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Modelo del controlador de pantalla de Windows

Windows Display Driver Model ( WDDM , [1] inicialmente LDDM como Longhorn Display Driver Model y luego WVDDM en tiempos de Windows Vista) es la arquitectura del controlador gráfico para los controladores de tarjetas de video que ejecutan versiones de Microsoft Windows comenzando con Windows Vista . [2]

Es un reemplazo para el modelo de controlador de pantalla XDDM/XPDM de Windows 2000 y Windows XP [3] y está orientado a permitir un mejor rendimiento gráfico y una nueva funcionalidad y estabilidad gráfica. [2] Los controladores de pantalla en Windows Vista y Windows 7 pueden elegir adherirse a WDDM o a XDDM. [4] Sin embargo, con la eliminación de XDDM de Windows 8 , WDDM se convirtió en la única opción. [5]

WDDM proporciona la funcionalidad necesaria para renderizar el escritorio y las aplicaciones mediante Desktop Window Manager , un gestor de ventanas de composición que se ejecuta sobre Direct3D . También es compatible con las nuevas interfaces DXGI necesarias para la creación y gestión de dispositivos básicos. La especificación WDDM requiere al menos una tarjeta de vídeo compatible con Direct3D 9 y el controlador de pantalla debe implementar las interfaces del controlador de dispositivo para el entorno de ejecución de Direct3D 9Ex para poder ejecutar aplicaciones Direct3D heredadas; puede implementar opcionalmente interfaces de entorno de ejecución para Direct3D 10 y versiones superiores.

Funciones habilitadas por WDDM

Los controladores WDDM permiten áreas de funcionalidad que no estaban disponibles de manera uniforme en los modelos de controladores de pantalla anteriores. Entre ellas se incluyen:

Memoria de vídeo virtualizada

En el contexto de los gráficos, la virtualización significa que los procesos individuales (en modo de usuario ) no pueden ver la memoria de los procesos adyacentes ni siquiera mediante la inserción de comandos falsificados en el flujo de comandos. Los controladores WDDM permiten virtualizar la memoria de vídeo [6] y extraer los datos de vídeo de la memoria de vídeo hacia la RAM del sistema. En caso de que la memoria de vídeo disponible resulte insuficiente para almacenar todos los datos y texturas de vídeo, los datos no utilizados actualmente se trasladan a la RAM del sistema o al disco. Cuando se necesitan los datos intercambiados, se recuperan. La virtualización podía ser compatible con los modelos de controladores anteriores (como el modelo de controlador XP) hasta cierto punto, pero era responsabilidad del controlador, en lugar de manejarse en el nivel de tiempo de ejecución.

Programación

El tiempo de ejecución maneja la programación de contextos gráficos concurrentes. [7] Cada lista de comandos se coloca en una cola para su ejecución por la GPU , y puede ser interrumpida por el tiempo de ejecución si llega una tarea más crítica y si no ha comenzado la ejecución. Esto difiere de los subprocesos nativos en la CPU donde una tarea no se puede interrumpir y, por lo tanto, puede tomar más tiempo del necesario y hacer que la computadora parezca menos receptiva. Un algoritmo de programación híbrido entre subprocesos nativos y ligeros con cooperación entre los subprocesos lograría un paralelismo sin fisuras. Es importante señalar que la programación no es un concepto nuevo, pero anteriormente era responsabilidad de los desarrolladores de controladores individuales. WDDM intenta unificar la experiencia entre diferentes proveedores controlando la ejecución de tareas de GPU.

Uso compartido entre procesos de superficies Direct3D

Una superficie gráfica Direct3D es el área de memoria que contiene información sobre las mallas texturizadas utilizadas para renderizar una escena 2D o 3D. WDDM permite que las superficies Direct3D se compartan entre procesos . [8] Por lo tanto, una aplicación puede incorporar una malla creada por otra aplicación en la escena que está renderizando. Compartir texturas entre procesos antes de WDDM era difícil, ya que habría requerido copiar los datos de la memoria de video a la memoria del sistema y luego de vuelta a la memoria de video para el nuevo dispositivo.

