CN103984529B - 基于飞腾处理器的x图形系统并行加速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法，实施步骤如下：1)通过X服务器主线程执行输入输出设备初始化，建立输入事件处理子系统线程，分别监听X客户端程序请求和管理显卡、处理显示输出请求、输入设备事件，通过X服务器主线程响应X客户端程序请求，通过X服务器主线程创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，通过显卡管理绘图子系统线程来执行管理显卡及处理显示输出请求；通过输入事件处理子系统线程取出输入设备事件响应输入设备事件。本发明能够利用飞腾处理器多核多线程的优势来提升飞腾处理器的X图形系统性能，具有硬件资源利用率高、用户体验流畅、图形处理性能高的优点。

Description

基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法

技术领域

本发明涉及飞腾处理器的图形系统性能优化技术，具体涉及一种基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法。

背景技术

对于有图形系统的操作系统而言，图形系统通常是最复杂的一个子系统，而且图形系统的性能极大的影响了用户的体验，对操作系统的整体性能有至关重要的影响。飞腾处理器(FT处理器)平台是一个多核处理器平台，该处理器平台的一个显著特征是包含多个处理器核，并且每个处理器器核支持硬件线程，对于这样的处理器平台来说，使用应用程序并行化的方法是获得性能提高的一个重要方法。

目前，飞腾处理器平台使用的操作系统为麒麟操作系统，其图形系统为X图形系统。现有技术的X图形系统是一个单线程的系统，在这个线程里面需要处理全部图形显示相关的任务，至少包括已下三个部分：1)响应X客户端程序的请求；2)处理输入设备(鼠标、键盘、触摸屏等)事件；3)管理显卡及处理显示输出。如图1所示，现有技术X图形系统的X服务器(单线程)上同时运行X客户端程序请求队列(用于响应X客户端程序的请求)、显卡管理绘图子系统(用于管理显卡及处理显示输出)、输入事件处理子系统(用于处理输入设备事件)。由于现有技术的X图形系统是一个单线程的系统，因此X服务器针对所有图形相关的处理都是在一个进程(线程)中进行的，X服务器按照顺序处理X客户端的请求，X输入设备和输出设备以信号的方式打断X服务器处理X客户端请求，X服务器处理完输入设备事件和输出设备事件后继续处理X客户端的请求。但是，对于一个交互式的图形系统而言，输入设备事件的处理和图形更新绘制是非常频繁的，当系统中有大量图形应用程序(即X客户端程序)和比较多的交互过程的时候，X服务器需要同时处理大量的X客户端的请求、输入设备的请求以及通知显卡重新绘制图形。而传统上X服务器是一个单线程程序，在这个线程里面要处理X客户端的请求、输入设备事件和管理显卡绘图操作，当X客户端请求或者用户交互操作比较多的时候，就会出现X服务器来不及处理所有应用程序而导致部分图形应用程序不能够获取到足够的CPU时间，这种情况将导致X服务器阻塞，而出现部分X程序的请求得不到及时处理的现象，在用户体验上表现出来“卡”的现象。

综上所述，针对飞腾处理器的优势和X图形系统存在的上述问题，如何实现X图形系统的加速优化，已经成为飞腾处理器平台整体性能优化的一个关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够利用飞腾处理器多核多线程的优势来提升飞腾处理器的X图形系统性能、硬件资源利用率高、用户体验流畅、图形处理性能高的基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法，其实施步骤如下：

1)通过X服务器主线程执行输入设备初始化和输出设备初始化，建立用于处理输入设备事件的输入事件处理子系统线程，所述X服务器主线程、输入事件处理子系统线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上；通过X服务器主线程监听X客户端程序请求和管理显卡及处理显示输出请求，如果收到X客户端程序请求则跳转执行步骤2)，如果收到管理显卡及处理显示输出请求，则跳转执行步骤3)；同时，通过输入事件处理子系统线程异步监听输入设备事件，如果监听到输入设备事件，则跳转执行步骤4)；

2)X服务器主线程响应X客户端程序请求，退出；

3)X服务器主线程创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，所述显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上，通过显卡管理绘图子系统线程来执行管理显卡及处理显示输出请求，退出；

