Android coraz bliżej Linuksa: dobrze jest mieć całkowicie otwarty system

Czy Android może być bliższy Linuksa? Tak, wiemy że Androidbazuje na Linuksie, ale zarazem architektura systemu niewiele mawspólnego z tym, co wykorzystywane jest w typowych desktopowychdystrybucjach, a nawet mobilnych systemach (np. Sailfishu czyTizenie). To jednak powoli się zmienia. W 2011 roku Linus Torvaldspowiedział, że kiedyś Android i Linux zejdą się razem,oceniając, że nastąpi to nie wcześniej niż za 5 lat. Efekty tegozbliżenia możemy już obserwować w stosie grafiki.

U podstaw stosu grafiki Androida znajduje się oczywiścielinuksowy kernel. Nad nim działa najczęściej własnościowysterownik producenta GPU – łączący się przez binarny interfejsblob, który właśnie tak bardzo utrudnia aktualizowanieandroidowych systemów. W blobie tym znajdziemy alokator pamięci,mechanizmy obsługi OpenGL czy Vulkana itd.

Nad kernelem i jego sterownikiem znajduje się Hardware ComposerHAL (obecnie HWC2), częściowo osadzony w sterowniku grafiki idziałający w przestrzeni użytkownika. Implementuje on interfejsygrafiki (OpenGL i Vulkan) zestawiając obiekty do wyświetlenia naekranie i wprowadzając opisujące je abstrakcje, pozwala teżwykorzystać sprzętową akcelerację kompozycji, procesu, którysamo GPU robi raczej słabo.

Na samym szczycie znajduje się menedżer wyświetlaniaSurfaceFlinger. Przyjmuje on obiekty graficzne od aplikacji iinterfejsu użytkownika (pasek stanu, pasek nawigacyjny, tło), łączyje w jeden bufor ramki i wprowadza go na ekran. Jego komunikacja zesterownikiem odbywa się właśnie przez HWC2.

Taka architektura sprawia, że wykorzystywane w Androidzielinuksowe jądra są dość przestarzałe. Staraniem Google’a iproducentów przenoszone są łatki i poprawki z nowszych wydańkernela, ale trudno tu mówić o długoterminowym wsparciu, większośćurządzeń zostaje zapomniana po 2-3 latach – a jeśli społecznośćnie dysponuje kodem źródłowym sterowników, to praktycznie nie maszans, by korzystać z nowych wersji kernela i pozostałychkomponentów oprogramowania.

Czy jest szansa, by kiedyś było inaczej, a użytkownicy Androidamogli korzystać z całkowicie wolnego i otwartego systemu, którywspierany będzie przez lata? Pod każdym względem wypada on lepiej,niż własnościowy odpowiednik: regularne aktualizacjebezpieczeństwa, stały dopływ nowości, poprawki błędów, rosnącawydajność, malejące zużycie energii. Oczywiście dla producentówsprzętu nie wygląda to za dobrze, nie jest w ich interesie, byużytkownik korzystał ze smartfonu dłużej niż 2 lata – więcobecny stan rzeczy może zostać zmieniony tylko przez społeczność.

Robert Foss, entuzjasta otwartego oprogramowania i ekspert odprocesorów Freescale i.MX, wystąpił na konferencji Open SourceSummit North America, przedstawiając możliwości uruchomieniaAndroida z całkowicie wolnym stosem grafiki, co w perspektywieotworzyłoby drogę do urządzeń mobilnych ze wsparciem sięgającym10 lat i więcej, urządzeń, które mogą przeżyć swoichproducentów.

Jak wyjaśniał, pozbywając się własnościowego sterownikagrafiki, konieczne jest dostarczenie zarówno otwartego sterownikadla samego GPU, jak i implementacji interfejsu programowania HWC2. Naszczęście ten ostatni już powstał, i to w samym Google – jakoprojekt drm_hwcomposer.Google stworzyło go w bardzo konkretnym celu – chodziło ouruchamianie aplikacji androidowych na ChromeOS-ie, z całkowitympominięciem implementacji dostarczanych przez producentów GPU.Wykorzystuje on bezpośrednio infrastrukturę renderującąlinuksowego kernela (DRM – Direct Rendering Manager), zawiera teżallokator pamięci gbm_gralloc i komponenty niezbędne do działaniabiblioteki grafiki 3D – Mesa.

Sam drm_hwcomposer nie wystarczył jednak, by zapewnić wsparciedla Androida. Dopiero ostatnie innowacje w kernelu na to pozwoliły.Najważniejszą z nich jest frameworksynchronizacji, który pozwala wielu komponentom pracować nawspółdzielonym buforze, dzielić pracę między CPU i GPU. Drugąważną zmianą jest wprowadzenie interfejsu programowania dla trybuatomicznego w DRM, pozwalającego na uzyskanie doskonałych ramek,rysowanych przy możliwie najmniejszym zużyciu energii. Ponownie,jest to implementacja rozwiązaniaopracowanego wcześniej przez Google, by poradzić sobie z mnogościąniekompatybilnych interfejsów grafiki mobilnych procesorówgraficznych.

Oczywiście pozostaje kwestia samych sterowników grafiki. Jeśliszukamy całkowicie otwartych sterowników, sytuacja wyglądaznacznie gorzej. Możemy liczyć na niezbyt wydajny dziś już i.MX6z GPU Vivante gc3000, Snapdragony z serii 400 z GPU Adreno 306(Qualcomm wydał otwarty sterownik do płytki DragonBoard 410c) orazIntel HD Graphics z Atomów Bay Trail (płytka MinnowBoard Turbot).Niebawem dojdzie do tego Huawei Kirin 960 z grafiką Mali G71 (płytkaHiKey 960).

Szczególnie to ostatnie wygląda obiecująco: jeśli Huawei,jeden z największych dziś na świecie producentów smartfonów,dostarczy na androidowy rynek otwarty sterownik grafiki, może towpłynąć na Samsunga czy Qualcomma do zaoferowania czegoś innegoniż tylko binarne bloby. Urządzenia Huawei z procesorami Kirinmogłyby wówczas mieć zapewnione wsparcie na długie lata – i tobez specjalnych starań producenta.