Linux——Linux桌面概览

Linux桌面概览

桌面组件

为了能协同工作，各种应用就需要有一些共性，而在几乎所有的Linux桌面组件中，这种共性就是X服务器（即X Window系统服务器）。你可以把它想象为桌面的“内核”，管理着窗口功能和显示配置，并处理来自键盘和鼠标等设备的输入。它是难以取代的。

X服务器只是一个服务器，它无法决定桌面的表现形式。相反，用户界面是由X客户端处理的。基本的X客户端应用如终端窗口和网页浏览器，会连接到X服务器，并请求它绘制窗口。这样X服务器就会算出窗口的位置并在该位置提供图形。X服务器也会在适当的时候将用户输入反馈给客户端。

窗口管理器

X客户端不一定是窗口化的应用，它可以是其他客户端的服务供应者，或者提供接口功能。而窗口管理器或许是最重要的服务于客户端的应用，因为它负责窗口的位置安排，以及提供一些交互式装饰（例如用于窗口移动、缩放的标题栏）。这些都是用户体验的核心。

窗口管理器的实现有很多种。像Mutter/GNOME Shell和Compiz之类基本上是独立的窗口管理器，而Xfce之类则是内置于整个环境中的。大部分窗口管理器的目标都是方便用户使用。有一些是为了实现特别的视觉效果，或者只为提供极简的界面。窗口管理器一般是不会有标准的，因为用户的品味和需求多种多样，而且经常变化，所以也经常诞生新的窗口管理器。

工具包

在Windows或Mac OS X这类操作系统中，供应商会提供一套通用的工具包，大多数程序员都会使用到。而
Linux最常用的则是GTK+工具包。除此之外，Qt框架等其他工具也不少见。

工具包一般会包含共享库和支持文件，如图像和主题信息。

桌面环境

GNOME、KDE、Unity和Xfce都是常见的Linux桌面环境。

工具包在多数桌面环境中都处在核心位置，但要创建一个统一的桌面，环境还必须具备各种支持文件，例如图标和配置所构成的主题。所有这些都要被描述设计协议（如应用菜单和标题如何呈现、应用对某些系统事件要做什么反应等）的文档捆绑在一起。

应用

桌面的顶端就是各种应用了，诸如网页浏览器、终端窗口等。原始如xclock程序，复杂如Chrome浏览器和LibreOffice套件，都是X应用。一般情况下它们是独立工作的，但其实它们也会使用进程间通信来响应与它们有关的事件。

X Window 系统

X Window系统（http://www.x.org/）历来就很庞大，它基础的发行版包括了X服务器、客户端支持库和各种客户端。因为GNOME和KDE等桌面环境的出现，X发行版的角色也一直在变换。现在它的关注点主要在核心服务器（即管理渲染和输入设备的部分）和简化的客户端库。

X服务器的运行不难识别。它就叫X。看看进程列表，你通常会发现它以这些选项运行着：

/usr/bin/X :0 -auth /var/run/lightdm/root/:0 -nolisten tcp vt7 -novtswitch

这里的:0被称为显示接口，是一个标识，代表着一个或多个用键盘和（或）鼠标访问的显示器。通常，显示接口只与单个显示器对应，但你也可以将多个显示器放到一个显示接口上。使用X会话时，环境变量DISPLAY包含了显示接口的标识。

Linux的X服务器是运行在虚拟终端的。上例的vt7参数表明了它运行在/dev/tty7之上。（一般服务器会优先选择第一个可用的虚拟终端。）你可以在不同的虚拟终端上同时运行不同的X服务器，这样每个服务器都会需要一个各自独立的显示接口标识。你可以用CTRL-ALT-FN键或chvt命令在不同服务器之间切换。

显示管理器

一般你是不会从命令行启动X服务器的，因为这么做不会启动任何客户端来连接到这个服务器，结果只会得到一个空白的屏幕。相反，通常的做法是用显示管理器来启动X服务器，它会在屏幕上放置一个登录框。当你登录之后，显示管理器就会启动一系列的客户端诸如窗口管理器和文件管理器，以便你使用机器。

显示管理器有很多种，例如gdm（用于GNOME）和kdm（用于KDE）。上例中的lightdm是一个跨平台的显示管理器，它能打开GNOME和KDE会话。

网络透明性

X还有一个特性就是其网络透明性。因为客户端跟服务器的沟通是遵循协议的，所以我们可以让服务器监听6000端口的TCP连接。也就是说，可以通过网络来连接不同机器上的客户端和服务器。客户端只需通过验证，就可将窗口信息发送给服务器。

不幸的是，这个方法是没有加密的，所以并不安全。为了填补这个漏洞，大多数发行版都会关闭X服务器的网络监听器（如上例的–nolisten tcp选项）。不过，你还是可以通过SSH管道，使用Unix域套接字让X客户端远程连接X服务器。

探索X客户端

xwininfo是最简单的工具之一。不带参数运行它的话，它会要你点选一个窗口：

$ xwininfo
xwininfo: Please select the window about which you
would like information by clicking the
mouse in that window.

