Преимущества Windows Vista Display Driver Model

Windows Display Driver Model (WDDM) представляет собой новую архитектуру драйверов, которая станет частью новой ОС Windows Vista. Такая архитектура является полностью пересмотренной Windows XP-based архитектуры, которая обладает большей производительностью, надежностью, поддерживает новые сценарии, графику и приложения...

WDDM также обеспечивает воспроизведение видео контента, которое сможет на равных конкурировать с бытовыми устройствами. Это обусловлено простотой подключения ко внешним мониторам, возможностью воспроизведения HD-видео и общим увеличением качества. Впервые в ОС семейства Windows графический процессор
обрел мультизадачность, что позволит одновременно запускать несколько требовательных к графике приложений.

В конце концов, WDDM улучшает игровой опыт пользователей и упрощает программирование GPU путем унификации программной модели. Кроме того, GPU, имеющее поддержку WDDM, является требованием маркетинговой спецификации "Premium Ready", используемой для Windows Vista.


Введение
Современные темпы роста производительности GPU давно превзошли ограничения, продиктованные законом Мура. Эксперты говорят, что GPU повысили планку закона Мура в три раза, что приводит к удвоению вычислительной мощи графических процессоров ежегодно в два раза. На сегодняшний день основная мощь графических процессоров расходовалась на видеоигры, различные приложения для обработки видео и для высокотехнического автоматизированного проектирования. В результате мощнейшие современные GPU практически не используются в повседневных задач.

Windows Vista использует вычислительную мощь GPU не только для игр.. Воспроизведение видео в Windows основано на архитектуре WDDM, что позволит просмотр видео высокого разрешения (прим. high-definition - HD), выведя компьютерное видео на уровень современных бытовых проигрывателей. Кроме того, в Vista есть еще иные приложения, которые могут использовать возможности современных GPU, такие как Windows Photo Gallery. Такое – более широкое – использование возможностей GPU новой ОС и входящими в ее состав приложениями обеспечивается именно WDDM.

В данной статье мы рассмотрим вопросы, связанные с WDDM, включая следующие:
Основные преимущества WDDM
Desktop Window Manager (DWM)
Улучшения в видео, включая воспроизведение защищенного видео - Protected Video Playback
Внедрение
Мобильность и электропитание
Новые графические API


Основные преимущества WDDM

Стабильность
В Windows XP драйвера видеоадаптера, которые, как правило, большие по объему и достаточно сложные по архитектуре, могли быть одной из основных причин нестабильности системы. Эти драйвера выполнялись непосредственно в ядре системы (то есть глубоко в системном коде), поэтому маленькая проблема в драйвере могла вызвать сбой системы и последующую перезагрузку. Согласно анализу сбоев, проводимому с момента появления Windows XP, драйвера видеокарты в 20% случаев являются причинами синих экранов - BSOD. Поэтому одной из заслуг Windows Vista и WDDM в частности является сокращение сбоев системы. Надежность системы в нынешней реальности является крайне важным критерием, потому как существуют функции, остановка работы которых решит судьбу работы самой ОС. Новый Desktop Window Manager, который отвечает за прорисовку экранных окон, является хорошим примером такой функции. Преимущества стабильности работы оценят не только геймеры, но и все пользователи ПК.

На техническом уровне видеодрайвера WDDM состоят из двух компонентов: драйвер уровня ядра (прим. kernel mode driver - KMD) и драйвер уровня пользователя (прим. user-mode driver - UMD). При использовании такой модели большинство кода выполняется вне ядра. KMD же отвечает лишь за низкоуровневое взаимодействие, в то время как UMD берет на себя такие задачи, как управление трансляцией высокоуровневых логических структур API в прямые команды GPU и обеспечение программной совместимости. Это кардинально сокращает шанс возникновения BSOD и множества других проблем, вызванных видеодрайверами.

WDDM также обеспечивает высокую отказоустойчивость против зависаний, вызванных драйверами видеоадаптера. Это позволяет Windows Vista обнаруживать зависания и перезапускать видеодрайвер без необходимости перезагрузки всей системы.

В дополнение стоит сказать, что видеодрайвера Windows Vista значительно упрощены, потому что теперь отсутствует необходимость включать код поддержки множества интерфейсов драйверов, которая включалась в каждую версию Windows. Таким образом, Windows Vista представляет единый интерфейс при одновременном распознавании и обеспечении функционирования всех старых драйверов.

Производительность
Когда приложению требуются ресурсы GPU, данному приложению переходит контроль над этим самым GPU. Такое происходило потому, что раньше не было возможности параллельного использования GPU несколькими приложениями одновременно. В Windows Vista графический процессор используется в таких повседневных задачах, как управление окнами и визуализация видео. А Windows Presentation Foundation (часть платформы .NET Framework 3.0) позволит разработчикам создавать неигровые приложения с богатым дружественным интерфейсом. И так как все эти приложения и функции зависят от GPU, мультизадачность GPU приобретает новое значение.

