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X Window簡介

日期:2017/3/3 15:50:56   编辑:關於Linux

大名鼎鼎的X Window大家肯定不陌生。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,也可以找到不少X Window的介紹。有不少文章為了給用戶留一個直觀的印象,往往先讓系統進入純文本界面,然後使用startx來啟動圖形界面,或者直接使用X來啟動X Server,再然後運行一個xterm來做示范。我覺得以上這些文章對X Window的理解有限,不夠深入,而且也不夠新。所以,我這裡寫一篇《X Window的奧秘》,以最新的Ubuntu-14.04 Desktop為例,展示如何學習X Window。

先說一點題外話。在上一篇《打造屬於自己的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,自己照著圖片敲一下代碼嘛。結果這個“照著圖片敲代碼”的事情我今天自己干了一遍,好在沒花多少時間,幾分鐘而已。原因是因為我今天折騰X Window的時候,把系統給掛掉了,然後重裝系統,然後,就只好再設置一遍Vim了。

了解自己機器上的X Window

X Window其實是一種規范,它有很多不同的實現,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。要了解自己機器上運行的X Window究竟是哪一個,可以使用查看進程的ps命令,如下圖:

從上圖可以看出,Ubuntu 14.04使用的X Window是Xorg。如果使用ps -ef命令,還可以看到Xorg運行時的命令行參數。

想了解X Window,下面這些文檔需要看一遍先:

下面來說一下也許是眾所周知的基礎知識:X Window是一個分層的架構,它分為Serve和Client。X Server負責圖形界面的顯示,(也負責用戶的輸入),而Client程序需要連接到X Server,然後請求X Server繪制圖形界面,同時從X Server接受用戶的輸入。在桌面系統上,X Server和Client程序往往安裝在同一台機器上,日常使用基本感覺不到它是分層的。但是很顯然,X Server和Client也可以分別運行在不同的機器上,在一台機器上運行程序,而在另外一台機器上顯示圖形界面。

X Window中的Server和Client的概念和我們平時接觸到的“Server/Client”概念剛好相反。很多熟悉Internet原理的人,第一次接觸X Window的這兩個概念都會搞錯。比如,我在一台本地機器上運行Ubuntu 14.04桌面版,而在另外一台遠程機器上運行CentOS 5.10(純字符界面),當我用ssh從Ubuntu連接到CentOS的時候,Ubuntu是Client,而CentOS是Server。在X Window中,Server偏偏是我面前的這台Ubuntu,X Server運行在Ubuntu上。我可以在CentOS中運行GVim,但是窗口顯示在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。

理解display和虛擬控制台

前面提到網上很多介紹X Window的文章都是先讓系統進入字符界面,然後手動啟動一個X Server。其實這完全沒有必要,因為在同一台機器上完全可以運行多個X Server,只需要讓每個X Server的display不同即可。那麼display究竟是什麼?

在X Window中,可以通過hostname:display_number.screen_number來指定一個屏幕。可以這樣理解:一台計算機可以有多個display,一個display可以有多個屏幕。所以,display相當於是計算機配備的一套輸入輸出設備,一般情況下,一台電腦只配一套鍵盤鼠標和一個顯示器,特殊情況下,可以配多個顯示器。

現在問題出來了,我的電腦只有一套鍵盤鼠標和一個顯示器,也就是只有一個display,那又怎麼能運行多個X Server呢?那是因為在Linux中,還有虛擬控制台這樣的高級特性。只需要同時按下Ctrl+Alt+F1、Ctrl+Alt+F2、...、Ctrl+Alt+F7,就可以在不同的虛擬控制台中進行切換。在Ubuntu 14.04中,虛擬控制台1到6運行的getty,也就是字符界面,虛擬控制台7運行的是Xorg。(Fedora中不一樣,虛擬控制台1運行的是圖形界面,其它的是字符界面。)

我們可以直接運行X Server程序來啟動X Server。/usr/bin/X和Xorg都是X Server程序。其實/usr/bin/X是Xorg的符號鏈接,用哪一個都是一樣的。

