采用内置模块HSR（隐形面剔除）。修改原渲染管线架构，增强rasterizer硬件模块为HSR。
虚拟出一个射线，遇到第一个不透明的三角形停下，只渲染最近的不透明和最近的透明对象，余下的偏远会被剔除不进行渲染。
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