Linux – современная игровая платформа

За последний год произошло множество изменений и громких анонсов, которые позволяют утверждать, что ОС Linux всерьез рассматривается в качестве платформы для запуска современных игровых продуктов. В проекте Humble Bundle часто фигурируют игры с поддержкой Linux; новые проекты Kickstarter собирают необходимые суммы на разработку полноценных версий игр для Linux; Valve не только заявила об официальной поддержке, но и создает игровую консоль на базе ОС Linux. Не стоит забывать о проекте Wine и его интерфейсов управления, таких как PlayOnLinux – множество программ рассчитанных на работу в альтернативных коммерческих ОС зачастую работают не хуже при запуске с помощью Wine, особенно это касается «устаревших» программ. Ну и наконец, нельзя обойти стороной такое явление, как MMO - многопользовательские онлайн игры, в частности World of Tanks и War Thunder, благодаря которым появилась данная статья.

Домашний компьютер – поле боя за машинные ресурсы

По мере взросления дети начинают играть в те же игры, что и родители. Первые тревожные звоночки появляются со словами: "Папа, моя очередь играть в танчики", где вместо “танчиков” может быть любая другая требовательная к 3D игра. Наличие персональных ноутбуков не решает проблемы разделения игровых ресурсов – ведь многие мобильные устройства не обладают должной производительностью. Покупка отдельного игрового компьютера – сомнительное и сравнительно дорогое удовольствие, не говоря уж об увеличении количества проводов в квартире. Решением может быть использование Linux системы в режиме MultiSeat (часто встречается, как “Змей Горыныч” в русскоязычных источниках): система с одним системным блоком и несколькими комплектами устройств ввода-вывода - монитор-видеокарта-клавиатура-мышь. Кроме того такая конфигурация может использоваться и в более классическом режиме для организации одного рабочего места с несколькими мониторами. ⁵Image multiseat В качестве экпериментального стенда использовался далеко не новый компьютер на базе AMD Phenom 8450 с 4 GB оперативной памяти и 2-мя видеокартами на базе NVidia (GTX 650 и GT 440).

Технологии и конфигурации

В отличие от некоторых коммерческих операционных систем, графический сервер Xorg и его производные отлично приспособлены для работы в многоместном режиме. Поэтому главная задача – это запустить несколько экземпляров Xorg и не запутаться при этом, с каким из них необходимо ассоциировать устройства ввода. Как показали эксперименты, для игр на базе Wine удобно использовать PlayOnLinux, который запускается вместо Window Manager сразу после графического входа – это упрощает запуск для неопытных пользователей. Наиболее оптимально для этого завести специальный “игровой” логин в системе. Кроме того в этом случае зачастую можно использовать один и тот же экземпляр игры, но в разных окружениях-контейнерах, что сэкономит десятки гигабайт дискового пространства и увеличит эффективность работы дискового кэша. Еще одна проблема совершенно неожиданного свойства – зачастую программы запускаемые в wine неоптимально используют ресурсы процессора. На самом деле в ряде экспериментов две игры использовали одно ядро из трех доступных, совершенно игнорируя оставшиеся ядра процессора. Такое поведение напомнило, что при совместном использовании одной системы нужно делиться ресурсами, ну а раз самостоятельно программы не уживаются, то можно это сделать насильно, при помощи механизма Control Groups ядра Linux и cpuset в частности.

Xorg и Display Manager

Задача этой пары – правильный запуск графического сервера. В первую очередь необходимо создать конфигурации рабочих мест, для чего используется различные конфигурации “ServerLayout”, для каждого из которых назначается в эксклюзивном режиме одна видеокарта, а в секции “Device” указывается конкретное устройство с помощью “BusID”, а опцией “ProbeAllGpus” отключается автоматический поиск других GPU. Со стороны DM необходимо указать какому рабочему месту соответствует текущий графический сервер, например в KDM для этого в секции [X-:0-Core] (для :0) достаточно добавить имя конфигурации с использованием опции -layout в командной строке вызова графического сервера. Еще однин вариант работы X сервера – мультидисплейный в режиме xinerama, когда к каждому выходу видеокарты подключен монитор, а X сервер формирует общую картинку.

Устройства ввода

По умолчанию все устройства ввода, такие как мышь и клавиатура, назначаются всем графическим серверам одновременно. Поэтому в первую очередь необходимо правильно назначить соответствующую пару. Сделать это можно с помощью механизма фильтрации устройств ввода в секции “InputClass”, опять-таки различными способами:

* добавления тэга в правилах udev для устройства и подключения только к соответствующему графическому серверу;
* добавить устройства не относящиеся к данному серверу в список игнориуемых.

Так как устройства ввода ассоциированы с соответствующим X сервером, а точнее “ServerLayout”, то в режиме xinerama нет возможности организовать отдельное рабочее место для каждого монитора.

Xephyr

Xephyr [⁶5] – это специальный X сервер, работающий в окне уже существующего X сервера. Соответственно, если на одной видеокарте запустить X сервер в режиме xinerama, а затем поверх запустить Xephyr по числу сконфигурированных выходов, то можно получить многопользовательскую систему даже с помощью одной видеокарты. С ограничениями и без 3D поддержки, что на первый взгляд делает его бесполезным для данной статьи.

VirtualGL

Проект VirtualGL [⁷4] выступает в роли своеобразного прокси для потоков команд OpenGL. Работает как по сети, так и в локальном режиме, позволяя программам совместно использовать ресурсы одного GPU. В свою очередь запуск программ в Xephyr с использованием VirtualGL позволяет организовать столько рабочих мест с аппаратной поддержкой 3D, сколько существует аппаратных видеовыходов в компьютере! Так с использованием компьютерной системы, описанной выше, теоретически можно организовать 6 рабочих мест, но на практике проверялись только 4 – в доме просто не оказалось достаточного количества мониторов, клавиатур и мышей для проверки.

Звуковая подсистема

В случае игр зачастую достаточно использования звукового сервера в режиме смешивания и вывода звука через одно устройство. Однако при наличии дополнительных звуковых карт, а современные видеокарты с поддержкой HDMI рассматриваются как пара GPU + звук, с помощью PulseAudio можно назначать отдельным программам вывод на различные звуковые карты [⁸2].

logind

Сервер logind (часть systemd) изначально разрабатывался с учетом потребностей MultiSeat конфигураций [⁹3]. Так в нем присутствует специальная сущность seat, которая объединяет сессию пользователя и программно-аппаратные ресурсы ассоциированные с этой сессией. Для корректной работы с logind, необходима поддержка со стороны графического и оконного менеджеров, которая, к сожалению, на момент подготовки тезисов была еще очень сырая, а местами и просто нерабачая.

Области применения

С учетом комбинирования различных технологий создавать многопользовательские системы можно (и нужно!) под свои задачи – кому-то хочется совместно поиграть, а кому-то достаточно минимальной аппаратной поддержки, но существенна стоимость каждого рабочего места. Наиболее очевидные области применения:

* Семейные игровые и рабочие системы
* Учреждения образования
* Игровые клубы
* Интернет-клубы

Отдельно стоит заметить, что такое использование мощностей видеокарты отлично подходит для работы нескольких пользователей с коммерческими 3D-редакторами и CAD-системами, которые ограничены лицензиями и привязкой к аппаратной конфигурации. Ну а автор наслаждается MMO играя в одной команде вместе с подрастающим поколением, так что теперь вместо фразы: "Папа, моя очередь играть в танчики", теперь можно услышать: "Папа, а давай поиграем в танчики вместе".