Windows Display Driver Model

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Windows Display Driver Model (WDDM, также WVDDM в эпоху Vista) — это архитектура графических драйверов для видеокарты под управлением Microsoft Windows, начиная с Windows Vista[1]. Она является заменой для архитектуры видеодрайверов Windows XP и нацелена на повышение производительности графики и новую функциональность[1].

WDDM предоставляет функциональность, необходимую для отображения рабочего стола и приложений с помощью диспетчера рабочего стола — диспетчера составных окон, работающего поверх Direct3D. Она также поддерживает интерфейсы новой инфраструктуры DXGI (DirectX Graphics Infrastructure), необходимые для основных операций создания и управления устройством. Спецификация WDDM требует видеокарту, поддерживающую по меньшей мере Direct3D 9, и должна реализовывать интерфейсы до Direct3D 9 для совместимости со старыми приложениями Direct3D; по желанию она может реализовывать интерфейсы для Direct3D 10/10.1 и выше.

Возможности, привнесённые моделью WDDM[править | править код]

Драйверы WDDM открывают новые функциональные области, которые не предоставлялись на унифицированной основе более ранними моделями графических драйверов:

Виртуализованная видеопамять[править | править код]

В контексте графики виртуализация означает, что отдельные процессы (в пользовательском пространстве) не могут видеть память соседних процессов даже путём вставки фальшивых команд в командный поток. Драйверы WDDM позволяют делать виртуализацию видеопамяти[2] и подстановку страниц видеопамяти в системную память. Если окажется, что доступной видеопамяти недостаточно для хранения всех видеоданных и текстур, данные, не используемые в текущий момент, перемещаются в системную память или на диск. Если вытесненные данные становятся нужны, они загружаются обратно. Виртуализация была в некоторой степени возможна в драйверах, рассчитанных на предыдущие модели построения (такие, как модель драйверов Windows XP), но это была целиком зона ответственности драйвера, а не системы.

Диспетчеризация[править | править код]

Исполняемый модуль управляет диспетчеризацией (планированием) конкурирующих между собой графических контекстов.[3] Каждый список команд помещается в очередь для исполнения графическим процессором, и может быть выгружен исполняемым модулем, если появляется более важная задача и если выполнение списка ещё не началось. Такое поведение отличается от потоков центрального процессора, где задача не может быть прервана и поэтому занять больше времени, чем нужно и заставить компьютер медленнее отвечать на запросы. Гибридный алгоритм планирования между родными и лёгкими потоками со взаимодействием потоков даёт бесшовный параллелизм. Важно заметить, что планирование — это не новая идея, но ранее была сферой ответственности разработчиков драйверов. WDDM пытается унифицировать опыт разных разработчиков, управляя выполнением задач графического процессора.

Межпроцессное совместное использование поверхностей Direct3D[править | править код]

Графическая поверхность Direct3D — это область памяти, содержащая информацию о текстурированных ячейках, используемых для просчёта двумерной или трёхмерной сцены. WDDM позволяет процессам совместно использовать поверхности Direct3D[4]. Поэтому приложение может включить ячейку, созданную другим приложением, в рассчитываемую сцену. Совместное пользование текстур процессами до WDDM было сложной задачей, поскольку требовало копирования данных из видеопамяти в системную память и назад, в видеопамять нового устройства.

Расширенная отказоустойчивость[править | править код]

Если драйвер WDDM зависнет или встретит сбой, графический стек перезапустит драйвер.[1] При сбое графической аппаратуры произойдёт перехват этого события и, если необходимо, драйвер будет перезапущен.

Драйверы для Windows XP были вольны реагировать на аппаратные сбои на своё усмотрение, либо уведомлением пользователя, либо попыткой устранить ошибку молча. С драйвером WDDM все сбои аппаратуры вызывают перезапуск драйвера, а пользователь получает всплывающее сообщение; это унифицирует поведение драйверов разных разработчиков.

Предыдущие драйверы реализовывались полностью в режиме ядра, в то время как WDDM частично реализован в пользовательском режиме. Если область пользователя даст невосстановимую ошибку, это в худшем случае неожиданно прервёт работу приложения вместо синего экрана, как это было в предыдущих моделях драйверов.

WDDM также позволяет перезапускать или вытаскивать графическую аппаратуру без надлежащей перезагрузки. На практике, обновление драйвера не должно требовать перезагрузки.