选完之后，它就会打印出该窗口的信息列表，如位置和尺寸

xwininfo: Window id: 0x5400024 "xterm"
Absolute upper-left X: 1075
Absolute upper-left Y: 594
--snip--

注意这里的窗口ID，它是X服务器和窗口管理器用来识别窗口的标识。xlsclients -l命令可打印出所有窗口ID的客户端。

X事件

X客户端通过事件系统获取输入和服务器状态等信息。X事件的工作方式类似于其他异步进程间通信（如udev事件和D-Bus事件）：X服务器从输入设备等源头获取信息，再将它们当作事件重新分发给感兴趣的X客户端。

你可以通过运行xev命令来体验什么叫作事件。运行xev，就会打开一个可以打字、点击和使用鼠标的窗口。根据你的操作，xev就会输出X服务器接收到的事件的描述。以下是一个鼠标事件的输出例子：

$ xev
--snip--
MotionNotify event, serial 36, synthetic NO, window 0x6800001,
root 0xbb, subw 0x0, time 43937883, (47,174), root:(1692,486),
state 0x0, is_hint 0, same_screen YES
MotionNotify event, serial 36, synthetic NO, window 0x6800001,
root 0xbb, subw 0x0, time 43937891, (43,177), root:(1688,489),
state 0x0, is_hint 0, same_screen YES

理解X输入以及偏好设定

X最让人困惑的地方或许是它提供多种途径设定偏好，但不是所有的都可行。

总结起来，底层设施有以下几点是需要关注的。
输入设备（通用）

X服务器使用X输入扩展来管理各种不同设备的输入。基本的输入设备有两种——键盘和指针（鼠标）——其实你可以想用多少设备就用多少。为了做到同时使用多个同种设备，X输入扩展会创建一个“虚拟核心”设备，用于将输入汇集到X服务器。

这个虚拟核心设备就被称为主机（master），各种接入到机器的物理设备就被称为从机（slave）。

查看机器上的设备配置，可用xinput --list命令：

$ xinput --list
Virtual core pointer id=2 [master pointer (3)]
Virtual core XTEST pointer id=4 [slave pointer (2)]
Logitech Unifying Device id=8 [slave pointer (2)]
Virtual core keyboard id=3 [master keyboard (2)]
Virtual core XTEST keyboard id=5 [slave keyboard (3)]
Power Button id=6 [slave keyboard (3)]
Power Button id=7 [slave keyboard (3)]
Cypress USB Keyboard id=9 [slave keyboard (3)]

每个设备都有一个ID，可用于xinput和其他命令。

大多数X客户端只会监听核心设备的输入，而对其他具体设备发起的事件却漠不关心。事实上，大多数客户端完全不知道X输入扩展的存在。不过，客户端其实可以通过输入扩展来识别出某个具体设备。

每个设备都有自己的属性。使用xinput时带上设备的号码，就可查看其属性

$ xinput --list-props 8
Device 'Logitech Unifying Device. Wireless PID:4026':
Device Enabled (126): 1
Coordinate Transformation Matrix (128): 1.000000, 0.000000,0.000000,
0.000000, 1.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 1.000000
Device Accel Profile (256): 0
Device Accel Constant Deceleration (257): 1.000000
Device Accel Adaptive Deceleration (258): 1.000000
Device Accel Velocity Scaling (259): 10.000000
--snip--

鼠标

你可以用xinput命令修改设备相关的属性，其中最有用的就是鼠标（指针）。很多设置都可以通过直接修改属性来做到，但其实还有更简单的方法，就是使用xinput的–set-ptr-feedback和–set-button-map选项

键盘

键盘布局的多样化使得我们无法将所有布局都整合到X中。所以它的协议中内置了键盘映射的功能，让你可以通过xmodmap命令来定义布局。但为了更方便操控，大部分现代系统其实也都是用XKB（X键盘扩展）的。

桌面背景

X有个旧的命令xsetroot，它可以让你设置root窗口的背景色和其他属性，但在大多数机器上它并不可行，因为root窗口是不可见的。相反，大部分桌面环境却会将一个大窗口放置在其他所有窗口的背后，以在其中实现“动态壁纸”或桌面文件浏览的功能。通过命令行更换背景的方法有很多（例如某些GNOME的gsettings命令），但真做起来是很费时间的。

X的未来

X的发展有个很明显的迹象，即它的服务器支持了极多的库，其中很多是为了向下兼容。但更明显的是，用服务器管理客户端、客户端的窗口，并作为它们与内存的中介，这种做法对性能有很大影响。更高效的做法是用一种轻量的组合窗口管理器来管理窗口，并只对显存做少量控制，且允许应用自行在显存中渲染窗口的内容。

ayland是基于这种做法的新标准，它最突出的部分是客户端与组合窗口管理器的沟通协议。另外，它还定义了输入设备管理和X兼容系统。

D-Bus

D-Bus（即桌面总线）是Linux桌面系统的最重要的产物之一，它是一个消息传递系统。D-Bus之所以重要，是因为它作为一种进程间通信的机制，使得各种桌面应用能够相互沟通。大多数的Linux系统都是用它来把系统事件（例如插入USB设备）通知给进程的。

