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Linux X Window System運行原理與啟動過程
本文主要說明X Window System的基本運行原理，其啟動過程，及常見的跨網絡運行X Window System。
一) 基本運行原理
X Window System采用C/S結構，但和我們常見的C/S不同。常見的C/S結構中，稱提供服務的一方為server，即服務器端(如HTTP服務，FTP服務等)，使用服務的稱為client，即客戶端。但在X Window System中，client是執行程序的一方，在上面執行各種X程序，而server則是負責顯示client運行程序的窗口的一方。
X Window System的組成可以分為X server，X client，X protocol三部分。X server主要控制輸入輸出，維護字體，顏色等相關資源。它接受輸入設備的輸入信息并傳遞給X client，X client將這些信息處理后所返回的信息，也由X server負責輸出到輸出設備(即我們所見的顯示器)上。X server傳遞給X client的信息稱為Event，主要是鍵盤鼠標輸入和窗口狀態的信息。X client傳遞給X server的信息則稱為Request，主要是要求X server建立窗口，更改窗口大小位置或在窗口上繪圖輸出文字等。X client主要是完成應用程序計算處理的部分，并不接受用戶的輸入信息，輸入信息都是輸入給X server，然后由X server以Event的形式傳遞給X client(這里感覺類似Windows的消息機制，系統接收到用戶的輸入信息，然后以消息的形式傳遞給窗口，再由窗口的消息處理過程處理)。X client對收到的Event進行相應的處理后，如果需要輸出到屏幕上或更改畫面的外觀等，則發出Request給X server，由X server負責顯示。
常見的情況是X server與X client都在同一臺電腦上運行，但他們也可分別位于網絡上不同的電腦上。在X Window System中，X client是與硬件無關的，它并不關心你使用的是什么顯卡什么顯示器什么鍵盤鼠標，這些只與X server相關。我們平常安裝完XFree86后運行xf86config或xf86cfg進行的配置實際上只是與X server有關，可以說就是配置X server吧，不配置照樣可以運行X client程序(如：xeyes -display xserver:0就可以在xserver這臺機器上的0號屏幕(屏幕編號displaynumber為0)上顯示那對大眼睛了)。
X protocol就是X server于X client之間通信的協議了。X protocol支持現在常用的網絡通信協議。我只能測試TCP/IP，可以看到X server偵聽在tcp 6000端口上。那X protocol就是位于運輸層以上了，應該屬于應用層吧？。
總結下運行過程吧：
(1) 用戶通過鼠標鍵盤對X server下達操作命令
(2) X server利用Event傳遞用戶操作信息給X client
(3) X client進行程序運算
(4) X client利用Request傳回所要顯示的結果
(5) X server將結果顯示在屏幕上
二) 啟動過程
我們從控制臺進入X一般是用startx命令。下面就從startx分析起。首先man startx和man xinit可以看到staratx和xinit的使用方法：
startx [[client] options .....] [-- [server] options ....]
xinit [[client] options ] [-- [server] [display] options]
把上面[client]和[server]分別稱為client程序和server程序。man手冊里寫明其必須以/或者./開頭。
下面看看startx這個腳本，中文為我加的注釋，這個腳本是安裝x-window-system-core后得到的，都是XFree86，不同發行版的linux里該腳本應該大同小異：
#!/bin/sh
userclientrc=$HOME/.xinitrc #用戶的client定義文件
userserverrc=$HOME/.xserverrc #用戶的server定義文件
sysclientrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc #系統的client
sysserverrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserverrc #系統的server
defaultclient=/usr/X11R6/bin/xterm #默認的client程序
defaultserver=/usr/X11R6/bin/X #默認的server程序
defaultclientargs="" #下面定義了client和server的參數變量
defaultserverargs=""
clientargs=""
serverargs=""
#如果用戶client文件存在則使用用戶文件里定義的client，否則使用系統定義的client
if [ -f $userclientrc ]; then
defaultclientargs=$userclientrc
elif [ -f $sysclientrc ]; then
defaultclientargs=$sysclientrc
fi
#如果用戶server文件存在則使用用戶文件里定義的server，否則使用系統定義的server
if [ -f $userserverrc ]; then
defaultserverargs=$userserverrc
elif [ -f $sysserverrc ]; then
defaultserverargs=$sysserverrc
fi
#下面循環處理client和server的參數
whoseargs="client"
