Современные графические API-интерфейсы. Графические API. API операционных систем
, функций , структур и констант , предоставляемых приложением (библиотекой, сервисом) или операционной системой для использования во внешних программных продуктах. Используется программистами при написании всевозможных приложений.
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
API определяет функциональность, которую предоставляет программа (модуль , библиотека), при этом API позволяет абстрагироваться от того, как именно эта функциональность реализована.
Если программу (модуль, библиотеку) рассматривать как чёрный ящик , то API - это множество «ручек», которые доступны пользователю данного ящика и которые он может вертеть и дёргать.
Программные компоненты взаимодействуют друг с другом посредством API. При этом обычно компоненты образуют иерархию - высокоуровневые компоненты используют API низкоуровневых компонентов, а те, в свою очередь, используют API ещё более низкоуровневых компонентов.
По такому принципу построены протоколы передачи данных по Интернет . Стандартный стек протоколов (сетевая модель OSI) содержит 7 уровней (от физического уровня передачи бит до уровня протоколов приложений, подобных протоколам HTTP и IMAP). Каждый уровень пользуется функциональностью предыдущего («нижележащего») уровня передачи данных и, в свою очередь, предоставляет нужную функциональность следующему («вышележащему») уровню.
Важно заметить, что понятие протокола близко по смыслу к понятию API. И то, и другое является абстракцией функциональности, только в первом случае речь идёт о передаче данных, а во втором - о взаимодействии приложений.
API библиотеки функций и классов включает в себя описание сигнатур и семантики функций .
Сигнатура функции
Иногда различают сигнатуру вызова и сигнатуру реализации функции. Сигнатура вызова обычно составляется по синтаксической конструкции вызова функции с учётом сигнатуры области видимости данной функции, имени функции, последовательности фактических типов аргументов в вызове и типе результата. В сигнатуре реализации обычно участвуют некоторые элементы из синтаксической конструкции объявления функции: спецификатор области видимости функции, её имя и последовательность формальных типов аргументов.
Например, в языке программирования C++ простая функция однозначно опознаётся компилятором по её имени и последовательности типов её аргументов, что составляет сигнатуру функции в этом языке. Если функция является методом некоторого класса, то в сигнатуре будет участвовать и имя класса.
В индустрии программного обеспечения общие стандартные API для стандартной функциональности имеют важную роль, так как они гарантируют, что все программы, использующие общий API, будут работать одинаково хорошо или, по крайней мере, типичным привычным образом. В случае API графических интерфейсов это означает, что программы будут иметь похожий пользовательский интерфейс, что облегчает процесс освоения новых программных продуктов.
С другой стороны, отличия в API различных операционных систем существенно затрудняют перенос приложений между платформами. Существуют различные методы обхода этой сложности - написание «промежуточных» API (API графических интерфейсов wxWidgets , , GTK и т. п.), написание библиотек, которые отображают системные вызовы одной ОС в системные вызовы другой ОС (такие среды исполнения, как Wine , cygwin и т. п.), введение стандартов кодирования в языках программирования (например, стандартная библиотека языка C), написание интерпретируемых языков, реализуемых на разных платформах ( , python , perl , php , tcl , Java и т. д.).
Также необходимо отметить, что в распоряжении программиста часто находится несколько различных API, позволяющих добиться одного и того же результата. При этом каждый API обычно реализован с использованием API программных компонент более низкого уровня абстракции.
Например: для того, чтобы увидеть в браузере строчку «Hello, world! », достаточно лишь создать HTML -документ с минимальным заголовком и простейшим телом, содержащим данную строку. Когда браузер откроет этот документ , программа-браузер передаст имя файла (или уже открытый дескриптор файла) библиотеке, обрабатывающей HTML-документы, та, в свою очередь, при помощи API операционной системы прочитает этот файл и разберётся в его устройстве, затем последовательно вызовет через API библиотеки стандартных графических примитивов операции типа «очистить окошко», «написать „Hello, world!“ выбранным шрифтом». Во время выполнения этих операций библиотека графических примитивов обратится к библиотеке оконного интерфейса с соответствующими запросами, уже эта библиотека обратится к API операционной системы, чтобы записать данные в буфер видеокарты .
