探究Xwindow System原理与启动过程.docx
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探究XwindowSystem原理与启动过程
探究XwindowSystem原理与启动过程
一）基本运行原理
XWindowSystem采用C/S结构，但和我们常见的C/S不同。
常见的C/S结构中，称提供服务的一方为server，即服务器端（如HTTP服务，FTP服务等），使用服务的称为client，即客户端。
但在XWindowSystem中，client是执行程序的一方，在上面执行各种X程序，而server则是负责显示client运行程序的窗口的一方。
XWindowSystem的组成可以分为Xserver，Xclient，Xprotocol三部分。
Xserver主要控制输入输出，维护字体，颜色等相关资源。
它接受输入设备的输入信息并传递给Xclient，Xclient将这些信息处理后所返回的信息，也由Xserver负责输出到输出设备（即我们所见的显示器）上。
Xserver传递给Xclient的信息称为Event，主要是键盘鼠标输入和窗口状态的信息。
Xclient传递给Xserver的信息则称为Request，主要是要求Xserver建立窗口，更改窗口大小位置或在窗口上绘图输出文字等。
Xclient主要是完成应用程序计算处理的部分，并不接受用户的输入信息，输入信息都是输入给Xserver，然后由Xserver以Event的形式传递给Xclient（这里感觉类似Windows的消息机制，系统接收到用户的输入信息，然后以消息的形式传递给窗口，再由窗口的消息处理过程处理）。
Xclient对收到的Event进行相应的处理后，如果需要输出到屏幕上或更改画面的外观等，则发出Request给Xserver，由Xserver负责显示。
常见的情况是Xserver与Xclient都在同一台电脑上运行，但他们也可分别位于网络上不同的电脑上。
在XWindowSystem中，Xclient是与硬件无关的，它并不关心你使用的是什么显卡什么显示器什么键盘鼠标，这些只与Xserver相关。
我们平常安装完XFree86后运行xf86config或xf86cfg进行的配置实际上只是与Xserver有关，可以说就是配置Xserver吧，不配置照样可以运行Xclient程序（如：
xeyes-displayxserver:
0就可以在xserver这台机器上的0号屏幕（屏幕编号displaynumber为0）上显示那对大眼睛了）。
Xprotocol就是Xserver于Xclient之间通信的协议了。
Xprotocol支持现在常用的网络通信协议。
我只能测试TCP/IP，可以看到Xserver侦听在tcp6000端口上。
那Xprotocol就是位于运输层以上了，应该属于应用层吧？
。
总结下运行过程吧：
（1）用户通过鼠标键盘对Xserver下达操作命令
（2）Xserver利用Event传递用户操作信息给Xclient
（3）Xclient进行程序运算
（4）Xclient利用Request传回所要显示的结果
（5）Xserver将结果显示在屏幕上
二）启动过程
我们从控制台进入X一般是用startx命令。
下面就从startx分析起。
首先manstartx和manxinit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]分别称为client程序和server程序。
man手册里写明其必须以/或者./开头。
下面看看startx这个脚本，中文为我加的注释，这个脚本是安装x-window-system-core后得到的，都是XFree86，不同发行版的linux里该脚本应该大同小异：
#!
/bin/sh
userclientrc=$HOME/.xinitrc#用户的client定义文件
userserverrc=$HOME/.xserverrc#用户的server定义文件
sysclientrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc#系统的client
sysserverrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserverrc#系统的server
defaultclient=/usr/X11R6/bin/xterm#默认的client程序
defaultserver=/usr/X11R6/bin/X#默认的server程序
defaultclientargs=""#下面定义了client和server的参数变量
defaultserverargs=""
clientargs=""
serverargs=""
如果用户client文件存在则使用用户文件里定义的client，否则使用系统定义的client：
if[-f$userclientrc];then
defaultclientargs=$userclientrc
elif[-f$sysclientrc];then
defaultclientargs=$sysclientrc
fi
#如果用户server文件存在则使用用户文件里定义的server，否则使用系统定义的server：
if[-f$userserverrc];then
defaultserverargs=$userserverrc
elif[-f$sysserverrc];then
defaultserverargs=$sysserverrc
fi
下面循环处理client和server的参数：
whoseargs="client"
while[x""!
=x];do#若第一个参数为空，退出循环
case""in
#''requiredtopreventcppfromtreating"/*"asaCcomment.
/''*|./''*）#如果是/*或者./*形式（xinit程序要求其参数里的client程序
和server程序必须以/或./开头，否则会被视为client程序和server程序的参数，
见manxinit）
if["$whoseargs"="client"];then#如果当前是在处理client的参数
if[x"$clientargs"=x];then#如果clientargs为空,
则赋值给client变量，也即上面#startx使用方法里的[client]参数
client=""
else
clientargs="$clientargs"#否则clientargs赋值为$clientargs，
即上面#startx使用#方法里的options参数
fi
else#当前在处理server的参数，代码的含义同上
if[x"$serverargs"=x];then
server=""
else
serverargs="$serverargs"
fi
fi
;;
--）#如果为--，则表示开始处理server的参数，
--为client和server参数的分界
whoseargs="server"
;;
*）
if["$whoseargs"="client"];then
#处理给client程序的参数
clientargs="$clientargs"
else#处理给server程序的参数
#displaymustbetheFIRSTserverargument
#屏幕编号必须为第一个给server程序的参数，以的形式（x为数字），
这可从上面startx和xinit的使用
#方法的区别看出,xinit多了个[display]，这里即过滤出这个[display]。
试试看这两个命令：
#xinit/usr/bin/X11/xeyes-displaylocalhost:
1--/usr/bin/X11/X:
1-dpi70&
#xinit/usr/bin/X11/xeyes-displaylocalhost:
1--/usr/bin/X11/X-dpi70:
1&
#即可看出不把屏幕编号作为第一个server参数的后果
if[x"$serverargs"=x]&&expr"":
':
[0-9][0-9]*
由上面代码可以得出startx主要是置Xclient和Xserver所在的位置，并处理相关参数，最后交给xinit处理。
可以看出startx设置Xclient的位置是先搜寻$HOME/.xinitrc，然后是/etc/X11/xinit/xinitrc；设置Xserver的位置是先搜寻$HOME/.xserverrc，然后是/etc/X11/xinit/xserverrc。
这就解释了我们平常为什么说启动XWindow时用户目录下的.xinitrc和.xserverrc文件优先级要高。
所以我们用startx命令启动X时，如果用户目录存在.xinitrc和.xserverrc文件，则实际上等价于命令xinit$HOME/.xinitrc--$HOME/.xserverrc。
如果用户目录不存在那两个文件，则等价于xinit/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc--/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserver。
别的情况类推。
至于xinit，则根据startx传过来的参数启动Xserver，成功后根据xinitrc启动Xclient。
以上即为XWindowSystem的启动过程，startx只是负责一些参数传递，真正的X启动由xinit实现。
实际上可以分为启动Xserver和启动Xclient两部分。
下面在用户目录下构造.xinitrc（即Xclient）和.xserverrc（即Xserver）文件。
在.xserverrc里写入/usr/bin/X11/X:
1。
.xinitrc里写入/usr/bin/X11/xeyes-displaylocalhost:
1。
这就是最简单的Xserver+Xclient了，只不过把屏幕编号从默认的0改为了1，这里Xserver即是/usr/bin/X11/X程序，Xclient即是/usr/bin/X11/xeyes程序。
总结下单机用startx启动过程吧：
（1）startx置Xclient和Xserver的位置，处理参数并调用xinit
（2）xinit根据传过来的参数启动Xserver，成功后呼叫Xclient
（3）根据xinitrc设置相关资源，启动窗口管理器,输入法和其他应用程序等Xclient程序。
但还未搞清楚gnome是怎么起来的！
gnome当然属于Xclient了，看上面启动过程第（3）步。
这里分两种情况看吧，第一种是用系统的xinitrc文件。
看/etc/X11/xinit/xinitrc文件（我的sarge装x-window-system-core和gnome-core），里面只包含了./etc/X11/Xsession一句话。
接着看/etc/X11/Xsession这个脚本，只看关键部分吧。
最后面有：
SESSIONFILES=$（run_parts$SYSSESSIONDIR）
if[-n"$SESSIONFILES"];then
forSESSIONFILEin$SESSIONFILES;do
.$SESSIONFILE
done
fi
exit0
接着看run_parts（），位于本文件中间:
run_parts（）{
#untilrun-parts--noexecisimplemented
if[-z""];then
internal_errormsg"run_parts（）calledwithoutanargument."
fi
if[!
