Linux圖形界面中客戶端、服務(wù)器、窗口管理器之間的關(guān)系

很多LINUX初學(xué)者在學(xué)習(xí)linux圖形方面的知識時會遇到一些概念，如：X、X11、Xfree86、WM、KDE、GNOME、QT、QT/E、Qtopia、DirectFB、Framebuffer、顯卡加速驅(qū)動等等。理解它們之間是什么關(guān)系，對我們學(xué)習(xí)來說是非常重要的。寫這篇文章的目的，就是想讓大家明晰這些概念及它們之間的關(guān)系。(部分內(nèi)容引用網(wǎng)絡(luò)上的一些描述比較清晰的內(nèi)容)

一、Linux操作系統(tǒng)和圖形的關(guān)系

linux本身沒有圖像界面，linux現(xiàn)在的圖像界面的實現(xiàn)只是linux下的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的。圖像界面并不是linux的一部分，linux只是個基于命令行的操作系統(tǒng)。Linux內(nèi)核為linux系統(tǒng)中的圖形界面提供了顯示設(shè)備驅(qū)動。

二、X的概念

X 是協(xié)議，就像HTTP協(xié)議，IP協(xié)議。這個概念很多初學(xué)者甚至學(xué)習(xí)LINUX有一定時間的人都混淆，一個基于X的應(yīng)用程序需要運行并顯示內(nèi)容時，他就聯(lián)接到X服務(wù)器，開始用X協(xié)議和服務(wù)器交談。比如一個X應(yīng)用程序(X Client)要在屏幕上輸出一個圓，那么他就用X協(xié)議對X服務(wù)器說：喂!我需要在屏幕上畫一個圓。X應(yīng)用程序只負責(zé)告訴X服務(wù)器在屏幕的什么地方用什么顏色畫一個多大的圓，而具體的"畫"的動作，比如這個圓怎樣生成，用什么顯卡的驅(qū)動程式去指揮顯卡完成等等工作是由X服務(wù)器來完成的。X服務(wù)器還負責(zé)捕獲鍵盤和鼠標的動作。假設(shè)X服務(wù)器捕獲到鼠標的左鍵被按下了，他就告訴X應(yīng)用程序：親愛的應(yīng)用程序先生，我發(fā)現(xiàn)鼠標被按下了，您有什么指示嗎?假如X應(yīng)用程序被設(shè)計成當按下鼠標左健后再在屏幕上畫一個正方形的話，X應(yīng)用程式就對X服務(wù)器說：請再畫一個正方形，當然他會告訴服務(wù)器在什么地方用什么顏色畫多大的正方形，但不關(guān)心具體怎么畫--那是服務(wù)器的事情。

三、X11、X11R6的概念

X11表示X協(xié)議的第16版。X11R6是X協(xié)議第11版第六次發(fā)行。

四、XFree86是什么?

XFree86 是X Windows server的X11R6執(zhí)行程序。有了協(xié)議就需要具體的軟件來實現(xiàn)這個協(xié)議。Xfree86是按照X協(xié)議的規(guī)定來完成X應(yīng)用程序提交的在屏幕上顯示的任務(wù)。實現(xiàn)X協(xié)議的軟件也并不只有XFree86, XFree86只是實現(xiàn)X協(xié)議的一個免費X服務(wù)器軟件。有些甚至能夠在WINDOWS上有X服務(wù)器運行，這樣您能夠在linux系統(tǒng)上運行一個X應(yīng)用程序然后在另一臺windows系統(tǒng)上顯示。只是在LINUX上最常用的是XFree86。不過現(xiàn)在的linux發(fā)行版大多用Xorg了。

XFree86內(nèi)容包括X服務(wù)器，字體， 一個X下的終端程序(xterm)，一個簡單的窗口管理器(twm)，很多有用的小工具, 顯示輸出驅(qū)動和包括鍵盤鼠標在內(nèi)的許多輸入模塊。

五、WM(window manager 窗口管理器)

在紅帽系統(tǒng)中，可以設(shè)置啟動級別3，進入命令行終端，然后運行：

#STartx

起動圖像界面，您看到的是個和平時使用相同的完整的圖像界面操作環(huán)境。能夠最大化，最小化，移動，關(guān)閉窗口等。 按ctrl+alt+backspace反回字符界面 。輸入：

#xinit

再次啟動圖像界面，您看到了什么，您看到一個XTERM(一個運行于X下的終端程序)。而且不能移動。但是您能夠在這個XTERM中輸入命令打開X應(yīng)用程序，假如輸入：

