100、深入了解X窗口系统与跨平台协作

深入了解X窗口系统与跨平台协作

1. X窗口系统基础与KMS模块

X窗口系统是许多UNIX和Linux系统中图形界面的核心。不过，KMS（内核模式设置）模块目前还不够成熟，并非所有显卡都能得到它的支持。如果你运气好，拥有支持KMS的显卡，那么可以将 xorg.conf 文件重命名，这样X服务器会尝试在没有它的情况下启动，并默认使用KMS配置。

2. X服务器故障排除与调试

尽管过去十年里X服务器配置有了很大进步，但要让它完全按照你的期望运行仍有难度。你可能需要对显示器频率、驱动选项、专有驱动或3D渲染扩展进行试验。当显示出现问题时，你往往最想看到屏幕上的调试输出，好在X.Org服务器会提供追踪问题所需的大量信息。

2.1 特殊键盘组合

• 切换虚拟终端 ：按下 Control + Alt 并按功能键（F1 - F6），X服务器会带你进入基于文本的虚拟终端，你可以在此登录并调试问题。若要返回X服务器运行的虚拟终端7，按 Alt - F7 即可。
• 更改屏幕分辨率 ：若显示器与显卡的视频信号不同步，可尝试更改屏幕分辨率。可用的分辨率在配置文件的 Screen 部分的 Modes 行中指定。激活的 Modes 行的确切内容取决于颜色深度，X服务器默认使用激活的 Modes 行上显示的第一个分辨率，你可以通过按下 Control + Alt 并按数字小键盘上的 + 或 - 键来切换不同的分辨率。
• 关闭X服务器 ：按下 Control - Alt - Backspace 可立即关闭X服务器。若从控制台启动服务器，服务器退出后你会回到控制台；若由显示管理器启动服务器，它通常会重新启动一个新服务器并再次提示输入登录名和密码，你需要从文本控制台杀死显示管理器（如 xdm 、 gdm 等）以阻止它重新启动新的X服务器。

2.2 查看X服务器输出与日志文件

当你重新控制机器后，可从X服务器的输出开始排查问题。输出有时会显示在虚拟终端1（ Control - Alt - F1 ）上，更多时候会记录到日志文件中，如 /var/log/Xorg.0.log （在HP - UX上是 /var/X11/Xserver/logs/Xf86.0.log ）。日志文件中的每行前面都有一个符号，用于对其进行分类：
| 符号 | 含义 |
| ---- | ---- |
| (–) | 已探测 |
| (**) | 来自配置文件 |
| (==) | 默认设置 |
| (++) | 来自命令行 |
| (!!) | 通知 |
| (II) | 信息 |
| (WW) | 警告 |
| (EE) | 错误 |
| (NI) | 未实现 |
| (??) | 未知 |

下面是一段Ubuntu系统的日志示例：

X.Org X Server 1.6.0
Release Date: 2009-2-25
X Protocol Version 11, Revision 0
Build Operating System: Linux 2.6.24-23-server i686 Ubuntu
Current Operating System: Linux nutrient 2.6.28-11-generic #42-Ubuntu SMP 
Fri Apr 17 01:57:59 UTC 2009 i686
Build Date: 09 April 2009  02:10:02AM
xorg-server 2:1.6.0-0ubuntu14 (buildd@rothera.buildd)
Before reporting problems, check http://wiki.x.org
to make sure that you have the latest version.
Markers: (--) probed, (**) from config file, (==) default setting,
(++) from command line, (!!) notice, (II) informational,
(WW) warning, (EE) error, (NI) not implemented, (??) unknown.
(==) Log file: "/var/log/Xorg.0.log", Time: Sun May 10 22:11:47 2009
(==) Using config file: "/etc/X11/xorg.conf"
(==) ServerLayout "MainLayout"
(**) |-->Screen "Screen 0" (0)
(**) |   |-->Monitor "Monitor 0"
(**) |   |-->Device "Console"
(**) |-->Input Device "Mouse0"
(**) |-->Input Device "Keyboard0"
…

从日志中可以看出X服务器和X11协议的版本号，以及服务器使用的日志文件位置、配置文件位置和活动服务器布局等默认值。

2.3 常见问题及解决方法

• 屏幕分辨率问题 ：日志中常见的问题是某些屏幕分辨率无法正常工作，或者X服务器因“无法验证任何模式；回退到默认模式”等错误而退出。若未为显示器指定频率列表，X服务器会使用EDID（扩展显示识别数据）进行探测。若显示器不支持EDID或在X启动时关闭，你需要在配置文件的 Monitor 部分设置频率范围。EDID探测结果的舍入误差可能导致某些分辨率不可用，可在 Device 部分添加以下内容来解决：

Option "IgnoreEDID" "true"
Option "UseEdidFreqs" "false"

