Сравнительный анализ Wine и PortProton: Перекрёстные платформы в контексте эмуляции Windows приложений

Демидов Никита Александрович ORCID: 0009-0006-4903-5724 студент; кафедра информационных систем и технологий; ФГБОУ ВО ПГУТИ 443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, 77 Demidov Nikita Aleksandrovich Student; Department of Information Systems and Technologies; FSUE VO PGUTI 77 Moskovskoe shosse, Samara, Samara region, 443086, Russia danv9471@gmail.com Выгоняйло Клим Владимирович ORCID: 0009-0008-0325-8345 студент; информатики и вычислительной техники; ФГБОУ ВО ПГУТИ 443010, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, 77 Vygonyailo Klim Vladimirovich Student; Department of Computer Science and Computer Engineering; FSUE in PGUTI 443010, Russia, Samara region, Samara, Moskovskoe shosse, 77 mjchi023@gmail.com Маняев Артём Альбертович ORCID: 0009-0004-5716-7300 студент; информатики и вычислительной техники; ФГБОУ ВО ПГУТИ 443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, 77 Manyaev Artem Al'bertovich Student; Department of Computer Science and Computer Engineering; FSUE in PGUTI 77 Moskovskoe shosse, Samara, Samara region, 443086, Russia arl.mo@mail.ru Ефимов Дмитрий Александрович ORCID: 0009-0008-7567-3775 студент; кафедра информатики и вычислительной техники; ФГБОУ ВО ПГУТИ 443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, 77 Efimov Dmitrii Aleksandrovich Student; Department of Computer Science and Computer Engineering; FSUE VO PGUTI 77 Moskovskoe shosse, Samara, Samara region, 443086, Russia di.efimoff2015@yandex.ru

Баженов Артем Эдуардович ORCID: 0009-0001-5887-2077 ассистент; кафедра программной инженерии; ФГБОУ ВО ПГУТИ 443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, 77 Bazhenov Artem Eduardovich Assistant; Department of Software Engineering; FSUE in PGUTI 77 Moskovskoe shosse, Samara, Samara region, 443086, Russia a.bazhenov@psuti.ru

Введение

В настоящее время дистрибутивы Linux становятся всё более востребованы ввиду экономической эффективности, высокой степени гибкости, обширной языковой поддержки и распространения свободного программного обеспечения (СПО). ^[1]

Множество пользователей операционных систем Linux и macOS сталкиваются с необходимостью использования Windows-приложений из-за их широкого распространения и функционала. Для этого существует несколько решений, одними из наиболее популярных являются Wine и PortProton. Оба представляют собой программные решения, позволяющие запускать Windows-приложения на Unix-подобных системах. Однако, они имеют разные особенности, преимущества и недостатки, которые следует рассмотреть при выборе подходящего инструмента. В данной статье проведен сравнительный анализ Wine и PortProton, выявлены их ключевые характеристики и сферы применения.

1. Описание Wine и PortProton

1.1. Wine: Открытое программное обеспечение для реализации Windows-среды.

Wine (Wine Is Not an Emulator) представляет собой проект с открытым исходным кодом, который разрабатывается сообществом для запуска приложений, разработанных для операционных системах Windows, на Unix-подобных ОС. ^[2] Одним из ключевых преимуществ Wine является его доступность для широкой аудитории, благодаря открытой лицензии GNU LGPL. Это означает, что любой желающий может участвовать в разработке проекта, вносить изменения и улучшения, а также использовать Wine бесплатно и без ограничений.

Совместимость приложений с Wine ­­­­­­­­– это одна из его ключевых характеристик, которая продолжает улучшаться с каждым новым выпуском. Wine стремится к обеспечению максимальной совместимости с широким спектром Windows-приложений, включая как старые, так и новые программы. Однако не все приложения могут работать корректно под Wine, особенно те, которые используют специфические функции операционной системы Windows или требуют особых настроек.