while [ x"" != x ]; do #若第一個參數為空，退出循環
case "" in
# '' required to prevent cpp from treating "/*" as a C comment.
/''*|./''*) #如果是/*或者./*形式(xinit程序要求其參數里的client程序和server程序必須以/或./開頭，否則會被視為client程序和server程序的參數，見man xinit)
if [ "$whoseargs" = "client" ]; then #如果當前是在處理client的參數
if [ x"$clientargs" = x ]; then #如果clientargs為空,則賦值給client變量，也即上面#startx使用方法里的[client]參數
client=""
else
clientargs="$clientargs " #否則clientargs賦值為$clientargs ，即上面#startx使用#方法里的options參數
fi
else #當前在處理server的參數，代碼的含義同上
if [ x"$serverargs" = x ]; then
server=""
else
serverargs="$serverargs "
fi
fi
;;
--)#如果為--，則表示開始處理server的參數，--為client和server參數的分界
whoseargs="server"
;;
*)
if [ "$whoseargs" = "client" ]; then #處理給client程序的參數
clientargs="$clientargs "
else #處理給server程序的參數
# display must be the FIRST server argument
#屏幕編號必須為第一個給server程序的參數，以的形式(x為數字)，這可從上面startx和xinit 的使用
#方法的區別看出,xinit多了個[display]，這里即過濾出這個[display]。試試看這兩個命令：
#xinit /usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1 -- /usr/bin/X11/X :1 -dpi 70&
#xinit /usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1 -- /usr/bin/X11/X -dpi 70 :1&
#即可看出不把屏幕編號作為第一個server參數的后果
if [ x"$serverargs" = x ] && expr "" : ':[0-9][0-9]*$' > /dev/null 2>&1; then
display=""
else #處理屏幕編號以外的參數
serverargs="$serverargs "
fi
fi
;;
esac
shift #所有參數左移一次
done
# process client arguments
if [ x"$client" = x ]; then #如果client程序為空
# if no client arguments either, use rc file instead
if [ x"$clientargs" = x ]; then #且clientargs為空，賦值$defaultclientargs給client程序
client="$defaultclientargs"
else
client=$defaultclient #使用默認的client程序
fi
fi
# process server arguments處理server參數，同上
if [ x"$server" = x ]; then
# if no server arguments or display either, use rc file instead
if [ x"$serverargs" = x -a x"$display" = x ]; then
server="$defaultserverargs"
else
server=$defaultserver
fi
fi
#…………省略授權代碼若干
xinit $client $clientargs -- $server $display $serverargs #把處理過的參數交由xinit程序處理
#…………
由上面代碼可以得出startx主要是置X client和X server所在的位置，并處理相關參數，最后交給xinit處理?？梢钥闯鰏tartx 設置X client的位置是先搜尋$HOME/.xinitrc，然后是/etc/X11/xinit/xinitrc；設置X server的位置是先搜尋$HOME/.xserverrc，然后是/etc/X11/xinit/xserverrc。這就解釋了我們平常為什么說啟動X Window時用戶目錄下的.xinitrc和.xserverrc文件優先級要高。所以我們用startx命令啟動X時，如果用戶目錄存在.xinitrc和.xserverrc文件，則實際上等價于命令xinit $HOME/.xinitrc -- $HOME/.xserverrc 。如果用戶目錄不存在那兩個文件，則等價于xinit /usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc -- /usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserver。別的情況類推。
至于xinit，則根據startx傳過來的參數啟動X server，成功后根據xinitrc啟動X client。
以上即為X Window System的啟動過程，startx只是負責一些參數傳遞，真正的X啟動由xinit實現。實際上可以分為啟動X server和啟動X client兩部分。下面在用戶目錄下構造.xinitrc(即X client)和.xserverrc(即X server)文件。在.xserverrc里寫入/usr/bin/X11/X :1。.xinitrc里寫入/usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1。這就是最簡單的X server + X client了，只不過把屏幕編號從默認的0改為了1，這里X server即是/usr/bin/X11/X 程序，X client即是/usr/bin/X11/xeyes 程序。
總結下單機用startx啟動過程吧：
(1) startx置X client和X server的位置，處理參數并調用xinit
(2) xinit根據傳過來的參數啟動X server，成功后呼叫X client
(3) 根據xinitrc設置相關資源，啟動窗口管理器,輸入法和其他應用程序等X client程序。
但還未搞清楚gnome是怎么起來的！gnome當然屬于X client了，看上面啟動過程第(3)步。
這里分兩種情況看吧，第一種是用系統的xinitrc文件?？?etc/X11/xinit/xinitrc文件(我的sarge裝x-window-system-core和gnome-core)，里面只包含了. /etc/X11/Xsession一句話。接著看/etc/X11/Xsession這個腳本，只看關鍵部分吧。最后面有：
SESSIONFILES=$(run_parts $SYSSESSIONDIR)
if [ -n "$SESSIONFILES" ]; then
for SESSIONFILE in $SESSIONFILES; do
. $SESSIONFILE
done
fi
exit 0
接著看run_parts()，位于本文件中間:
run_parts () {
# until run-parts --noexec is implemented
if [ -z "" ]; then
internal_errormsg "run_parts() called without an argument."
