Обзор и сравнительное тестирование ПЭВМ «Эльбрус 401‑PC». Часть вторая — программное обеспечение
Продолжаем обзор нового российского компьютера оригинальной архитектуры «Эльбрус». В этой части речь пойдёт о системном и прикладном программном обеспечении.
Напоминаем, что, ввиду большого объёма, материал разбит на части:
- обзор аппаратного обеспечения:
- процесс приобретения;
- аппаратное обеспечение;
- обзор программного обеспечения:
- обзор средств разработки:
- особенности архитектуры;
- машинный язык;
- средства разработки;
- сравнительное тестирование производительности:
- описание соперничающих компьютеров;
- результаты бенчмарков;
- подведение итогов.
Приятного чтения!
Программа начальной загрузки внешне не похожа на BIOS (UEFI) POST и Setup из мира x86, хотя и решает ту же задачу, и пользовательский интерфейс у неё есть, — в чисто текстовом режиме, с текстовым меню или командной строкой. Но до появления первых сообщений на экране проходит 25 секунд. Чтобы наблюдать процесс инициализации во всех подробностях с самого начала, необходимо подключиться к порту RS‑232 (к какому из двух — можно настроить, равно как и вовсе отключить консольный доступ для ввода или вывода).
Журнал запуска системы в автоматическом режиме (полностью на Pastebin, dmesg)
BOOT started.
BOOT E2S
VERSION: release-2.13.3.0-E2S :::::::
( /tags/release-2.13.3.0-E2S at revision 3816 )
BUILT BY neo
TARGET: mono
ON Nov 2 2015
AT 18:05:37
COMPILER: lcc:1.17.12:Nov-27-2012:e2k-linux.cross:i386-linux
Thread model: posix gcc version 3.4.6 compatible.
FLAGS: -DDEBUG_TEST_BOOTBLOCK ........ -DRELEASE
........
Нажав клавишу «Пробел» при появлении соответствующего приглашения (спустя 45 секунд после подачи питания), можно прервать автоматическую загрузку ядра системы и попасть в меню основных команд, где показываются или меняются базовые параметры загрузчика. Нажав клавишу «Тильда», можно перейти из этого меню в интерфейс командной строки, где доступна тонкая настройка аппаратуры — от установки даты и времени суток до задания режимов работы периферийных контроллеров и системной шины. Хотя в меню есть пункт принудительного сохранения параметров, изменения из командной строки сохраняются автоматически; в крайнем случае, настройки можно сбросить с помощью джампера на материнской плате.
Журнал работы в системном меню (полностью на Pastebin)
BOOT SETUP
Press command letter, or press 'h' to get help
:h
HELP
'p' or 's' - load and Start file
'c' - Change boot parameters
'u' - show cUrrent parameters
'd' - show Disks and partitions
'm' - save params to NVRAM
'b' - start Boot.conf menu
'`', '~' - enter enhanced cmd mode
:`
ENHANCED CMD MODE
Enter command, 'help' to get help, or Esc to exit
# set vga primary 1
[1] core: 0x0, link: 0x0, bus: 0x3, slot: 0x0, func: 0x0,
ven: 0x1002, dev: 0x6779, rev: 0x0, classcode: 0x30000 is selected!
# boot
boot# auto
CPU#00: Label 'auto' found, loading parameters
Trying to load and start image with following parameters:
drive_number: '4'
partition_number: '0'
command_string: 'console=tty0 root=/dev/sda3 ........'
filename: '/boot/image-033.6.57'
initrdfilename: ''
CPU#00: Reading: File - '/boot/image-033.6.57', Drive - 4, Partition - 0
........
Среди прочего, обращает на себя внимание возможность активации и деактивации аппаратно-программного модуля доверенной загрузки «Эшелон‑Э», хотя никакой платы, напоминающей традиционные АПМДЗ, в компьютере не установлено. Внятной информации о таком устройстве найти не удалось, за исключением одной заметки, где утверждалось, что это специализированная версия продукта «МДЗ-Эшелон», который является полностью программной разработкой и использует штатные аппаратные средства компьютера.
Прямо из командной строки, не загружая операционную систему, можно запускать тесты корректности функционирования аппаратуры (Система тестовых и диагностических программ) — то ли те, что хранятся на диске и доступны для запуска из операционной системы, то ли какие‑то другие: разобраться не удалось, так как требуется указать точное имя исполняемого файла, а документация отсутствует.
