Нетрудно заметить, что интерфейс UEFI оптимален для целого ряда операций по обслуживанию персональных платформ и разработки диагностического программного обеспечения. Большие операционные системы, такие как, например, Microsoft Windows имеют мало шансов на загрузку, если сбоит память или другие системные ресурсы.
Из множества альтернатив лучшим вариантом представляется UEFI, ведь к моменту старта UEFI-приложения, BIOS инициализирует контекст, обеспечивающий 64-битную адресацию и беспрепятственный доступ к системным ресурсам. А набор сервисных функций или UEFI-протоколов, обрабатываемых firmware, дает в распоряжение программиста уникальный набор возможностей, недоступный в любой другой среде, использующей Legacy Boot.
Технологии новые, проблемы старые:
куда девается видео память?
Что нового можно узнать об архитектуре современных компьютеров, вооружившись UEFI-диагностикой?
Рассмотрим этот вопрос с точки зрения утилиты UEFImark, предназначенной для оценки производительности видео карты и определения процессорных параметров персональной платформы.
Рис 1. Результат работы программы UEFImark v0.96 на платформе ASUS Z87-K
Утилита UEFImark v0.96 выводит системную информацию о центральном процессоре,
видео адаптере и его режиме, размере системной памяти и видео памяти,
производительности видео памяти для различных методов записи
В предлагаемом эксперименте используется видео адаптер, оснащенный 512 Мегабайт видео памяти. Согласно строке 9 системной информации (рис. 1) объем видео памяти 256 Мегабайт или более. Почему не удалось точно детектировать объем?
Детально проанализировав системный контекст, являющийся результатом инициализации оборудования, выполненной firmware, делаем вывод: стремление обеспечить совместимость с 32-битными ОС, заставляет разработчиков платформы жертвовать оптимальностью. В чем конкретно это выражается?
Обратимся к Рис.1. Восьмая строка системной информации сообщает, что процессор использует 39-битный физический адрес. Следовательно, размер адресного пространства равен «два в 39-й степени» байт или 512 ГБ. Тем не менее, диапазон доступа к видео памяти размещен в пределах нижних четырех гигабайт, чтобы старое программное обеспечение, использующее 32-битную адресацию, могло получить к нему доступ. «Притесненный» видео адаптер, декларирует размер диапазона доступа к видео памяти всего 256 Мегабайт. Конечно, это не значит, что оставшийся объем видео памяти пропадает. Он доступен для графического процессора, а с помощью драйверов, – и для центрального процессора.
Можно сделать вывод, что конфигурация не оптимальна: при наличии 512 ГБ адресного пространства для доступа к видео памяти нельзя выделить более 256 МБ. Именно поэтому, программное обеспечение, использующее стандартные PCI PnP-механизмы, которому недоступны device-specific методы работы с графическим процессором, сможет детектировать в нашем примере только половину видео памяти.
Измерение скорости записи в видео память.
Почему так медленно?
Согласно нижней строке системной информации (рис. 1), скорость записи в видео память со стороны центрального процессора, при использовании 128-битных SSE-инструкций, равна 297.5 МБ/сек.
Вспомним, что даже для первого поколения шины PCI Express, пропускная способность равна около 4 ГБ/сек в режиме дуплекс (при параметрах соединения Width=x16, Speed=2.5GT/S). За счет чего образовался разрыв между теорией и практикой? Исследования показывают, что и в этом случае виноват неоптимальный контекст PCI PnP, установленный при старте платформы процедурами firmware.
Общеизвестно, что типовой видео адаптер использует два типа диапазонов доступа к адресному пространству памяти:
- Non-prefetchable
Диапазон с таким статусом используется для адресации регистров управления и состояния видео адаптера. При этом последовательность и разрядность шинных циклов строго соответствуют последовательности и разрядности, определенной в машинном коде выполняемой программы. Запрещены все виды предвидения («спекулятивного выполнения»), такие как отложенная запись и опережающее чтение, так как это может нарушить работу адресуемого устройства. Например, если объектом опережающего считывания, не санкционированного программистом, станет FIFO-регистр, произойдет ложное продвижение данных в дисциплине FIFO-обработки.
- Prefetchable
Диапазон с таким статусом используется для адресации видео памяти. Для нее разрешено спекулятивное выполнение, в частности Write Combining – сборка нескольких циклов записи малой разрядности в один цикл большей разрядности или пакет данных для отправки по шине PCI Express. Очевидно, такой режим существенно повышает производительность.
Но вернемся к проблеме низкой скорости записи в видео память. Она связана с тем, что firmware платформы при инициализации моста PCI Express, обеспечивающего подключение видео адаптера, размещает диапазон доступа к видео памяти в Non-prefetchable диапазоне адресного пространства, делая оптимизацию доступа к видео памяти невозможной.
Резюме
Исследования показали, что при написании firmware персональных платформ, в частности процедур инициализации и распределения системных ресурсов (PCI PnP), производительность часто приносится в жертву совместимости. Что в сложившейся ситуации могут сделать разработчики информационно-диагностических утилит для максимального раскрытия потенциала 64-битного «железа»? Ответ очевиден – вместо использования контекста, созданного firmware, создавать свой контекст, в частности, повторно выполнить процедуру распределения системных ресурсов.
В ближайшее время лаборатория IC Book Labs подготовит экспериментальный продукт под названием UEFImark Extreme Edition, реализующий именно такой подход.
Эксперименты проводились на платформе ASUS Z87-K, построенной на основе системной логики Intel Z87 для процессоров Socket 1150. Процессор Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1270 v3 @ 3.50GHz. Видео адаптер Sapphire X1950PRO (ATI/AMD).
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии