Linux 桌面玩家指南：09. X Window 的奥秘

时间  2019-11-09
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原文: Linux 桌面玩家指南：09. X Window 的奥秘

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想从头阅读该系列吗？下面是传送门：编程

前言

大名鼎鼎的 X Window 你们确定不陌生。都知道它是 Unix/Linux 下面的窗口系统，也都知道它基于 Server/Clinet 架构。在网上随便搜一搜，也能够找到很多 X Window 的介绍。有很多文章为了给用户留一个直观的印象，每每先让系统进入纯文本界面，而后使用 startx 来启动图形界面，或者直接使用 X 来启动 X Server，再而后运行一个 xterm 来作示范。我以为以上这些文章对 X Window 的理解有限，不够深刻。因此，我这里写一篇《X Window 的奥秘》，以最新的 Ubuntu-18.10 Desktop 为例，展现如何学习 X Window。vim

10 月是一个比较开心的月份。在这个月中，陆续发布了最新的 Ubuntu 18.10 和 Fedora 29，还有人在个人博客中问关于 CentOS 7 的问题。CentOS 7 当然是一个优秀的发行版，但并非做为桌面系统的首选，Gnome 的版本太旧，官方仓库中的软件包也不够丰富，美化起来比较困难。在这一篇中，我要展现远程链接 X Server 的操做，须要两个外观差距稍微大一点的 Linux 桌面系统，因此选择了 CentOS 7 和 Ubuntu 18.10。安全

Ubuntu 18.10 此次外观大变样，使用了 Yaru 主题，下面的截图展现了其中 Terminal 和 GVim 的外观：
bash

而 CentOS 7 默认的外观实在太丑，因此我给他换上了最流行的 adapta-gtk-theme 和 paper-icon-theme，下面的截图展现了其中 Terminal 和 GVim 的外观：
网络

这两种风格应该是比较好区分的，在后文中，很容易经过外观来判断一个 GUI 程序究竟来自于哪个系统。架构

了解本身机器上的 X Window

X Window 实际上是一种规范，它有不少不一样的实现，在 Linux 系统下最流行的是实现 Xorg 和 XFree86，微软 Windows 系统下也有 X Window 的实现，苹果的 Mac 也是 X Window 的一种实现。要了解本身机器上运行的 X Window 到底是哪个，可使用查看进程的ps命令，以下图：
ssh

从上图能够看出，Ubuntu 18.10 使用的 X Window 是 Xorg。若是使用ps -ef命令，还能够看到 Xorg 运行时的命令行参数。tcp

想了解 X Window，下面这些文档须要看一遍先：
编程语言

下面来讲一下也许是众所周知的基础知识：X Window 是一个分层的架构，它分为 Serve 和 Client。X Server 负责图形界面的显示，（也负责用户的输入），而Client 程序须要链接到 X Server，而后请求 X Server 绘制图形界面，同时从 X Server 接受用户的输入。在桌面系统上，X Server 和 Client 程序每每安装在同一台机器上，平常使用基本感受不到它是分层的。可是很显然，X Server 和 Client 也能够分别运行在不一样的机器上，在一台机器上运行程序，而在另一台机器上显示图形界面。

X Window 中的 Server 和 Client 的概念和咱们平时接触到的“Server/Client”概念恰好相反。不少熟悉 Internet 原理的人，第一次接触 X Window 的这两个概念都会搞错。好比，我在一台本地机器上运行 Ubuntu 18.10 桌面版，而在另一台远程机器上运行 CentOS 7（纯字符界面），当我用 ssh 从 Ubuntu 链接到 CentOS 的时候，Ubuntu 是 Client，而 CentOS 是 Server。在 X Window 中，Server 恰恰是我面前的这台 Ubuntu，X Server 运行在 Ubuntu 上。我能够在 CentOS 中运行 GVim，可是窗口显示在 Ubuntu 中，这时，GVim 是一个 Client 程序，它在远程机器上运行，而它的窗口显示在本地。

理解 display 和虚拟控制台

前面提到网上不少介绍 X Window 的文章都是先让系统进入字符界面，而后手动启动一个 X Server。其实这彻底没有必要，由于在同一台机器上彻底能够运行多个 X Server，只须要让每一个 X Server 的 display 不一样便可。那么 display 到底是什么呢？

在 X Window 中，能够经过hostname:display_number.screen_number来指定一个屏幕。能够这样理解：一台计算机能够有多个 display，一个 display 能够有多个屏幕。因此，display 至关因而计算机配备的一套输入输出设备，通常状况下，一台电脑只配一套键盘鼠标和一个显示器，特殊状况下，能够配多个显示器。

