Почему почти любой рабочий стол может запускать образ Linux, но большинству SBC нужен собственный вариант?
Это классическая проблема, которая получила некоторый резонанс в 1986 году, когда Дональд Кнут реализовал быстрое решение с попытками хеширования в программе на 8 -страниц -, чтобы проиллюстрировать свою грамотную технику программирования. в то время как Дуг Макилрой, крестный отец каналов Unix, ответил одним -вкладышем, который был не таким быстрым, но выполнил свою работу :
.
tr -cs A-Za-z '\n' | tr A-Z a-z | sort | uniq -c | sort -rn | sed 10q
Конечно, решение Макилроя имеет временную сложность O (N log N ), где N — общее количество слов. Есть гораздо более быстрые решения. Например:
Здесь — реализация C++ с верхней границей временной сложности O ((N + k )log k ), обычно — почти линейной.
Ниже приведена быстрая реализация Python с использованием хеш-словарей и кучи со временной сложностью O (N + k log Q ), где Q — количество уникальных слов:
import collections, re, sys
filename = sys.argv[1]
k = int(sys.argv[2]) if len(sys.argv)>2 else 10
text = open(filename).read()
counts = collections.Counter(re.findall('[a-z]+', text.lower()))
for i, w in counts.most_common(k):
print(i, w)
Здесь — это чрезвычайно быстрое решение на Rust от Anders Kaseorg.
Сравнение времени процессора (в секундах):
bible32 bible256
Rust (prefix tree) 0.632 5.284
C++ (prefix tree + heap) 4.838 38.587
Python (Counter) 9.851 100.487
Sheharyar (AWK + sort) 30.071 251.301
McIlroy (tr + sort + uniq) 60.251 690.906
Примечания:
- bible32 — это Библия, объединенная сама с собой 32 раза (135 МБ ), bible256 — 256 раз соответственно (1,1 ГБ ).
- Нелинейное -замедление скриптов Python вызвано исключительно тем фактом, что они полностью обрабатывают файлы в памяти, поэтому для больших файлов накладные расходы становятся больше.
- Если бы существовал инструмент Unix, который мог бы создавать кучу и выбирать n элементов из вершины кучи, решение AWK могло бы достичь почти -линейной временной сложности, в то время как в настоящее время она составляет O (N + Q log Q ).
Ответ на этот вопрос весьма неоднозначен. Но основная причина заключается в том, что хотя (x86 / x86 _64 )ПК могут показаться очень разнообразными, на самом деле это не так. SBC (, часто основанные на ARM ), гораздо более разнообразны, и даже процессоры ARM могут сильно отличаться друг от друга.
История ПК
Причина отсутствия разнообразия в ПК, возможно, немного основана на мнении, но я рискну предположить, что это как-то связано с Microsoft DOS, а затем с Microsoft Windows. К ним исторически предъявлялись строгие требования. Я полагаю, что в первые дни это было возможно, потому что «IBM-совместимые ПК » были широко распространены. Microsoft написала свое программное обеспечение только для этого и ни для чего другого. Позже Microsoft была настолько доминирующей, что могла просто требовать то, что им нравилось, и поставщики оборудования должны были следовать за ними.
Точно так же Intel имела такое превосходство, что, чтобы конкурировать, другие производители (, например AMD ), должны были убедиться, что их процессоры совместимы с процессорами Intel. Хотя забавным моментом в истории является то, что то, что мы сейчас называем x86 _64, на самом деле было изобретением AMD, также известным как AMD64 .
СБК (РУКА)
Большинство SBC основаны на ARM, и у них другая история. На самом деле ARM вообще не производит процессоры, они просто лицензируют дизайн производителям. Это позволило многим производителям настраивать эти конструкции, и коммерческого давления для их стандартизации не было.
Практические проблемы с разнообразием в ARM SBC
Наборы инструкций
У ПК очень стабильный набор основных инструкций. Да, разные процессоры Intel/AMD имеют некоторые дополнительные наборы инструкций для определенных расширенных функций, но в основном для запуска ОС они не так важны. Они могут повлиять на то, какие приложения вы можете запускать.
Но с ARM SBC были гораздо более существенные различия в наборах инструкций.Например, когда был создан первый Raspberry PI, они использовали ЦП ARM со встроенным аппаратным -float . В то время другие основные дистрибутивы Linux, такие как Debian, не были скомпилированы для поддержки этого. Технически они будут работать, но без них они будут гораздо медленнее.
Теперь важно понять, что основные функции ЦП и наборы инструкций используются не только ядром, но и каждым устанавливаемым программным пакетом. Если вам нужна аппаратная -поддержка float, а дистрибутив ОС не был скомпилирован для этого, вы должны повторно -скомпилировать каждый отдельный пакет в системе.
Конфигурация ядра
Некоторые сложные проблемы возникают из-за других особенностей процессора. Это означает, что многим SBC ARM требуется модификация ядра Linux. Теперь кажется немного выше -вершины -поставлять совершенно новый дистрибутив ради ядра. Но одно верно:
why wouldn't Raspbian work out of the box on an OrangePi
Если вам удалось решить проблемы с запуском (ниже ), вы все равно можете обнаружить, что в нем отсутствуют важные наложения ядра . В результате могут просто отсутствовать функции, или это может быть ядро, которое просто не загружается.