D-Bus本身包含有支持任何两个进程相互沟通的库，其中定义了规范进程间通信的协议。该库其实只是一种进程间通信方式，就像Unix域套接字。它的重点是一个叫dbus-daemon的“中央槽”。需要对某些事件做出反应的进程，可以到dbus-deamon上注册，然后就能收到想要的事件通知了。当然，进程也可以创建事件。例如，udisks-daemon进程从ubus监听硬盘事件，并发送到dbus-deamon，而dbus-deamon会把这些事件再转发给那些对硬盘事件感兴趣的应用。

系统和会话实例

D-Bus在Linux中正变得越来越重要，systemd和Upstart也使用它来通信。然而，在核心系统中加入对桌面工具的依赖，这有违Linux的设计宗旨。

我们将dbus-daemon实例（进程）分为两种。一种叫系统实例，它在开机时由init启动，并带上–system选项。这种实例通常作为D-Bus用户来运行，它的配置文件是/etc/dbus-1/system.conf（一般你不应该修改这个文件）。进程可以通过/var/run/dbus/system_bus_socket的Unix域套接字连接到该实例。
另一种叫会话实例。与系统实例不同的是，会话实例只在你打开桌面会话时才会运行。你运行的桌面应用会连接这种实例。

监视D-Bus消息

查看系统实例与会话实例区别的最佳方法之一是监视总线上的消息。试试使用dbus-monitor的system模式：

$ dbus-monitor --system
signal sender=org.freedesktop.DBus -> dest=:1.952 serial=2 path=/org/
freedesktop/DBus; interface=org.freedesktop.DBus; member=NameAcquired
string ":1.952"

以上启动信息说明了该监视器已连接，并获得了一个名字。这样运行的话，能看见的信息并不多，因为系统实例一般不太繁忙。想多看点信息的话，插入一个USB存储设备试试。

相比之下，会话实例就比较忙了。假设你登录了一个桌面会话，然后运行以下命令：

$ dbus-monitor --session

接下来在不同窗口上点击鼠标。如果你桌面用到了D-Bus，你会看到有大量的信息输出，显示了那些被激活的窗口。

打印

在Linux上打印文档是一个多步的过程，其步骤如下所示：

1. 打印程序通常会先将文档转成PostScript格式。不过也可以不这么做。
2. 程序将文档发给打印服务器。
3. 打印服务器收到文档后，将其放到打印队列中。
4. 当轮到该文件时，打印服务器会将其发送到打印过滤器。
5. 如果发现该文档不是PostScript格式，打印过滤器可以对其进行转换。
6. 如果目标打印机不能识别PostScript，打印机驱动会将该文档转换成打印机能识别的格式。
7. 打印机驱动可在文档上加一些额外的指令，例如纸匣和复件数。
8. 最后打印服务器将文档发给打印机。

PostScript是一种编程语言，所以如果你用它来打印文件，那么你实际上就是将一段程序发给了打印机。PostScript是类Unix系统中的打印标准，就像.tar是打包标准一样。（现在有些应用用到的PDF格式，也是能转成PostScript的。）

CUPS

CUPS（http://www.cups.org/）是Linux和Mac OS X的标准打印系统。它的服务器守护进程是cupsd，你可以用lpr命令作为客户端来发送文件给这个守护进程。

CUPS有个突出的功能是实现了互联网打印协议（Internet Print Protocol，以下简称IPP），使得它允许客户端与服务器端通过TCP端口631进行类HTTP的事务处理。事实上，如果你系统上运行着CUPS，你就可以连接http://localhost:631/去看看你的打印配置和打印任务。大多数的网络打印机和打印服务器都支持IPP，就连Windows也是。IPP简化了建立远程打印机的任务。

通过网页界面来管理这个系统可能不太可靠，因为它的默认设置不太安全。作为替代方案，发行版中通常自带了图形界面工具以便你添加和更改打印机。这些工具会修改配置文件，它们一般位于/ets/cups中。因为配置文件可能比较复杂，所以最好还是用工具来处理。在出现问题的时候，用图形工具来新建打印机也是不错的做法。

格式转换与打印机过滤器

很多打印机，包括几乎所有低端型号的，都无法识别PostScript或PDF。为使Linux支持这些打印机，我们必须将文档转换成它们能识别的格式。CUPS把文档送给RIP（即光栅图像处理器）以生成位图。而RIP几乎总是使用Ghostscript（gs）程序来实现这个过程。但是，要让生成的位图能适应打印机的格式，还是有点麻烦的。所以，CUPS使用的打印机驱动会参考特定打印机的PostScript打印机定义（PostScript Printer Definition，以下简称PPD）文件，以解决分辨率和纸张大小之类的问题