x window的奧祕

時間 2019-11-09

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　　大名鼎鼎的 X Window 你們確定不陌生。都知道它是 Unix/Linux 下面的窗口系統，也都知道它基於 Server/Clinet 架構。在網上隨便搜一搜，也能夠找到很多 X Window 的介紹。有很多文章爲了給用戶留一個直觀的印象，每每先讓系統進入純文本界面，而後使用 startx 來啓動圖形界面，或者直接使用 X 來啓動 X Server，再而後運行一個 xterm 來作示範。我以爲以上這些文章對 X Window 的理解有限，不夠深刻，並且也不夠新。因此，我這裏寫一篇《X Window 的奧祕》，以最新的 Ubuntu-14.04 Desktop 爲例，展現如何學習 X Window。linux

　　先說一點題外話。在上一篇《打造屬於本身的Vim》發表後，評論中有人讓共享一下配置文件。當時我說：配置文件又不長，本身照着圖片敲一下代碼嘛。結果這個「照着圖片敲代碼」的事情我今天本身幹了一遍，好在沒花多少時間，幾分鐘而已。緣由是由於我今天折騰 X Window 的時候，把系統給掛掉了，而後重裝系統，而後，就只好再設置一遍 Vim 了。ubuntu

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瞭解本身機器上的 X Window

　　X Window 實際上是一種規範，它有不少不一樣的實現，在 Linux 系統下最流行的是實現 Xorg 和 XFree86，微軟 Windows 系統下也有 X Window 的實現，蘋果的Mac 也是 X Window 的一種。要了解本身機器上運行的 X Window 到底是哪個，可使用查看進程的ps命令，以下圖：
vim

　　從上圖能夠看出，Ubuntu 14.04 使用的 X Window 是 Xorg。若是使用 ps -ef 命令，還能夠看到 Xorg 運行時的命令行參數。安全

　　想了解 X Window，下面這些文檔須要看一遍先：
session

　　下面來講一下也許是衆所周知的基礎知識：X Window 是一個分層的架構，它分爲 Serve 和 Client。X Server 負責圖形界面的顯示，（也負責用戶的輸入），而Client 程序須要鏈接到 X Server，而後請求 X Server 繪製圖形界面，同時從 X Server 接受用戶的輸入。在桌面系統上，X Server 和 Client 程序每每安裝在同一臺機器上，平常使用基本感受不到它是分層的。可是很顯然，X Server 和 Client 也能夠分別運行在不一樣的機器上，在一臺機器上運行程序，而在另一臺機器上顯示圖形界面。架構

　　X Window 中的 Server 和 Client 的概念和咱們平時接觸到的「Server/Client」概念恰好相反。不少熟悉 Internet 原理的人，第一次接觸 X Window 的這兩個概念都會搞錯。好比，我在一臺本地機器上運行 Ubuntu 14.04 桌面版，而在另一臺遠程機器上運行 CentOS 5.10（純字符界面），當我用 ssh 從 Ubuntu 鏈接到 CentOS 的時候，Ubuntu 是 Client，而 CentOS 是 Server。在 X Window 中，Server 恰恰是我面前的這臺 Ubuntu，X Server 運行在 Ubuntu 上。我能夠在 CentOS 中運行 GVim，可是窗口顯示在 Ubuntu 中，這時，GVim 是一個 Client 程序，它在遠程機器上運行，而它的窗口顯示在本地。ssh

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理解 display 和虛擬控制檯

　　前面提到網上不少介紹 X Window 的文章都是先讓系統進入字符界面，而後手動啓動一個 X Server。其實這徹底沒有必要，由於在同一臺機器上徹底能夠運行多個 X Server，只須要讓每一個 X Server 的 display 不一樣便可。那麼 display 到底是什麼？tcp

　　在 X Window 中，能夠經過 hostname:display_number.screen_number 來指定一個屏幕。能夠這樣理解：一臺計算機能夠有多個 display，一個 display 能夠有多個屏幕。因此，display 至關因而計算機配備的一套輸入輸出設備，通常狀況下，一臺電腦只配一套鍵盤鼠標和一個顯示器，特殊狀況下，能夠配多個顯示器。學習

　　如今問題出來了，個人電腦只有一套鍵盤鼠標和一個顯示器，也就是隻有一個 display，那又怎麼能運行多個 X Server 呢？那是由於在 Linux 中，還有虛擬控制檯這樣的高級特性。只須要同時按下 Ctrl+Alt+F一、Ctrl+Alt+F二、...、Ctrl+Alt+F7，就能夠在不一樣的虛擬控制檯中進行切換。在 Ubuntu 14.04 中，虛擬控制檯 1 到 6 運行的getty，也就是字符界面，虛擬控制檯 7 運行的是 Xorg。（Fedora 中不同，虛擬控制檯 1 運行的是圖形界面，其它的是字符界面。）

