X11协议概要

X Window System Protocol
X Version 11, Release 6.7

Protocol是X11众多文档规范里最重要的一份，它规定了X的Server和Client之间的通信规则。

X Window System的重要特点之一是它具有网络通透性，client与server的连接是“松散”的，图形设备和输入输出设备在server端，而应用程序在client端，通过网络，client向server发送请求，比如创建窗口、读取属性、绘制文本等等，server向client发送回复以及事件通知。
Server和client并不关心对方的实现，它们各自只需要向通信协议负责即可。只要符合通信协议，它们甚至可以是由不同的编程语言来书写的。这样的灵活性和多样性是X的特点之一。

Protocol这篇文档规定了X11通信的格式以及内容。

１　协议格式
请求格式(Request Format)
每一个请求由请求头和请求体组成。
在每一个请求的最前面，有一个4字节的请求头，其中第一个字节是8位的主操作码(major opcode)，接下来的两字节是16位的请求长度（这个长度值也包括头在内），最后的一个字节在本协议里暂时不用。
跟在头后面的是请求体，格式是不固定的，依请求种类而不同。如果实际的请求体内容长度小于头里说明的长度，不必用0来补位。
++++++++ | ++++++++ ++++++++ | ++++++++ | ++++++++++++++++++++++++
m-opcode | length of request |  blank   |  request content ...
++++++++ | ++++++++ ++++++++ | ++++++++ | ++++++++++++++++++++++++
(每个"+"代表一位)
在本核心协议中，主操作码在0~127之间。128~255保留做扩展用。很多情况下，扩展的请求里可能包含多个操作码，这时请求的结构会有一些改变。比如，一种典型的用法是，在头的第二个字节里存放一个副操作码(minor opcode)，把长度值移到后面两个字节去。

响应格式(Reply Format)
每一个响应由三部分组成：响应头，响应体以及扩展部分
响应头由4字节的组成，并没有特殊的标识，这4个字节中的内容是整个响应的长度。
接下来是32个字节的响应体。
如果响应的内容比较长，超过了32字节，可继续在响应体后接续，这是响应体的扩展部分，长度向字节对齐。
在响应体和扩展部分中如果有空位的话，server并不保证把空位置0。
在响应的内容中还包含所对应请求的序列号。（但协议没有指明哪几个字节是这一内容。）

错误报告格式(Error Format)
每一个错误报告的长度是固定的32字节。其中包含一个字节的错误码(error code)。本规范中错误码在0~127之间，128~255保留做扩展用。
在错误报告中还包含所对应请求的主操作码、副操作码和序列号。
对于以下几种资源方面的错误，报告中还包含资源ID：
Colormap, Cursor, Drawable, Font, GContext, IDChoice, Pixmap, Window.
如果出错的是atom，原atom也会被包含在报告中；如果出错的是value，其实会被包含。其它类型的错误报告不再包含更多的信息。
同样，报告中如果有空位的话，server并不保证把空位置0。

事件通知格式(Event Format)
事件通知的长度也是固定的32字节。
其中前8位是类型码。在这8位中，会有一位用于标识该事件是否是由客户端发起的，即如果这一事件是因响应客户端的SendEvent请求而发出的，这将被置位。
类型码的64~127段保留用于扩展。
除KeymapNotify之外的所有事件通知中还将包含此前最后一个来自client的请求序列号。