WDDM позволяет использовать ресурсы GPU нескольким приложениям одновременно. Это происходят благодаря двух нижеперечисленным технологиям:
• Диспетчер памяти GPU (memory manager)—решает вопрос о распределении видеопамяти;
• Планировщик GPU (scheduler)—распределяет очередность обращений приложений к GPU согласно их приоритету.

С этими технологиями приложениям больше не потребуется уступать ресурсы GPU другому приложению.

Безопасность
Безопасность является одной из основных забот в системах, подразумевающих многозадачность. Безопасная ОС требует, что ресурсы, используемые одним приложением, были изолированы от ресурсов другого. Такая изоляция является обязательным требованием, к примеру, при воспроизведении защищенных HD-фильмов.

WDDM с помощью модели безопасности, реализованной через диспетчер памяти и планировщик GPU, обеспечивает требуемую защиту. Существующие в Windows XP видеодрайвера не имеют такой возможности, поэтому крайне ограничены в воспроизведении видео высокого разрешения.


Desktop Window Manager
Desktop Window Manager (DWM) представляет собой технологию Windows Vista, которая управляет рабочим столом Windows и обновляет окна. С целью снизить количество артефактов, имевших место в предыдущих реинкарнациях Windows, до минимума технология DWM до того, как вывести на экран, помещает содержимое рабочего стола а так называемый экранный буфер. DWM по своей природе является приложением Direct3D, которое запускается одновременно со стартом системы. В таком сценарии ключевые возможности WDDM, среди которых распределение ресурсов GPU, становятся основополагающими. Для Windows Vista существовало две области возможного применения DWM: общее улучшение качества и привлекательность интерфейса. WDDM играет основную роль в реализации этих целей. Windows Aero – пленительный интерфейс Windows Vista – к примеру, находится наверху DWM.

Качество
В Windows XP обновление окон приложений происходило лишь по запросу ОС – когда это было необходимо. Такие запросы могли не совпадать с частотой обновления монитора. Таким образом, прорисовка окон могла происходить медленно или некорректно. Технология DWM позволяет избежать подобных артефактов в прорисовке. В итоге система становится более чуткой к запросам пользователя, а удобство пользования достигает новых высот.

Windows Aero
DWM также позволил создать Windows Aero. Aero является не просто темой Windows Vista, но и концепцией организации работы и взаимодействия пользователя и системы. Для использования Aero потребуется компьютер, оснащенный графической картой с поддержкой WDDM. Компьютер также должен соответствовать требованиям спецификации Windows Vista Ultimate, Windows Vista Enterprise, Windows Vista Business или Windows Vista Home Premium. DWM представляет собой набор функций, реализующих взаимодействие пользователя и системы более прямым и удобным способом. Это стало возможным благодаря тому, что графическая память может быть распределена между запущенными приложениями и DWM, инициализированным WDDM.
Другие функции типа Windows Flip и Windows Flip 3D также позволят вам более удобно управлять окнами вашего рабочего стола. Рекомендуем ознакомится с системными требованиями Windows Vista (см. Windows Vista Upgrade Advisor и Windows Vista Capable и Premium Ready PC), чтобы проверить готовность вашего ПК в Windows Aero.

DWM и Windows Aero имеют следующие возможности:
• Live Taskbar – миниатюры открытых и минимизированных приложений, отображающиеся при наведении мыши на панель задач.
• Windows Flip (Alt + Tab) и Windows Flip 3D (Windows key + Tab)—замена ставшей привычной комбинации Alt + Tab, которая позволяет переключатся между окнами активных приложений.
• DPI scaling—поддержка мониторов с высоким DPI (прим. dots per inch – количество точек на дюйм).

Визуальные элементы
Одним из самых заметных нововведений Windows Vista является интерфейс Windows Aero, использующий в своем оформлении элементы прозрачности, динамические отражения, эффекты размытия и сглаженную анимацию. Визуальные элементы, к примеру, эффект прозрачности реализован благодаря пиксельным шейдерам Direct3D и виртуализации GPU архитектурой WDDM. Но кроме того, что новый интерфейс приятно выглядит, он более прост и удобен в работе.


Улучшения в воспроизведении видео
Одним из достижений Windows Vista можно назвать вывод качества воспроизведения видео на уровень, который ранее можно было ожидать исключительно от бытовой видеоаппаратуры. Так как воспроизведение видео зависит от архитектуры драйверов, Windows Vista с ее обновленной архитектурой имеет множество как значительных, так и малозаметных преимуществ.

Упрощенная поддержка TV-out
Для большинства пользователей подключение компьютера к телевизору является достаточно нетривиальной задачей. В отличие от простого бытового устройства простое подключение ПК к телевизору не обеспечивало работу связки ПК-ТВ. Настройка такой связки обычно требовала наличия дополнительного монитора и сторонних приложений. WDDM избавляет пользователей от множества проблем при подключении между ТВ и ПК или ПК и внешним монитором, даруя пользователям простоту и удобство.

Улучшенное качество воспроизведения видео
Воспроизведение видео в существующих ОС страдает от проблем с качеством изображения, вызванных, к примеру, замираниями изображения и низкой цветовой насыщенностью по сравнению с бытовыми проигрывателями. WDDM позволяет избежать многих подобных проблем.