По той же причине, — из‑за отсутствия надлежащей документации, — не удалось вникнуть в тонкости управления загрузчиком операционной системы, точнее, как загрузить что-нибудь помимо штатной системы. Ведь здесь используется тот же загрузчик (SILO), что и на компьютерах архитектуры SPARC, —, а там не предполагается работа с чужеродным набором инструкций. Сами‑то параметры загрузки интуитивно понятны: надо указать номер раздела и имя файла с ядром системы, а также аргументы запуска ядра, имя файла с архивом вспомогательных программ (initrd, если нужен), тайм-аут ожидания отмены пользователем. Эти параметры считываются из файла /boot/boot.conf в первом разделе диска, заданного из командной строки; в файле может быть определено несколько наборов параметров, — по умолчанию используется тот, что указан в директиве default, либо которому присвоено название »auto». Но что нужно делать, чтобы запускать операционные системы для архитектуры x86 или x86‑64, прозрачная поддержка которых заявлена как одна из ключевых особенностей «Эльбруса»? Отсутствие файла boot.conf на установочном диске Windows или популярного дистрибутива Linux можно компенсировать ручным вводом через меню. А как передать управление новому загрузчику, не являющемуся ядром Linux? Как запустить хотя бы ядро Linux, если оно для x86? Разобраться в этом без документации не получилось: дело неизменно заканчивалось зависанием в момент перехода управления от загрузчика к ядру.
Штатная конфигурация загрузчика (boot.conf)
default=auto
timeout=3
label=auto
partition=0
image=/boot/image-033.6.57
cmdline=console=tty0 console=ttyS0,115200 consoleblank=0
hardreset REBOOT root=/dev/sda3
video=DVI-D-1:1024x768-24@60 video=VGA-1:1024x768-24@60 fbcon=map:10
Что касается штатных ядер операционной системы «Эльбрус», то файл конфигурации загрузчика содержит только один набор параметров, и указывают они на ядро по умолчанию. Помимо него, имеются два ядра — с суффиксами »nn» и »rt»: судя по конфигурации сборки этих ядер, первое означает «no NUMA» (упрощённая версия для однопроцессорных систем; почему бы на персональном компьютере не использовать именно её?), а второе — «real time» (расширения ядра Linux для диспетчеризации задач с ограничением по времени выполнения). Не имея даже поверхностных знаний в этих областях, автор затрудняется дать какие-либо комментарии насчёт преимуществ или недостатков того или иного альтернативного ядра.
Встроенная сетевая карта тоже не проявила признаков аппаратной поддержки синхронизации времени: вывод утилиты ethtool касательно протокола PTP свидетельствовал об отсутствии подобных функций. В любом случае, — что при использовании ядра по умолчанию, что real time, единственным источником времени системы является устройство »lt» («Elbrus timer»?) с дискретностью 1 мкс. Не то чтобы это слишком грубо, но современным компьютерам вполне по силам обеспечить квантование на уровне 25–50 нс, причём независимо от текущей частоты процессора.
По умолчанию, операционная система запускается вместе с графическим окружением: 12 секунд уходит на загрузку ядра в память и ещё около 23 до появления приглашения ко входу в систему, — всего 80 секунд с момента включения. Как уже говорилось, подобрать аргументы ядра для запуска в однопользовательском режиме у нас не получилось: при указании »S» или »1» система всё равно доходила до 5‑го уровня, а попытки понизить уровень после этого с помощью команды init приводили к краху системы.
Поскольку в компьютере имеется два видеоадаптера, виртуальные терминалы распределяются между ними по очереди: первый терминал открывается на дискретной карте, второй — на встроенном контроллере, третий — опять на дискретной, и так далее. Графический рабочий стол, находясь на седьмом терминале, таким образом попадает на дискретную видеокарту, быстродействие которой не вызывает вопросов. Очень хотелось проверить, насколько отзывчивым будет рабочий стол, если вывести его через встроенный контроллер, потому что у отечественных платформ с этим бывает туго: например, простая перерисовка экрана силами Модуля графических адаптеров (собственной разработки МЦСТ) может занимать несколько секунд, — не просто медленно, а почти как построчное появление заставки в играх для ZX Spectrum, загружаемых с магнитофонной кассеты. Увы, ни правка Xorg.conf по образу и подобию, ни подбор аргументов ядра, ни смена первичного видеоадаптера в настройках аппаратуры нужного эффекта не дали.
Тогда как первичный экран на дискретной видеокарте инициализируется в текстовом режиме, тот же экран на встроенном контроллере инициализируется в графическом режиме и показывает 4 эмблемы процессора (как это делают некоторые ядра Linux сразу после своего запуска), но всё равно использует только верхние 25 строк текста.