Интерфейс Wine предоставляет пользователю гибкость в настройке и управлении запускаемыми приложениями. Пользователи могут использовать различные конфигурационные файлы и параметры командной строки для оптимизации работы приложений под свои нужды. Кроме того, Wine поддерживает использование различных версий Windows API, что позволяет лучше адаптировать запускаемые приложения под конкретные требования.

Для установки пакетов приложений используется терминал, с помощью которого идёт управление всеми файлами, каталогами и приложениями. Wine воспроизводит системные библиотеки Windows с помощью своих собственных библиотек аналогичной функциональности. ^[3]

2.2. PortProton: Реализация Windows приложений для игр и не только.

PortProton представляет собой отечественную разработку в области интерпритации Windows приложений на Unix-подобных операционных системах. Этот проект, созданный на основе открытого исходного кода ^[4] Proton (отдельной версии Wine от компании Valve), сфокусирован преимущественно на обеспечении совместимости и оптимизации запуска игровых приложений, но также способен успешно работать с обычными приложениями.

Одним из ключевых преимуществ PortProton является его специализация на игровых приложениях. Команда разработчиков активно работает над оптимизациями, направленными на улучшение производительности и совместимости с широким спектром игр. Это включает в себя оптимизацию работы с графическими API, улучшение поддержки DirectX и Vulkan, а также реализацию дополнительных функций, необходимых для успешного запуска игровых приложений.

Однако, важно отметить, что PortProton также способен запускать обычные приложения, такие как офисные программы, графические редакторы, браузеры и другие. Пользователи могут успешно использовать PortProton для запуска широкого спектра Windows приложений на своих операционных системах Linux.

В целом, PortProton представляет собой гибкий инструмент для интерпритации Windows приложений на Unix-подобных операционных системах, который успешно справляется не только с игровыми приложениями, но и с обычными программами. Его активное сообщество разработчиков и пользователей, постоянные обновления и интеграция с игровыми платформами делают его привлекательным выбором для широкого круга пользователей, желающих получить доступ к богатому миру Windows приложений на альтернативных операционных системах.

2. Материалы и методы

Перед началом сравнения были установлены Wine и Portproton на компьютеры со следующими характеристиками:

Характеристики ноутбука №1:
· Процессор – Ryzen 3 2200u
· Видеокарта – Radeon 535
· Оперативная память – 8 Гб
· Системный накопитель – HDD
· Операционная система – Ubuntu 22.04.4 LTS, Windows 10 Домашняя (22H2)
· Тип ОС – 64-бит
· Версия GNOME – 42.9
· Оконный интерфейс – Wayland

Характеристики ноутбука №2:
· Процессор – Ryzen 5 5500u
· Встроенная графика – Vega 7
· Оперативная память – 16 Гб
· Системный накопитель – SSD
· Операционная система – Fedora 40
· Тип ОС – 64-бит
· Версия GNOME – 46
· Оконный интерфейс – Wayland

Wine был загружен через стандартный пакетный менеджер. На ubuntu подобных дистрибутивов выполняется командой «sudo apt install wine». ^[2] После этого был установлен Winetricks из стандартного пакетного менеджера, затем было запущено обновление командой «sudo winetricks --self-update». ^[5]

Для проведения сравнения Wine и Portproton использовалась следующая методика: Перед началом работы с новой программой создавался новый префикс в Wine и Portproton. Для создания префикса и скачивания зависимостей в Wine есть два способа:

2.1. Графический способ

Открываем консоль и запускаем Winetricks ^[6] одноимённой командой. В открывшемся меню выбираем «создать новый префикс Wine» и нажимаем «ок». В новом окне выбираем архитектуру и название префикса. Разработчики Wine рекомендуют использовать 32 битную архитектуру, но не все программы поддерживают такой режим, поэтому его стоит выбирать в зависимости от запускаемой программы. Для примера создадим 32 битный префикс с именем «test». Затем после загрузки откроется предыдущее окно и в нём появится наш созданный префикс (рис. 7). Если появляются информационные окна нажимаем «ок».

