Linux图形子系统名词解释

本文对Linux图形子系统（GUI Subsystem）中常见的一些名词进行概要解释，并阐述它们之间的关系。

 

QWS

Qt Window System.

 

X Window System（X窗口系统）

X窗口系统为GUI环境提供基本框架：绘制图像、移动窗口、在发生窗口剪裁时通知客户端程序、处理鼠标和键盘输入等。但它不提供诸如窗口管理器、Widget、桌面系统等组件。

X窗口系统采用C/S架构，由一个X服务器与多个X客户端通讯。X服务器一般运行于本地端（用户端），而X客户端（一般就是应用程序）可能运行在本地端也可能运行在远程计算机上：这和一般的服务器/客户端角色不太一致。我们可以这样想：X服务器“服务”于键盘/鼠标输入和应用程序显示请求。为了使远程计算机上的客户程序显示到本地服务器，一般需以下步骤：

0. 在本地计算机启动X Server

1. 通过telnet或ssh登录到远程计算机

2. 在远程计算机上export DISPLAY=[用户计算机IP或主机名]:0（另一个方法是在登录SSH时启用X转发）

3. 启动客户程序

参考：https://en.wikipedia.org/wiki/X_Window_System

https://en.wikipedia.org/wiki/X_Window_System_protocols_and_architecture

 

X Window Manager（X窗口管理器）

X Window Manager运行于X Window System之上，控制窗口的位置和外观，例如添加标题栏和窗口边框、在用户点击或拖动时移动或改变窗口大小等。当使用窗口管理器时，X服务器和客户端之间的某些交互会重定向到窗口管理器。例如，当要构建一个新窗口时，该请求将重定向到窗口管理器，由窗口管理器决定这个新窗口的初始位置。又如，因为标题栏和窗口边框是窗口管理器添加的，所以当点击或拖动这些区域时，也由窗口管理器负责进行响应。

参考：https://en.wikipedia.org/wiki/X_window_manager

 

XDM（X Display Manager）

我们在上面介绍X Window System时曾说过，为了启动一个远程计算机上的图形界面程序，我们首先要通过telnet或ssh登录到远程计算机，这显得有些多此一举：我们希望直接通过图形界面登录到远程计算机。X Display Manage就是一个这样的图形界面登录管理器。当它运行于本地计算机时，它首先启动X Server，然后显示登陆界面，并在用户名和密码正确时启动session，此时它的作用就类似于字符界面下的getty；当它运行于远程计算机时，它的作用就类似于telnet服务器，要求用户名和密码并启动远程session。

参考：https://en.wikipedia.org/wiki/X_display_manager

 

XDMCP（X Display Manager Control Protocol）

X服务器一般情况下总是等待远端计算机上应用程序发起连接；XDMCP协议使得X服务器能够主动发起连接到显示管理器，以达成类似于telnetd或sshd的效果。

参考：https://en.wikipedia.org/wiki/X_display_manager

 

Frame Buffer

简单情况下，Frame Buffer就是显卡上的一段内存，这段内存中的数据对应于显示器上的像素点。操作系统一般使用内存映射访问这段内存。有时候也使用一小段端口映射访问这段内存（例如不带LCDC的MCU外接LCD控制器）。

 

Linux framebuffer（fbdev）

Linux framebuffer是一个硬件无关抽象层，可以在控制台上显示图形（例如企鹅logo）。设备名一般为fb0～fbX。通过ioctl可以获取屏幕大小；然后通过mmap将显存映射到用户区进行读写。有不少软件都使用了fbdev，如MPlayer、gtk+、Qt等。

 参考：https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_framebuffer

 

DirectFB

一个软件库，提供图形加速和输入设备抽象层，构造于Linux framebuffer之上。由于其轻巧，可在嵌入式系统上作为X11的一个替代。（然而这个库据说已经寂静很久了）

 参考：https://en.wikipedia.org/wiki/DirectFB

 

DRM（Direct Rendering Manager）

我们上面说到fbdev可以用于绘制图形，但它的工作方式与2D/3D图形加速不搭。fbdev让用户直接操作显存；而图形加速卡则是接受一段图形绘制指令，根据指令在显存中生成待显示的数据。起初，用户程序直接进行派发指令、显存分配与释放等工作，但如果有多个利用硬件加速的程序同时工作，那么不可避免的要打架了。于是就有了DRM，管理对GPU资源如显存、命令队列等的访问。DRM对每个检测到的GPU建立一个设备文件/dev/dri/cardX。可以通过库libdrm简化对该设备文件的访问。

参考：https:///en.wikipedia.org/wiki/Direct_Rendering_Manager

 

KMS（Kernel Mode Setting）

是DRM的一部分，用于设置显示模式：分辨率、色深、刷新率等等。

参考：https:///en.wikipedia.org/wiki/Direct_Rendering_Manager

 

KMS device model

MKS模型按如下概念管理输出设备：

• CRTC：这个名称来自于CRT Controller。CRTC读出帧缓冲数据（像素点）并生成显示设备所需的（带时序的）驱动信号（如LCD的CLK、HSYNC、VSYNC、DE、PIXEL等）。CRTC的数量决定了硬件在同一时刻能够接入的独立显示设备的数量。因此，对于有多个输出端子的显卡，每个端子都需要一个CRTC。当然，多个CRTC也可以从同一个帧缓冲中取得数据，生成不同的驱动信号，送往不同的显示设备。
• Connector：一般来说，一个connector对应一个物理连接端子。Connector中存放连接状态、EDID数据、电源状态、所支持的视频模式等信息。
• Encoder：对CRTC产生的驱动信号进行编码，例如将上述LCD的CLK/HSYNC/VSYNC/DE/PIXEL编码为LVDS输出。一个connector同一时刻只能接收来自一个encoder的信号；每种connector只支持某些类型的encoding。
• Plane：plance不是物理上存在的硬件，而是一块内存对象，存放有给CRTC读取的缓冲数据。存有帧缓冲的plance称为primary plane。每个CRTC都有一个与之关联的primary plane。如果显卡支持光标层，CRTC还可能有与之关联的cursor plane；如果CRTC支持从附加的缓冲中读取数据并叠加显示，那么就还有secondary planes。

参考：https:///en.wikipedia.org/wiki/Direct_Rendering_Manager

 

Wayland

一套更高效的X Server/Client协议。weston是该协议的一个实现。

参考：https:///en.wikipedia.org/wiki/Wayland

 

OpenGL，eglfs

eglfs：Embeded OpenGL Full Screen。