4)输入事件处理子系统线程取出输入设备事件，响应输入设备事件，退出；

所述步骤1)中通过X服务器主线程执行输入设备初始化和输出设备初始化的详细步骤如下：定义用于表示X图形系统中的输入设备的输入设备结构体，所述输入设备结构体的字段信息包括链表节点指针、回调函数、本输入设备的私有参数、本输入设备的文件节点描述符，其中链表节点指针用于指向X图形系统中的下一个输入设备，回调函数用于处理本输入设备的相关操作；定义用于表示X图形系统中的输出设备的输出设备结构体，所述输出设备结构体的字段信息包括链表节点指针、回调函数、本输出设备的私有参数、本输出设备的文件节点描述符，其中链表节点指针用于指向X图形系统中的下一个输出设备，回调函数用于处理本输出设备的相关操作；分别通过X服务器主线程注册输入设备和输出设备，同时每注册一个输入设备则针对该输入设备根据所述输入设备结构体初始化生成一个输入设备链表结点，每注册一个输出设备则针对该输出设备根据所述输出设备结构体初始化生成一个输出设备链表结点，最终得到由多个输入设备链表结点组成的输入设备链表、由多个输出设备链表结点组成的输出设备链表。

进一步地，所述步骤3)的详细步骤如下：

3.1)X服务器主线程根据管理显卡及处理显示输出请求中指定的输出设备查询所述输出设备链表，得到指定的输出设备的输出设备结构体信息；

3.2)X服务器主线程根据所述输出设备结构体信息创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，所述显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上，通过显卡管理绘图子系统线程以指定的输出设备作为目标执行管理显卡及处理显示输出请求，在执行完毕后结束显卡管理绘图子系统线程，退出。

进一步地，所述步骤3.2)中处理显示输出请求具体实施步骤如下：

3.2.1)获取到输出设备的锁；

3.2.2)调用显卡驱动API操作显卡进行绘图；

3.2.3)绘图完成后释放输出设备的锁；

3.2.4)通过信号的方式通知X服务器主线程。

进一步地，所述步骤4)的详细步骤如下：

4.1)清空预先建立的设备列表位图，所述设备列表位图用于存储所有准备好发送数据的输入设备结构体信息；

4.2)通过遍历所述输入设备链表查询是否有准备好发送数据的输入设备，如果有准备好发送数据的输入设备，则将该输入设备对应的输入设备结构体添加至设备列表位图；

4.3)遍历所述设备列表位图，读取所述设备列表位图中每一个当前输入设备所准备好的发送数据，然后调用当前输入设备的输入设备结构体信息中的回调函数对当前输入设备所准备好的发送数据进行处理，退出。

本发明基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法具有下述优点：

1、本发明能够充分利用飞腾处理器平台多核多线程的特性，使得空闲的处理器核能够被充分使用，具有硬件资源利用率高的优点。

2.本发明由于采用的多线程技术对既有的单线程的X服务器进行改造，从X主线程中分离出两个独立的线程(显卡管理绘图子系统线程和输入事件处理子系统线程)，这两个独立的线程用于处理输入设备(键盘鼠标)和输出设备(显卡)的相关事务，线程之间互不干扰，每个线程可能运行在独立的处理器核上，主线程处理的负担得到了一定程度的降低，因而能够减少图形处理的延迟，使得X图形系统的性能得到了提升，具有用户体验流畅、图形处理性能高的优点。

附图说明

图1为现有技术的X服务器(单线程)的工作原理示意图。

图2为本发明实施例的工作流程示意图。

图3为本发明实施例的X服务器(多线程)的工作原理示意图。

具体实施方式

如图2所示，本实施例基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法的实施步骤如下：

1)通过X服务器主线程执行输入设备初始化和输出设备初始化，建立用于处理输入设备事件的输入事件处理子系统线程，X服务器主线程、输入事件处理子系统线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上；通过X服务器主线程监听X客户端程序请求和管理显卡及处理显示输出请求，如果收到X客户端程序请求则跳转执行步骤2)，如果收到管理显卡及处理显示输出请求，则跳转执行步骤3)；同时，通过输入事件处理子系统线程异步监听输入设备事件，如果监听到输入设备事件，则跳转执行步骤4)；