Необходима новая модель драйверов[править | править код]

Одним из основных сценариев, которые делает возможным Windows Display Driver Model, является Desktop Window Manager. Поскольку рабочий стол и окна приложений, управляемые DWM, являются приложениями Direct3D, количество открытых окон напрямую влияет на требуемый объём видеопамяти. Поскольку нет ограничения на количество открытых окон, доступной видеопамяти может оказаться недостаточно, и потребуется виртуализация. Поскольку содержимое окон, которые DWM объединяет в конечный рабочий стол, создаётся разными процессами, необходимо межпроцессное совместное использование графических поверхностей. Также, поскольку одновременно с DWM на рабочем столе могут работать другие приложения DirectX, приложения должны иметь возможность совместного доступа к графическому процессору, что требует диспетчеризации.

Однако сказанное справедливо для Майкрософтовской реализации составного рабочего стола под Windows Vista, с другой стороны, составной рабочий стол теоретически не нуждается в новой модели графических драйверов. Успешные реализации составных рабочих столов существовали до Windows Vista на других платформах, таких, как Quartz, Compiz, WindowFX. Своим подходом Microsoft попытался сделать надёжный WDDM как обобщение опыта по разным графическим процессорам от различных производителей, как стандартизацию их свойств и качеств. Программные свойства, отсутствующие у других моделей драйверов, можно было бы сделать несущественными с помощью дополнений или если бы была доступна менее ограничивающая или просто другая модель драйверов.

Ограничения[править | править код]

Новая модель драйверов требует, чтобы графическая аппаратура поддерживала, по крайней мере, Shader Model 2.0 (fixed function pipeline is now translated to 2.0 shaders). Однако, по информации Microsoft, на 2009 год только около 1—2 процентов аппаратуры использовало модель драйверов Windows XP[5], а остальные уже являются WDDM-совместимыми. Модель также требует наличия некоторых других аппаратных возможностей (по этой причине, например, аппаратура, поддерживающая SM 2.0, такая, как Intel GMA 900, не проходит сертификацию на WDDM[6]).

Одно из ограничений драйвера WDDM версии 1.0 в том, что он не поддерживает одновременно несколько драйверов в многоадаптерном многомониторном окружении. Если у многомониторной системы более одного графического адаптера, оба адаптера должны использовать один и тот же драйвер WDDM. Если используется более одного драйвера, Windows выключит один из них.[7]. У WDDM 1.1 уже нет такого ограничения.[8]

В WDDM 1.0/1.1 отсутствуют некоторые режимы, ранее обслуживавшиеся непосредственно драйвером, такие, как растяжка рабочего стола на несколько мониторов[9][10], хотя режим Dual View[11] по-прежнему доступен.[12]

WDDM 1.1[править | править код]

Windows 7 поддерживает важные дополнения к WDDM, известные как WDDM 1.1; подробности этой новой версии были раскрыты на WinHEC 2008. Новые возможности включают[5]:

Аппаратное ускорение операций GDI и Direct2D/DirectWrite помогает уменьшить расход памяти в Windows 7, поскольку системе компоновки DWM больше не нужно держать копию системной памяти для всех графических поверхностей, используемых GDI/GDI+, как это было в Windows Vista.[16][17]

WDDM 1.1, Direct3D 11, Direct2D и DirectWrite также будут доступными с выходом Windows Vista Platform Update; однако, GDI/GDI+ в Vista будет по-прежнему полагаться на программный просчёт[источник не указан 2937 дней], и Desktop Window Manager будет продолжать использовать Direct3D 9Ex.[источник не указан 2937 дней]

Драйверы WDDM 1.1 обратно совместимы со спецификацией WDDM 1.0; как драйверы 1.0, так и 1.1 можно использовать в Windows Vista с Platform Update или без него.[5]

WDDM 1.2[править | править код]

Windows 8 включает WDDM 1.2[18][19] и DXGI 1.2.[19][20] Новые функции были представлены на конференции Build 2011 и включают улучшения производительности и так же поддержку для стереоскопического 3D рендеринга, а так же видео воспроизведения.

Другие главные изменения включают вытесняющую многозадачность для GPU вместе с лучшей степенью параллельных вычислений (DMА буфера, примитивов, треугольников, пикселей, или на уровне инструкций),[21] уменьшено потребление памяти, улучшено разделение ресурсов, и более быстрое обнаружение и восстановление. 16-бит цветовой формат поверхностей (565, 5551, 4444) являются обязательными в Windows 8, и Direct3D 11. Поддержка YUV 4:4:4/4:2:2/4:2:0/4:1:1 видео формата с 8, 10, и 16-бит точностью, а так же 4 и 8-бит формат палитры.[22]

WDDM 1.2 поддерживаются только WDDM-драйверами, такими как Microsoft Basic Display Driver[23] и WARP-основанный Microsoft Basic Render Driver который заменяет видео драйвер уровня ядра.