-d""];then
internal_errormsg"run_parts（）called,but""doesnotexistoris"
"notadirectory."
fi
forFin$（ls）;do
ifexpr"$F":
'[[:
alnum:
]_-]+
大概意思就是run_parts（）把$SYSSESSIONDIR目录下的文件名取出来赋值给$SESSIONFILES，然后循环运行该目录下的文件。
看看该目录，即/etc/X11/Xsession.d目录，可以看到几个以数字开头的文件，实际上这些数值就表示了这几个文件被运行的优先级，数字小的优先级高，因为在上面的run_parts（）里是用ls命令显示该目录下的文件，所以前面数字小的被ls时显示在前面，所以被：
forSESSIONFILEin$SESSIONFILES;do
.$SESSIONFILE
done
这个for循环执行时也先被执行。
看到/etc/X11/Xsession.d目录下有个55gnome-session_gnomerc文件，里面提到了STARTUP变量。
然后运行：
xdkui@Debian:
/etc/X11/Xsession.d$grepSTARTUP*
看到50xfree86-common_determine-startup文件。
里面有
if[-z"$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
即设置启动程序，实际上设置STARTUP变量，如果以上程序都没有找到，则会报错退出，即X环境没有被启动。
再运行
xdkui@Debian:
/etc/X11/Xsession.d$grepSTARTUP*
看到优先级最低也即最后被运行的99xfree86-common_start文件，里面只有一句话：
exec$STARTUP
好了，到这里就启动我们的Xclient了，终于完了^_^。
总结下这第一种方式的启动过程，简单的说就是依次顺序查找/usr/bin/x-session-manager，x-window-manager，/usr/bin/x-terminal-emulator这三个文件。
如果存在则启动之，也即Xclient。
如果三个都不存在则报错退出了。
看/usr/bin/x-session-manager文件可以看到是个符号连接，最终连接到/usr/bin/gnome-session，也就是gnome了。
至于我们在gnome启动时可能会设置启动输入法等程序，那就归gnome-session管了，也就不再分析了。
可以试着把/usr/bin/x-session-manager改为指向xfce4-session（如果安装了的话），再startx就会启动xfce4环境了。
大概RedHat的switchdesk工具就是改这个连接实现的吧？
。
或者删掉/usr/bin/x-session-manager，再startx，只启动了/usr/bin/x-window-manager所指向的windowmanager了吧，我这里是blackbox。
下面看第二种情况，即用户目录的xinitrc文件$HOME/.xinitrc。
对比hiweed-debian-desktop_0.55_i386，存在$HOME/.xinitrc文件，在里面有execxfce4-session。
故其Xclient可以说最主要的x-session-manger是从$HOME/.xinitrc启动的。
也就不会经过上面第一种情况的执行过程了。
终于把gnome（或者说x-session-manger）的启动过程弄明白了，下面说点别的吧。
xinit程序同时启动Xserver和Xclient，这在单机上还可。
要是位于网络上的两台电脑分别是client和server，则xinit就无能为力了。
这时就得靠纯“手工”来启动X了。
下面简单的“手工”启动Xserver和Xclient：
在CUI模式下运行命令:
xdkui@Debian:
~$X:
1&
看到了一个灰色的全屏幕和一个鼠标指针，这就是Xserver了，其屏幕编号为1。
下面构造Xclient，按Ctrl+Alt+F1回到刚才的CUI（Ctrl+Alt+F7对应本机的第一个启动的Xserver，Ctrl+Alt+F8对应第二个，有人说F7对应屏幕编号为0的Xserver实际上是不对的，如果第一个启动的屏幕编号为1，第二个启动的编号为0,则F7对应1屏幕，F8对应0屏幕），运行命令:
xdkui@Debian:
~$xeyes-displaylocalhost:
1&
然后按Ctrl+Alt+F7，看到我们的Xclient也就是xeyes了吧。
再回到CUI，运行
xdkui@Debian:
~$X&
开启一个屏幕编号0的Xserver，CUI下再运行
xdkui@Debian:
~$xterm&
这时Ctrl+Alt+F7对应屏幕编号1；而F8对应屏幕编号0，且其Xclient为xterm。
先退出上面的两个Xserver，下面复杂点手动启动我们的gnome吧，首先:
xdkui@Debian:
~$X&
然后:
xdkui@Debian:
~$gnome-session
看到的就和用startx启动的X一样了，这时Xserver是X这个程序，Xclient是gnome-session及其启动的窗口管理器等程序。
看到这里感觉xinit用处并不大（?