При этом практически на каждом из уровней реально существует несколько возможных альтернативных API. Например: мы могли бы писать исходный документ не на HTML, а на LaTeX , для отображения могли бы использовать любой браузер. Различные браузеры, вообще говоря, используют различные HTML-библиотеки, и, кроме того, всё это может быть собрано с использованием различных библиотек примитивов и на различных операционных системах.
Основными сложностями существующих многоуровневых систем API, таким образом, являются:
- Сложность портирования программного кода с одной системы API на другую (например, при смене ОС);
- Потеря функциональности при переходе с более низкого уровня на более высокий. Грубо говоря, каждый «слой» API создаётся для облегчения выполнения некоторого стандартного набора операций. Но при этом реально затрудняется, либо становится принципиально невозможным выполнение некоторых других операций, которые предоставляет более низкий уровень API.
Наиболее известные API
Операционных систем
Представлен новый интерфейс программирования графических приложений Vulkan. У владельцев графических процессоров GeForce уже сегодня есть все необходимое, чтобы ощутить преимущества API Vulkan. Новый инструмент обеспечит разработчикам лучший контроль над выполнением графических команд и более высокую производительность для более широкого круга устройств.
Поддержка Vulkan компанией NVIDIA непосредственно с момента его выпуска, не только на разных платформах, но и в современных играх, таких как The Talos Principle, привлекла внимание самых именитых экспертов индустрии.
“Возможность сыграть в The Talos Principle в день выпуска API – это невероятное достижение, - говорит Джон Педди (Jon Peddie), президент Jon Peddie Research. - Мультиплатформенная совместимость и полноценная поддержка драйверов для разных операционных систем, которую обеспечила NVIDIA, подтверждает ведущую роль компании в разработке API Vulkan”.
Что такое Vulkan?
Vulkan – это низкоуровневый API, который предоставляет разработчикам прямой доступ к GPU для полного контроля над его работой. Отличаясь более простыми и легкими драйверами, Vulkan демонстрирует меньшие задержки и меньшие накладные расходы при обработке графических команд (overhead) по сравнению с традиционными API OpenGL и Direct3D. Vulkan также отличается эффективной поддержкой многопоточности и позволяет многоядерным центральным процессорам более эффективно загружать графический конвейер, поднимая производительность существующего оборудования на новый уровень.
Vulkan – это первый низкоуровневый API нового поколения, который является кроссплатформенным. Разработчики могут создавать приложения для ПК, мобильных и встроенных устройств, работающих под различными операционными системами. Как и OpenGL, Vulkan – это открытый бесплатный стандарт, доступный для любой платформы. Однако NVIDIA продолжит работу над OpenGL и OpenGL ES, чтобы поддержать тех разработчиков, которые предпочитают использовать традиционные API.
Кто стоит за Vulkan?
Vulkan был создан организацией Khronos Group, которая объединяет широкий круг различных компаний из индустрии программного и аппаратного обеспечения, включая NVIDIA, с целью создания открытого, не требующего выплаты лицензионных отчислений API, предназначенного для создания и воспроизведения различного контента на широком спектре платформ и устройств. Мы гордимся тем, что сыграли ключевую роль в создании API Vulkan. И намерены активно помогать разработчикам приложений в работе с Vulkan, чтобы они могли получить максимум от графических процессоров NVIDIA.
Преимущества Vulkan для пользователей
Vulkan – это отличное решение для разработчиков. Новый API снижает затраты на портирование игр и открывает новые рыночные возможности для приложений на разных платформах. Важно, что драйверы NVIDIA для Windows, Linux и Android, позволяющие получить максимум возможностей от Vulkan, уже доступны. Подробнее смотрите на странице драйверов Vulkan.
Преимущества для геймеров–владельцев графических процессоров GeForce:
· Низкие задержки и высокая эффективность Vulkan позволяет разработчикам добавлять больше деталей и спецэффектов в игры, сохраняя их отличную производительность. Так как драйвер Vulkan легче и отличается меньшими накладными расходами на CPU, разработчики получат меньше сюрпризов в плане цены производительности, что в свою очередь обеспечивает более плавную и динамичную работу приложений.