• 鼠标配置问题 ：若忘记正确定义鼠标部分，输出中会出现类似以下的错误：

(==) Using config file: "/etc/X11/xorg.conf"
Data incomplete in file /etc/X11/xorg.conf
Undefined InputDevice "Mouse0" referenced by ServerLayout "MainLayout".
(EE) Problem parsing the config file
(EE) Error parsing the config file
Fatal server error:
no screens found

2.4 使用xdpyinfo命令

当X服务器启动并登录后，可运行 xdpyinfo 命令获取更多关于X服务器配置的信息。其输出会显示显示器名称、X服务器版本信息、可用的颜色深度、已加载的扩展以及已定义的屏幕及其尺寸和颜色配置等。你可以通过脚本（如 ~/.xsession 文件）解析 xdpyinfo 的输出，以确定活动屏幕的大小并适当设置桌面参数。

3. 桌面环境简介

X窗口系统的客户端/服务器模型的灵活性催生了大量的小部件集、窗口管理器、文件浏览器、工具栏实用程序和实用程序。早期的综合环境OpenLook和Motif虽然优雅但具有专有性，开发库和窗口管理器的许可费用使它们难以被大众使用。随着应用程序的发展，现代桌面环境中的两大巨头GNOME和KDE应运而生。

3.1 KDE

• 特点 ：KDE即K桌面环境，用C++编写，基于Qt工具包库。它以其精美的视觉效果（如透明窗口、阴影和动画光标）受到喜欢视觉效果的用户青睐，但在非高端工作站上可能运行较慢。对于那些花大量时间在桌面点击而非运行应用程序的用户来说，效率和美观之间的权衡可能会决定KDE是否合适。从Windows或Mac环境过渡过来的用户也常因漂亮的图形界面而选择KDE，同时它也受到喜欢完全自定义环境的技术爱好者的喜爱。
• 应用程序 ：为KDE编写的应用程序名称中通常包含“K”，如Konqueror（网络/文件浏览器）、Konsole（终端模拟器）、KWord（文字处理器）等。默认窗口管理器KWin支持freedesktop.org窗口管理器规范标准，可配置皮肤以改变整体外观和感觉，还有许多其他功能。KOffice应用套件包含文字处理、电子表格和演示文稿实用程序，并且KDE提供了一套全面的开发工具，包括集成开发环境（IDE）。

3.2 GNOME

• 特点 ：GNOME用C编写，基于GTK + 小部件集。它最初是GNU网络对象模型环境的缩写，现在只是一个名称。随着对Compiz的支持，GNOME获得了一些以前缺少的视觉效果，但总体上仍不如KDE华丽，可配置性稍低且一致性稍差。不过，它更简洁、快速、简单和优雅，大多数Linux发行版将其作为默认桌面环境。
• 应用程序 ：GNOME应用程序名称中通常有“G”，标准窗口管理器Metacity提供基本的窗口功能和GNOME用户界面的皮肤。若需要一些额外功能，如智能窗口放置，需要外部应用程序的支持。办公应用程序包括用于文字处理的AbiWord、电子表格Gnumeric和图像处理的The GIMP，还包括文件管理器Nautilus。与KDE一样，GNOME为应用程序开发者提供了广泛的基础设施。

3.3 GNOME与KDE的比较

很难说哪个更好，最好的方法是亲自尝试两者，根据自己的需求做出选择。同时要记住，朋友、用户和管理者可能有不同的桌面环境偏好，而且选择桌面环境并不限制你运行的应用程序，无论选择哪个桌面，都可以从这两个（以及其他）开源项目提供的优秀软件中选择应用程序。

4. 推荐阅读资源

• X.Org官网 ：x.org，包含即将发布的版本信息以及X.Org维基、邮件列表和下载链接。
• man手册 ： Xserver 和 Xorg （在AIX上为 X ）的man页涵盖通用X服务器选项和Xorg特定的命令行选项，还包括X服务器操作的一般概述； xorg.conf 的man页详细介绍配置文件及其各个部分，并在REFERENCES部分列出视频卡驱动程序，可在此查找视频卡对应的驱动程序名称，然后阅读驱动程序自身的man页以了解特定于驱动程序的选项。

5. 练习

• E19.1 ：使用SSH在网络上运行X程序，使用 ssh -v 验证X转发是否正确设置。登录后查看 DISPLAY 变量的值，运行 xauth 列出cookie并验证该显示器的魔法cookie认证是否激活。
• E19.2 ：编写一个shell命令行或脚本，解析 xdpyinfo 的输出并以 XxY （如 1024×768 ）的格式打印当前屏幕分辨率。
• E19.3 ：检查Xorg日志文件（ /var/log/Xorg.0.log ），尽可能确定以下项目：
• 存在哪种类型的视频卡以及它使用的驱动程序。
• 显卡有多少视频内存。
• 是否使用EDID来探测显示器设置，如何得知。
• 支持哪些模式（分辨率）。
• DPMS是否启用。
• 服务器认为物理屏幕尺寸是多少。
• 鼠标使用的设备文件是什么。
• E19.4 ：哪个标志可以禁用对X服务器的非本地TCP连接？解释为什么这个选项有用。

