探究X Window System运行原理与启动过程

　　探究X Window System运行原理与启动过程
　　
　　　　第一次在Debian下装 XFree86，startx启动了twm，装了gnome 后startx启动了gnome环境，为什么？装gnome 时修改了什么文件以及X环境是怎么起来的？本来是想搞清这几个文题开始研究这个题目的，没想到还学到了很多别的东西^_^本文主要说明X Window System的基本运行原理，其启动过程，及常见的跨网络运行X Window System。
　　
　　一) 基本运行原理
　　　　X Window System采用C/S结构，但和我们常见的C/S不同。常见的C/S结构中，称提供服务的一方为server，即服务器端(如HTTP服务，FTP服务等)，使用服务的称为client，即客户端。但在X Window System中，client是执行程序的一方，在上面执行各种X程序，而server则是负责显示client运行程序的窗口的一方。
　　　　 X Window System的组成可以分为X server，X client，X protocol三部分。X server主要控制输入输出，维护字体，颜色等相关资源。它接受输入设备的输入信息并传递给X client，X client将这些信息处理后所返回的信息，也由X server负责输出到输出设备(即我们所见的显示器)上。X server传递给X client的信息称为Event，主要是键盘鼠标输入和窗口状态的信息。X client传递给X server的信息则称为Request，主要是要求X server建立窗口，更改窗口大小位置或在窗口上绘图输出文字等。X client主要是完成应用程序计算处理的部分，并不接受用户的输入信息，输入信息都是输入给X server，然后由X server以Event的形式传递给X client(这里感觉类似Windows的消息机制，系统接收到用户的输入信息，然后以消息的形式传递给窗口，再由窗口的消息处理过程处理)。X client对收到的Event进行相应的处理后，如果需要输出到屏幕上或更改画面的外观等，则发出Request给X server，由X server负责显示。
　　　　常见的情况是X server与X client都在同一台电脑上运行，但他们也可分别位于网络上不同的电脑上。在X Window System中，X client是与硬件无关的，它并不关心你使用的是什么显卡什么显示器什么键盘鼠标，这些只与X server相关。我们平常安装完XFree86后运行xf86config或xf86cfg进行的配置实际上只是与X server有关，可以说就是配置X server吧，不配置照样可以运行X client程序(如：xeyes -display xserver:0就可以在xserver这台机器上的0号屏幕(屏幕编号displaynumber为0)上显示那对大眼睛了)。
　　　　X protocol就是X server于X client之间通信的协议了。X protocol支持现在常用的网络通信协议。我只能测试TCP/IP，可以看到X server侦听在tcp 6000端口上。那X protocol就是位于运输层以上了，应该属于应用层吧？。
　　　　总结下运行过程吧：
　　(1) 用户通过鼠标键盘对X server下达操作命令
　　(2) X server利用Event传递用户操作信息给X client
　　(3) X client进行程序运算
　　(4) X client利用Request传回所要显示的结果
　　(5) X server将结果显示在屏幕上
　　
　　二) 启动过程
　　　　我们从控制台进入X一般是用startx命令。下面就从startx分析起。首先man startx和man xinit可以看到staratx和xinit的使用方法：
　　startx [[client] options .....] [-- [server] options ....]
　　xinit [[client] options ] [-- [server] [display] options]
　　把上面[client]和[server]分别称为client程序和server程序。man手册里写明其必须以/或者./开头。
　　下面看看startx这个脚本，中文为我加的注释，这个脚本是安装x-window-system-core后得到的，都是XFree86，不同发行版的linux里该脚本应该大同小异：
　　代码:
　　#!/bin/sh
　　userclientrc=$HOME/.xinitrc #用户的client定义文件
　　userserverrc=$HOME/.xserverrc #用户的server定义文件
　　sysclientrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc #系统的client
　　sysserverrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserverrc #系统的server
　　defaultclient=/usr/X11R6/bin/xterm #默认的client程序
　　defaultserver=/usr/X11R6/bin/X #默认的server程序
　　defaultclientargs="" #下面定义了client和server的参数变量
　　defaultserverargs=""
　　clientargs=""
　　serverargs=""
　　#如果用户client文件存在则使用用户文件里定义的client，否则使用系统定义的client
　　if [ -f $userclientrc ]; then
　　 defaultclientargs=$userclientrc
　　elif [ -f $sysclientrc ]; then
　　 defaultclientargs=$sysclientrc
　　fi
　　#如果用户server文件存在则使用用户文件里定义的server，否则使用系统定义的server
　　if [ -f $userserverrc ]; then
　　 defaultserverargs=$userserverrc
　　elif [ -f $sysserverrc ]; then
　　 defaultserverargs=$sysserverrc
　　fi
　　#下面循环处理client和server的参数
　　whoseargs="client"