По умолчанию, ядро запускается с аргументом »hardreset», который инструктирует систему выполнить полный аппаратный сброс при перезапуске компьютера. В мире x86 к этому варианту все привыкли, но альтернативные платформы, где «холодная» инициализация после включения питания занимает несколько минут, могут предлагать быстрый перезапуск операционной системы, — и это действительно работает, в отличие от «лотереи» с kexec у Intel / AMD. Нам не удалось подобрать такой аргумент, который поддерживался бы ядром системы «Эльбрус» и при этом давал нужный результат.
Операционная система «Эльбрус» (ОС Эль, OSL) является штатной для всех компьютеров МЦСТ, хотя на платформе SPARC также может функционировать порт системы МСВС 3.0. Официальная система идентификации программных продуктов восходит к их децимальным номерам: например, «ОС 316‑10» расшифровывается как «операционная система ТВГИ.00316‑10 с ядром ТВГИ.00315‑03, входящая в состав общего программного обеспечения ТВГИ.00311‑05». С одной стороны, это похоже больше на буквенно-цифровые названия, чем на порядковые номера версий. С другой стороны, тот или иной программный продукт обычно тесно связан с конкретным аппаратным продуктом, и не претерпевает существенных изменений за время своей жизни. Тем не менее, в файле /etc/mcst_version можно увидеть бирку «release 2.2.1», а в псевдофайле /proc/bootdata — «release 2.13.3.0». Однако в интерфейсе пользователя не встречается ни одно из этих обозначений.
$ cat /etc/mcst_version release 2.2.1 $ cat /proc/bootdata boot_ver=' release-2.13.3.0-E2S ::::::: ( /tags/release-2.13.3.0-E2S at revision 3816 ) built on Nov 2 2015 at 18:05:58' mb_type='MONOCUB' chipset_type='IOHUB' cpu_type='E2S' cache_lines_damaged=0 $ cat /proc/version Linux version 2.6.33-elbrus.033.6.57 (gavrilova_tg@e2k13) (gcc version 4.4.0 compatible) #1 SMP Sun Oct 11 00:10:58 MSK 2015 $ uname -a Linux MONOCUB-10-19 2.6.33-elbrus.033.6.57 #1 SMP Sun Oct 11 00:10:58 MSK 2015 e2k E2S MONOCUB GNU/Linux
Ядром системы служит Linux 2.6.33, портированное на архитектуру «Эльбрус-2000» (E2K), а в целом система базируется на дистрибутиве Debian с избирательным подходом к выбору пакетов: по большей части наблюдается соответствие выпуску 7.0 «Wheezy» или более новому, однако версии некоторых пакетов скорее ближе к 5.0 «Lenny». Если верить недавнему отчёту (PDF, 172 Кбайт), проводятся также изыскания по прямому портированию оригинального дистрибутива со всем его многообразием пакетов, однако за основу там выбран всё тот же «Дедушка Ленин». А всё потому, что необходимо обеспечивать обратную совместимость с прикладным и системным программным обеспечением, разрабатываемым под ещё более старые версии библиотек и компиляторов. Но почему бы тогда не выпустить несколько версий системы, — на более старой и на более новой пакетной базе, — чтобы потребитель мог сам выбирать? Наверное, потому что нет достаточного спроса со стороны целевой аудитории, да и проблемы сертификации наверняка играют не последнюю роль.
Единожды установленная система не подлежит регулярному обновлению из официального репозитория фирмы МЦСТ и сразу содержит в себе все имеющиеся пакеты. Вот версии некоторых наиболее значимых (за исключением средств разработки, рассматриваемых в следующей части статьи):
- офисные инструменты: abiword 2.8.6, evince 2.32.0, geeqie 1.1, gimp 2.6.12, gnumeric 1.10.0, graphviz 2.32.0, mtpaint 3.40, xsane 0.998;
- средства Интернета: dillo 3.0.3, firefox 3.6.28, links 2.2, linphone 3.5.2, lynx 3.81, thunderbird 3.1.20, sylpheed 2.7.0;
- криптография: gnutls 3.1.22, openssl 0.9.8zc, openvpn 2.2.2;
- мультимедиа: ffmpeg 1.0, mplayer 1.1.1;
- текстовые редакторы: ed 1.7, leafpad 0.8.17, vim 7.3 + gvim 7.3;
- файловые менеджеры: mc 4.7.0.8, thunar 1.4.0;
- командные интерпретаторы: bash 4.2.53, pdksh 5.2.14, tcsh 6.18.01, zsh 5.0.2;
- службы: openssh 6.1p1, httpd 2.4.3, postgresql 9.2.3 + slony1 2.2.0, zeromq 2.1.11;
- менеджеры пакетов: apt 0.9.7.9, aptitude 0.6.8.2, dpkg 1.16.10, pkgtools 13.1.