如今问题出来了，个人电脑只有一套键盘鼠标和一个显示器，也就是只有一个 display，那又怎么能运行多个 X Server 呢？那是由于在 Linux 中，还有虚拟控制台这样的高级特性。只须要同时按下 Ctrl+Alt+F一、Ctrl+Alt+F二、...、Ctrl+Alt+F7，就能够在不一样的虚拟控制台中进行切换。在 Ubuntu 18.10 中，虚拟控制台 3 到 6 运行的是 agetty，也就是字符界面，虚拟控制台 2 运行的是 Xorg。（Fedora 中不同，虚拟控制台 1 运行的是图形界面，其它的是字符界面。）以下图：

咱们能够直接运行 X Server 程序来启动 X Server。/usr/bin/X 和 Xorg 都是 X Server 程序。其实 /usr/bin/X 是 Xorg 的符号连接，用哪个都是同样的。

启动 X Server 的时候能够指定 display 参数，由于能够省略掉 hostname 和 screen_number，因此能够用:0，:1这样的格式来指定 display。在个人机器上，原本就有一个 X Server 在运行，display :0 已经被占用了，因此我使用 sudo X vt8 :1 -auth /run/user/1000/gdm/Xauthority -retro 来在 display :1 上再运行一个 X Server，以下图：

其中的 -retro 参数是为了让 X Server 的背景显示为斜纹，不然背景为纯黑色，那就看不出来是否启动了 X Server。vt8 参数指定将新启动的 X Server 放到第 8 个虚拟控制台。:1参数指定新启动的 X Server 的 display number。启动 X Server 后的效果以下图：

按 Ctrl+Alt+F2 回到 display :0，在新启动的 X Server 中运行一个 GVim 看看效果。运行 GVim 时，使用-display :1参数指定窗口显示在新启动的 X Server 上，使用 -geometry参数指定窗口的大小和位置。

再按 Ctrl+Alt+F8 切换到 display :1，看效果。以下：

不知道为何，在 Ubuntu 18.10 中的虚拟控制台中切换两下，新启动的 X Server 就会崩溃退出。并且切换到虚拟控制台 8 再切换回来，个人 Ubuntu 桌面的分辨率也变成了 800x600，很是不爽。固然，这里的展现只是为了证实能在一台机器上运行两个 X Server，能看到效果就行。

远程链接 X Server

前面展现的在一个系统中运行两个 Xorg 并非很吸引人，毕竟新启动的 X Server 太丑了，并且 Xorg 的参数一大堆，不是很容易搞。既然 X Client 和 X Server 能够分布在不一样的机器上，那么，若是咱们可以把别的系统中的 GUI 程序显示到本地机器中，那才比较过瘾。理论上讲，若是在前面提到的 CentOS 7 中运行gvim -display 192.168.40.135:0命令（这里的 192.168.40.135 是 Ubuntu 18.10 系统的内网 IP），就应该能够把界面显示到 Ubuntu 18.10 桌面上，反之，若是在 Ubuntu 18.10 中运行gvim -display 192.168.40.130:0命令（这里的 192.168.40.130 是 CentOS 7 系统的内网 IP），就能够把界面显示到 CentOS 7 中。

可是，这是行不通的。行不通的缘由首先是 Xorg 复杂的认证机制。若是没有认证机制把关，随便就能让别的系统把图形界面甩过来，那桌面上岂不是垃圾窗口满天飞吗？其次，Xorg 在启动时每每会带上-nolisten tcp参数，禁止接受从 TCP/IP 网络上传过来的链接请求。要禁用该选项，每每须要去更改 gdm 的配置文件。

我这里就不折腾这些复杂的认证机制和命令行参数了，我这里来点简单的。最简单的把远程机器上的图形界面带回本地桌面的方式，是使用 SSH 的 X11 Forwarding 功能。该功能用起来很是简单，只须要在使用ssh命令链接远程机器的时候，加上-X或者-Y参数就能够了。以下图，我在 Ubuntu 18.10 中使用ssh -X 192.168.40.130远程链接到 CentOS 7 中，而后再运行gvim命令，该 GVim 窗口就显示在了 Ubuntu 的桌面中。

反之，若是在 CentOS 7 中使用ssh -X 192.168.40.135远程链接到 Ubuntu 18.10 中，在运行gvim命令，就能够把 Ubuntu 中的 GVim 显示到 CentOS 7 的桌面中，以下图：

SSH 的 X11 Forwarding 是一个很是强大的功能。咱们甚至能够把 Linux 中的图形界面显示到 Windows 中，只须要在 Windows 中运行一个 X Server 便可。我选择的软件是 XMing，而后使用 PuTTY 链接到 Linux 系统。在 PuTTY 的设置中，开启 X11 Forwarding 功能，以下图：