2)X服务器主线程响应X客户端程序请求，退出；

3)X服务器主线程创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上，通过显卡管理绘图子系统线程来执行管理显卡及处理显示输出请求，退出；

4)输入事件处理子系统线程取出输入设备事件，响应输入设备事件，退出。

如图3所示，本实施例中对于X服务器主体不发生变化，其改变点为在X服务器的主线程的基础上单独出来的两个线程分别用于处理输入设备事件(输入事件处理子系统线程)和显卡管理及输出设备事件(显卡管理绘图子系统线程)，对X客户端的处理同样也不发生任何变化，因此具有兼容性好的优点；同时，由于飞腾处理器多核多线程的特点，针对显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程、输入事件处理子系统线程在运行时，会自动分配给飞腾处理器的不同处理器核，参见图3，本实施例中X服务器主线程运行于处理器核0上，显卡管理绘图子系统线程运行于处理器核1上，输入事件处理子系统线程运行于处理器核3上，从而能够充分利用飞腾处理器多核多线程的特性，输入事件的处理和显卡绘图操作的负担从X服务器分离出来，X服务器主线程可以专心处理X客户端的请求，并且这两个过程可以和X客户端请求的处理真正并行运行，这样X客户端因为等待X响应而被阻塞的机会以及被阻塞的时间将大大减少，从而提高飞腾处理器的X图形系统处理性能。

本实施例中，步骤1)中通过X服务器主线程执行输入设备初始化和输出设备初始化(InitInput函数)的详细步骤如下：定义用于表示X图形系统中的输入设备的输入设备结构体，输入设备结构体的字段信息包括链表节点指针、回调函数、本输入设备的私有参数、本输入设备的文件节点描述符，其中链表节点指针用于指向X图形系统中的下一个输入设备，回调函数用于处理本输入设备的相关操作；定义用于表示X图形系统中的输出设备的输出设备结构体，输出设备结构体的字段信息包括链表节点指针、回调函数、本输出设备的私有参数、本输出设备的文件节点描述符，其中链表节点指针用于指向X图形系统中的下一个输出设备，回调函数用于处理本输出设备的相关操作；分别通过X服务器主线程注册输入设备和输出设备，同时每注册一个输入设备则针对该输入设备根据输入设备结构体初始化生成一个输入设备链表结点，每注册一个输出设备则针对该输出设备根据输出设备结构体初始化生成一个输出设备链表结点，最终得到由多个输入设备链表结点组成的输入设备链表、由多个输出设备链表结点组成的输出设备链表。

本实施例中，输入设备结构体(threaded_input_device)的定义(C语言)如下：

上述表达式中，threaded_input_device表示链表节点指针、read_input_proc表示回调函数、read_input_args表示本输入设备的私有参数、fd表示本输入设备的文件节点描述符。本实施例中X图形系统接管的每个输入设备都使用threaded_input_device结构体描述。

本实施例中，输出设备结构体threaded_output_device的定义(C语言)如下：

上述表达式中，threaded_output_device表示链表节点指针、write_output_proc表示回调函数、write_output_args表示本输出设备的私有参数、fd表示本输出设备的文件节点描述符。本实施例中X图形系统接管的每个输入设备都使用threaded_input_device结构体描述。

现有技术的X服务器主线程(main函数)的InitInput函数(初始化输入设备函数)里面使用xf86AddEnabledDevice函数或者xf86InstallSIGIOHandler函数注册输入设备。本实施例为了实现输入设备链表的初始化，使用自定义的注册输入设备函数，本实施例中自定义的注册输入设备函数的实现形式如下：

threaded_input_register_device(pInfo->fd,xf86ThreadReadInput,pInfo)

上式中，fd表示输入设备的文件节点描述符，xf86ThreadReadInput表示回调函数，pInfo表示输入设备的私有参数。

本实施例中，threaded_input_register_device函数的具体定义(C语言)如下：

参见上述threaded_input_register_device函数的定义可知，threaded_input_register_device函数的定义没户注册一个输入设备时，针对该输入设备根据输入设备结构体初始化生成一个输入设备链表结点new，且对输入设备链表结点new分别进行链表节点指针赋值(new->next＝threaded_input->devs)、回调函数赋值(new->read_input_proc＝read_input_proc)、本输入设备的私有参数赋值(new->read_input_args＝read_input_args)、本输入设备的文件节点描述符赋值(new->fd＝fd)，最终得到由多个链表结点组成的输入设备链表。