fi
if [ ! -d "" ]; then
internal_errormsg "run_parts() called, but "" does not exist or is"
"not a directory."
fi
for F in $(ls ); do
if expr "$F" : '[[:alnum:]_-]+$' > /dev/null 2>&1; then
if [ -f "/$F" ]; then
echo "/$F"
fi
fi
done
}
大概意思就是run_parts () 把$SYSSESSIONDIR目錄下的文件名取出來賦值給$SESSIONFILES，然后循環運行該目錄下的文件?？纯丛撃夸?，即/etc/X11/Xsession.d目錄，可以看到幾個以數字開頭的文件，實際上這些數值就表示了這幾個文件被運行的優先級，數字小的優先級高，因為在上面的run_parts () 里是用ls命令顯示該目錄下的文件，所以前面數字小的被ls時顯示在前面，所以被
for SESSIONFILE in $SESSIONFILES; do
. $SESSIONFILE
done
這個for循環執行時也先被執行?？吹?etc/X11/Xsession.d目錄下有個55gnome-session_gnomerc文件，里面提到了STARTUP變量。然后運行：
xdkui@Debian:/etc/X11/Xsession.d$ grep STARTUP *
看到50xfree86-common_determine-startup文件。里面有
if [ -z "$STARTUP" ]; then
if [ -x /usr/bin/x-session-manager ]; then
STARTUP=x-session-manager
elif [ -x /usr/bin/x-window-manager ]; then
STARTUP=x-window-manager
elif [ -x /usr/bin/x-terminal-emulator ]; then
STARTUP=x-terminal-emulator
fi
fi
即設置啟動程序，實際上設置STARTUP變量，如果以上程序都沒有找到，則會報錯退出，即X環境沒有被啟動。再運行
xdkui@Debian:/etc/X11/Xsession.d$ grep STARTUP *
看到優先級最低也即最后被運行的99xfree86-common_start文件，里面只有一句話：
exec $STARTUP
好了，到這里就啟動我們的X client了，終于完了^_^?？偨Y下這第一種方式的啟動過程，簡單的說就是依次順序查找/usr/bin/x-session-manager ，x-window-manager，/usr/bin/x-terminal-emulator 這三個文件。如果存在則啟動之，也即X client。如果三個都不存在則報錯退出了?？?usr/bin/x-session-manager文件可以看到是個符號連接，最終連接到/usr/bin/gnome-session，也就是gnome 了。至于我們在gnome 啟動時可能會設置啟動輸入法等程序，那就歸gnome-session管了，也就不再分析了?？梢栽囍?usr/bin/x-session-manager 改為指向xfce4-session(如果安裝了的話) ，再startx就會啟動xfce4環境了。大概RedHat的switchdesk工具就是改這個連接實現的吧？?；蛘邉h掉/usr/bin/x-session-manager ，再startx，只啟動了/usr/bin/x-window-manager 所指向的window manager了吧，我這里是blackbox。
下面看第二種情況，即用戶目錄的xinitrc文件$HOME/.xinitrc。對比hiweed-debian-desktop_0.55_i386，存在$HOME/.xinitrc文件，在里面有exec xfce4-session。故其X client可以說最主要的x-session-manger是從$HOME/.xinitrc啟動的。也就不會經過上面第一種情況的執行過程了。
終于把gnome(或者說x-session-manger)的啟動過程弄明白了，下面說點別的吧。xinit程序同時啟動X server和X client，這在單機上還可。要是位于網絡上的兩臺電腦分別是client和server，則xinit就無能為力了。這時就得靠純“手工”來啟動X了。下面簡單的“手工”啟動X server和X client：在CUI模式下運行命令:
xdkui@Debian:~$X :1&
看到了一個灰色的全屏幕和一個鼠標指針，這就是X server了，其屏幕編號為1。下面構造X client，按Ctrl+Alt+F1回到剛才的CUI(Ctrl+Alt+F7對應本機的第一個啟動的X server，Ctrl+Alt+F8對應第二個，有人說F7對應屏幕編號為0的X server實際上是不對的，如果第一個啟動的屏幕編號為1，第二個啟動的編號為0,則F7對應1屏幕，F8對應0屏幕)，運行命令:xdkui@Debian:~$xeyes -display localhost:1&
