VK_EXT_memory_budget で Vulkan の GPU メモリバジェットとライブヒープ使用量をクエリする方法

シリーズ post 42（post 28：ケイパビリティクエリ、post：メモリタイプ）。

VkPhysicalDeviceMemoryProperties はヒープのサイズを教える—— 箱に印刷された16GB。教えないのは：そのヒープのどれだけが既に消えているか（他のアプリ、コンポジタ、自分の以前のアロケーション）、そしてドライバがいくらまで与えてくれるか。 VK_EXT_memory_budget は1つのチェーンした構造体で両方の穴を塞ぐ：

main.cpp (excerpt)

vk::PhysicalDeviceMemoryBudgetPropertiesEXT budget{};
vk::PhysicalDeviceMemoryProperties2 mp{};
mp.pNext = &budget;
phys.getMemoryProperties2(&mp);

for (uint32_t i = 0; i < mp.memoryProperties.memoryHeapCount; ++i)
    printf("heap%u size=%lluMB usage=%lluMB budget=%lluMB\n", i,
           (unsigned long long)(mp.memoryProperties
                                    .memoryHeaps[i].size >> 20),
           (unsigned long long)(budget.heapUsage[i] >> 20),
           (unsigned long long)(budget.heapBudget[i] >> 20));

heapBudget[i]——ドライバが現在アロケートを許す量（ヒープサイズ − ドライバ予約 − 他のプロセス）。
heapUsage[i]——今実際にアロケートされている量。

テスト Radeon 上：

example.sh

--- before allocations ---
heap0 size=16128MB usage=0MB budget=15124MB flags=0x1   # VRAM
heap1 size=15540MB usage=0MB budget=15339MB flags=0x0   # GTT/host
heap2 size=256MB   usage=0MB budget=54MB   flags=0x1    # BAR carve-out
--- after 3x256MB device-local ---
heap0 size=16128MB usage=768MB budget=15124MB flags=0x1

2つの教訓的な詳細：

budget ≠ size：heap0 の 16GB は 15.1GB のバジェットを示す——ドライバは ~1GB を自分用に取っておく（ページテーブル、ファームウェア、他のクライアント）。heap2 はリサイズ可能 BAR ウィンドウ：256MB ヒープなのにバジェットは 54MB のみ、つまり大半は恒久的に予約済み。
usage はあなた以外も数える：共有ヒープ上の heapUsage はシステム全体——他のアプリが VRAM をアロケートするとここに現れる。だからこそアプリはヒープサイズを信じる代わりに、キャッシュを追い出す・増やすときにバジェットを再確認すべき。

チェック

check.py

# SPDX-License-Identifier: CC0-1.0
import re, subprocess

o = subprocess.run(["./app"], check=True, capture_output=True,
                   text=True).stdout

def parse(text):
    return {i: (int(u), int(b)) for i, u, b in re.findall(
        r"heap(\d+) size=\d+MB usage=(\d+)MB budget=(\d+)MB "
        r"flags=0x1", text)}

before, _, after = o.partition("--- after 3x256MB device-local ---")
heaps_b = parse(before)
heaps_a = parse(after)
assert heaps_b and heaps_a, o
grew = [i for i in heaps_a
        if heaps_a[i][0] - heaps_b.get(i, (0, 0))[0] >= 700]
assert grew, f"no heap grew by ~768MB: {o}"
print("OK: heap budget/usage reported, device-local usage +768MB")

example.sh

$ python3 check.py
OK: heap budget/usage reported, device-local usage +768MB

やってはいけない使い方

バジェットを約束として扱うな——クエリと vkAllocateMemory の間で縮みうる（他のアプリがメモリを掴んだ）。依然 eOutOfDeviceMemory をハンドルせよ；バジェットはポリシーの入力であり予約ではない。
バジェットを合計するな——ヒープは奇妙に重なる（BAR ヒープは VRAM へのウィンドウ）；フラグで正しいヒープを選べ。
フレーム毎に再クエリするな——これはシステムコールに近いクエリ；ドロー毎ではなく、アロケーション圧力またはタイマーでポーリングせよ。

このシリーズのすべてのソースコードは CC0 1.0 Universal （CC0-1.0） の下でリリース——パブリックドメイン献身、帰属表示不要。