· NVIDIA предоставляет драйверы для Vulkan для всех видеокарт GeForce на базе архитектур Kepler и Maxwell, работающих под ОС Windows (Windows 7 и выше) и Linux.
· Владельцы GeForce смогут первыми сыграть в Vulkan-версию игры The Talos Principle – головоломку от Croteam, которая стала доступна вчера. "Мы и раньше успешно работали с командой NVIDIA в плане драйверной поддержки, но я был впечатлен их работой над Vulkan, - говорит старший программист Croteam Дин Секулик (Dean Sekuliuc). – NVIDIA оперативно предоставила нам новейшие бета-драйверы, чтобы мы могли быстро внедрить новый API в Serious Engine и сделать The Talos Principle одной из первых игр с поддержкой Vulkan. Отличная работа!"
Преимущества для разработчиков профессиональных приложений для Quadro:
· в наших драйверах Vulkan и OpenGL применяется бинарная архитектура, которая позволяет применять шейдеры GLSL в Vulkan. Разработчики могут или остаться на OpenGL, или перейти с OpenGL на Vulkan, чтобы воспользоваться преимуществами Vulkan. Например, благодаря многопоточной архитектуре Vulkan ядра CPU могут подготовить данные для GPU быстрее, чем раньше. Для приложений проектирования и создания цифрового контента это означает более высокую степень интерактивности при работе с большими моделями.Программная оптимизация
Аппаратное или программное ускорение
Однопроходная или мультипроходная визуализация
В различных видеоадаптерах применяются разные технологии визуализации. В настоящее время практически во всех видеоадаптерах фильтрация и основная визуализация выполняются за один проход, что позволяет увеличить частоту кадров. Видеоадаптеры с функцией однопроходной визуализации и фильтрации обычно являются более быстродействующими при работе с трехмерными программами и позволяют избежать искажений, вызванных ошибками в множественных вычислениях значений с плавающей запятой во время визуализации.
При аппаратно выполняемой визуализации достигается гораздо лучшее качество изображений и скорость анимации, чем при программной. Используя специальные драйверы, новые видеоадаптеры выполняют все нужные вычисления с неслыханной ранее скоростью. Для работы с приложениями трехмерной графики, а также для современных игр это технологическое решение просто неоценимо.
Следует подчеркнуть, что наличие у видеоадаптера расширенных функций трехмерной визуализации совершенно бесполезно до тех пор, пока разработчики игр и программных приложений не оптимизируют свои продукты для использования всех преимуществ таких функций.
Для увеличения быстродействия необходимо настроить параметры оптимизации OpenGL, Direct 3D, RAMDAC , тактовые частоты и другие параметры.
Благодаря API (Application Programming Interface) разработчикам аппаратного и программного обеспечения предоставляются средства создания драйверов и программ, работающих быстрее на большом количестве платформ.
Программные драйверы разрабатываются для взаимодействия непосредственно с API, а не с операционной системой и программным обеспечением.
В настоящее время существует два графических API - OpenGL (компания SGI) и Direct 3D (Microsoft) .
Контрольные вопросы.
1. Какие основные типы видеосистем применяются в ЭВМ?
2. Дайте определение видеоадаптер, какие виды видеоадаптеров существуют?
3. Какие типы масок существуют?
4. Для чего необходимо размагничивание в мониторах на ЭЛТ?
5. Какое излучение действует на здоровье в мониторах на ЭЛТ?
6. Какие ядовитые вещества используются в мониторах на ЭЛТ?
7. Какие основные технические характеристики применяются для ЖК мониторов?
8. Перечислите технологии ЖК мониторов?
9. Какая конструкция плазменных панелей?
10. Какие преимущества OLED мониторов в сравнении c LCD -дисплеями?
11. Из каких частей состоит видеокарта?
12. Какие виды видеопамяти применяются в видеокартах?
13. Для чего нужен 3D ускоритель?
14. Какие технологии трехмерной графики существуют?