２　建立连接
X的server与client之间的连接是通过网络进行的，面向字节流。它们之间的通信不依赖特定的平台，也不依赖特定网络。
２.１　连接初始化
首先，client需要向server发送一个字节来指明字节序，这个字节的内容称为“字节序位”(byte-order byte)。这个字节是一个ASCII字符，只可能是两个值，要么是"B"（8进制102），要么是"l"（8进制154）。前者表明在接下来的通信中，如果数据大于一个字节的话，高字节在前，低字节在后；后者相反，表明低字节在前，高字节在后。Client和server双方都需要遵守这一协定。
在字节序位之后，client发送以下内容：
协议主版本号(protocol-major-version)　－　16位无符号数(CARD16)
协议副版本号(protocol-minor-version)　－　16位无符号数(CARD16)
认证协议名(authorization-protocol-name)　－　字符串(STRING8)
认证协议数据(authorization-protocol-data)　－　字符串(STRING8)
认证协议名／数据是出于安全性考虑，client可以请求server使用某种安全认证协议，但这并不是必须的，如果server不支持client所申请的认证协议，只需简单地简略即可。认证协议数据也可为空。
２.２　服务器的响应
Client发送完以上初始化数据以后，server应该给出如下的响应：
success: {Failed, Success, Authenticate}
Failed表明连接失败，接下来会收到以下附加信息：
 protocol-major-version: CARD16
 protocol-minor-version: CARD16
 reason: STRING8
Authenticate表明连接因认证原因而失败，接下来会收到以下附加信息：
 reason: STRING8
Success表明连接已成功建立，并附带以下信息：
 protocol-major-version: CARD16
 protocol-minor-version: CARD16
 vendor: STRING8
 release-number: CARD32
 resource-id-base, resource-id-mask: CARD32
 image-byte-order: {LSBFirst, MSBFirst}
 bitmap-scanline-unit: {8, 16, 32}
 bitmap-scanline-pad: {8, 16, 32}
 bitmap-bit-order: {LeastSignificant, MostSignificant}
 pixmap-formats: LISTofFORMAT
 roots: LISTofSCREEN
 motion-buffer-size: CARD32
 maximum-request-length: CARD16
 min-keycode, max-keycode: KEYCODE
其中出现4种特殊的数据类型：FORMAT, SCREEN, DEPTH, VISUALTYPE解释如下：
 FORMAT: 
  [depth: CARD8,
  bits-per-pixel: {1, 4, 8, 16, 24, 32}
  scanline-pad: {8, 16, 32}]
 SCREEN: 
  [root: WINDOW
  width-in-pixels, height-in-pixels: CARD16
  width-in-millimeters, height-in-millimeters: CARD16
  allowed-depths: LISTofDEPTH
  root-depth: CARD8
  root-visual: VISUALID
  default-colormap: COLORMAP
  white-pixel, black-pixel: CARD32
  min-installed-maps, max-installed-maps: CARD16
  backing-stores: {Never, WhenMapped, Always}
  save-unders: BOOL
  current-input-masks: SETofEVENT]
 DEPTH: 
  [depth: CARD8
  visuals: LISTofVISUALTYPE]
 VISUALTYPE: 
  [visual-id: VISUALID
  class: {StaticGray, StaticColor, TrueColor, GrayScale,
  PseudoColor, DirectColor}
  red-mask, green-mask, blue-mask: CARD32
  bits-per-rgb-value: CARD8
  colormap-entries: CARD16]
２.３　Server信息
如果连接建立成功的话，server在Success之后返回给client的附加信息表明server的能力。
协议号：
协议号即server支持的协议版本，目前最新为11。版本号具有向下兼容的特性，即高版本兼容低版本。一般来说，server会返回与client的请求相同的版本号，但由于向下兼容性，版本号不同的情况也时有发生，client的版本号可以比server小。

Resource-id-mask包含一个连续的比特序列（至少18位）。Client为WINDOW, PIXMAP, CURSOR, FONT, GCONTEXT和COLORMAP这些资源申请ID时，需要以它做为掩码，即ID值需要与resource-id-mask做“与”运算；然后再与resource-id-base做“或”运算，其结果才是有效的ID值。资源ID的前三位总是0；资源ID的分布并不保证是线性依次分配的，一旦一个ID被释放，即可马上重用。
各种不同种类的资源ID，它们的分配空间是相同的，但不同的资源ID不需要处于不同的段，可以混在一起的，因为它们最终是被不同种类的句柄来索引，不会因为分配空间相同而造成混乱。所以，一个ID不但是在所有同类资源中是唯一的，在所有种类的资源中也必须是唯一的。

在连接的初始化时，client可以指定字节序，server要遵守client的“建议”；但是对于图像数据来说就是另外一回事，图像数据的字节序是由server在image-byte-order中指定的。

