OpenGLとマルチスレッドを組み合わせた際の遅延問題

発生している問題・エラーメッセージ

以下のコードのように，スレッドを生成する処理をした後に，OpenGLのSwapBufferをした後に，glFinishでopenGLの命令の同期待ちをするとglFinishの部分で1フレームにつき100~200msecの大きな遅延が発生してしまいます（実際の開発しているコードではCUDAとOpenGLを連携させるためのマッピングをしており，その際にOpenGLの同期待ちをしてしまうようなので今回は代わりにglFinishを使用しています）．スレッドを生成する処理をコメントアウトすると，そのような遅延がなくなります．マルチスレッドの処理を残しつつ，遅延を抑える方法や，このようなことが起きている原因の手がかりなどご教授いただければと思います．．

該当のソースコード

C++のコードです．

C++
1/** VisualStudioの環境でsscanfを使用する際にエラー回避のために必要．*/
2#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
3#include <GL/glew.h>
4#include <GL/glut.h>
5
6#include <fstream>
7#include <iostream>
8
9#include <GL/freeglut_std.h> 
10#include <GL/freeglut_ext.h> 
11#include <chrono>
12
13#include <process.h>
14#include <thread>
15
16using namespace std;
17
18/** 60fps制御を行う． */
19void idle()
20{
21	auto start = std::chrono::system_clock::now();
22	glutPostRedisplay();
23	
24	auto end = std::chrono::system_clock::now();
25	auto msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
26	while (msec < 50.0 / 3.0) { 
27		end = std::chrono::system_clock::now();
28		msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
29	}
30}
31
32/** std::thread用 */
33unsigned int threadTest() {
34	cout << "test" << endl;
35	return 0;
36}
37
38/** process.h用 */
39/*unsigned _stdcall threadTest(void *arg) {
40	cout << "test" << endl;
41	return 0;
42}*/
43
44void oneFrameProcessAll() {
45	/*HANDLE test;
46	test = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, threadTest, NULL, 0, NULL);
47	WaitForSingleObject(test, INFINITE);
48	CloseHandle(test);*/
49	thread test(threadTest);
50	test.join();
51	
52}
53
54void display(void) {
55	
56	oneFrameProcessAll();
57
58	glutSwapBuffers();
59
60	std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpStart;
61	std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpEnd;
62	long long tmpMsec = 0;
63	tmpStart = std::chrono::system_clock::now();
64	
65	//ここの同期待ちで遅延が発生
66	glFinish();
67	GLenum glerr = glGetError();
68	if (glerr != GL_NO_ERROR) {
69		cout << glerr << endl;
70	}
71
72	tmpEnd = std::chrono::system_clock::now();
73	tmpMsec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tmpEnd - tmpStart).count();
74	cout << "Temp: " << tmpMsec << "msec" << endl;
75	
76}
77
78/** 画面のサイズが変更された際の処理． */
79void resize(int w, int h) {
80	glViewport(0, 0, w, h);
81	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
82	glLoadIdentity();
83	gluPerspective(45.0, w/h, 10.0, 1000.0);
84	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
85	glLoadIdentity();
86}
87
88/** qキーかESCキーが押されると終了処理． */
89void hitkey(unsigned char key, int x, int y) {
90	switch (key) {
91	case 'q':
92	case 'Q':
93	case 27: // esc
94		glutLeaveMainLoop();
95		break;
96	default:
97		break;
98	}
99}
100
101/** OpenGL描画関係の初期化． */
102void dispinit(void)
103{
104	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
105}
106
107int main(int argc, char *argv[])
108{	
109	
110	glutInit(&argc, argv);
111	glutSetOption(GLUT_ACTION_ON_WINDOW_CLOSE, GLUT_ACTION_GLUTMAINLOOP_RETURNS);
112	glutInitWindowSize(960, 720);
113	glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
114	glutCreateWindow(argv[0]);
115	glutDisplayFunc(display);
116	glutKeyboardFunc(hitkey);
117	glutIdleFunc(idle);
118	glutReshapeFunc(resize);;
119	dispinit();
120
121	glutMainLoop();
122
123	system("PAUSE");
124
125	return 0;
126}

試したこと

・スレッドの生成についてpthread.hによる方法とstd::threadクラスを用いた方法を試しましたが，同じ現象が発生しました．
・上のコードではfreeglutを用いていますが，glfwで同じようなコードを書いても，同じ現象が発生しました．
・GPUのドライバの更新もしてみましたが，効果がありませんでした．

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

開発にはVisual Studio 2015を使用しております．
PCのCPUはIntel Core i7-3770を，GPUはNVIDIA GTX 1070Tiを使用しております．RAMは8GBです．OSはWindows 10 Homeです．

yohhoy

2018/11/03 00:28 編集

1フレーム毎にスレッドを生成していますか？スレッド生成は非常に"重い"処理です。予め生成しておいたスレッドを使う構造はとれないのでしょうか？他スレッドで何をさせたいのでしょう？