而后能够把 Linux 桌面中的图形界面带入 Windows 桌面，以下图：

理解 DisplayManager 和 X Window 桌面环境的启动过程

X Server 的启动方式有两种，一种是经过显示管理器启动，另外一种是手动启动。在前面的例子中，我经过直接运行sudo X vt8 :1 -auth /run/user/1000/gdm/Xauthority -retro来启动了一个 X Server，这就是手动启动。手动启动 X Server 的方法还有运行 startx 或者 xinit。手动启动 X Server 的缺点就是启动的 X Server 很差看。而显示管理器启动的不只有 X Server，还有一大堆的 Client 程序，构成了一个完整的桌面环境，界面固然就漂亮多了。

显示管理器（Display Manager）是什么呢？前面我讲到 display 就是一个电脑配备的一套键盘鼠标和显示器，那么显示管理器就是这一套设备的管理器了。显示管理器能够直接管理这些设备，因此它能够控制 X Server 的运行，由它来启动 X Server 那是再合适不过了。系统启动过程是这样的：内核加载-->init程序运行-->显示管理器运行--> X Server 运行-->显示管理器链接到 X Server，显示登陆界面-->用户登陆后，登陆界面关闭，加载桌面环境。从上面的流程能够看出，显示管理器是 X Server 的父进程，它负责启动 X Server，当 X Server 启动后，它又变成了 X Server 的一个 Client 程序，链接到 X Server 显示欢迎界面和登陆界面，最后，显示管理器又是全部桌面环境的父进程，它负责启动桌面环境须要的其它 Client 程序。

在 Ubuntu 的早期版本中，使用 lightdm 取代了传统的 xdm、gdm 等显示管理器。从 Ubuntu 17.10 开始，Ubuntu 放弃了 Unity 桌面而回归 Gnome 3，则显示管理器又变回 gdm 了。

可使用不一样的方法对 X Server 进行配置，前面的例子是直接指定命令行参数。除了指定命令行参数，还可使用环境变量和配置文件。X Server 的配置文件为通常是 /etc/X11/xorg.conf 或 /etc/X11/xorg.conf.d/ 目录下的 .conf 文件，固然，配置文件也能够放在其它的目录中，具体信息，请参看 man xorg.conf。

若是没有配置文件，X Server 将在启动的时候自动检测硬件，而后生成一个内置的配置。Ubuntu 系统就没有配置文件。不过不要紧，若是须要使用配置文件的时候，能够经过 X Server 的 -configure 参数生成一个配置文件，里面包含当前自动检测出的配置。若是须要任何个性化的配置，对该文件进行修改便可。

运行嵌套的 X Server

咱们上面运行的 X Server 都是直接占用了计算机的整个显示器和键盘鼠标，事实上，在现有的图形界面中，还能够以窗口模式运行另一个 X Server，称为 nested X Server。最经常使用的 nested X Server 是 Xephyr，在 Ubuntu 中能够经过以下命令安装它：

sudo aptitude install xserver-xephyr

Xephyr 的使用很是简单，能够经过man Xephyr命令查看它的使用手册。若是输入Xephyr :1 -screen 1024x768命令，就能够在现有图形界面中打开一个窗口模式的 X Server，其中-screen参数用来指定 X Server 显示区域的大小。之后再启动 GUI 程序，就能够经过程序的 -display :1 选项让程序运行在这个嵌套的 X Server 中，以下图：

怎么样，是否是很好玩呢？除了好玩，还颇有用，好比调试窗口管理器啊、链接远程桌面啊什么的都用得着。固然，我这里只是简单展现一下原来 X Window 还能够这么玩。

总结

1.在一个 Linux 系统中存在多个虚拟控制台，因此能够启动多个 X Server；

2.启动 X Server 的方式有两种，一种是使用 /usr/bin/X、startx、xinit 手动启动，一种是经过显示管理器启动；

3.远程计算机链接本地的 X Server，须要 X Server 开放 TCP 端口，还要搞定安全认证；

4.若是以为搞定 X Server 的 TCP 端口和安全认证太麻烦，可使用 SSH 的 X11 Forwarding 功能，远程链接 X Server 超级方便；

5.X Server 的配置，能够经过命令行参数，能够经过环境变量，还能够经过配置文件；

6.能够在现有的图形界面下以窗口模式运行嵌套的 X Server，经常使用的软件是 Xephyr；

7.使用 XMing 和 PuTTY，把 Linux 图形界面带入 Windows 不是梦。

求打赏

我对此次写的这个系列要求是很是高的：首先内容要有意义、够充实，信息量要足够丰富；其次是每个知识点要讲透彻，不能模棱两可含糊不清；最后是包含丰富的截图，让那些不想装 Linux 系统的朋友们也能够领略到 Linux 桌面的风采。若是个人努力获得你们的承认，能够扫下面的二维码打赏一下：

版权申明

该随笔由京山游侠在2018年11月01日发布于博客园，引用请注明出处，转载或出版请联系博主。QQ邮箱：1841079@qq.com

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