接下来的几行内容是关于位图(bitmap)的。位图是以扫描线(scanline)的形式描述的。扫描线的长度通常是要向若干比特数对齐的，不足的用0补位，这个数字即在bitmap-scanline-pad定义，是固定的。扫描线也有自己的最小构成单位，即bitmap-scanline-unit，bitmap-scanline-unit小于或等于bitmap-scanline-pad。在扫描线的每个最小单位(unit)里，存放的数据是高字节在前还是低字节在前，由bitmap-bit-order规定。
如果一个像素图(pixmap)是以XY格式描述的，它的每一个“小块”(plane)就是一个位图，每个plane内的位图数据都是高字节数据在前，低字节在后；在各plane之间不需加0填充。

Pixmap-formats数据是一个列表，列表的每一项对应于一种色深，描述的是在相应色深下像素图的Z格式。在Z格式下，像素是以扫描线的形式表示的，一个像素即是一条从左到右的扫描线。Bits-per-pixel定义了一个像素有多少位组成。理论上说，一个像素的位数应该与深度相同，但由于需要向字节对齐，bits-per-pixel可能会比depth更大，如果是这样的话，pixel的低位是真实数据，高位不用，也无需置0。

指针设备如何在屏幕上及屏幕间移动是由server的实现来决定的，本协议不做要求。
Server可以保存指针设备移动的历史记录并发出MotionNotify事件。Client可以通过GetMotionEvents请求来取得这些历史记录。Motion-buffer-size指的就是用来存储移动历史记录的缓冲区的大小。

Maximum-request-length表明的是server可以接受的请求的最大长度，单位是4字节。也就是说，maximum-request-length是client的请求数据头中“长度”的最大值，如果超过了这个值，就会产生一个Length错误，server将乎略这个请求。
Maximum-request-length不会太小，至少是4096，也就是说，server能处理的请求长度至少要达到4096*4=16384字节。

Min-keycode和maz-keycode定义了server支持的最小和最大的键值，最小不能小于8，最大不能大于255，在这个区间内，也并不是所有的值都有对应的键，可以有空位。

与屏幕有关的信息有：
Allowed-depth指明像素图(pixmap)和窗口支持哪些深度。对于pixmap，任何一种深度都要支持；而对于窗口来说，只要支持那些有对应“视”(visual)类型的就可以了。深度为1的像素图一定要支持，但深度为1的窗口可以不支持。
Root-depth和root-visual指明根窗口的深度和视类型；Width-in-pixels和height-in-pixels指明根窗口的大小，这个值是固定的，不能改。Width-in-millimeters和height-in-millimeters指明了根窗口的物理尺寸大小。

Default-colormap是根窗口使用的初始色彩表，也是色彩的最低配置。如果client在色彩方面的请求非常低的话，将使用这一配置。

Black-pixel和white-pixel可以用来实现黑白两色的应用，它们分别是黑白两色的像素值。它们一定会存在于default-colormap色彩表中。在有些情况下，黑白两色可能使用比较多，而且比较典型，所以把它们单独列出来，比如根窗口的边缘就是由black-pixel指定的黑色填充的，根窗口的默认背景也是由这两种色彩来组成的。

Min-installed-maps指的是server最少可以保证能够同时安装的色彩表数量；Max-installed-maps是与之相应的最大值，但并不保证每一次都能安装这么多的数量，还要看内存空间的情况，只是可能的最大值，可以达不到。

Backing-stores可以取三个值：Never, WhenMapped, Always。表明server在什么时候会在后台缓存窗口的图像。可能永远也不缓存，可能只在map的时候缓存，也可能总是会缓存。即使缓存的话，也要视内存的占用情况而定，并不能保证每次都能缓存成功。

视觉(visual)信息
前面提到的有关颜色的数据都是有关颜色衡量尺度的，比如色深等。这一部分(视觉/visual)是有关颜色与人的感观之间关系的。这些内存存放在VISUALTYPE信息下面。
Class的几种类型{StaticGray, StaticColor, TrueColor, GrayScale, PseudoColor, DirectColor}定义的是色彩描述的类型，