Запуск
Запуск обычно не является причиной для выпуска полностью новой ОС. Но с ним нужно обращаться осторожно.
На ПК большая часть аппаратной инициализации либо стандартизирована, либо обрабатывается BIOS. В BIOS хранится программное обеспечение, поставляемое производителем, и оно запускается перед ОС. Затем он отвечает за поиск и запуск загрузчика.
В ARM SBC нет BIOS. Эквивалентное программное обеспечение поставляется вместе с ОС. Теперь технически ничто не мешает операционным системам с открытым исходным кодом обмениваться этой прошивкой друг с другом (см. лицензию на bootcode.bin Raspberry Ri). Но это означает, что каждая ОС должна иметь копию этой прошивки для каждого отдельного SBC... а существует много разных SBC.
Я полагаю, что другие SBC обходят это, просто отправляя свой собственный ISO существующей операционной системы. Бигльборд делает это .
Это отличный вопрос, на который, к сожалению, мало кто знает ответ, но знание которого, тем не менее, очень важно. Однако нет возможного краткого ответа, поэтому, пожалуйста, потерпите меня.
Редактировать:Эта статья подводит итог:«ARM, наконец, определила платформу, нацелившись на серверную комнату» -Ars Technica
Основы:
Чтобы загрузить операционную систему, каждый компьютер запускается с этими обязательными шагами (обратите внимание на аббревиатуры):
- H аппаратное обеспечение I инициализация S последовательность (загружает очень голые " B asic драйверы " для ФСБ завершить)
- F irst S tage B ootloader (BIOS, UEFI, U -BOOT, «программа», «загрузчик» и т. д.)
- Загрузчик второго этапа (GRUB, LILO, SYSLINUX, BOOTMGR и т. д.)
Обратите внимание, что BDrivers в основном предназначены для инициализации некоторых компонентов материнской платы и шин.
Там, где все по-другому:
- На платформах AMD64/EM64T (Intel )/x64 последовательность аппаратной инициализации является очень стандартизированной процедурой. Это обязывает производителей компьютеров(OEM-производителей)встраивать драйверы BDriver в стандартную системную шину, чтобы ЦП мог быть запущен.
Это означает очень разное аппаратное обеспечение x64, но одинаковую FSB и почему один iso может их всех . Вот почему вы по-прежнему можете обновить свой ПК/ноутбук с Windows XP 2005 до последней версии Windows 10 или Linux от 2021 (и выше ), когда OEM-производители уже прекратили поддержку программного обеспечения примерно в 2009 году.
- Платформы ARM, напротив, абсолютно не требуют такой стандартизации и не принуждают OEM-производителей встраивать BDrivers в FSB или даже встраивать FSB.Это означает, что вы должны встроить BDrivers и свой FSB в свой собственный образ.
Из-за чрезвычайно разнообразного аппаратного обеспечения , но также разнообразной FSB, ни один ISO-образ не может подойти для всех . Это объясняет, почему вы увидите странную бессмысленную последовательность FSB, как на Raspberry 3, где GPU запускает CPU (! ).
Изменить :Обратите внимание, что я НЕ говорю обо всем (ядре, всех системных библиотеках, программном обеспечении для конечного пользователя ), которые должны быть перекомпилированы для работы образа на платформе ARM.
Проблема, фрагментация:
Такие различия на платформах ARM означают, что получение BDrivers зависит только от доброй воли OEM-производителей , поэтому вы можете их загрузить.
К сожалению, мы уже десять лет наблюдаем, как обстоят дела с основными устройствами ARM (, например, с устройствами Android/Apple):Только OEM-производители могут обновить версию вашей ОС, поскольку только у них есть BDrivers .
Без этих BDrivers никто не сможет легко создать собственное ПЗУ или образ. Вот почему создание пользовательских ПЗУ на устройствах Android занимает так много времени и их так сложно сделать из-за обязательного обратного -инжиниринга, и что практически никто не знает, как создать собственный образ iOS или Android для устройств Apple.
UEFI, U -Boot и т. д. даже не спасут вас на ARM:
Очень легко предположить, что все, что вам нужно, это иметь какую-то стандартизированную FSB на платформах ARM, чтобы все работало как на x64:
- Что было оказалось на 100% неверным ... собственными руками Microsoft с их Surface (RT, 2012 )и Surface 2 (2013 ), , где на таких устройствах есть UEFI . Также обратите внимание, что у этих планшетов есть собственный отдельный образ, как у любого устройства ARM .и официально застряли на Windows 8.1 без каких-либо официальных обновлений до Windows 10, так как Microsoft прекратила поддержку несколько лет назад.
Даже по прошествии 8 лет практически невозможно иметь пользовательский/разработанный сообществом образ Windows 10 для этих устройств Surface по тем же причинам, что и для любых устройств ARM.:Это связано с тем, что Microsoft не хочет выпускать вышеупомянутые BDrivers . ].