?
不知是否正确），简单的脚本就可以实现。
本来想把xinit反汇编了分析下，可懒得搞了^_^这是位于本机的情况，对于Xserver和Xclient位于不同主机的情况见下面本文第三部分。
个人感觉对于XWindowSystem，搞清楚Xserver与Xclient关系很重要。
一般Xserver很简单，就是/usr/bin/X11/X程序；Xclient则花样繁多，从高级的CDE,GNOME,KDE，到低级一点的只有twm,WindowMaker，blackbox等窗口管理器，再到最简陋的只有xterm,rxvt,xeyes等单个x程序。
正是由于Xclient的各种搭配，使得我们的XWindowSystem看起来多样化。
这可能也是XWindowSystem最大的卖点之一吧^_^
三）跨网络运行XWindowSystem
一般用来做服务器的系统（Linux,FreeBSD,Solaris等等）都不会装Xserver，甚至很多都没有显示器。
这样可以在这些系统里安装简单的Xclient，以GUI的方式远程显示在管理员们所坐的Xserver里。
我们实验室用FreeBSD做网关，提供WWW,FTP服务，一般在管理员的本地机器起个Xserver，然后ssh或telnet上网关运行Xclient程序显示在本地显示器上，当然，也可用XDMCP（XDisplayManagerControlProtocol），manxsession里提到/etc/X11/Xsession一般被startx（我的/etc/X11/xinit/xinitrc里调用Xsession脚本）或displaymanager调用，但有的displaymanager只调用Xsession而不是xinitrc，故为了startx和displaymanager两种方式下都可正常启动GUI，最好把Xclient启动的程序放在Xsession文件里。
远程运行Xclient程序需要设置DISPLAY环境变量，设置为主机名称：
屏幕编号（如192.168.1.2:
0，则表示Xserver是192.168.1.2这台机器上的0号屏幕）；或是给Xclient程序加个—display参数。
由于条件限制，只测试了位于TCP/IP网络环境，Xserver为192.168.1.2，Xclient为192.168.1.1。
1）Windows系统做Xserver
a）用ssh或telnet方式
Windows下面的Xserver软件有很多种，我这里使用X-win32。
在Windows里运行X-win32程序，则相当于本地机器是个Xserver。
远程登录上Debian（我这里是用VMware仿真网络环境，直接进虚拟机即可^_^），运行：
xdkui@xclient:
~$exportDISPLAY=192.168.1.2:
0
xdkui@xclient:
~$xterm&
这时即在Windows里的Xserver里看到了xterm了，至于Xclient还运行什么程序就看你的需要了，文件管理器阿，资源查看器等。
当然，这里X-win32要设置好授权，好像默认是禁止接入控制，即任何Xclient都可使用这个Xserver。
b）XDMCP方式
常见的DisplayManager有xdm,gdm,kdm等。
我这里使用的是gdm。
需要修改gdm的配置文件/etc/X11/gdm/gdm.conf，修改[xdmcp]段的Enable＝true，使得可以远程登录，在Xclient运行gdm。
在X-win32里建一个XDMCP的session，查询方式，填入IP为运行gdm的机器地址。
连接，即可看到登录界面，下面的就不用说了，享受吧
2）Linux与Linux互联
a）ssh或telnet方式
在linux本地起个Xserver，需要注意授权问题，建立文件/etc/X0.hosts，填入Xclient的IP192.168.1.1，其中X0.hosts表示本地第0个屏幕允许连接的Xclient地址，建立X1.hosts文件则是本地第1个屏幕允许连接的Xclient地址，以此类推，manxserver里有。
运行
xdkui@xserver:
~$X&
运行该程序时别加-nolisten参数，否则不会在网络上侦听。
这个时候Ctrl+Alt+F7是Xserver，返回Ctrl+Alt+F1还可以ssh上Xclient机器上。
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