На минувшей неделе был представлен API Vulkan, о широкой поддержке которого заявили AMD и NVIDIA. Новый графический интерфейс разрабатывал Khronos Group, консорциум, основанный в 2000 году. Khronos Group отвечает за разработку и поддержку открытых стандартов в сфере мультимедийных приложений на разных платформах и устройствах. Консорциум поддерживают AMD и NVIDIA, а также многие другие компании.
На минувшей неделе была ратифицирована финальная версия 1.0 API Vulkan. AMD и NVIDIA представили соответствующие бета-драйверы. AMD заранее выпустила бета-версию Radeon Software еще 14 февраля. NVIDIA представила драйвер GeForce 356.39, который тоже ориентирован на поддержку API Vulkan.
Подход API Vulkan очень похож на API Mantle. Суть заключается в том, чтобы разработчики получили более глубокий доступ к «железу», чтобы выжать из него максимум. Такой подход позволяет максимально избежать существующих «узких мест». С другой стороны, разработчики должны точно знать, что они делают – например, при работе с памятью. Интерфейс OpenGL не так популярен, как DirectX, но позволяет выжать больше.
Интерфейс API Vulkan в версии 1.0 поддерживается под Windows 7, Windows 8.1, Windows 10, Android и Linux. Разработчики игр пока что не объявили о поддержки в конкретных играх, но здесь стоит дождаться Games Developer Conference, которая будет проводиться с 14 по 18 марта в Сан-Франциско. Из игровых движков пока есть информация о Source 2, который уже поддерживает API Vulkan. Процесс отладки облегчается поддержкой Valve, LunarG и Codeplay.
The Talos Principle
Хорошо, но какая игра или движок поддерживают API Vulkan? Игра The Talos Principle разрабатывалась компанией Croteam, которая и в прошлом была известна поддержкой многих графических API. И в последней итерации игра The Talos Principle не стала исключением – она поддерживает DirectX 9, DirectX 11, OpenGL и теперь Vulkan. Для студии разработчиков Vulkan является пробным шаром, хотя API Vulkan доступен в версии 1.0, поддержка пока находится в бета-стадии. На добавление поддержки разработчики Croteam затратили порядка трех месяцев. Но универсальный характер API позволяет вскоре представить вариант Linux.
API Vulkan теоретически совместим с несколькими платформами – но пока что тесты и сравнения можно провести только под Windows, причем здесь имеются свои ограничения. Реализация пока остается на очень раннем этапе. Путь рендеринга DirectX 11 совершенствовался многие годы, поэтому потенциала для оптимизации здесь уже нет. Здесь ситуация больше зависит от разработчиков драйверов, а именно AMD и NVIDIA. Игра The Talos Principle стала первой с поддержкой Vulkan. Поэтому пока нет возможности сделать сравнительный тест для оценки хорошей или плохой реализации поддержки.
Новые технологии первое время реализуются в примерах, подготовленных производителями. В случае DirectX 12 акцент был выставлен на Draw Calls, тот же тест 3DMark DirectX 12 опирается только на измерение производительности Draw Calls, игры DirectX 12, подобные Star Wars, тоже пытаются задействовать подобную нагрузку. Но The Talos Principle не так сильно зависит от высокой скорости Draw Call, чтобы низкоуровневый API дал большую разницу.
Поддержка API Vulkan версии 1.0 находится на ранней стадии, то же самое касается драйверов AMD и NVIDIA. Оба драйвера, по сути, относятся к бета-версиям, именно так их рассматривают производители GPU. Здесь обычно нет новых улучшений производительности или поддержки новых технологий, так что мы получаем шаг назад. Но как только определенный уровень разработки будет достигнут, драйверы обоих разработчиков GPU получат поддержку Vulkan в финальной версии. Когда это произойдет – не совсем понятно. Но пока ключевые приложения не используют Vulkan и игры с поддержкой API находятся в состоянии бета-версии, так что разработчики GPU могут спокойно дорабатывать свои драйверы.
Для тестов мы взяли нашу тестовую систему для видеокарт. Драйверы видеокарт AMD и NVIDIA мы уже описали выше. В настройках мы выставили максимальный уровень графики, но при этом протестировали и низкие разрешения вплоть до 1.280 x 720 пикселей, чтобы увеличить производительность Draw Call.
