探究Xwindow System原理与启动过程

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：

#!/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 
<ccid_page/>
<br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br>
#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"" != x ]; do #若第一个参数为空，退出循环 
case "" in 
# '' required to prevent cpp from treating "/*" as a C comment. 
/''*|./''*) #如果是/*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,
则赋值给client变量，也即上面#startx使用方法里的[client]参数 
client="" 
else 
clientargs="$clientargs " #否则clientargs赋值为$clientargs ，
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"$serverargs" = x ]; then 
server="" 
else 
serverargs="$serverargs " 
fi 
fi 
;; 
--)#如果为--，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 " 
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 "" : ':[0-9][0-9]*

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，只不过把屏幕编号从默认的0改为了1，这里X server即是/usr/bin/X11/X 程序，X client即是/usr/bin/X11/xeyes 程序。

总结下单机用startx启动过程吧：

(1) startx置X client和X server的位置，处理参数并调用xinit

(2) xinit根据传过来的参数启动X server，成功后呼叫X client

(3) 根据xinitrc设置相关资源，启动窗口管理器,输入法和其他应用程序等X client程序。

但还未搞清楚gnome是怎么起来的！gnome当然属于X client了，看上面启动过程第(3)步。这里分两种情况看吧，第一种是用系统的xinitrc文件。看/etc/X11/xinit/xinitrc文件(我的sarge装x-window - system-core和gnome-core)，里面只包含了. /etc/X11/Xsession一句话。接着看/etc/X11/Xsession这个脚本，只看关键部分吧。最后面有：

SESSIONFILES=$(run_parts $SYSSESSIONDIR) 
if [ -n "$SESSIONFILES" ]; then 
for SESSIONFILE in $SESSIONFILES; do 
. $SESSIONFILE 
done 
fi 
exit 0

接着看run_parts()，位于本文件中间:

run_parts () { 
# until run-parts --noexec is implemented 
if [ -z "" ]; then 
internal_errormsg "run_parts() called without an argument." 
fi 

if [ ! -d "" ]; then 
internal_errormsg "run_parts() called, but "" does not exist or is" 
"not a directory." 
fi 

for F in $(ls ); do 
if expr "$F" : '[[:alnum:]_-]+