Xbox 操作系统

引言

微软公司于2001年11月将第一款游戏机推向市场。Xbox相对较新，直到那时市场一直由索尼的PlayStation和任天堂主导。Xbox OS在其推出时就具有创新性，并且得益于微软在软件行业以及PC专业设备方面的众多应用。

基于修改版Windows内核的操作系统

• Windows 2000 是初代 Xbox 操作系统的基础，尽管它在某些方面有所修改。这不是一个传统的移植，而是为游戏系统组件优化的各种移植。这对于微软来说是一个重大的举措，因为它已经熟悉Windows操作系统，并且可以整合其大部分核心技术到主机游戏中。

Xbox OS 的多操作系统架构 (Hyper-V)

自 Xbox One 以来，微软采用了游戏主机多操作系统概念，而不是前几代游戏机使用的单一操作系统方法。它基于Hyper-V，这是微软的专有虚拟化产品，可以在一台物理服务器上运行多个操作系统。

这种结构对于 Xbox 跨越多个操作系统并能够很好地同时处理游戏和娱乐功能是有意义的。以下是 Hyper-V 在架构中发挥关键作用的独特细分：

1. 功能分离： Xbox OS 拥有三个操作系统的概念意味着它被分为三个不同的层。
   
   • 游戏 OS： 控制游戏的流程和系统内资源的优化使用。
   • 应用 OS： 其中包括媒体流和 Xbox 客户端等。
   • 主机 OS： 这是游戏 OS 和应用 OS 的虚拟机监控程序。它确保每个 OS 都能获得所需的资源，并允许 OSs 与其他 OSs 共享它们收到的一些信息。
2. 动态资源分配： Hyper-V 虚拟机监控程序可以通过处理游戏 OS 和应用 OS 的CPU、GPU 和 内存资源，确保后台运行应用程序不会影响游戏体验。这也有助于在不干扰游戏整体质量的情况下平衡多任务处理。
3. 增强安全性： 这增强了安全性层，因为多 OS 由两个独立的应用程序组成：游戏 OS 和应用 OS。应用程序的薄弱环节不会影响游戏上下文，反之亦然，这意味着可以为整个过程开发更可靠的安全系统。

Xbox OS 内核概览：游戏、应用和主机操作系统

在 Xbox 中，他们在不同实例中使用多个内核来处理不同操作系统之间的各种操作。这种隔离确保 Xbox 的每个方面都能高效且不受干扰地处理。

1. 游戏 OS 内核
   
   • 高性能焦点： 游戏 OS 内核旨在提供最佳游戏体验，具有最小的输入延迟、最高的每秒帧数，并几乎不消耗高阶游戏的资源。
   • 向后兼容性： 内核积极支持向后兼容性，这使得早期 Xbox 版本游戏能够以更少的模拟运行。
2. 应用 OS 内核
   
   • 娱乐至上设计： 它还包含一些核心功能，如媒体播放器、流媒体服务和系统 UI 功能，将 Xbox 转变为一个一体化娱乐系统。
   • 类似 Windows 的环境： 应用 OS 内核源自 Windows 10 及更高版本；因此，开发人员拥有相似的基础来构建更兼容 Xbox 的应用程序。
3. 主机 OS 内核
   
   • 虚拟机监控程序控制： 主机 OS 内核处理来自游戏 OS、应用 OS 和 Hyper-V 的请求，以分配资源和进行隔离。它还涉及管理后台进程，同时提供良好且响应迅速的游戏体验。
   • 系统级更新和安全： 主机 OS 管理整个系统的通用更新和安全增强，并保护游戏和应用程序环境，而不影响用户输入。

与 Windows 10 和 11 集成

如果我们要列出 Xbox OS 的一些功能，那么 OS 与 Windows 10 和 Windows 11 的集成对消费者和开发者来说可能是最大的优点。

• 统一开发平台： UDP 带来了开发者能够开发一个应用程序并在 Xbox 和同一台 Windows 个人电脑上运行的概念。微软并没有独立于此；通过 Xbox，它们拥有与 Windows 10 和 Windows 11 相同的 API，从而实现了游戏和应用程序之间的相同级别的可移植性。
• 跨平台游戏 (Play Anywhere)： 许多为 Xbox 和 Windows 开发的游戏是跨平台兼容的，因为 Xbox Play Anywhere 可用。这意味着用户可以通过多种方式在 Windows 10\11 PC 和 Xbox 主机之间切换，其中一种方式是云保存。
• 共享内核和功能： Xbox 应用 OS 看起来与 Windows 10/11 非常相似；内核改进和安全改进都是其中的一部分。因此，Xbox 主机接收的更新与 Windows 中的更新一样快速高效；这确保了这些 Xbox 主机安全且更新，不会受到太大干扰。
• Xbox 云游戏与 Windows 集成： Xbox 上的另一个可用功能是云游戏，它使用户能够在 Windows 10/11 PC 上玩 Xbox 游戏。这是通过 Xbox OS 和 Windows 之间的连接实现的，后者使用基础设施和 API 提供基于云的游戏体验，从而为 PC 和主机游戏之间建立了牢固的联系。
• Windows 11 扩展功能： 新的性能功能现在已包含在内，其中一些针对 Xbox 环境进行了优化，例如Direct-Storage 属性，这是常见的特性之一，旨在减少游戏加载时间。这些功能同时存在于 Xbox 和 Windows 生态系统中，并重申了图像的连贯性以及游戏体验的增强。