На WinHEC 2006 Microsoft говорил о своих планах сделать значительное изменение WDDM для улучшения многозадачности применительно к графическим процессорам. Согласно информации Microsoft, WDDM 1.0 позволяет выполнять лишь элементарное планирование задач с просчётом «batch queue» granularity. WDDM 2.0 и WDDM 2.1', которые планировались после выхода Vista[24] но относительно которых Microsoft не огласил дату выхода в свет (Windows 8 поддерживает лишь WDDM 1.2), могли бы предложить вытесняющую многозадачность на уровне мелких структурных единиц и потребовали бы нового поколения графических процессоров.[25][26]

Поддерживается в Windows 10.

WDDM 1.3[править | править код]

Windows 8.1 включает WDDM 1.3[27] и DXGI 1.3.[28] Новые улучшения включают возможность уменьшения потребления памяти DXGI адаптера, многоплановые наложения, перекрытия цепочки переключений и масштабируемые цепочки переключений, выбор экранного буфера субрегиона для цепочки переключений и меньшей задержки цепочки переключений отображения. Функции драйвера могут включать поддержку беспроводных дисплеев (Miracast), формат YUV диапазона, кросс-адаптерные ресуры и GPU движок перечислений возможностей. Улучшения в производительности графического ядра системы.[29]

WDDM 2.0[править | править код]

Windows 10 включает WDDM 2.0, он был спроектирован таким образом, чтобы значительного уменьшить нагрузку на драйвер уровня ядра для GPU с поддержкой виртуальной адресации памяти,[30] для улучшения многозадачности в пользовательском режиме драйвера и как результат снижения нагрузки на центральный процессор.[31][32][33][34] Windows 10 так же включает DXGI 1.4.[35]

Direct3D 12 API, анонсированный на Build 2014, требует WDDM 2.0. Новый API позволяет автоматически управлять ресурсами, выполнять конвейеризацию запросов и позволяет получить разработчикам более низкоуровневое управление над памятью адаптера и стадиями рендеринга.

WDDM 2.1[править | править код]

Windows 10 Anniversary Update (версия 1607) включает WDDM 2.1, обеспечивает поддержку Shader Model 6.0 (обязательную для уровня функций DirectX12 12_0 и 12_1),[36] а так же DXGI 1.5 с HDR10 - 10-бит High Dynamic Range Rendering, формат широкого диапазона цветов[37] принятый ITU-T Rec. 2100/Rec.2020 - и переменную частоту обновления.[38]

WDDM 2.2[править | править код]

Windows 10 Creators Update (версия 1703) включает WDDM 2.2, который адаптирован для виртуальной, дополненной и смешанной реальности с стереоскопическим рендерингом для платформы Windows Mixed Reality, и DXGI 1.6.[39]

WDDM 2.3[править | править код]

Windows 10 Fall Creators Update (версия 1709) включает WDDM 2.3.

  • Аппаратная очередь
  • Поддержка блока управления памятью (MMU) для операций ввода-вывода
  • Поддержка черного списка
  • Поверхности цепочек буферов
  • Просмотр GUID устройства
  • Опрос версий (bios/архитектурной информации)
  • Опрос производительности (значение частоты (текущая/макс/разгон), напряжение (текущая/макс/разгон), частота памяти, скорость памяти, пропускная способность PCIE, обороты кулера, потребление энергии, температура (макс/внимание), переопределение состояния питания) [1]

WDDM 2.4[править | править код]

Windows 10 April 2018 Update (версия 1803) включает WDDM 2.4.

  • Дополнительные d3d типы распределения памяти
  • SDR Регулировка уровня белого[2]
  • Паравиртуализация адаптера
  • Произвольная защита ядра
  • Настраиваемые тайминги рендеринга дисплея
  • Поддержка съемных адаптеров
  • Поддержка конфигурации дисплея
  • Поддержка источника-владельца
  • Перенаправление дисплея
  • Поддержка трансформации цветового пространства
  • Защищенная сессия устройства
  • Процесс удаления устройства (проверяет, может ли процесс, использующий адаптер, восстанавливаться после удаления графического устройства)

С момента появления Windows 10 April 2018 Update и благодаря изменениям в WDDM, стало возможным использовать функцию аналогичную двойной графики в ноутбуках. Например, что позволяет запускать программы\игры на более мощной видеокарте, а выводить изображение через встроенную графику напрямую по внутренней (PCI-E) или внешней шине, без необходимости подключать монитор к мощной видеокарте. Так же может выступать в качестве решения проблемы, если на видеокарте нет VGA видеовыхода, а в материнской плате он присутствует.