　　咱們能夠直接運行 X Server 程序來啓動 X Server。/usr/bin/X 和 Xorg 都是 X Server 程序。其實 /usr/bin/X 是 Xorg 的符號連接，用哪個都是同樣的。

　　啓動 X Server 的時候能夠指定 display 參數，由於能夠省略掉 hostname 和 screen_number，因此能夠用 :0，:1 這樣的格式來指定 display。在個人機器上，原本就有一個 X Server 在運行，display :0 已經被佔用了，因此我使用 sudo X :1 -retro 來在 display :1 上再運行一個 X Server，以下圖：

　　其中的 -retro 參數是爲了讓 X Server 的背景顯示爲斜紋，不然背景爲純黑色，那就看不出來是否啓動了 X Server。啓動 X Server 後的效果以下圖：

　　按 Ctrl+Alt+F7 回到 display :0，再用 ps 命令看一下，會發現系統中有兩個 Xorg 在運行，一個運行在虛擬控制檯 7，一個運行在虛擬控制檯 8。以下圖：

　　在新啓動的 X Server 中運行一個 GVim 看看效果。運行 GVim 時，使用 -display :1 參數指定窗口顯示在新啓動的 X Server 上，使用 -geometry 參數指定窗口的大小和位置。而後按 Ctrl+Alt+F8 切換虛擬控制檯，看效果。命令見上圖，程序運行效果見下圖：

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遠程鏈接 X Server

　　若是能讓遠程機器上的 GVim 也把窗口顯示在本地機器的屏幕上，那就比較過癮了。因此，使用 ssh 鏈接到 CentOS-5.10，而後使用 gvim -display ubuntu-14:1 命令，但願將 GVim 顯示到 Ubuntu 的 display :1 上。因爲是遠程鏈接，因此 hostname 不能省略，需寫成 ubuntu-14:1，也可使用 IP 地址，寫成 192.168.1.103:1。以下圖：

　　很惋惜，鏈接失敗。

　　失敗的緣由是遠程訪問 X Server 須要安全認證。這個能夠理解，就像登錄郵箱須要輸入用戶名和密碼同樣，若是 X Server 不要認證就能夠隨便鏈接的話，那豈不是桌面上垃圾窗口滿天飛？安全認證的方式有不少種，具體請參考 man Xsecurity。安全認證可使用 xhost 和 xauth 這兩個程序來進行，具體使用方法參考它們的文檔。

　　先用 xhost 來受權，這個比較簡單。爲了運行 xhost，須要在 X Server 上有一個終端，因此運行一個 xterm，以下圖：

　　在 xterm 中輸入 sodu xhost +192.168.1.109，這樣，CentOS-5.10 中運行的 GUI 程序均可以鏈接到這個新開啓的 X Server 了。以下圖：

　　在 CentOS-5.10 中運行 GVim，以下圖：

　　窗口顯示在 Ubuntu 中，以下圖：

　　新啓動的 X Server 界面比較醜陋，咱們仍是想讓遠程機器上的 GUI 程序直接顯示在 Ubuntu 的桌面環境中。因此，指定 display 爲 :0，以下圖：

　　結果很不幸，沒法打開 display。鏈接不上，爲何呢？是安全認證的問題嗎？不是，是 lightdm 的問題，請繼續往下看。

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理解 lightdm 和 X Window 桌面環境的啓動過程

　　X Server 的啓動方式有兩種，一種是經過顯示管理器啓動，另外一種是手動啓動。在前面的例子中，我經過直接運行 /usr/bin/X :1 來啓動了一個 X Server。直接啓動 X Server 的方法還有運行 startx 或者 xinit。手動啓動 X Server 的缺點就是啓動的 X Server 很差看。而顯示管理器啓動的不只有 X Server，還有一大堆的 Client 程序，構成了一個完整的桌面環境，界面固然就漂亮多了。

　　顯示管理器（Display Manager）是什麼呢？前面我講到 display 就是一個電腦配備的一套鍵盤鼠標和顯示器，那麼顯示管理器就是這一套設備的管理器了。顯示管理器能夠直接管理這些設備，因此它能夠控制 X Server 的運行，由它來啓動 X Server 那是再合適不過了。系統啓動過程是這樣的：內核加載-->init程序運行-->顯示管理器運行--> X Server 運行-->顯示管理器鏈接到 X Server，顯示登陸界面-->用戶登陸後，登陸界面關閉，加載桌面環境。從上面的流程能夠看出，顯示管理器是 X Server 的父進程，它負責啓動 X Server，當 X Server 啓動後，它又變成了 X Server 的一個 Client 程序，鏈接到 X Server 顯示歡迎界面和登陸界面，最後，顯示管理器又是全部桌面環境的父進程，它負責啓動桌面環境須要的其它 Client 程序。

