VK_EXT_external_memory_host 解説：ホストメモリを Vulkan にインポートする

VK_EXT_external_memory_dma_buf は GPU↔GPU 共有をカバーする。しかしデータがすでにホストメモリにある場合はどうか—— mmap されたファイル、V4L2 USERPTR キャプチャバッファ、自分で埋める共有メモリリング？VK_EXT_external_memory_host は既存の CPU ポインタを VkDeviceMemory としてインポートする。ゼロコピーアップロード、ステージングバッファなし。

アイデア

path.txt

従来：     host ptr → memcpy → ステージング VkBuffer → cmd copy → VkImage
インポート：host ptr ──────────────────► VkDeviceMemory ──► VkImage
           （GPU がホスト割り当てを直接サンプル）

要件とプローブ

probe.cpp

// デバイス拡張：VK_EXT_external_memory_host
// （+ VK_KHR_external_memory は通常すでに有効）

// どのホストポインタがインポートできるか？mmap 前に聞く：
vk::PhysicalDeviceExternalMemoryHostPropertiesEXT hostProps{};
// （vkGetPhysicalDeviceProperties2 にチェーン）
hostProps.minImportedHostPointerAlignment; // 多くの場合 4096 = ページサイズ

// このポインタはインポート可能か？
vk::MemoryHostPointerPropertiesEXT mpp{};
dev.getMemoryHostPointerPropertiesEXT(
    vk::ExternalMemoryHandleTypeFlagBits::eHostAllocationEXT,
    ptr, &mpp);
// mpp.memoryTypeBits — どの vkAllocateMemory タイプが受け付けるか

ポインタは minImportedHostPointerAlignment に整列しなければならない。通常 getpagesize()。malloc したメモリではだめで、 posix_memalign か mmap なら使える。

インポート

import.cpp

vk::ImportMemoryHostPointerInfoEXT imp{};
imp.handleType = vk::ExternalMemoryHandleTypeFlagBits::eHostAllocationEXT;
imp.pHostPointer = ptr;        // メモリが破棄されるまで有効でなければならない

vk::MemoryAllocateInfo ai{};
ai.pNext              = &imp;
ai.allocationSize     = size;
ai.memoryTypeIndex    = pickFrom(mpp.memoryTypeBits);
auto mem = dev.allocateMemoryUnique(ai);

// リニア VkImage か VkBuffer にバインド——GPU があなたのバイトを読む。

インポートされたホストメモリでの vkMapMemory は概念的に no-op だ。「マップ」はすでに持っているポインタ。コヒーレントなホスト可視メモリと同様、書き込み前に vkInvalidateMappedMemoryRanges、後に vkFlushMappedMemoryRanges を呼ぶだけだ。

特に有効な場面

V4L2 USERPTR キャプチャ：m.userptr がインポートした範囲を指す VIDIOC_QBUF → カメラが GPU アドレス可能メモリに直接 DMA する。
mmap されたフレームファイル：ディスクからマップされたプリレンダーテクスチャリング。read+staging+free サイクルなし。
共有メモリ IPC：プロデューサーが shm にピクセルを書き、 Vulkan コンシューマーが直接サンプルする。unix ソケットバッファコピーなし。
FFmpeg SW フレーム：posix_memalign したバッファにデコードし、インポートし、1回の vkCmdCopyBufferToImage でアップロード。ステージング割り当てをスキップする。

vs.txt

vs ステージングバッファ：  -1 割り当て、フレームあたり -1 memcpy、cmd 1つ減
vs DMA-Buf インポート：    fd 不要 — ホストメモリ、デバイス BO ではない
vs HOST_VISIBLE イメージ： メモリ寿命をあなたが制御、ドライバーではない

実践的なルール

ポインタは VkDeviceMemory より長生きしなければならない。早く free するのは GPU 上の use-after-free であり、キャッチできる segfault ではない。
minImportedHostPointerAlignment が契約だ。 posix_memalign(&p, 4096, size) か mmap(NULL, …, MAP_PRIVATE…) で整列する。
すべてのメモリタイプがホストインポートを受け付けるわけではない。任意の割り当てと同様に memoryTypeBits をフィルタする。一部のドライバーでは HOST_VISIBLE タイプのみが適格。
タイル化/optimal イメージはリニアホストメモリでバックできない。 VkBuffer にインポートして1回の vkCmdCopyBufferToImage をするか、VK_EXT_host_image_copy でリニアレイアウトを書き込む。
キャッシュコヒーレンシーはあなたの仕事：CPU 書き込み後、サブミット前に vkFlushMappedMemoryRanges。GPU はあなたのキャッシュをスヌープしない。