2.2. Консольный способ

После открытия консоли необходимо задать переменные, для этого следует прописать их, воспользовавшись командой «export WINEARCH=win32» (по умолчанию «win64») и «WINEPREFIX=~/.wine/test» ^[7] (по умолчанию «~/.wine»). Для создания префикса достаточно прописать любую команду из Wine или Winetricks, но часто используют «wineboot -u».

В обоих случаях, если будет предложено установить дополнительные модули, такие как «wine mono», соглашаемся и ждём загрузки.

Затем выполняется запуск тестируемой программы с помощью обоих средств, при возникновении проблем устанавливаем зависимости и проверяем заново. Оцениваем требуемое количество действий для запуска программ. Производим оценку производительности в программах-бенчмарках и выполняем сравнения.

Для установки дополнительных программ и библиотек используеться Winetricks с графическим интерфейсом или прописать названия библиотек, например, «winetricks -q dotnet20 vcrun2005», префикс -q отключает предупреждения.

В Portproton процессы похожи с Wine, однако всё делается через графический интерфейс. В открытом окне во вкладке НАСТРОЙКИ WINE в выпадающий список префиксов можно вписать новый префикс и при нажатии «WINETRICKS» будет предложено установить стандартные библиотеки, после установки будет возможность загрузить требуемые библиотеки.

3. Сравнение и анализ работоспособности

Для оценки производительности и простоты запуска использовались следующие программы:

1. Furmark (версия 1.38.1.0) – бенчмарк, основанный на API OpenGL. ^[8]

2. 3D Benchmark.OK (версия 2.01) – бенчмарк, измеряющий производительность в условиях виртуального пространства. ^[9]

3. CINEBENCH R23.200 (Build RBBENCHMARK330542) – бенчмарк, основанный на движке Redshift. ^[10]

4. Mathcad 15.0 (M045 [MC15_M050_20171129]) – инженерное и математическое ПО для анализа и документации . ^[11]

5. FL Studio (версия 21.0.3 build 3517) – цифровая звуковая рабочая станция, ПО для написании музыки. ^[12]

В Furmark (рис. 1-3) Wine показал лучший результат по количеству фреймов и кадров в секунду, ненамного опережая PortProton. Производительность на Windows при этом оказалась наименьшей по тем же параметрам. Однако, на Wine, Furmark стоит запускать в оконном режиме ввиду наличия вылетов данной программы в полноэкранном режиме.

Рис.1 Результаты Furmark на PortProton

Рис.2 Результаты Furmark на Wine

Рис.3 Результаты Furmark на Windows

В 3D Benchmark (рис. 4-6) результаты оказались аналогичными, при этом производительность Wine и PortProton в бенчмарке значительно опережает Windows как по количеству кадров, так и по времени работы. Стоит отметить, что при выборе сглаживания на Wine наблюдаются проблемы, связанные с появлением графических артефактов при выборе сглаживания, что мешает нормальной работе программы, поэтому стоит его отключить.

Рис. 4 Результаты 3D Benchmark на PortProton

Рис. 5 Результаты 3D Benchmark на Wine

Рис. 6 Результаты 3D Benchmark на Windows

По результатам CineBench (рис.7) также наблюдается значительный отрыв в рендере на Wine и PortProton от Windows в одноядерном и многоядерном тестировании.

Рис.7 Результаты CineBench на PortProton, Wine, Windows

4. Запуск прикладных программ

4.1. Mathcad

Mathcad 15 показал полную работоспособность на Wine и PortProton, но для его установки рекомендуется придерживаться следующих инструкций:

4.1.1. Wine

Использовалась версия Wine 9.9.

Перед началом создаем префикс и устанавливаем 32bit архитектуру: $ WINEARCH=win32 WINEPREFIX=~/.wine_mathcad wineboot -u

Устанавливаем библиотеки: $ WINEPREFIX=~/.wine_mathcad winetricks -q mdac27 mdac28 msxml3 msxml4 msxml6 vcrun2005 vcrun2010 wsh57

Ставим .NET (mathcad 15 требует .NET 3.5): $ WINEPREFIX=~/.wine_mathcad winetricks -q —force dotnet20 dotnet35sp1

Скачиваем на рабочий стол содержимое архива Mathcad.tar.gz, расположенного по пути.