#mozill

打開瀏覽器，您看到的瀏覽器和平時有什么不同嗎?他在屏幕中間，不能移動，不能最小化，不能最大化，沒有邊框。

為什么同樣一個X應(yīng)用程式會有這樣的不同呢?因為我們用startx起動圖像界面的時候同時也啟動了一個WM(即窗口管理器)，假如您用KDE就起動了 KDE，假如您用GNOME就起動了GNOME。但是您用xinit起動圖像界面的時候卻沒有起動WM 。

窗口管理器的作用就是最大化、最小化、移動、關(guān)閉窗口等。而這些不是X服務(wù)器來負責(zé)完成的。假如您用xinit起動圖像界面并在xterm中輸入twm，看看會有什么?

xterm被加上了一個邊框，您能夠通過這個邊框移動、最大化、最小化這個xterm。twm就是XFree86中自帶的窗口管理器，是個比較簡陋的最簡單的窗口管理器，但是他具備窗口管理器的全部特征。

六、KDE和GNOME

KDE 和GNOME是LINUX里最常用的圖像界面操作環(huán)境，他們不但僅是個窗口管理器那么簡單， KDE是K Desktop EnvirONment 的縮寫，他不但是個窗口管理器，更有很多配套的應(yīng)用軟件和方便使用的桌面環(huán)境，比如任務(wù)欄,開始菜單,桌面圖標等等。GNOME是GNU Network Object Model Environment 的縮寫，和KDE相同，也是個功能強大的綜合環(huán)境。

七、QT、QT/E、Qtopia

Trolltec(奇趣)的QT產(chǎn)品有很多，如：QT、QT/E、Qtopia等。目前為諾基亞所有。

QT 泛指QT的所有桌面版本，如：QT/X11，QT Windows，Qt Mac等。由于QT最早是在Linux中隨KDE流行而來，所有通常認為QT都是基于linux下的QT/X11。QT是一個完整的C++應(yīng)用程序開發(fā)框架。它包含一個類庫，和用于跨平臺開發(fā)及國際化的工具。Qt API在所有支持的平臺上都是相同的，Qt工具在這些平臺上的使用方式也一致， 因而Qt應(yīng)用的開發(fā)和部署與平臺無關(guān)。在桌面系統(tǒng)中，QT程序通常是符合X協(xié)議的應(yīng)用程序，它需要X服務(wù)器的支持。

QT/E 是用于嵌入式Linux系統(tǒng)的QT版本。QT/E中去掉了X lib的依賴而直接工作于frame. Buffer上，因而應(yīng)用程序處理過程效率比較高。它的運行只要有FrAMEbuffer設(shè)備就可以了，不需要X服務(wù)器的支持。但其本身運行也是有服務(wù)器和客戶端的概念。在服務(wù)器沒有啟動前運行QT/E程序，需要在加“-qws”來啟動服務(wù)器。如：

#./hello –qws

在QT4以后，QT/E改名位Qtopia Core了，并且集成到Qtopia成品中去了。

QT/E 是Frame. Buffer設(shè)備運行的。具有簡潔、高效等特點。但是了解Frame. Buffer設(shè)備的工程師會發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)rame. Buffer設(shè)備無法實現(xiàn)硬件加速功能。這也限制了基于Framebuffer設(shè)備的圖形解決方案的發(fā)展。事實上桌面上的XFree86默認情況下是不支持Framebuffer設(shè)備的，XFree86直接操作顯卡，充分利用顯卡加速功能(下個主題將介紹顯卡加速方面的內(nèi)容)。XServer兼容最多類型的顯示卡，一般來講，現(xiàn)在市面上80%以上的顯示卡都能夠被這個Server支持。但有時也會有一些顯卡不能不正確設(shè)別，這時可以采用Frame. Buffer模式來支持顯示器。主要是用到了XFree86的 frame. buffer Server(XF86_FBDev)。需要修改XFree86的配置文件/etc/X11/XF86Config，及在/etc/grub.conf中加入VGA=X*能。

Qtopia是一個面向嵌入式Linux的全方位應(yīng)用程序開發(fā)平臺，同時也是用于基于Linux的PDA(個人數(shù)字助理)，智能電話(Smartphone)以及其他移動設(shè)備的用戶界面。