HexagramNM

2018/11/03 09:54

ありがとうございます．スレッドを最初に生成する構造はこれから考えてみます．実際の自分の開発では他スレッドでモデルの更新などをさせたいと思っております．

HexagramNM

2018/11/03 17:19

昨日別のノートPCでコンパイルして試したところ，このような現象が生じなかったり，知り合いの環境でもこの現象が生じなかったりしたことから，環境によるものなのかと現在推測しています．

行動規範の内容に同意します

回答1件

自己解決

スレッド生成の処理が重く，問題になっていた環境だとボトルネックになっていたようです．以下のように最初からスレッドを作っておいて，ロックを用いて同期したところ遅延を回避できるようになりました（下のコードもひょっとすると不完全なところがあるかもしれませんが）．yohhoyさん，アイデアをありがとうございました！

C++
1
2/** VisualStudioの環境でsscanfを使用する際にエラー回避のために必要．*/
3#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
4#include <GL/glew.h>
5#include <GL/glut.h>
6
7#include <fstream>
8#include <iostream>
9
10#include <GL/freeglut_std.h> 
11#include <GL/freeglut_ext.h> 
12#include <chrono>
13
14#include <process.h>
15#include <thread>
16#include <mutex>
17
18using namespace std;
19mutex mtx1;
20thread *test = NULL;
21int condVar[2] = { 0, 0 };
22
23/** 60fps制御を行う． */
24void idle()
25{
26	auto start = std::chrono::system_clock::now();
27	glutPostRedisplay();
28	
29	auto end = std::chrono::system_clock::now();
30	auto msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
31	while (msec < 50.0 / 3.0) { 
32		end = std::chrono::system_clock::now();
33		msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
34	}
35}
36
37/** std::thread用 */
38unsigned int threadTest() {
39	while(true){
40		while (true) {
41			{
42				lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
43				if (condVar[0] == condVar[1] + 1 ) {
44					break;
45				}
46				else if (condVar[0] == -1) {
47					return 0;
48				}
49			}
50		}
51		cout << "test" << endl;
52		{
53			lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
54			condVar[1]++;
55		}
56	}
57	return 0;
58}
59
60void oneFrameProcessAll() {
61	{
62		lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
63		condVar[0]++;
64	}
65
66	cout << "rendering" << endl;
67
68	while (true) {
69		{
70			lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
71			if (condVar[1] == condVar[0]) {
72				break;
73			}
74		}
75	}
76}
77
78void display(void) {
79	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
80
81	oneFrameProcessAll();
82
83	glutSwapBuffers();
84
85	std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpStart;
86	std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpEnd;
87	long long tmpMsec = 0;
88	tmpStart = std::chrono::system_clock::now();
89	
90	//ここの同期待ちで遅延が発生
91	glFinish();
92	GLenum glerr = glGetError();
93	if (glerr != GL_NO_ERROR) {
94		cout << glerr << endl;
95	}
96
97	tmpEnd = std::chrono::system_clock::now();
98	tmpMsec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tmpEnd - tmpStart).count();
99	cout << "Temp: " << tmpMsec << "msec" << endl;
100	
101}
102
103/** 画面のサイズが変更された際の処理． */
104void resize(int w, int h) {
105	glViewport(0, 0, w, h);
106	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
107	glLoadIdentity();
108	gluPerspective(45.0, w/h, 10.0, 1000.0);
109	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
110	glLoadIdentity();
111}
112
113/** qキーかESCキーが押されると終了処理． */
114void hitkey(unsigned char key, int x, int y) {
115	switch (key) {
116	case 'q':
117	case 'Q':
118	case 27: // esc
119		{
120			lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
121			condVar[0] = -1;
122		}
123		glutLeaveMainLoop();
124		test->join();
125		delete test;
126		test = NULL;
127		break;
128	default:
129		break;
130	}
131}
132
133/** OpenGL描画関係の初期化． */
134void dispinit(void)
135{
136	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
137	test = new thread(threadTest);
138}
139
140int main(int argc, char *argv[])
141{	
142	
143	glutInit(&argc, argv);
144	glutSetOption(GLUT_ACTION_ON_WINDOW_CLOSE, GLUT_ACTION_GLUTMAINLOOP_RETURNS);
145	glutInitWindowSize(960, 720);
146	glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
147	glutCreateWindow(argv[0]);
148	glutDisplayFunc(display);
149	glutKeyboardFunc(hitkey);
150	glutIdleFunc(idle);
151	glutReshapeFunc(resize);;
152	dispinit();
153
154	glutMainLoop();
155
156	system("PAUSE");
157
158	return 0;
159}