啟動X Server的時候可以指定display參數,因為可以省略掉hostname和screen_number,所以可以用:0,:1這樣的格式來指定display。在我的機器上,本來就有一個X Server在運行,display :0已經被占用了,所以我使用sudo X :1 -retro來在display :1上再運行一個X Server,如下圖:

其中的-retro參數是為了讓X Server的背景顯示為斜紋,否則背景為純黑色,那就看不出來是否啟動了X Server。啟動X Server後的效果如下圖:

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台7,一個運行在虛擬控制台8。如下圖:

本欄目更多精彩內容:http://www.bianceng.cn/OS/Linux/

在新啟動的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啟動的X Server上,使用-geometry參數指定窗口的大小和位置。然後按Ctrl+Alt+F8切換虛擬控制台,看效果。命令見上圖,程序運行效果見下圖:

遠程連接X Server

如果能讓遠程機器上的GVim也把窗口顯示在本地機器的屏幕上,那就比較過瘾了。所以,使用ssh連接到CentOS-5.10,然後使用gvim -display ubuntu-14:1命令,希望將GVim顯示到Ubuntu的display :1上。由於是遠程連接,所以hostname不能省略,需寫成ubuntu-14:1,也可以使用IP地址,寫成192.168.1.103:1。如下圖:

很可惜,連接失敗。

失敗的原因是遠程訪問X Server需要安全認證。這個可以理解,就像登陸郵箱需要輸入用戶名和密碼一樣,如果X Server不要認證就可以隨便連接的話,那豈不是桌面上垃圾窗口滿天飛?安全認證的方式有很多種,具體請參考man Xsecurity。安全認證可以使用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來授權,這個比較簡單。為了運行xhost,需要在X Server上有一個終端,所以運行一個xterm,如下圖:

在xterm中輸入sodu xhost +192.168.1.109,這樣,CentOS-5.10中運行的GUI程序都可以連接到這個新開啟的X Server了。如下圖:

在CentOS-5.10中運行GVim,如下圖:

窗口顯示在Ubuntu中,如下圖:

新啟動的X Server界面比較丑陋,我們還是想讓遠程機器上的GUI程序直接顯示在Ubuntu的桌面環境中。所以,指定display為:0,如下圖:

結果很不幸,無法打開display。連接不上,為什麼呢?是安全認證的問題嗎?不是,是lightdm的問題,請繼續往下看。

理解lightdm和X Window桌面環境的啟動過程

X Server的啟動方式有兩種,一種是通過顯示管理器啟動,另一種是手動啟動。在前面的例子中,我通過直接運行/usr/bin/X :1來啟動了一個X Server。直接啟動X Server的方法還有運行startx或者xinit。手動啟動X Server的缺點就是啟動的X Server不好看。而顯示管理器啟動的不僅有X Server,還有一大堆的Client程序,構成了一個完整的桌面環境,界面當然就漂亮多了。

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。顯示管理器可以直接管理這些設備,所以它可以控制X Server的運行,由它來啟動X Server那是再合適不過了。系統啟動過程是這樣的:內核加載-->init程序運行-->顯示管理器運行-->X Server運行-->顯示管理器連接到X Server,顯示登錄界面-->用戶登錄後,登錄界面關閉,加載桌面環境。從上面的流程可以看出,顯示管理器是X Server的父進程,它負責啟動X Server,當X Server啟動後,它又變成了X Server的一個Client程序,連接到X Server顯示歡迎界面和登錄界面,最後,顯示管理器又是所有桌面環境的父進程,它負責啟動桌面環境需要的其它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。簡單來說,就是由lightdm負責啟動X Server和其它的X程序。不知道為什麼,lightdm在啟動X Server的時候,給X Server加上了-nolisten tcp參數,所以遠程計算機就沒有辦法連接到Ubuntu的桌面了。(從第1張圖片可以看到該參數。)

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,我的系統掛掉然後重裝就是在這裡折騰出來的。在這裡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,比如lightdm、xft、fontconfig、freetype都是這個組織貢獻的,可是,你就不能把文檔寫詳細點嗎?不僅是lightdm的文檔不行,xft、freetype的文檔也都不行。

lightdm的man page非常簡略,使用sudo dpkg -L lightdm也找不出該軟件包中有價值的東西。沒辦法,另辟蹊徑吧。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:

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終於,從log文件中看到了lightdm啟動的全過程。首先,看到它從哪幾個目錄加載配置文件,接著,看到它啟動X Server。從下圖光標所在的行可以看到X Server啟動的所有參數,包括-nolisten tcp選項。

繼續看log文件,下面光標所在的行顯示lightdm怎麼啟動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,發現裡面果然就是lightdm的配置的解釋。趕快將該文件復制到/etc/lightdm/目錄下並解壓,如下圖:

然後用Vim編輯/etc/lightdm/lightdm.conf文件,將xserver-allow-tcp=false一行前面的注釋去掉,並且改為xserver-allow-tcp=true。如下圖:

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

搞定xauth

搞定了-nolisten tcp之後,要想從遠程計算接連接到Ubuntu桌面,還是需要安全認證。在前面的例子中,我使用了xhost。xhost是最簡單的認證方式。在這裡我要試一下別的認證方式,比如MIT-MAGIC-COOKIE-1。如上圖,先使用xauth list命令查看一下當前的授權記錄,發現只有一條,而且display是ubuntu-14/unix:0,很顯然,這是一個本地授權,所以需要使用xauth add命令添加一個使用ip地址的授權,後面的key照抄就行了。最後,使用xauth extract和xauth merge配合管道和ssh將該授權記錄合並到CentOS-5.10中。

在CentOS-5.10中啟動GVim,指定display為192.168.1.103:0,GVim窗口就出現在了Ubuntu中。如下圖:

X Server的配置

可以使用不同的方法對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,還可以使用環境變量和配置文件。X Server的配置文件為一般是/etc/X11/xorg.conf或/etc/X11/xorg.conf.d/目錄下的.conf文件,當然,配置文件也可以放在其它的目錄中,具體信息,請參看man xorg.conf。

如果沒有配置文件,X Server將在啟動的時候自動檢測硬件,然後生成一個內置的配置。Ubuntu系統就沒有配置文件。不過沒關系,如果需要使用配置文件的時候,可以通過X Server的-configure參數生成一個配置文件,裡面包含當前自動檢測出的配置。如果需要任何個性化的配置,對該文件進行修改即可。

現有的圖形界面中可以運行嵌套的X Server

我們上面運行的X Server都是直接占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,還可以以窗口模式運行另外一個X Server,稱為nested X Server。最常用的nested X Server是Xephyr,在Ubuntu中可以通過如下命令安裝它:

sudo aptitude install xserver-xephyr

Xephyr的使用非常簡單,可以通過 man Xephyr 命令查看它的使用手冊。如果輸入 Xephyr :1 命令,就可以在現有圖形界面中打開一個窗口模式的X Server,如下圖:

以後再啟動GUI程序,就可以通過程序的-display選項讓程序運行在這個嵌套的X Server中,如下圖:

怎麼樣,是不是很好玩呢?除了好玩,還很有用,比如調試窗口管理器啊、連接遠程桌面啊什麼的都用得著。當然,我這裡只是簡單展示一下原來X Window還可以這麼玩。

總結:

1.在一個Linux系統中存在多個虛擬控制台,所以可以啟動多個X Server;

2.啟動X Server的方式有兩種,一種是使用/usr/bin/X、startx、xinit手動啟動,一種是通過顯示管理器啟動;

3.Ubuntu使用的顯示管理器是lightdm,這是一個比較新的、輕量級的顯示管理器,但是文檔不夠詳細;

4.遠程計算機連接本地的X Server,需要X Server開放TCP端口,還要搞定安全認證;

5.X Server的配置,可以通過命令行參數,可以通過環境變量,還可以通過配置文件;

6.可以在現有的圖形界面下以窗口模式運行嵌套的X Server,常用的軟件是Xephyr;

7.我的《玩轉Linux系統的方法論》中介紹的方法不夠用,還要加上兩條:①使用ps命令查看進程;②查看程序啟動的log文件。

From:cnblogs 京山游俠

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