Всего в менеджере пакетов насчитывается 679 записей, что в десятки раз меньше исходного пула Debian, однако следует учитывать, что не всё реально установленное программное обеспечение оформлено в виде пакетов: например, система в действительности располагает виртуальной машиной и набором разработчика Java, но менеджер пакетов об этом не в курсе.
Единственным окружением графического рабочего стола является Xfce 4.10. Удивительно, но в отечественной операционной системе вновь создаваемые профили пользователей по умолчанию настроены на английский язык интерфейса, а в меню программ нет ярлыков для настройки переключения раскладки клавиатуры, да и индикатора текущей раскладки тоже нигде не видно. Впрочем, опытные пользователи знают, что отечественные операционные системы на базе Linux обычно стараются копировать «лучшие» традиции Windows: работа из под root и переключение раскладки по Alt+Shift.
Рабочий стол Xfce (примерный вид)
Как уже говорилось, запустить хоть какую-нибудь стороннюю операционную систему, скомпилированную для архитектуры x86 или x86‑64, мы не смогли из‑за отсутствия документации. Попытки напрямую из командной строки «Эльбрус» запустить пользовательское приложение, скомпилированное для Linux x86‑64, тоже успехом не увенчались. Слоя эмуляции WinAPI и средств запуска PE-бинарников в системе нет, а чтобы собрать WinE самостоятельно из исходных текстов, необходимо портировать архитектурно-зависимые участки кода. Эмулятора Qemu тоже нет в штатной поставке, но он более-менее успешно собирается (с параметрами ‑‑enable-tcg-interpreter ‑‑disable-werror) и вроде даже работает в вариантах i386-softmmu, x86_64-softmmu, sparc-softmmu, sparc64-softmmu; портирование однако требуется для «прикладных» вариантов *-linux-user. Очевидно, создатели технологии двоичной трансляции «Эльбруса» совсем не это имели в виду, когда говорили об аппаратной эмуляции x86, поэтому смысла тестировать производительность Qemu мы не видели, — и так ясно, что это было бы медленно и печально.
Возвращаясь к теме штатного программного обеспечения, рискнём высказать предположение, что типичный пользователь этой системы вряд ли будет чувствовать себя обделённым, так как ему придётся либо решать задачи в специализированных программах сторонней разработки, либо создавать несложные документы в офисных пакетах, сканировать и печатать, —, а для этого мало кому нужны самые свежие версии. Единственным исключением здесь, пожалуй, является веб-браузер: простейший Dillo и текстовые Lynx / Links ни на что не претендуют, а вот Firefox 3.6 — это хоть и не 1.5 из состава МСВС 3.0, но всё равно безнадёжно стар для современных сайтов. Эту версию не поддерживают, например, карты Яндекса и Гугла (в отличие от OSM и Bing), Google Docs; вы увидите только шапку сайтов Intel, почты Mail.ru и Сбербанка. И, конечно, в отсутствие встроенной поддержки HTML Video и плагина Flash вы не сможете посмотреть видеоролики ни на одном сайте, — будь то зарубежный YouTube с отчётом о запуске Doom 3 на «Эльбрус 401‑PC» или идеологически верный Kremlin.ru с выступлениями верховного главнокомандующего. Видимо, это тоже не считается недостатком, так как типовой сценарий применения подобных компьютеров — доступ к внутренним, специально разработанным сайтам в закрытой сети предприятия или ведомства.
Попытки выхода в Интернет (слово «Namoroka» на скриншотах — это не очередной ребрендинг Firefox для Debian, а всего лишь кодовое имя версии 3.6)
Но ведь обновление программного обеспечения служит не только для расширения функциональности, а ещё и устраняет серьёзные ошибки и уязвимости, — как быть с этим? Видимо, идеологи информационной безопасности считают, что раз внешнего доступа в частную сеть нет, а внутренние пользователи, имеющие физический доступ к своим компьютерам, не станут сознательно предпринимать злонамеренных действий или подключать сомнительные носители данных по неосторожности, то беспокоиться не о чем. В крайнем случае, если какой‑то баг вас очень тревожит, и вы хотите поговорить об этом, у МЦСТ есть своя bugzilla с логином и тикетами, — в том смысле, что без выданного вам логина вы туда не попадёте, а тикеты будете видеть только свои собственные, даже если проблема уже обсуждалась тысячу раз с другими клиентами и решение было давно найдено.
Следующая часть статьи посвящена особенностям архитектуры «Эльбрус-2000» и средствам разработки программного обеспечения для неё.