Тест The Talos Principle - 1.280 x 720 пикселей
Тест The Talos Principle - 2.560 x 1.440 пикселей
Тест The Talos Principle - 3.840 x 2.160 пикселейКак можно видеть по результатам, API Vulkan дает существенный прирост по сравнению с OpenGL. Но до производительности DirectX 11 новый API не дотягивает. Тому есть несколько причин. С одной стороны, разработка под Vulkan находится в ранней стадии. Это касается и самого API, и драйвера, и игры The Talos Principle. По сравнению с OpenGL новый интерфейс позволяет освободить часть ресурсов и избежать «узких мест». Но DirectX много лет совершенствовался до текущего уровня. В любом случае, потенциал у API Vulkan очень хороший.
Если погрузиться в детали, то визуальных отличий между API Vulkan и DirectX 11 мы не обнаружили. Так что путь рендеринга очень хорошо адаптирован. У текущей реализации The Talos Principle видеокарты с 2 Гбайт памяти получают падение производительности, вероятно, из-за не самой эффективной работы с памятью. Как и Mantle и DirectX 12, API Vulkan может обращаться к ресурсам памяти на более глубоком уровне – сей факт можно рассматривать как преимущество, но он может стать и недостатком, если разработчики не смогут эффективно использовать память.
Несколько разочаровала ошибка в текущем драйвере NVIDIA, из-за которой после каждого теста приходилось перезагружать систему. Без перезагрузки игра «вылетала». Хотя с драйвером AMD мы не обнаруживали подобной ошибки.
Нынешняя реализация API Vulkan кажется обещающей. Пока что для игр на настольных ПК она будет не такой актуальной, поскольку рынок DirectX 11 и 12 очень велик, и по сравнению с тем же DirectX 12 затраты на реализацию могут быть слишком велики, а отдача слишком мала. Но если игры необходимо запускать на разных платформах с разными аппаратными требованиями, Vulkan может сыграть важную роль. В любом случае, следует дождаться реакции со стороны разработчиков игр, иначе мы получаем проблему курицы и яйца, из которой сложно выйти.
API определяет функциональность, которую предоставляет программа (модуль, библиотека), при этом API позволяет абстрагироваться от того, как именно эта функциональность реализована.
Если программу (модуль, библиотеку) рассматривать как чёрный ящик, то API - это множество «ручек», которые доступны пользователю данного ящика, которые он может вертеть и дёргать.
Программные компоненты взаимодействуют друг с другом посредством API. При этом обычно компоненты образуют иерархию - высокоуровневые компоненты используют API низкоуровневых компонентов, а те, в свою очередь, используют API ещё более низкоуровневых компонентов.
По такому принципу построены протоколы передачи данных по . Стандартный протокол Internet (сетевая модель OSI) содержит 7 уровней (от физического уровня передачи пакетов бит до уровня протоколов приложений, подобных протоколам HTTP и IMAP). Каждый уровень пользуется функциональностью предыдущего уровня передачи данных и, в свою очередь, предоставляет нужную функциональность следующему уровню.
Важно заметить, что понятие протокола близко по смыслу к понятию API. И то и другое является абстракцией функциональности, только в первом случае речь идёт о передаче данных, а во втором - о построении компьютерных приложений.
API библиотеки функций и классов включает в себя описание сигнатур и семантики функций .
Application Programming Interface (API) программный интерфейс взаимодействия между системами, позволяющий:
- Получать доступ к бизнес-сервисам предприятия
- Обмениваться информацией между системами и приложениями
- Упростить взаимодействие между компаниями, партнерами, разработчиками и клиентами
Open API стратегия
API стратегия включает в себя:
- Разработку бизнес-продуктов на основе существующих API
- Предоставление внутренних сервисов разработчикам
- Модели монетизации API для построения мультиканального взаимодействия и повышения прибыли
Реализация концепции Open API помогает трансформировать бизнес, встраивать его в гибкую проектную экосистему игроков рынка, создавать условия для постоянной генерации новых идей и формирования дополнительной ценности при управлении массивами корпоративных данных.