现有技术的X服务器主线程(main函数)的InitOutput函数(初始化输出设备函数)里面使用xf86AddEnabledDevice函数注册输出设备。本实施例为了实现输出设备链表的初始化，使用自定义的注册输出设备函数，本实施例中自定义的注册输出设备函数的实现形式如下：

threaded_output_register_device(pInfo->fd,xf86ThreadWriteOutput,pInfo)

上式中，fd表示输出设备的文件节点描述符，xf86ThreadReadInput表示回调函数，pInfo表示输出设备的私有参数。注册输出设备的函数threaded_output_register_device和注册输入设备的函数threaded_input_register_device相似，同样也会针对每一个输出设备建立一个输出设备链表结点，最终得到由多个输出设备链表结点组成的输出设备链表，在此不再赘述。

本实施例中，步骤3)的详细步骤如下：

3.1)X服务器主线程根据管理显卡及处理显示输出请求中指定的输出设备查询输出设备链表，得到指定的输出设备的输出设备结构体信息；

3.2)X服务器主线程根据输出设备结构体信息执行pthread_create函数创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，该线程的回调函数为threaded_output_do_work，显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上，通过显卡管理绘图子系统线程以指定的输出设备作为目标执行管理显卡及处理显示输出请求，在执行完毕后结束显卡管理绘图子系统线程，退出。

本实施例中X服务器主线程在执行函数threaded_output_init完成输出设备初始化后，X服务器主线程会等待X服务器的信号。当有X服务器的信号传来时则执行步骤3.1)～3.2)，该函数在步骤3.2)中执行pthread_create函数创建输出设备事件线程，该线程的回调函数为threaded_output_do_work，和输入设备线程相反，该函数不是读取输入设备节点然后通知X服务器，而是得到X服务器主线程的要求后写输出设备节点实现执行管理显卡及处理显示输出请求。

本实施例中，步骤3.2)中处理显示输出请求具体实施步骤如下：

3.2.1)获取到输出设备的锁；

3.2.2)调用显卡驱动API操作显卡进行绘图；

3.2.3)绘图完成后释放输出设备的锁；

3.2.4)通过信号的方式通知X服务器主线程。

本实施例中，显卡驱动API具体是指libdrmAPI，此外根据不同显卡的驱动，其API的名称可能会有所不同，在此不再赘述。

本实施例中，步骤4)的详细步骤如下：

4.1)清空预先建立的设备列表位图ready_fds，设备列表位图ready_fds用于存储所有准备好发送数据的输入设备结构体信息；

4.2)通过遍历输入设备链表查询是否有准备好发送数据的输入设备，如果有准备好发送数据的输入设备，则将该输入设备对应的输入设备结构体添加至设备列表位图；

4.3)遍历设备列表位图，读取设备列表位图中每一个当前输入设备所准备好的发送数据，然后调用当前输入设备的输入设备结构体信息中的回调函数对当前输入设备所准备好的发送数据进行处理，退出。

本实施例中X服务器主线程在执行函数InitInput完成输入设备初始化后，立刻执行函数自定义函数threaded_input_init，通过自定义函数threaded_input_init来创建输入事件处理子系统线程，输入事件处理子系统线程执行的回调函数为threaded_input_do_work，该函数式采用异步通知的工作方式，执行步骤4.1)～4.3)，在主循环中监听所有输入设备的事件，当监听到输入设备事件的时候，取出该事件并调用响应设备的回调函数进行处理。

需要说明的是，由于应用本实施例的X图形系统为基于X服务器主线程、显卡管理绘图子系统线程、输入事件处理子系统线程的多线程X图形系统，针对X服务器主线程、显卡管理绘图子系统线程、输入事件处理子系统线程之间的同步和线程间通信，可以根据需要采用共享资源和互斥锁的方式对线程进行同步。对于普通处理器而言，将单一的线程改成多线程时，由于线程间通信造成的延迟会加大图形系统的响应延迟，但是结果表明由于飞腾处理器平台多核多线程的特性，飞腾处理器平台有大量的处理器核可以使用，因此这方面的问题对X图形系统的性能造成的影响不大，但是由于X服务器主线程的负担被大大减轻，虽然可能会有线程响应不及时的问题，但是观察到的总体效果是X图形系统的图形响应速度得到了明显的提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法，其特征在于实施步骤如下：