　　在 Ubuntu 14.04 中，使用 lightdm 取代了傳統的 xdm、gdm 等顯示管理器。簡單來講，就是由 lightdm 負責啓動 X Server 和其它的 X 程序。不知道爲何，lightdm 在啓動 X Server 的時候，給 X Server 加上了 -nolisten tcp 參數，因此遠程計算機就沒有辦法鏈接到 Ubuntu 的桌面了。（從第 1 張圖片能夠看到該參數。）

　　下一步的目標就是更改 lightdm 的配置，去掉這個 -nolisten tcp 參數。不過要達成這個目標還真是艱難啊，個人系統掛掉而後重裝就是在這裏折騰出來的。在這裏我要狠狠滴吐槽一下 freedesktop.org，在 X Window 所用的軟件中，freedesktop.org 貢獻很大，好比 lightdm、xft、fontconfig、freetype 都是這個組織貢獻的，但是，你就不能把文檔寫詳細點嗎？不只是 lightdm 的文檔不行，xft、freetype 的文檔也都不行。

　　lightdm 的 man page 很是簡略，使用 sudo dpkg -L lightdm 也找不出該軟件包中有價值的東西。沒辦法，另闢蹊徑吧。在使用 sudo dpkg -L lightdm 查看該軟件包的文件時，發現它的 log 文件放在 /var/log/lightdm 文件夾下，過去看看：

　　終於，從 log 文件中看到了 lightdm 啓動的全過程。首先，看到它從哪幾個目錄加載配置文件，接着，看到它啓動 X Server。從下圖光標所在的行能夠看到 X Server 啓動的全部參數，包括 -nolisten tcp 選項。

　　繼續看 log 文件，下面光標所在的行顯示 lightdm 怎麼啓動 gnome-session：

　　同時，我發現 /etc/lightdm/ 目錄下沒有 lightdm.conf 文件，而 /usr/share/doc/lightdm/ 目錄下有一個 lightdm.conf.gz 文件，把該文件當文檔看了一下，發現裏面果真就是 lightdm 的配置的解釋。趕快將該文件複製到 /etc/lightdm/ 目錄下並解壓，以下圖：

　　而後用 Vim 編輯 /etc/lightdm/lightdm.conf 文件，將 xserver-allow-tcp=false 一行前面的註釋去掉，而且改成 xserver-allow-tcp=true。以下圖：

　　最後，重啓系統。再用 ps 查看進程，發現 -nolisten tcp 選項已經沒有了。

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搞定 xauth

　　搞定了 -nolisten tcp 以後，要想從遠程計算接鏈接到 Ubuntu 桌面，仍是須要安全認證。在前面的例子中，我使用了 xhost。xhost 是最簡單的認證方式。在這裏我要試一下別的認證方式，好比 MIT-MAGIC-COOKIE-1。如上圖，先使用 xauth list 命令查看一下當前的受權記錄，發現只有一條，並且 display 是 ubuntu-14/unix:0，很顯然，這是一個本地受權，因此須要使用 xauth add 命令添加一個使用 ip 地址的受權，後面的 key 照抄就好了。最後，使用 xauth extract 和 xauth merge 配合管道和 ssh 將該受權記錄合併到 CentOS-5.10 中。

　　在 CentOS-5.10 中啓動 GVim，指定 display 爲 192.168.1.103:0，GVim 窗口就出如今了 Ubuntu中。以下圖：

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X Server 的配置

　　可使用不一樣的方法對 X Server 進行配置，前面的例子是直接指定命令行參數。除了指定命令行參數，還可使用環境變量和配置文件。X Server 的配置文件爲通常是 /etc/X11/xorg.conf 或 /etc/X11/xorg.conf.d/ 目錄下的 .conf 文件，固然，配置文件也能夠放在其它的目錄中，具體信息，請參看 man xorg.conf。

　　若是沒有配置文件，X Server 將在啓動的時候自動檢測硬件，而後生成一個內置的配置。Ubuntu 系統就沒有配置文件。不過不要緊，若是須要使用配置文件的時候，能夠經過 X Server 的 -configure 參數生成一個配置文件，裏面包含當前自動檢測出的配置。若是須要任何個性化的配置，對該文件進行修改便可。

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現有的圖形界面中能夠運行嵌套的 X Server

　　咱們上面運行的 X Server 都是直接佔用了計算機的整個顯示器和鍵盤鼠標，事實上，在現有的圖形界面中，還能夠以窗口模式運行另一個 X Server，稱爲 nested X Server。最經常使用的 nested X Server 是 Xephyr，在 Ubuntu 中能夠經過以下命令安裝它：