Рынок интеграционных решений развивается в контексте эволюции API - от EDI и SOAP до Web 2.0 , с которого началась эра публичных API. Число таких интерфейсов в ближайшие 3 года может вырасти более чем в 50 раза и достичь 1 миллиона. Это связано с мультиканальностью: каналы взаимодействия с клиентами должны меняться вместе с ними. Непрерывный рост количества потребителей и объема данных привел к появлению экономики API, помогающей на основе открытых интерфейсов создавать инновационные бизнес-модели использования корпоративных активов и сервисов.
Сигнатура функции
Сигнатура функции - часть общего объявления функции, позволяющая средствам трансляции идентифицировать функцию среди других. В различных языках программирования существуют разные представления о сигнатуре функции, что также тесно связано с возможностями перегрузки функции в этих языках.
Иногда различают сигнатуру вызова и сигнатуру реализации функции. Сигнатура вызова обычно составляется по синтаксической конструкции вызова функции с учётом сигнатуры области видимости данной функции, имени функции, последовательности фактических типов аргументов в вызове и типе результата. В сигнатуре реализации обычно участвуют некоторые элементы из синтаксической конструкции объявления функции: спецификатор области видимости функции, её имя и последовательность формальных типов аргументов.
Например, в языке программирования Си++ простая функция однозначно опознаётся компилятором по её имени и последовательности типов её аргументов, что составляет сигнатуру функции в этом языке. Если функция является методом некоторого класса, то в сигнатуре будет учаcтвовать и имя класса.
Также необходимо отметить, что в распоряжении программиста часто находится несколько различных API, позволяющих добиться одного и того же результата. При этом каждый API обычно реализован с использованием API программных компонент более низкого уровня абстракции.
Например: для того, чтобы увидеть в браузере строчку «Hello, world!» достаточно лишь создать HTML -документ с минимальным заголовком, и простейшим телом, содержащим данную строку. Что произойдёт, когда браузер откроет этот документ ? Программа-браузер передаст имя файла (или уже открытый дескриптор файла) библиотеке, обрабатывающей HTML-документы, та, в свою очередь, при помощи API операционной системы прочитает этот файл, и разберётся в его устройстве, повызывает через API библиотеки стандартных графических примитивов операции типа «очистить окошко», «написать выбранным шрифтом Hello, world!», при этих операциях библиотека графических примитивов обратится к библиотеке оконного интерфейса с соответствующими запросами, уже эта библиотека обратится к API операционной системы с запросами вида «а положи-ка мне в буфер видеокарты вот это».
При этом практически на каждом из уровней реально существует несколько возможных альтернативных API. Например: мы могли бы писать исходный документ не на HTML , а на LaTeX, для отображения могли бы использовать любой браузер. Различные браузеры, вообще говоря, используют различные HTML-библиотеки, и, кроме того, всё это может быть (вообще говоря) собрано с использованием различных библиотек примитивов и на различных операционных системах.
Основными сложностями существующих многоуровневых систем API, таким образом, являются:
- Сложность портирования программного кода с одной системы API на другую (например, при смене ОС);
- Потеря функциональности при переходе с более низкого уровня на более высокий. Грубо говоря, каждый «слой» API создаётся для облегчения выполнения некоторого стандартного набора операций. Но при этом реально затрудняется, либо становится принципиально невозможным выполнение некоторых других операций, которые предоставляет более низкий уровень API.
Основные типы API
Внутренние API
- Доступ к API предоставляется только внутренним разработчикам
- Приложения нацелены на сотрудников предприятия
Бизнес-драйверы:
- Консистентность разработки
- Снижение затрат
- Повышение эффективности разработки
Партнерские API
- API доступны только ограниченному набору бизнес-партнеров
- Приложения предназначены для конечных потребителей и для бизнес-пользователей
Бизнес-драйверы:
- Автоматизация процесса разработки
- Развитие партнерских отношений
- Оптимизация процесса взаимодействия с партнерами
Публичные API
Доступ предоставляется любому внешнему разработчику Приложения нацелены на конечных пользователей
Бизнес-драйверы:
- Разработка новых сервисов
- Развитие экосистемы
- Мультиканальное взаимодействие
Наиболее известные API
API операционных систем
API графических интерфейсов
- Direct3D (часть DirectX)
- DirectDraw (часть DirectX)