Mayor tolerancia a fallos

Windows Vista alerta al usuario de una recuperación WDDM exitosa
Windows XP alerta al usuario de una recuperación exitosa de un fallo del controlador de pantalla al modo a prueba de fallos

Si un controlador WDDM se cuelga o encuentra una falla, la pila de gráficos reiniciará el controlador. [2] [9] Se interceptará una falla del hardware de gráficos y, si es necesario, se reiniciará el controlador.

Los controladores de Windows XP tenían la libertad de solucionar los fallos de hardware como quisieran, ya sea informándolos al usuario o intentando recuperarse de forma silenciosa. En algunos casos, cuando el controlador de pantalla se puede detener de forma segura, Windows XP puede alertar sobre el fallo del controlador de pantalla y, al mismo tiempo, deshabilitar el controlador de vídeo, lo que reduce la resolución de pantalla a 640 x 480 con solo 16 colores. Con un controlador WDDM, lo más probable es que la resolución de pantalla no se vea afectada; todos los fallos de hardware hacen que se restablezca el controlador y se notifique al usuario mediante una ventana emergente; esto unifica el comportamiento entre los proveedores.

Los controladores anteriores se implementaron completamente en modo kernel, mientras que WDDM se implementa parcialmente en modo usuario. Si el área de modo usuario falla con un error irrecuperable, como máximo provocará que la aplicación se cierre inesperadamente en lugar de producir un error de pantalla azul como ocurría en los modelos de controladores anteriores.

WDDM también permite restablecer el hardware gráfico y que los usuarios actualicen los controladores sin necesidad de reiniciar. [2]

Limitaciones

El nuevo modelo de controlador requiere que el hardware gráfico tenga soporte para Shader Model 2.0 al menos, ya que la canalización de funciones fijas ahora se traduce a shaders 2.0 . Sin embargo, según Microsoft, en 2009, solo entre el 1 y el 2 por ciento del hardware que ejecuta Windows Vista usaba XDDM [10] , y el resto ya era compatible con WDDM. También requiere algunas otras características de hardware; en consecuencia, algunos hardware compatibles con SM 2.0, como el Intel GMA 900, no superan la certificación WDDM [11] .

Una de las limitaciones de la versión 1.0 del modelo de controlador WDDM es que no admite varios controladores en una configuración con varios adaptadores y varios monitores. Si un sistema con varios monitores tiene más de un adaptador gráfico que alimenta los monitores, ambos adaptadores deben utilizar el mismo controlador WDDM. Si se utiliza más de un controlador, Windows deshabilitará uno de ellos. [12] WDDM 1.1 no tiene esta limitación. [13]

WDDM 1.0/1.1 no permite algunos modos que antes eran manejados por el controlador, como el modo de expansión (estirar el escritorio a lo largo de dos monitores) [14] [15], aunque Dual View todavía está disponible. [12] [16]

Necesidad de un nuevo modelo de controlador de pantalla

Uno de los principales escenarios que permite el modelo de controlador de pantalla de Windows es el Administrador de ventanas del escritorio . Dado que las ventanas del escritorio y de las aplicaciones administradas por DWM son aplicaciones Direct3D, la cantidad de ventanas abiertas afecta directamente la cantidad de memoria de video requerida. Debido a que no hay límite en la cantidad de ventanas abiertas, la memoria de video disponible puede resultar insuficiente, lo que requiere virtualización. Como el contenido de las ventanas que DWM compone en el escritorio final se genera mediante diferentes procesos, es necesario compartir la superficie entre procesos. Además, debido a que puede haber otras aplicaciones DirectX ejecutándose junto con DWM en el escritorio administrado por DWM, deben poder acceder a la GPU de manera compartida, lo que requiere una programación.

Aunque esto es cierto para la implementación de Microsoft de un escritorio compuesto bajo Windows Vista, por otro lado, un escritorio compuesto no necesita teóricamente un nuevo modelo de controlador de pantalla para funcionar como se espera. Las implementaciones exitosas de escritorios compuestos se realizaron antes de Windows Vista en otras plataformas como Quartz , Compiz , WindowFX . El enfoque que intentó Microsoft fue tratar de asegurarse de que WDDM fuera una experiencia unificada en diferentes GPU de múltiples proveedores estandarizando sus características y rendimiento. Las características de software que faltaban en otros modelos de controlador podrían volverse irrelevantes mediante extensiones o si se implementara un modelo de controlador menos restrictivo o simplemente diferente.