1）通过X服务器主线程执行输入设备初始化和输出设备初始化，建立用于处理输入设备事件的输入事件处理子系统线程，所述X服务器主线程、输入事件处理子系统线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上；通过X服务器主线程监听X客户端程序请求和管理显卡及处理显示输出请求，如果收到X客户端程序请求则跳转执行步骤2），如果收到管理显卡及处理显示输出请求，则跳转执行步骤3）；同时，通过输入事件处理子系统线程异步监听输入设备事件，如果监听到输入设备事件，则跳转执行步骤4）；

2）X服务器主线程响应X客户端程序请求，退出；

3）X服务器主线程创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，所述显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上，通过显卡管理绘图子系统线程来执行管理显卡及处理显示输出请求，退出；

4）输入事件处理子系统线程取出输入设备事件，响应输入设备事件，退出；

步骤1）中通过X服务器主线程执行输入设备初始化和输出设备初始化的详细步骤如下：定义用于表示X图形系统中的输入设备的输入设备结构体，所述输入设备结构体的字段信息包括链表节点指针、回调函数、本输入设备的私有参数、本输入设备的文件节点描述符，其中链表节点指针用于指向X图形系统中的下一个输入设备，回调函数用于处理本输入设备的相关操作；定义用于表示X图形系统中的输出设备的输出设备结构体，所述输出设备结构体的字段信息包括链表节点指针、回调函数、本输出设备的私有参数、本输出设备的文件节点描述符，其中链表节点指针用于指向X图形系统中的下一个输出设备，回调函数用于处理本输出设备的相关操作；分别通过X服务器主线程注册输入设备和输出设备，同时每注册一个输入设备则针对该输入设备根据所述输入设备结构体初始化生成一个输入设备链表结点，每注册一个输出设备则针对该输出设备根据所述输出设备结构体初始化生成一个输出设备链表结点，最终得到由多个输入设备链表结点组成的输入设备链表、由多个输出设备链表结点组成的输出设备链表。

2.根据权利要求1所述的基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法，其特征在于，所述步骤3）的详细步骤如下：

3.1）X服务器主线程根据管理显卡及处理显示输出请求中指定的输出设备查询所述输出设备链表，得到指定的输出设备的输出设备结构体信息；

3.2）X服务器主线程根据所述输出设备结构体信息创建用于处理管理显卡及处理显示输出的显卡管理绘图子系统线程，所述显卡管理绘图子系统线程、X服务器主线程分别运行在飞腾处理器的不同处理器核上，通过显卡管理绘图子系统线程以指定的输出设备作为目标执行管理显卡及处理显示输出请求，在执行完毕后结束显卡管理绘图子系统线程，退出。

3.根据权利要求2所述的基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法，其特征在于，步骤3.2）中处理显示输出请求具体实施步骤如下：

3.2.1）获取到输出设备的锁；

3.2.2）调用显卡驱动API操作显卡进行绘图；

3.2.3）绘图完成后释放输出设备的锁；

3.2.4）通过信号的方式通知X服务器主线程。

4.根据权利要求3所述的基于飞腾处理器的X图形系统并行加速方法，其特征在于，所述步骤4）的详细步骤如下：

4.1）清空预先建立的设备列表位图，所述设备列表位图用于存储所有准备好发送数据的输入设备结构体信息；

4.2）通过遍历所述输入设备链表查询是否有准备好发送数据的输入设备，如果有准备好发送数据的输入设备，则将该输入设备对应的输入设备结构体添加至设备列表位图；

4.3）遍历所述设备列表位图，读取所述设备列表位图中每一个当前输入设备所准备好的发送数据，然后调用当前输入设备的输入设备结构体信息中的回调函数对当前输入设备所准备好的发送数据进行处理，退出。