Запускаем установку Mathcad 15: $ WINEPREFIX=~/.wine_mathcad wine ~/Рабочий стол/Mathcad/setup.exe

Процесс установки программы не отличается от установки на Windows системе. При первом запуске есть вероятность зависания программы, в таком случае стоит её перезапустить.

4.1.2 PortProton

Установка Mathcad через PortProton происходит аналогичным способом, но через графический интерфейс. В отличие от Wine, PortProton уже имеет библиотеки vcrun2005 и vcrun2010 в составе рекомендуемых, которые нам в дальнейшем предложат установить (рис.9). Однако в случае с Mathcad они будут конфликтовать с остальными библиотеками, соответственно от их установки стоит отказаться и загрузить vcrun2005 vcrun2010 вручную вместе с остальными библиотеками, описанными в разделе установки Mathcad на Wine.

Для создания нового префикса необходимо перейти на вкладку «НАСТРОЙКИ WINE» (рис. 8 пункт 1). Затем вписать в поле «PREFIX» название префикса (рис. 8 пункт 2). Все символы в названии префикса будут заменены прописными буквами. Затем, необходимо нажать кнопку «Winetricks» (рис.8 пункт 3) для применения изменений. Далее появится сообщение, хотим ли мы установить стандартные библиотеки (рис. 9) для Mathcad, мы отказываемся по упомянутым выше причинам.

Рис. 8 Создание префикса

Рис. 9 Окно с предложением установить рекомендуемые библиотеки

После создания префикса откроется меню выбора библиотек (рис. 10), в будущем его можно будет открыть, выбрав соответствующий префикс и нажав на «Winetricks», так же как было описано выше. В списке выбираем те же библиотеки, что при установке в Wine. Шрифты устанавливаются в соседней вкладке «ШРИФТЫ», там выбираем «corefonts». После установки окно откроется повторно, где будут стоять галочки на тех компонентах, что успешно установились. В шрифтах будут стоять галочки напротив многих пунктов, так как в «corefonts» входят базовые шрифты Windows. В случае возникновения проблем при установке, необходимо установить библиотеки в другом порядке. В таком случае пропускаем их, и после скачивания остальных компонентов, запускаем процесс заново, выбрав пропущенные этапы. Winetricks в Wine и PortProton устанавливает всё по очереди в списке.

Рис.10 Менеджер префиксов

В отличии от Wine, который создал ссылку на программу автоматически, нам необходимо создать ссылку, для этого достаточно открыть PortPorton и выбрать пункт «Создать ярлык...» (рис. 11) и выбрать путь к файлу из предложенных (рис. 12).

Рис. 11 Основное окно PortProton

Рис. 12 Окно выбора пути для создания ярлыка

Далее будет возможность запустить Mathcad из той же вкладки или из меню приложений операционной системы. Открывается окно предложения запустить программу (рис. 13), которое появлялось при запуске установщика. После всего этого открывается окно Mathcad идентичное по виду тому, что запускалось через Wine (рис. 14).

Рис. 13 Окно запуска

Рис. 14 Mathcad на Fedora

4.2. FL Studio

FL Studio - программа для написания музыки запускается без проблем. В отличии от Mathcad, FL Studio не требует установки дополнительных библиотек, поэтому достаточно запустить установщик и дождаться завершения. Пример работающей FL Studio во вкладке «об авторах» показан на рис. 15.