Historia

WDDM1.0 (versión en inglés)

Windows Vista introdujo WDDM 1.0 como una nueva arquitectura de controlador de pantalla diseñada para tener un mejor rendimiento, ser más confiable y admitir nuevas tecnologías, incluida HDCP . Hybrid Sleep , que combina la funcionalidad de hibernación y modo de suspensión para una mayor estabilidad en caso de falla de energía, también requiere WDDM. [2] [ ¿Por qué? ]

WDDM1.1 (versión en inglés)

Windows 7 admite importantes novedades para WDDM, conocidas como WDDM 1.1; los detalles de esta nueva versión se dieron a conocer en WinHEC 2008. Las nuevas características incluyen: [10]

La aceleración de hardware de las operaciones GDI y Direct2D/DirectWrite ayuda a reducir el consumo de memoria en Windows 7, porque el motor de composición DWM ya no necesita mantener una copia de la memoria del sistema de todas las superficies utilizadas por GDI/GDI+, como en Windows Vista. [21] [22] [23]

DXGI 1.1, Direct3D 11, Direct2D y DirectWrite se pusieron a disposición con la actualización de la plataforma Windows Vista ; sin embargo, GDI/GDI+ en Vista sigue dependiendo de la representación por software [24] y el Administrador de ventanas del escritorio continúa utilizando Direct3D 9Ex. [25]

Los controladores WDDM 1.1 son compatibles con versiones anteriores de la especificación WDDM 1.0; tanto los controladores 1.0 como los 1.1 se pueden utilizar en Windows Vista con o sin la Actualización de plataforma. [10]

WDDM1.2 (versión en inglés)

Windows 8 incluye WDDM 1.2 [26] [27] y DXGI 1.2. [27] [28] Las nuevas características se presentaron por primera vez en la conferencia Build 2011 e incluyen mejoras de rendimiento, así como compatibilidad con renderizado 3D estereoscópico y reproducción de video.

Otras características importantes incluyen la multitarea preventiva de la GPU con granularidad más fina (búfer DMA, primitivo, triángulo, píxel o nivel de instrucción), [29] menor huella de memoria, mejor uso compartido de recursos y detección y recuperación de tiempos de espera más rápidos. Los formatos de superficie de color de 16 bits (565, 5551, 4444) son obligatorios en Windows 8, y Direct3D 11 Video admite formatos de video YUV 4:4:4/4:2:2/4:2:0/4:1:1 con precisión de 8, 10 y 16 bits, así como formatos paletizados de 4 y 8 bits. [30]

WDDM 1.2 admite controladores WDDM de solo visualización y solo renderización, como Microsoft Basic Display Driver [31] y Microsoft Basic Render Driver basado en WARP que reemplazó al controlador VGA en modo kernel .

WDDM 1.0/1.1 sólo permite una programación de tareas rudimentaria utilizando granularidad de "cola de lotes"; inicialmente se esperaban mejoras en la multitarea, así como un cambio rápido de contexto y soporte para memoria virtual , en las versiones denominadas provisionalmente WDDM 2.0 y WDDM 2.1, que se anunciaron en WinHEC 2006. [32] [33] [34]

WDDM1.3 (versión en inglés)

Windows 8.1 incluye WDDM 1.3 [35] y DXGI 1.3. [36] Las nuevas incorporaciones incluyen la capacidad de recortar el uso de memoria del adaptador DXGI, superposiciones de múltiples planos, cadenas de intercambio superpuestas y escalado de la cadena de intercambio, selección de subregión de búfer posterior para la cadena de intercambio y presentación de la cadena de intercambio de menor latencia. Las incorporaciones de características del controlador incluyen pantallas inalámbricas ( Miracast ), rangos de formato YUV , recursos entre adaptadores y capacidades de enumeración del motor de GPU. Mejoras en el rendimiento del núcleo gráfico.[1]

WDDM2.0 es una marca registrada de WDDM.