然后按Ctrl+Alt+F7，看到我們的X client也就是xeyes了吧。再回到CUI，運行
xdkui@Debian:~$X&
開啟一個屏幕編號0的X server，CUI下再運行
xdkui@Debian:~$xterm&
這時Ctrl+Alt+F7對應屏幕編號1；而F8對應屏幕編號0，且其X client為xterm。先退出上面的兩個X server，下面復雜點手動啟動我們的gnome吧，首先
xdkui@Debian:~$X&
然后
xdkui@Debian:~$gnome-session
看到的就和用startx 啟動的X一樣了，這時X server是X這個程序，X client是gnome-session及其啟動的窗口管理器等程序?？吹竭@里感覺xinit用處并不大(??不知是否正確)，簡單的腳本就可以實現。本來想把xinit反匯編了分析下，可懶得搞了^_^這是位于本機的情況，對于X server和X client位于不同主機的情況見下面本文第三部分。
個人感覺對于X Window System，搞清楚X server與X client關系很重要。一般X server很簡單，就是/usr/bin/X11/X程序；X client則花樣繁多，從高級的CDE,GNOME,KDE，到低級一點的只有twm,Window Maker，blackbox等窗口管理器，再到最簡陋的只有xterm,rxvt,xeyes等單個x程序。正是由于X client的各種搭配，使得我們的X Window System看起來多樣化。這可能也是X Window System最大的賣點之一吧 ^_^
三) 跨網絡運行X Window System
一般用來做服務器的系統(Linux,FreeBSD,Solaris等等)都不會裝X server，甚至很多都沒有顯示器。這樣可以在這些系統里安裝簡單的X client，以GUI的方式遠程顯示在管理員們所坐的X server里。我們實驗室用FreeBSD做網關，提供WWW,FTP服務，一般在管理員的本地機器起個X server，然后ssh或te.net上網關運行X client程序顯示在本地顯示器上，當然，也可用XDMCP(X Display Manager Control Protocol)，man xsession里提到/etc/X11/Xsession一般被startx(我的/etc/X11/xinit/xinitrc里調用Xsession腳本)或display manager調用，但有的display manager只調用Xsession而不是xinitrc，故為了startx和display manager兩種方式下都可正常啟動GUI，最好把X client啟動的程序放在Xsession文件里。遠程運行X client程序需要設置DISPLAY環境變量，設置為 主機名稱：屏幕編號(如192.168.1.2:0，則表示X server是192.168.1.2這臺機器上的0號屏幕)；或是給X client程序加個—display參數。由于條件限制，只測試了位于TCP/IP網絡環境，X server為192.168.1.2，X client為192.168.1.1。
1) Windows系統做X server
a) 用ssh或telnet方式
Windows下面的X server軟件有很多種，我這里使用X-win32。在Windows里運行X-win32程序，則相當于本地機器是個X server。遠程登錄上Debian(我這里是用VMware仿真網絡環境，直接進虛擬機即可^_^)，運行：
xdkui@xclient:~$export DISPLAY=192.168.1.2:0
xdkui@xclient:~$xterm&
這時即在Windows里的X server里看到了xterm了，至于X client還運行什么程序就看你的需要了，文件管理器阿，資源查看器等。當然，這里X-win32要設置好授權，好像默認是禁止接入控制，即任何X client都可使用這個X server。
b) XDMCP方式
常見的Display Manager有xdm,gdm,kdm等。我這里使用的是gdm。需要修改gdm的配置文件/etc/X11/gdm/gdm.conf，修改[xdmcp]段的Enable＝true，使得可以遠程登錄，在X client運行gdm。
在X-win32里建一個XDMCP的session，查詢方式，填入IP為運行gdm的機器地址。連接，即可看到登錄界面，下面的就不用說了，享受吧
2) Linux與Linux互聯
a) ssh或telnet方式
在linux本地起個X server，需要注意授權問題，建立文件/etc/X0.hosts，填入X client的IP192.168.1.1，其中X0.hosts表示本地第0個屏幕允許連接的X client地址，建立X1.hosts文件則是本地第1個屏幕允許連接的X client地址，以此類推，man xserver里有。運行
xdkui@xserver:~$X&
運行該程序時別加-nolisten參數，否則不會在網絡上偵聽。
這個時候Ctrl+Alt+F7是X server，返回Ctrl+Alt+F1還可以ssh上X client機器上。
然后登錄上X client，運行