　　while [ x"$1" != x ]; do #若第一个参数为空，退出循环
　　 case "$1" in
　　 # '' required to prevent cpp from treating "/*" as a C comment.
　　 /''*|\./''*) #如果$1是/*或者./*形式(xinit程序要求其参数里的client程序和server程序必须以/或./开头，否则会被视为client程序和server程序的参数，见man xinit)
　　 if [ "$whoseargs" = "client" ]; then #如果当前是在处理client的参数
　　 if [ x"$clientargs" = x ]; then #如果clientargs为空,则赋值$1给client变量，也即上面#startx使用方法里的[client]参数
　　 client="$1"
　　 else
　　 clientargs="$clientargs $1" #否则clientargs赋值为$clientargs $1，即上面#startx使用#方法里的options参数
　　 fi
　　 else #当前在处理server的参数，代码的含义同上
　　 if [ x"$serverargs" = x ]; then
　　 server="$1"
　　 else
　　 serverargs="$serverargs $1"
　　 fi
　　 fi
　　 ;;
　　 --)#如果$1为--，则表示开始处理server的参数，--为client和server参数的分界
　　 whoseargs="server"
　　 ;;
　　 *)
　　 if [ "$whoseargs" = "client" ]; then #处理给client程序的参数
　　 clientargs="$clientargs $1"
　　 else #处理给server程序的参数
　　 # display must be the FIRST server argument
　　#屏幕编号必须为第一个给server程序的参数，以:x的形式(x为数字)，这可从上面startx和xinit
　　的使用方法的区别看出,xinit多了个[display]，这里即过滤出这个[display]。试试看这两个命令：
　　xinit /usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1 -- /usr/bin/X11/X :1 -dpi 70&
　　xinit /usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1 -- /usr/bin/X11/X -dpi 70 :1&
　　即可看出不把屏幕编号作为第一个server参数的后果
　　 if [ x"$serverargs" = x ] && expr "$1" : ':[0-9][0-9]*$' > /dev/null 2>&1; then
　　
　　 display="$1"
　　 else #处理屏幕编号以外的参数
　　 serverargs="$serverargs $1"
　　 fi
　　 fi
　　 ;;
　　 esac
　　 shift #所有参数左移一次
　　done
　　# process client arguments
　　if [ x"$client" = x ]; then #如果client程序为空
　　 # if no client arguments either, use rc file instead
　　 if [ x"$clientargs" = x ]; then #且clientargs为空，赋值$defaultclientargs给client程序
　　 client="$defaultclientargs"
　　 else
　　 client=$defaultclient #使用默认的client程序
　　 fi
　　fi
　　# process server arguments处理server参数，同上
　　if [ x"$server" = x ]; then
　　 # if no server arguments or display either, use rc file instead
　　 if [ x"$serverargs" = x -a x"$display" = x ]; then
　　 server="$defaultserverargs"
　　 else
　　 server=$defaultserver
　　 fi
　　fi
　　#…………省略授权代码若干
　　
　　xinit $client $clientargs -- $server $display $serverargs #把处理过的参数交由xinit程序处理
　　#…………
　　
　　
　　　　由上面代码可以得出startx主要是置X client和X server所在的位置，并处理相关参数，最后交给xinit处理。可以看出startx 设置X client的位置是先搜寻$HOME/.xinitrc，然后是/etc/X11/xinit/xinitrc；设置X server的位置是先搜寻$HOME/.xserverrc，然后是/etc/X11/xinit/xserverrc。这就解释了我们平常为什么说启动X Window时用户目录下的.xinitrc和.xserverrc文件优先级要高。所以我们用startx命令启动X时，如果用户目录存在.xinitrc和.xserverrc文件，则实际上等价于命令xinit $HOME/.xinitrc -- $HOME/.xserverrc 。如果用户目录不存在那两个文件，则等价于xinit /usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc -- /usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserver。别的情况类推。
　　　　至于xinit，则根据startx传过来的参数启动X server，成功后根据xinitrc启动X client。
　　　　以上即为X Window System的启动过程，startx只是负责一些参数传递，真正的X启动由xinit实现。实际上可以分为启动X server和启动X client两部分。下面在用户目录下构造.xinitrc(即X client)和.xserverrc(即X server)文件。在.xserverrc里写入/usr/bin/X11/X :1。.xinitrc里写入/usr/bin/X11/xeyes -display localhost:1。这就是最简单的X server+ X client了，只不过把屏