X窗口系统原理粗解

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图形界面一直是Linux用户头疼的问题，出了问题往往一片茫然，大多重装了事。本文试图从宏观的角度剖析一下X系统的简要原理，只有理解了原理才能在解决问题时有的放矢。好，废话少说，现在就开始。

    首先，我们要搞清楚X系统的构成。我们平时称呼的X图形界面，实际上是由几个重要部分构成的。它们分别是：
    X Server (Xorg)
    Display Manager (gdm, kdm, xdm)
    Window Manager (metacity, fluxbox, E17, fvwm etc.)
    X Client (其他各种图形应用程序，如natulis文件管理器)
以及几个重要概念：
    X session:    X server启动到X server关闭之间的时间段
    X库:    GUI程序使用的库函数，如GTK+和QT
下面我们就这几个重要构成的作用、相互关系进行展开，向你展示X的运行原理。

1，X Server
    X Server，译作X服务器，是X的核心。X Server是用来驱动硬件，提供基本的图形显示能力的。合理但并不十分科学地，你可以把它看作视频卡的驱动程序。只有运行了X Server的Linux系统，X Client才能利用X Server绘出相应的图像。
    X Server早期使用的是XFree86，自4.4版本后，XFree86改用GPL发布，此后开始称为Xorg。X Server部分，主要关注两点。
(1)    xorg.conf
    xorg.conf是X Server的主要配置文件，它包含一个当前系统的硬件资源列表。X Server就是根据这些硬件资源“组织”出基本的图形能力。xorg.conf文件在/etc/X11/xorg.conf，主要包含几个字段：
    Files:            X系统使用的字体存放目录(字体的具体使用由FontConfig工具主持)
    InputDevice:    输入设备，如键盘鼠标的信息
    Monitor:        显示器的设置，如分辨率，刷新率等
    Device:            显示卡信息
    Screen:            由Monitor和Device组装成一个Screen，表示由它们向这个Screen提供输出能力
    ServerLayout:    将一个Screen和InputDevice组装成一个ServerLayout
在具有多个显示设备的系统中，可能有多个Screen和多个ServerLayout，用以实现不同的硬件搭配。
    在最近的xorg版本中，X Server已经开始自动侦测硬件，现在的xorg.conf已经都成了默认名称。具体细节还待查，但基本原理还是不变的。
(2) X session(X会话)
    前面已经说过，X session是指X server启动后直到X server关闭之间的这段时间。这期间一切跟X相关的动作都属于X session的内容。管理X session的程序称为Display Manager，常听说的gdm或kdm就是gnome/kde所分别对应的Display Manager。
    开启一个X session，也就是开始了图形界面的使用。在开启的过程中，Display Manager会对用户进行认证(也就是用户名密码的输入)，运行事先设置好的程序(比如scim输入法就是这个时候启动的)等等。
    这个开启过程要执行的一系列操作都可以在/etc/X11/Xseesion以及/etc/X11/Xsession.d/目录下看到，其他还有一些配置文件如Xsession.options, Xresource等，都是执行的X session的初始化过程。仔细阅读这些脚本或配置文件，可以帮助你更好地理解X。

2, Display Manager
    上面说过，Display Manager(后简称DM)是管理X session的程序，常见的有gdm, kdm, xdm等。对于默认进入X界面的Linux系统，必须将DM程序在开机时执行，即：/etc/rc2.d/S13gdm。下面我们从手工启动X的过程，看一下DM为我们做了哪些工作。
    如果没有设置DM在开机时运行的话，手动启动X使用startx命令。
    man startx
可以知道，startx的作用可以看作是Display Manager的一种隐性实现。它使用xinit命令，分别根据/etc/X11/xinit/xinitrc和/etc/X11/xinit/xserverrc中所指定的设置唤起X。
    其中，xserverrc执行X server的运行任务；xinitrc则运行Xsession命令。从/etc/X11/Xsession脚本的内容可以看出，它也就是进入/etc/X11/Xsession.d/目录轮询地执行所有脚本。很明显，这些也就是前面所说的Xsession初始化工作。
    综合起来说，Display Manager完成三个任务：1, X Server的启动; 2, X session的初始化; 3, X session的管理。

3, Window Manager
    X Server提供了基本的图形显示能力。然而具体怎么绘制应用程序的界面，却是要有应用程序自己解决的。而Window Manager(桌面管理器，后简称WM)就是用来提供统一的GUI组件的(窗口、外框、菜单、按钮等)。否则，应用程序们各自为政，既增加了程序开发的负担，不统一的桌面风格对视觉也是不小的挑战。
    WM的启动由DM控制，在gdm的登录窗口，我们可以进行选择。常见的WM有:Metacity(Gnome默认的WM), fluxbox, fvwm, E17等。

4, X Clients
    最后，就是X Client了。X客户端程序，顾名思义，就是使用X服务的程序。firefox，gedit等等都属于X Client程序。X Client部分值得考虑一下的就是DISPLAY环境变量。它主要用于远程X Client的使用。该变量表示输出目的地的位置，由三个要素组成：
    [host]:display[.screen]
    host指网络上远程主机的名称，可以是主机名、IP地址等。默认的host是本地系统，你可以在自己系统上echo $DISPLAY看一下。
    display和screen分别代表输出画面的编号和屏幕的编号。具体细节由于硬件的缺乏，还有待进一步研究。

5, GNOME与KDE
    光讲X却不提GNOME和KDE，对一些新手来说可能会更糊涂。所以简单解释一下，GNOME/KDE都是集成的工作环境，是完整X系统的一个组成部分。换句话说，它们提供的是一整套从DM到WM到一揽子X Client的程序集合。以GNOME为例：DM是gdm，WM是metacity，X Client有gnome-terminal, gedit, rhythmbox等等。
    不过要注意到，即使没有这些组件，我们像前辈们一样用startx登录X，用fvwm做窗口管理器，用那些最最原始的应用程序，仍然可以实现一个高效的X工作环境。GNOME/KDE的出现只是让这一切变得整合性更好而已。

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