Xbox 操作系统的主要功能

1. 与其他产品（Windows、Xbox 和云）集成

设备和服务与用户最紧密的集成可能是 Xbox OS 最重要的优势之一，它与 Windows 和云服务紧密连接。

统一的账户和服務

• Xbox Live 账户： Xbox Live 允许用户从 Xbox 游戏机、Windows 电脑甚至智能手机和平板电脑等便携设备访问他们的账户。这使得从同一位置查看他们的游戏列表以及云保存选项更加容易。它还使用户能够拥有和使用账户，并在主机和 PC 之间进行游戏，而无需在任何一个平台上重新开始或迁移设置。

xCloud 游戏

• 随处串流： Xbox OS 还与微软的 xCloud 服务深度集成，支持将 Xbox 游戏串流到 Windows PC、平板电脑或智能手机等其他设备。因此，Xbox 用户不必只在 Xbox 上玩 Xbox 游戏，还可以通过互联网使用它。
• 优化串流： 这是专为 Xbox OS 设计的，所以如果游戏要串流到云环境，那么它将被优化以在该环境中运行。这些信息包括延迟、加载时间和图像信息（如尺寸），所有这些都根据个人可用的网络性能来确定。

远程畅玩

• 借助远程畅玩，Xbox OS 允许用户在 Windows PC 或任何其他移动设备上玩主机上的游戏。这对于希望在离开主机时玩游戏的用户特别有利，从而使 Xbox 在各种游戏环境中更具灵活性。

2. 向后兼容性和游戏性能

Xbox 与众不同之处在于 OS 如何利用软件和硬件来提高游戏性能。使 Xbox 在竞争对手中脱颖而出的主要吸引力在于 OS 利用软件和硬件来增强游戏性能。

增强分辨率和帧率

• Xbox OS 利用模拟和升频技术来提高旧游戏的性能。在上一代主机版本中图形效果较差的游戏，现在可以在当前的 Xbox Series X 和 S 设备上以更高的质量显示，升频至 4K，并具有更高的帧率，而无需原始开发者的后续更新。

自动 HDR

• 自动 HDR（高动态范围）是 Xbox OS 中的一项功能。当模组作者决定更改源代码时，有时可以为早期版本添加 HDR 支持，而这些早期版本最初就缺乏此功能，从而提高了这些游戏的观感。这增加了色彩位数，并且光照效果带来了更好的视觉质量。

智能分发

• 智能分发是 Xbox 上的一项功能，可确保玩家始终获得其设备的最佳游戏版本。在同时使用 Xbox One 或新的 Xbox Series X/S 的情况下，该系统会提供该游戏的最佳版本，在更先进的硬件上具有最高的性能和图形、更快的加载时间和改进的性能。

游戏性能优化

• Xbox OS 专为 Xbox 硬件设计，因此纹理游戏运行得更流畅，速度更快。至于 FPS Boost，该功能作为系统级调整实现，以增强高向后兼容游戏的直接运行，FPS 可达 120 FPS，具体取决于游戏和用户的平台。

3. 用户界面和导航

Xbox OS 的用户界面 (UI) 和导航经过量身定制，可提供直观且高度可定制的体验，旨在兼顾易用性和强大的功能。

可定制的主屏幕

• Xbox OS 包含一项功能，用户可以根据自己的意愿个性化他们的主屏幕。它还允许用户通过在主屏幕上添加和删除经常使用的游戏、应用程序或服务来个性化系统。这种交互的一个例子是能够更改图块的位置、建立快捷方式，以及更改界面的外观和感觉，就像在移动和 PC 操作系统中一样。

快速恢复

• Xbox OS 的一项创新是快速恢复。它允许在不同游戏之间切换，并在中断后从上次玩过的位置恢复游戏。这是一个优势，因为 OS 可以将多个游戏状态存储在内存中，并减少在不同游戏之间切换时的广泛加载时间。

直观的指南和分屏功能

• 使用 Xbox 指南按钮，您无需离开游戏即可访问许多基本系统组件，如聊天、成就，甚至 Xbox 的好友列表。这使得用户可以与其他玩家交流，在系统菜单之间移动，甚至控制音乐播放，而不会造成太大干扰。
• Xbox OS 的预发布版本还包括分屏等功能，允许在屏幕上并排运行两个应用程序（例如，游戏与视频播放或游戏与网页浏览）。虽然分屏不再是主要的 UI，但这些想法已基本转化为 OS 如何管理多任务处理——包括快速恢复和返回正在运行的后台应用程序等功能。