Во-первых, WDDM организовывает очередь запросов различных приложений к GPU. Во-вторых, тесное общение с очередью запросов является механизмом обратной связи, который определяет, какой из кадров следует показывать в данный момент. Вместе эти функции могут значительно повысить качество воспроизведения видео, обеспечить синхронизацию аудио и видеопотоков и сократить количество замираний при воспроизведении видео.

Кроме того, драйвера WDDM обеспечивают улучшенную коррекцию гаммы, используя для этого Direct3D9x и Direct3D10 API, которые, в свою очередь, требуют наличия GPU с поддержкой этих API.

Воспроизведение HD
Как было сказано в разделе «Безопасность», WDDM обеспечивает поддержку безопасного воспроизведения видео высокого разрешения HD – требование многих контент-провайдеров.


Внедрение
Пользователей ОС семейства Windows всегда раздражала необходимость перезагрузки после установки различных обновлений. Ранее установка видеодрайверов всегда требовала перезагрузки системы. С Windows Vista и видеокартой, поддерживающей WDDM, отпадает необходимость в перезагрузке после обновления видеодрайверов.


Мобильность и электропитание
Есть некоторые преимущества архитектуры WDDM, которые покажутся актуальными пользователям мобильных компьютеров.

Горячее подключение мониторов и проекторов
В Windows XP подключение ноутбука к проектору являлось многоэтапным процессом и могло отличаться у каждого производителя ноутбука и проектора. В Windows Vista процесс подключения внешнего монитора или проектора сильно упрощается. Когда к видеоадаптеру подключается дополнительный монитор или проектор, WDDM мгновенно обнаруживает новое состояние и уведомляет об этом модуль Transient Mobility Manager (TMM), который является составной частью мастера Windows Vista External Display. Данный мастер позволяет достаточно просто подключить и настроить дополнительное устройство отображения информации.

«Гибридный» спящий режим
Новый спящий режим, появившийся в Windows Vista, совмещает возможности быстрого включения/выключения ПК ждущего режима с надежностью режима Hibernating (спящий режим). В Windows XP функция гибернации сохраняла содержимое системной памяти на жесткий диск и отключала питание компьютера. В ждущем режиме лишь к памяти было подведено питание, а остальные потребители системы отключались от электропитания.
В Windows Vista «гибридный» спящий режим сохраняет системную память на жесткий диск, а система погружается в режим ожидания. В таком режиме система пробуждается необычайно быстро – на компьютере, соответствующем спецификации Windows Premium PC, менее, чем за две секунды. А если вдруг произойдет разрядка аккумулятора, это не приведет к потере важной информации, потому как все данные сохранены на жестком диске.
Обратите внимание, что использование гибридного спящего режима требует наличия WDDM.


Новые графические API
WDDM предполагает гораздо более функциональное и продуктивное управление графическими ресурсами. Эта функциональность критична для правильной работы Direct3D9x и Direct3D10 API, которые теперь стали доступными разработчикам.

Windows Presentation Foundation
Windows Presentation Foundation является следующим поколением клиентской платформой Windows разработки пользовательского интерфейса, документов, приложений и контента. WPF позволит широкому спектру разработчиков использовать всю мощь современных GPU, не думая и не боясь сложных низкоуровневых логических структур. Разработчикам и дизайнерам стало заметно проще создавать пользовательские интерфейсы и наполнение, что даст конечным пользователям более богатые в плане графики приложения. Мы увидим новое поколение приложений – как локальных, так и веб-приложений, которые будут обладать более притягательным интерфейсом, смогут лучше визуализировать информацию.

И хотя Windows Presentation Foundation доступна для Windows XP SP2 и Server 2003, только на Windows Vista платформа Windows Presentation Foundation сможет получить огромные преимущества от использования WDDM.

Простота
Direct3D10 – это Direct3D API, появление которого ознаменует новое поколение 3D-графики и параллельных графических вычислений. Данный API зависит от управления ресурсами WDDM, обуславливая тем самым впечатляющую мощь. Основными преимуществами Direct3D10 API являются:

Унифицированная модель программирования GPU
Устранение ранее существующих ограничений в программировании GPU сделало возможным создание более мощной программной модели GPU, которая может быть использована как для создания 3D-графики нового поколения, так и для более общих задач, использующих преимущества параллельных вычислений.

Соответствие аппаратных возможностей
Как в случае с консолями, все Direct3D10-совместимое аппаратное обеспечение для разработчика выглядит единообразно. Другими словами, различия в возможностях, существовавшие между аппаратными конфигурациями устройств D3D9.x, более не существуют. Это приведет к заметному упрощению программирования и внедрения программного обеспечения.

Визуальные эффекты
Появление геометрических шейдеров и перенаправления помогут разработчикам создать более живую реалистичную графику, которая превзойдет по качеству имеющуюся у современных консолей.

Увеличенная производительность
Увеличение производительность достигается за счет возможности разгрузки CPU.

Источник: http://www.msdn.microsoft.com
Перевод: deeper2k