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6. 与Windows系统的协作

6.1 从Windows登录到UNIX系统

在很多环境中，Windows和UNIX系统会同时存在，用户可能希望在不离开Windows桌面的情况下访问UNIX系统。SSH（安全外壳协议）是访问UNIX和Linux系统的最佳远程工具。以下是一些适用于Windows的SSH客户端：
- PuTTY ：开源且简单有效，支持许多本地终端应用程序（如xterm）的功能。它还包含用于文件传输的命令行客户端 psftp 和 pscp 。
- WinSCP ：对于不喜欢使用命令行的Windows用户，这是一个图形化的SSH客户端。
- Cygwin ：可以安装在Windows上的类UNIX环境，可运行其SSH实用程序。
- MindTerm ：一个零足迹的Java实现的SSH客户端，可在支持Java的任何系统上运行，个人使用免费。
- SecureCRT ：商业SSH客户端，支持各种终端功能，提供出色的客户服务。

SSH还有一个重要功能是TCP端口转发，但此功能存在一定风险，可在服务器端禁用该功能，将SSH限制为仅用于终端访问和文件传输。

6.2 访问远程桌面

6.2.1 X服务器在Windows上的运行

X11是一个客户端/服务器系统，X服务器负责在用户屏幕上显示数据并获取用户的鼠标和键盘输入。虽然X11协议丰富，但原设计缺乏安全性，任何连接到X服务器的程序都可能获取用户的键盘输入和屏幕显示内容。因此，除非确定操作安全，否则应避免远程连接到X服务器。

若要在UNIX上运行程序并将其界面显示在Windows上，可使用SSH协议的X11转发功能。此功能会在远程主机上运行的X客户端和本地X服务器之间创建安全隧道。要使用该功能，需在SSH服务器和客户端都启用X转发：
- 客户端（以PuTTY为例） ：在其设置屏幕中激活X11转发功能。
- 服务器端 ：确保 /etc/ssh/sshd_config 文件包含 X11Forwarding yes ，修改后需重启 sshd 进程。

不过，通过SSH转发X连接可能会很慢，尤其是在网络有延迟的情况下。

Windows上有多种X服务器可供选择：
- Cygwin项目提供的免费X服务器 ：配置后效果良好。
- Xming服务器 ：易于配置。
- 商业X服务器 ：如Exceed和X - Win32，配置简单但价格较高。

6.2.2 VNC（虚拟网络计算）

VNC是20世纪90年代末由AT&T实验室开发的远程桌面访问系统，它将简单的哑终端与现代窗口系统相结合。与X11不同，VNC协议处理的是完整的虚拟桌面。

VNC软件开源，有许多服务器和查看器实现，且协议具有扩展性，不同实现之间可相互协作。
- UNIX系统 ：VNC服务器实现本质上是一个图形适配器模拟器，可插入X.Org X窗口服务器。运行 vncserver 会创建一个新的虚拟桌面，可使用VNC查看器远程访问。建议在首次启动服务器前使用 vncpasswd 命令设置连接密码。
- Windows系统 ：VNC服务器通常直接导出标准Windows桌面，主要用于远程支持。

以下是VNC的特点表格：
|特点|描述|
| ---- | ---- |
|无状态和基于位图|查看器可自由连接和断开，多个查看器可同时访问同一服务器|
|扩展性|不同实现可选择双方都支持的最佳协议变体|

6.2.3 Windows RDP（远程桌面协议）

自Windows 2000 Server起，Windows系统就具备为多个用户同时提供图形远程访问的能力。通过RDP，用户可以像在本地一样操作远程的Windows桌面。

下面是一个简单的流程图，展示从Windows访问UNIX系统图形界面的常用方法：

graph LR
    A[Windows系统] -->|SSH| B(UNIX系统)
    A -->|X服务器| C(显示UNIX程序界面)
    B -->|VNC服务器| D(VNC查看器)
    D -->|显示| C
    A -->|RDP| E(远程Windows桌面)

7. 总结

X窗口系统是许多UNIX和Linux系统图形界面的基础，在使用过程中可能会遇到各种问题，需要通过日志和相关工具进行排查和调试。同时，现代桌面环境如GNOME和KDE各有特点，用户可根据自身需求选择。在跨平台协作方面，SSH、X转发、VNC和RDP等技术为Windows和UNIX系统之间的协作提供了多种方式，每种方式都有其优缺点和适用场景。

希望通过本文的介绍，你能对X窗口系统和跨平台协作有更深入的了解，并能根据实际情况选择合适的工具和方法。在实际操作中，不断尝试和实践，以更好地掌握这些技术。