Эта статья является переводом статьи из блога главного разработчика композитного менеджера KWin (используется в KDE) Мартина Гресслина. Оригинал вы можете прочесть по ссылке. Далее идёт повествование от автора. Прошу сильно не пинать за качество перевода.
В этой заметке я хотел бы поделиться мыслями о том, как улучшить игровой опыт в Linux.
Ситуация с X11
В X11 главная проблема для игр, это композитор. Играм необходим прямой доступ к графическому процессору (видеокарте), без каких либо посредников. Для сравнения, возьмём игровую консоль Playstation: когда вы запускаете игру, вы можете быть уверены, что она получила полный доступ к графическому процессору (GPU). Композитинг X11 предоставить такого не может. Композитор в X11 должен полностью скомпоновать сцену. Выглядит это так:
- Игра рендерится через OpenGL/GLX;
- X-сервер уведомляет композитор через расширение Xdamage;
- Композитор рассчитывает область для перерисовки;
- Композитор использует расширение Xcomposite для получения пиксельной карты для игрового окна;
- Композитор связывает пиксельную карту с текстурой OpenGL;
- Композитор рендерит текстуру, используя OpenGL/GLX поверх игрового окна;
- X-сервер предоставляет готовое изображение из композитора через KMS.
При таком раскладе, мы имеем 5 вещей, которые не оптимальны для полноэкранных игр: проходы туда-сюда через композитор X-сервера, что добавляет серьёзные задержки. В такой ситуации, композитор всегда будет замедлять игру, так как будет выполнять вертикальную синхронизацию и так далее.
Обходные пути в X11
Существует готовое решение чтобы исправить это, известное как «unredirection full-screen window (отключить перенаправление для полноэкранных окон)». Идея заключается в том, что композитор не будет работать для полноэкранного приложения, и будет использована обычная, «не композитная» функциональность X-сервера.
На мой взгляд, это неправильное решение проблемы, потому что композитор по-прежнему работает, он по-прежнему получает события через XDamage (отслеживание областей для перерисовки, прим.перев.) (от, например, других окон) и работа композитора может внезапно возобновиться (например, при выводе уведомления на экран).
В KWin/Plasma, у нас есть лучшее решение: блокировка композитора. Мы можем это сделать, так как не требуем композитинга, в отличии от окружений с обязательным композитингом, где можно использовать только unredirection. У нас даже есть высокоуровневый API для игр, для того чтобы они могли сообщать, что необходимо заблокировать композитинг.
Это также объясняет, почему в KWin/Plasma не включена по умолчанию опция отключения полноэкранного композитинга. Это может вызвать проблемы в работе неигровых приложений (например тиринг в видеоплеере. прим.перев.), но рекомендуется для игр. Также это объясняет почему мне пофиг на тесты PTS (Phoronix Test Suite), так как по моему мнению они проводятся с неправильными настройками. Если бы нас это волновало, то можно было бы просто убедиться, что используемые в PTS игры, отключают композитинг.
Ситуация с Wayland.
В Wayland всё гораздо лучше, так как теперь нет X11-прослоек. Теперь процесс выглядит так:
- Игра рендерится через OpenGL/EGL;
- Композитор получает уведомление через wl_surface;
- Композитор напрямую представляет wl_buffer через KMS, так как знает что тут больше не на что смотреть.
Так что ситуация значительно улучшилась. Хочу отметить, что KWin пока не поддерживает эти этапы и всё ещё рендерит через OpenGL, но мы движемся в этом направлении.
Однако, я думаю, ещё есть проблемы. Наш композитор (KWin) по-прежнему получает события от других окон, может «проснуться» и так далее. Запуск игры в режиме рабочего стола означает, что будут другие процессы в системе, с которыми игра должна разделить ресурсы. Мы хотим пойти по примеру Playstation: игре всё, остальным - ничего. Я не хочу чтобы KWin отбирал ресурсы CPU/GPU у игры.
Управление видеорежимами в ядре (Kernel Mode-Setting, KMS) в играх.
Итак, что мы можем сделать? Я думал об этом и предлагаю кардинально решить проблему с играми в Linux: убрать оконную систему! Игры должны общаться с KMS напрямую, игры должны взаимодействовать с libinput (библиотека ввода, прим. перев.) напрямую. Давайте удалим все лишние прослойки, нам это не нужно, это только мешает игровой производительности.
Когда игра запустится в полноэкранном режиме, можно создать отдельную сессию на другом виртуальном терминале (tty) и предоставить управление этой сессией через logind. Это позволит игре открыть файлы для рендеринга и обработки ввода также, как это делает композитор Wayland. Рендеринг может быть осуществлён через EGL поверх DRM/GBM, также как в композиторе Wayland. Игра получит полный контроль над KMS. Нужно другое разрешение экрана? Без проблем, бери и выставляй. В режиме рабочего стола, это всегда проблематично (гораздо хуже в X11, но лучше в Wayland). Для игр в оконном режиме ничего не изменится, они так и будут запускаться в режиме рабочего стола. (Прим.перев. По сути автор предлагает давно известную концепцию «запуска в отдельных иксах», но лишённую кучи недостатков).
Конечно, это должно убрать все взаимодействия с окружением рабочего стола. Это то, что нужно рассматривать в первую очередь, например, как заставить, скажем, Mumble (программа для аудиоконференций, прим. перев.) работать с такой конфигурацией? Может игре нужно запускать собственный Wayland-сервер?
Это также сломает Alt+Tab (сворачивание игры, прим.перев.). Ну, не совсем, правда. Для X11, который захватывает клавиатуру в некоторых играх, Alt+Tab всё равно не работает, так что тут особо ничего не потеряешь. Но конечно, всегда можно будет переключиться через Ctrl+Alt+F1 в рабочую сессию. Игры также должны иметь общий путь для достижения этой цели, на мой взгляд.
Есть конечно ещё несколько вещей, которые ещё предстоит решить, например, как запустить отдельную сессию, как вернуться в рабочую сессию без необходимости разблокировать экран и т.д. Всё должно быть также хорошо, как на игровой консоли. Так что тут ещё есть над чем поработать, но я думаю, это лучше, чем пытаться заставлять хорошо работать игры в режиме рабочего стола, потому как это всё равно не будет работать лучше, чем на игровой консоли.