Рис. 15 Интерфейс FL Studio 21 на Fedora

5. Результаты

Для визуализации результатов сравнения, были добавлены критерии оценивания платформ по 5-ти балльной шкале, где 5 - это максимальный балл, а 1 - минимальный. (Табл.1)

Табл.1 Результаты сравнения Wine, PortProton и Windows

Производительность: В данном пункте Wine и PortProton показали наилучшие результаты ввиду оптимизации операционной системы Linux, поскольку её ядро имеет открытую модель разработки, высокую степень гибкости ^[13] и целостности. В то время как Windows – закрытая ОС, имеющая ограничения для разработки ПО. ^[14]

Стабильность: При тестировании бенчмарков наблюдались проблемы с работоспособностью на платформе Wine, описанные в разделе «Сравнение и анализ». В рамках нашего исследования, PortProton показал аналогично стабильную работу наряду с Windows, но с учетом ограниченного количества запусукаемых приложений, которые описаны в Wine Application DataBase ^[15], он получил на один балл меньше.

Удобство: Windows в данном сравнении является лучшим вариантом так, как все рассматриваемые приложения изначально были созданы для данной платформы. PortProton, в свою очередь, удобен в установке и запуске приложений ввиду наличия графического интерфейса, который будет интуитивно понятен для большинства обычных пользователей. Wine, как платформа, является наименее удобным вариантом для использования, так как не имеет графического интерфейса, и для большинства обычных пользователей будет проблематичным в эксплуатации.

Поддержка Windows-приложений: Не все Windows-приложения запускаються на Wine и PortProton. Проверить возможность запуска программ можно в пользовательской базе данных WineDB ^[15]. Так как Wine и PortProton разрабатывается сообществом, реализовать интерпретацию всех системных вызовов является крайне сложной задачей. Например, в Linux нет поддержки DirectX (API для взаимодействия с видеокартой на платформе Windows), вместо него используется DXVK (библиотека для ретрансляции вызовов DirectX), который преобразует вызовы на Vulkan (кроссплатформенный API). По данной причине, есть вероятность, что некоторые программы могут работать нестабильно или не работать вовсе.

Доступность платформы: Wine и PortProton основаны на открытом исходном коде, при этом PortProton – отечественная разработка, использование которой поддерживает развитие технологического суверенитета. Обе платформы работают на большинстве дистрибутивов, в том числе на российских, таких как ROSA Linux, ALT Linux, Astra Linux, RED OS. Лицензии Wine и PortProton позволяют использовать их в том числе для коммерческих и учебных целей. В связи с возможными региональными ограничениями, использование платформы Windows может вызвать определенные проблемы.

Заключение

Из данного исследования, был сделан вывод, что Wine и PortProton успешно справляются с эмуляцией Windows-приложений, показывая в некоторых моментах наилучшую производительность ввиду оптимизации операционной системы Linux. Но для работы некоторых программ следует устанавливать дополнительные библиотеки, как в нашем случае с Mathcad. Для остальных протестированных программ дополнительные настройки не требовались.

В контексте запуска Windows-приложений, Wine справляется хуже, чем PortProton, ввиду нестабильности работы некоторых программ, например, вылеты в Furmark в полноэкранном режиме и наличие графических артефактов в 3D Benchmark при выборе сглаживания.

PortProton, не смотря на незначительное отставание от Wine в плане производительности, которое может обуславливаться погрешностью, лучше всего справляется с задачей эмуляцией программ, ввиду стабильной работоспособности. Также из преимуществ стоит подчеркнуть наличие графического интерфейса, что обуславливает удобный пользовательский опыт в запуске программ. Из недостатков важно отметить, что через PortProton нельзя запускать несколько приложений одновременно, в таком случае он предложит закрыть уже работающий процесс.

Суммируя всё вышеперечисленое, рекомендуется PortProton для запуска большинства программ, ввиду стабильности и простоты использования. В условиях перехода на отечественное ПО, стоит рекомендовать Wine и PortProton как хороший альтернативные методы запсука Windows-приложений так, как выгоднее и удобнее использовать данные решения, чем портировать приложения или искать другие аналоги. Данное исследование рассматривает лишь ограниченное количество программ и расчитано на помощь в дальнейшем развивитии сферы запуска Windows-приложений на Unix-подобных системах.