八、DirectFB、顯卡加速驅(qū)動

首先DirectFB類似于桌面中的XFree86。桌面中的XFree86不需要Frame. Buffer設(shè)備，而DirectFB需要。

顯卡加速 在嵌入式GUI中需要實現(xiàn)多圖形功能，包括圖形繪制以及拷貝等。其中的許多功能需要進行大量的數(shù)據(jù)傳遞(如圖形拷貝)，或者需要進行大量的數(shù)值運算(如畫樣條曲線)。如果這些功能都由純軟件實現(xiàn)的話，會占用大量的CPU時間并且需要傳遞大量的數(shù)據(jù)，從而影響了圖形性能。許多顯卡芯片帶有圖形處理器，能夠從硬件上實現(xiàn)一部分圖形功能。支持硬件加速的圖形庫可以通過圖形處理器實現(xiàn)這些圖形功能，從而減輕了CPU的負擔(dān)并減少了數(shù)據(jù)在總線上的傳輸時間，提高了圖形性能。

DirectFB項目是由德國Convergence公司推動的Open source計劃的一部分，它是專門為滿足嵌入式設(shè)備要求而開發(fā)的小巧、強大、靈活和易于使用的圖形系統(tǒng)，并且試圖成為一個建構(gòu)于Linux Framebuffer Device之上的新圖形標準。它在FrameBuffer的基礎(chǔ)上提供了圖形加速、輸入設(shè)備處理提取、透明窗口和多重顯示層的功能，能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)GUI有較好的支持。與那些通用的嵌入式GUI系統(tǒng)相比，它具有非常簡潔、高效的體系結(jié)構(gòu)和硬件圖形加速功能。

DirectFB依賴已有的內(nèi)核接口即幀緩沖設(shè)備(/dev/fb)訪問圖形處理器，也就是說DireetFB需要一個正在工作的幀緩沖驅(qū)動。Linux內(nèi)核有專門的幀緩沖驅(qū)動支持某些圖形處理器。對于不支持的圖形處理器，內(nèi)核提供VE—SA幀緩沖(這種幀緩沖有一些限制)。DirectFB利用幀緩沖設(shè)備做如下工作：

◆ 設(shè)置顯卡工作模式(分辨率，顏色深度，時序)

◆ 映射顯存

如果某種顯卡被DirecFB支持并且在Linux內(nèi)核中也有這種圖形處理器的幀緩沖驅(qū)動，DirectFB利用幀緩沖設(shè)備做如下額外的工作：

◆ 映射顯存IO端口(如果加速驅(qū)動在用戶空間實現(xiàn)，需要這步。如果在內(nèi)核空間實現(xiàn)，則不需要映射，但需要有相應(yīng)的驅(qū)動接口。也可以重新寫一個驅(qū)動程序來專門實現(xiàn)加速功能)

◆ 關(guān)閉幀緩沖驅(qū)動中自帶的加速功能

針對具體的圖形操作(例如圖片拷貝、區(qū)域填充、區(qū)域拷貝、畫線、圖形拉伸等)，DirectFB加速驅(qū)動(對映射到用戶空間的控制寄存器訪問)訪問顯存映射的圖形處理器I/O端口向圖形處理器提交命令，由顯卡來實現(xiàn)相應(yīng)的命令。也就是說真正的硬件加速完全是在用戶空間實現(xiàn)。這樣DirectFB就可以對它支持的圖形處理器提供最大限度的硬件圖形加速。這些加速功能需要顯卡控制器的支持。一些嵌入式的顯示控制器中并沒有相應(yīng)的功能。需要外接顯卡來實現(xiàn)。

上層APl支持DirectFB的有：XdirectFB、DirectFBGL、GTK+、DFBTerm、DFBSee、DFBPoint、MythTV、Qt on DirectFB、SDL等。

DirectFB也需要窗口管理器。DirectFB采用模塊化設(shè)計，它并不依賴于某種具體的窗口管理器，只要具體的窗口管理器實現(xiàn)接口DirectFB中的CoreWMFuncs中定義的函數(shù)，就可以掛到DirectFB中運行。DirectFB自帶有兩個窗口管理器：default和unique，可以在配置文件中用wm=xxx來選擇用哪一個作為當前的窗口管理器。

通過上面8個方面，介紹了X、X11、Xfree86、WM、KDE、GNOME、QT、QT/E、Qtopia、DirectFB、Framebuffer、顯卡加速驅(qū)動等概念及它們的一些關(guān)系。供大家參考。