语音和手势控制

• 早期版本的 Xbox OS 通过语音、Kinect 以及其他连接的配件进行控制，并支持手势控制。尽管 Kinect 已停产，但 Xbox OS 现在通过Cortana 或 Alexa 支持语音，您可以使用语音命令管理主机、选择游戏和控制媒体。

Xbox OS 上的游戏开发

1. Xbox OS 游戏开发工具和 SDK

在 Xbox 游戏开发中，有强大的工具和软件开发工具包 (SDK) 经过专门增强，以支持 Xbox 游戏在效率、兼容性和易于开发方面的问题，适用于大型和小型工作室。

Xbox 开发工具包 (XDK)

• Xbox 开发工具包，通常称为 XDK，是一套开发人员工具，供开发人员用于开发针对 Xbox 环境的游戏。它包括库、工具和文档，使开发人员能够充分利用 Xbox 硬件，包括 CPU、GPU 和内存，以及其他特殊功能，如快速恢复、自动 HDR 等。
• XDK 调试工具： 该工具包提供高级调试功能，使开发人员能够高效地跟踪性能问题、确定消耗的资源并实时监控游戏运行情况。它通过让开发人员在实际 Xbox 硬件上进行测试，从而改进了调试，以便在某些条件下了解他们的游戏将如何运行。

游戏开发工具包 (GDK)

• 从 2006 年开始，微软推出了游戏开发工具包 (GDK)，这是一个比以前的解决方案更集成的系统。GDK 适用于将为 Xbox 主机和 Windows 10 PC 开发游戏的开发人员，从而更容易开发与两个平台兼容的游戏。
• GDK 是基于通用 Windows 平台开发的，这意味着开发人员可以重用相同的代码来定位 Xbox 设备、PC 和云。这种集中的方法使开发更容易，并缩短了将游戏推向新平台所需的时间。
• 模块化方法： GDK 不是像 XDK 那样的单体开发工具包；相反，它可以编译成开发人员所需的组件。这使得开发不那么麻烦，更快，成本更低，特别是对于独立游戏开发者或设计不太复杂的游戏。

2. DirectX 12 和 Xbox 游戏开发

• 开发者模式是一项功能，允许独立开发者将他们现有的零售版 Xbox 变成开发套件。Xbox 开发者模式旨在加载应用程序和游戏，并在真实的 Xbox 硬件上测试代码，而无需专门的 Xbox 开发工具包。
• Unity 和 Unreal Engine 集成： Unity 和 Unreal Engine 游戏引擎都支持开发者模式，这使得开发者能够创建、预览和发布游戏。这两个引擎本身就兼容 Xbox，并且在开发者模式中的集成有助于加速原型设计和测试阶段。

PlayStation OS 与 Xbox OS

1. 核心架构和方法

• PlayStation OS 使用名为Orbis OS 的 Unix 版本，然而，该操作系统在 PlayStation 设备中的主要用途是游戏。此外，它旨在充分发挥 PS5 最新的基于 AMD Zen 2 的 Ryzen CPU 和定制 AMD RDNA 2 GPU 的潜力。该操作系统也非常优化，并且比大多数同类产品更侧重于游戏。
• 另一方面，Xbox OS 实现了微软的 Hyper-V 虚拟化技术来实现双操作系统环境。它由同时运行的游戏 OS、应用 OS 和主机 OS 组成，这使其非常适合多任务处理。一个旨在确保游戏获得最佳的游戏环境，即允许游戏无缝运行的环境，而另一个则用于在后台运行其他应用程序，如媒体播放和系统活动。

2. 跨平台集成

• 与其他平台的兼容性是微软关注的关键点，该公司声称 Xbox OS 在此领域得分很高。这通过 Windows 10/11 与 Xbox Game Pass 和远程畅玩的集成来实现，Xbox 游戏可以在主机、Windows PC 和移动设备之间实现 Xbox Play Anywhere 和 xCloud 流式传输。Xbox 的 Game Pass 生态系统也对此进行了补充，他们在该生态系统中提供数百款跨平台游戏。
• PlayStation OS 允许您通过支持远程畅玩选项的移动设备与主机进行交互；然而，跨平台兼容性选项不多。因此，索尼的一个元素，PlayStation Now，提供了一些功能，但它不像微软那样在设备之间集成。另一方面，Xbox 采用的是以主机游戏为中心的方法，设备连接性不如 PlayStation 重要。

3. 向后兼容性

• 因此，在兼容旧游戏系统方面，Xbox OS 由于其向后兼容性功能而效率很高。微软一直非常战略性地通过FPS Boost 和自动 HDR 等功能来增强新即将推出的 Xbox 主机上的向后兼容性。这是为了让游戏玩家能够在他们的系统上以更高的分辨率和更好的帧率玩旧游戏。
• 另一个缺点是 PlayStation OS 不完全向后兼容，这意味着 PS5 不直接运行旧游戏。索尼在这方面的做法不如 Xbox，Xbox 包含了所有世代的 Xbox 游戏机。