Windows 10 incluye WDDM 2.0, que está diseñado para reducir drásticamente la carga de trabajo en el controlador de modo kernel para GPU que admiten direccionamiento de memoria virtual, [37] para permitir el paralelismo de múltiples subprocesos en el controlador de modo de usuario y dar como resultado una menor utilización de la CPU. [38] [39] [40] [41] Windows 10 también incluye DXGI 1.4. [42]

La API de Direct3D 12, anunciada en Build 2014 , requiere WDDM 2.0. La nueva API eliminará las tareas de gestión automática de recursos y de canalización y permitirá a los desarrolladores tomar el control total de bajo nivel de la memoria del adaptador y de los estados de renderizado.

El modelo de controlador de pantalla de Windows 8.1 y Windows Phone ha convergido en un modelo unificado para Windows 10. [43]

Se implementa un nuevo modelo de memoria que otorga a cada GPU un espacio de dirección virtual por proceso. WDDMv2 aún admite el direccionamiento directo de la memoria de video para el hardware gráfico que lo requiere, pero se considera un caso heredado. Se espera que los IHV desarrollen nuevo hardware que admita el direccionamiento virtual. Se han realizado cambios significativos en el DDI para habilitar este nuevo modelo de memoria.

WDDM2.1 (versión en inglés)

La actualización de aniversario de Windows 10 (versión 1607) incluye WDDM 2.1, que admite Shader Model 6.0 (obligatorio para los niveles de características 12_0 y 12_1), [44] y DXGI 1.5, que admite HDR10 , un formato de gama amplia y alto rango dinámico de 10 bits [45] definido por ITU-T Rec. 2100 / Rec.2020 , y frecuencias de actualización variables. [46]

WDDM2.2 (versión en inglés)

Windows 10 Creators Update (versión 1703) incluye WDDM 2.2, que está diseñado para realidad virtual , aumentada y mixta con renderizado estereoscópico para la plataforma Windows Mixed Reality , y DXGI 1.6. [47]

WDDM2.3 (versión en inglés)

Windows 10 Fall Creators Update (versión 1709) incluye WDDM 2.3. A continuación, se incluye una lista de nuevas funciones para el desarrollo de controladores de pantalla de Windows en Windows 10, versión 1709: [48]

WDDM2.4 es un sistema de archivos de alta velocidad que permite a los usuarios realizar archivos de alta velocidad en cualquier lugar.

La actualización de abril de 2018 de Windows 10 (versión 1803) incluye WDDM 2.4. Las actualizaciones para el desarrollo de controladores de pantalla en Windows 10 versión 1803 incluyen las siguientes características [50] :

WDDM2.5 (versión en inglés)

Actualización de octubre de 2018 de Windows 10 (versión 1809) Incluye WDDM 2.5. [52] Las actualizaciones para el desarrollo de controladores de pantalla en Windows 10, versión 1809 incluyen las siguientes características: [53]

WDDM2.6 (versión en inglés)

La actualización de mayo de 2019 de Windows 10 (versión 1903) incluye WDDM 2.6. Las actualizaciones para el desarrollo de controladores de pantalla en Windows 10 versión 1903 incluyen las siguientes características: [56]

WDDM2.7 (versión en inglés)

La actualización de mayo de 2020 de Windows 10 [58] (versión 2004) incluye WDDM 2.7. Las actualizaciones para el desarrollo de controladores de pantalla en Windows 10 versión 2004 incluyen las siguientes características: [59]

WDDM2.8 es una marca registrada de WDDM.

Windows 10 Insider Preview Manganese incluía WDDM 2.8, pero nunca se demostró públicamente ningún controlador que lo admitiera y se omitió en las versiones de desarrollo "Iron" y "Cobalt".

WDDM2.9 es una marca registrada de WDDM.

WDDM 2.9 en Windows 10 Insider Preview "Iron" brindará soporte para aceleración de hardware de GPU al Subsistema de Windows para Linux 2 (WSL 2) [69] y soporte para el nivel de función 12_2 [70] y HLSL Shader Model 6.6. [71]

WDDM3.0

La versión final de Windows 11 RTM Retail (versión 21H2) incluye WDDM 3.0, [72] [73] que mejora la arquitectura gráfica en el Subsistema de Windows para Linux [74] y agrega: [75]

WDDM3.1

La actualización de Windows 11 2022 (versión 22H2) incluye WDDM 3.1. [79] [80]

WDDM3.2

La actualización de Windows 11 2024 (versión 24H2) incluye WDDM 3.2. [84]

Referencias

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