Предварительные версии[править | править код]

SDK для Oculus Rift включает DXGI 2 предварительно для Windows 10.

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 Windows Vista Display Driver Model
  2. Graphics Memory Reporting in WDDM
  3. The role of the Windows Display Driver Model in the DWM
  4. Cross Process Resource Sharing
  5. 1 2 3 WHDC: Graphics Guide for Windows 7. Microsoft (12-06-2009). Архивировано 30 апреля 2012 года.
  6. Intel excuse for no GMA900 WDDM driver: no «HW Scheduler» no driver, Beyond3D, October 26, 2006.
  7. MultiMonitor Support and Windows Vista. Проверено 20 октября 2007. Архивировано 30 апреля 2012 года.
  8. Working With the Windows 7 Graphics Architecture: WinHEC 2008 Архивировано 20 октября 2013 года.
  9. Are there Control Panel features that were available under Windows XP that are no longer available on Windows Vista?
  10. Stretched Desktop or Spanning Mode Not Available in Catalyst Control Center Under Windows Vista
  11. Description of DualView in Windows XP
  12. MultiMonitor Support and Windows Vista
  13. Windows DDK - GDI Hardware Acceleration. MSDN. Проверено 14 июня 2009. Архивировано 30 апреля 2012 года.
  14. Windows DDK - DXVA-HD DDI. MSDN. Проверено 13 июня 2009. Архивировано 30 апреля 2012 года.
  15. Windows DDK - Overlay DDI. MSDN. Проверено 13 июня 2009. Архивировано 30 апреля 2012 года.
  16. Greg Schechter’s Blog: Redirecting GDI, DirectX, and WPF applications
  17. Engineering Windows 7 Graphics Performance
  18. Windows Developer Preview - New for Display devices. MSDN. Microsoft (16 November 2013). Проверено 9 декабря 2013.
  19. 1 2 Windows Display Driver Model Enhancements in Windows Developer Preview. MSDN. Microsoft (28 September 2012). Проверено 9 декабря 2013.
  20. DXGI 1.2 Improvements. MSDN. Microsoft (16 November 2013). Проверено 9 декабря 2013.
  21. DXGI_Graphics_Preemption_Granularity Enumeration. MSDN. Microsoft (16 November 2013). Проверено 9 декабря 2013.
  22. DXGI_FORMAT enumeration. MSDN. Microsoft (16 November 2013). Проверено 9 декабря 2013.
  23. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/dn653353(v=vs.85).aspx
  24. WinHEC 2006: Display Driver Logistics And Testing
  25. WinHEC 2006: Windows Display Driver Model (WDDM) v2 And Beyond
  26. Dan Warne. Windows graphics system to be overhauled  (недоступная ссылка — история). APC Magazine (June 1, 2006). Проверено 2 июня 2006. Архивировано 15 июня 2006 года.
  27. What's new for Windows 8.1 Preview display drivers (WDDM 1.3). MSDN. Microsoft (16 November 2013). Проверено 9 декабря 2013.
  28. DXGI 1.3 Improvements. MSDN. Microsoft (16 November 2013). Проверено 9 декабря 2013.
  29. nabazan-microsoft. Graphics kernel performance improvements (en-us). docs.microsoft.com. Проверено 15 января 2018.
  30. What's new for Windows 10 Insider Preview display drivers (WDDM 2.0). Microsoft. Проверено 3 июня 2015.
  31. McMullen, Max. Direct3D 12 API Preview. MSDN.
  32. Moreton, Henry DirectX 12: A Major Stride for Gaming | NVIDIA Blog. Blogs.nvidia.com (20 марта 2014). Проверено 26 марта 2014.
  33. DirectX 12 - DirectX Developer Blog - Site Home - MSDN Blogs. Blogs.msdn.com (20 марта 2014). Проверено 26 марта 2014.
  34. The DirectX 12 Performance Preview: AMD, NVIDIA, & Star Swarm. AnandTech. Purch (6 February 2015).
  35. MSDN - DXGI 1.4 Improvements
  36. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/mt733232(v=vs.85).aspx
  37. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/mt742103(v=vs.85).aspx
  38. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/mt742104(v=vs.85).aspx
  39. https://channel9.msdn.com/Events/WinHEC/WinHEC-December-2016/PC-Gaming

Ссылки[править | править код]