На сегодняшний день (2021 ), все остальные продукты Microsoft Surface были выпущены на платформах x64 в течение почти десятилетия, это 22 устройства x64 на 4 устройства ARM, это очень о многом говорит...
Исключением из недавнего выпуска является Surface Pro X (октябрь 2019 г. ), который по-прежнему не может загрузить стандартный arm64iso даже спустя 1,5 года, несмотря на наличие UEFI:Linux на Surface Pro X. Проблемы -Гитхаб
Это означает, что наличие UEFI абсолютно не гарантирует загрузки стандартного образа на платформах ARM.
Как и в UEFI на ARM, такая же ситуация и с U -Boot:No BDrivers, no image . Пусть даже надеется на унифицированную ФСБ.
Практически на всех Android-устройствах ситуация еще хуже, поскольку то, что обычно называют «загрузчиком» (или FSB ), заблокировано OEM-производителем. Устройства iOS даже не дадут вам шанса разблокировать его официальными средствами, не говоря уже о неофициальных.
Взгляд ARM и Google на ситуацию:
- Даже ARM признает, что платформы ARM вызывают ужасную фрагментацию. Ситуацию на серверах с SBSA пытались исправить с 2014 года:Серверная базовая системная архитектура -Википедия
Но, к сожалению, мы не видели много новостей о таких платформах SBSA с момента их создания, за исключением нескольких серверов, что указывает на то, что SBSA не может предотвратить фрагментацию.
Хуже того, очень маловероятно, что -какое-либо решение, подобное SBSA, для основных платформ (телефонов, планшетов, ПК и т. д. ), так как запланированное устаревание слишком прибыльно, и это длилось слишком долго, поэтому любые надежды на OEM-производителей, готовых вернуть это обратно, практически равны нулю, особенно на устройствах Android / iOS.
- Google попытался решить проблему фрагментации из-за платформ ARM с помощью
Project TrebleиProject Mainline, поскольку они не могут заставить OEM-производителей иметь стандартизированную последовательность FSB. Цель состоит в том, чтобы предоставлять обновления системы Android независимо от ПЗУ OEM-производителей, которые застряли на определенной версии из-за запланированного устаревания. Однако это даже немного не изменило ситуацию, а разработчикам пользовательских ПЗУ стало еще сложнее.
Фактически, Google, безусловно, может заставить OEM-производителей использовать стандартизированную последовательность FSB, когда они проходят программу сертифицированных устройств Android.
Но помните, что исходный код AOSP является открытым, и OEM-производители могут пойти своим путем, если Google принудит к чему-либо. Это то, что уже произошло с Huawei, телефонами Honor и другими с «HarmonyOS»:«Исход Android :больше производителей телефонов могут обратиться к HarmonyOS от Huawei» -Techradar .
В целом, обе попытки даже не добились значительного прогресса в преодолении фрагментации платформ ARM
ARM на самом деле фрагментирована по своей структуре.
Одна важная вещь, которая приводит к еще большей фрагментации, — это плохая привычка ARM использовать стиль разработки «скользящих -выпусков» для своих «архитектур» :
.Это часто приводит к жестокому и скрытому удалению функций без обходных путей:
- Шпаргалка по версиям архитектуры ARM,Существенные изменения -starfighter.acornarcade.com
- Имеет ли режим ARMv8 AArch32 обратную совместимость с armv4, armv5? или armv6?, stackoverflow
- Какие части кода ARMv4/5/6 не будут работать на ARMv7?, stackoverflow
ТАМ ВНИЗ ИДЕТ РАБОТА
В то время как x64 поддерживает совместимость с самыми первыми 64-разрядными процессорами (AMD Athlon 64 )и новейшими процессорами, ARM может не поддерживать совместимость с 32-разрядными:
- Были различия
armelиarmhfдаже на 32-битном ARM. - Что часто
- Теперь компании могут даже вносить коррективы в наборы инструкций через программу ARM CXC.
Несколько вещей, о которых следует помнить и учитывать:
- От ARMv1 до ARMv7, A32 и AArch32 — это 32-разрядная версия ARM, что означает, что мы можем обоснованно ожидать того же уровня поломки на 64-разрядной версии ARM.
- В x64 очень мало функций исчезает совершенно неожиданно, а это означает, что процессоры 2021 по-прежнему сохраняют полную 32-битную и даже 16-битную совместимость (! ). Если произойдет (удаление редкой )функции (, например, 3DNow! ), в основном будет обходной путь, чтобы обойти это.
- Тогда ARM не может похвастаться даже 10-летней обратной совместимостью и стабильностью, если не считать 25 лет начиная с x64.
- У нас все еще есть прекрасно работающие процессоры x64 2005 года, которые по-прежнему достаточно сильны для просмотра веб-страниц в наши дни.
Такая обратная совместимость действительно предотвращает фрагментацию.
PS:Мой пост действительно тяжёлый. Если кто-то может сделать это лучше понять, я открыт для предложений.