xdkui@xclient:~$xterm –display 192.168.1.2:0
即可在本地的X server里看到xterm了，如果有的話，還可把gnome-session也顯示在本地來。同樣可以在linux里的VMware里做這個測試，需要用點手腕了^_^見下
b) XDMCP方式
在我們的X client里運行gdm(別忘了修改gdm.conf)，然后在本地X server的CUI下面運行X -query 192.168.1.1(X client開gdm機器的地址)?？梢钥吹降卿浗缑媪税?。
我是在linux里的VMware里做的測試，說說所用的手腕吧。在Ctrl+Alt+F1的CUI下正常運行startx&啟動GUI，這時Ctrl+Alt+F7即為我的X server，X client啟動的gnome，然后在這里運行VMware打開Debian虛擬機，并運行gdm。然后回到Ctrl+Alt+F1，運行X :1 -query 192.168.1.1?？吹降卿浗缑媪税?。這時Ctrl+Alt+F7為我的0號屏幕，里面運行了虛擬機。Ctrl+Alt+F8為1號屏幕，在遠程GUI登錄X client。相當于我在本地起了兩個X server。
X Window System設計的真是相當神奇，使用方法更是眼花繚亂。
總結：
X Window System的組成可以分為X server，X client，X protocol三部分。X server主要控制輸入輸出，維護字體，顏色等相關資源。它接受輸入設備的輸入信息并傳遞給X client，X client將這些信息處理后所返回的信息，也由X server負責輸出到輸出設備(即我們所見的顯示器)上。X server傳遞給X client的信息稱為Event，主要是鍵盤鼠標輸入和窗口狀態的信息。X client傳遞給X server的信息則稱為Request，主要是要求X server建立窗口，更改窗口大小位置或在窗口上繪圖輸出文字等。X client主要是完成應用程序計算處理的部分，并不接受用戶的輸入信息，輸入信息都是輸入給X server，然后由X server以Event的形式傳遞給X client(這里感覺類似Windows的消息機制，系統接收到用戶的輸入信息，然后以消息的形式傳遞給窗口，再由窗口的消息處理過程處理)。X client對收到的Event進行相應的處理后，如果需要輸出到屏幕上或更改畫面的外觀等，則發出Request給X server，由X server負責顯示。
startx主要是置X client和X server所在的位置，并處理相關參數，最后交給xinit處理?？梢钥闯鰏tartx 設置X client的位置是先搜尋$HOME/.xinitrc，然后是/etc/X11/xinit/xinitrc；設置X server的位置是先搜尋$HOME/.xserverrc，然后是/etc/X11/xinit/xserverrc。這就解釋了我們平常為什么說啟動X Window時用戶目錄下的.xinitrc和.xserverrc文件優先級要高。所以我們用startx命令啟動X時，如果用戶目錄存在.xinitrc和.xserverrc文件，則實際上等價于命令xinit $HOME/.xinitrc -- $HOME/.xserverrc 。如果用戶目錄不存在那兩個文件，則等價于xinit /usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc -- /usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserver。別的情況類推。
至于xinit，則根據startx傳過來的參數啟動X server，成功后根據xinitrc啟動X client。
以上即為X Window System的啟動過程，startx只是負責一些參數傳遞，真正的X啟動由xinit實現。實際上可以分為啟動X server和啟動X client兩部分。下面在用戶目錄下構造.xinitrc(即X client)和.xserverrc(即X server)文件。在.xserverrc里寫入/usr/bin/X11/X :1。.xinitrc里寫入/usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1。這就是最簡單的X server + X client了，只不過把屏幕編號從默認的0改為了1，這里X server即是/usr/bin/X11/X 程序，X client即是/usr/bin/X11/xeyes 程序。
總結下單機用startx啟動過程吧：
(1) startx置X client和X server的位置，處理參數并調用xinit
(2) xinit根據傳過來的參數啟動X server，成功后呼叫X client
(3) 根據xinitrc設置相關資源，啟動窗口管理器,輸入法和其他應用程序等X client程序。
啟動X窗口的分步驟方法：
(1) xinit
(2) gnome-session
尚存問題:
Gnome 和Gnome2 在配置文件和啟動過程有何不同
在Fedora Gnome2中 如果是root用戶 /root/.gnome2/ 中是否需要session目錄 有何作用
