大名鼎鼎的X Window大家肯定不陌生。都知道它是Unix/Linux下面的窗口系統(tǒng)，也都知道它基于Server/Clinet架構(gòu)。在網(wǎng)上隨便搜一搜，也可以找到不少X Window的介紹。有不少文章為了給用戶留一個(gè)直觀的印象，往往先讓系統(tǒng)進(jìn)入純文本界面，然后使用startx來啟動(dòng)圖形界面，或者直接使用X來啟動(dòng)X Server，再然后運(yùn)行一個(gè)xterm來做示范。我覺得以上這些文章對(duì)X Window的理解有限，不夠深入，而且也不夠新。所以，我這里寫一篇《X Window的奧秘》，以最新的Ubuntu-14.04 Desktop為例，展示如何學(xué)習(xí)X Window。

　　先說一點(diǎn)題外話。在上一篇《打造屬于自己的Vim》發(fā)表后，評(píng)論中有人讓共享一下配置文件。當(dāng)時(shí)我說：配置文件又不長(zhǎng)，自己照著圖片敲一下代碼嘛。結(jié)果這個(gè)“照著圖片敲代碼”的事情我今天自己干了一遍，好在沒花多少時(shí)間，幾分鐘而已。原因是因?yàn)槲医裉煺垓vX Window的時(shí)候，把系統(tǒng)給掛掉了，然后重裝系統(tǒng)，然后，就只好再設(shè)置一遍Vim了。

　　X Window其實(shí)是一種規(guī)范，它有很多不同的實(shí)現(xiàn)，在Linux系統(tǒng)下最流行的是實(shí)現(xiàn)Xorg和XFree86，微軟Windows系統(tǒng)下也有X Window的實(shí)現(xiàn)，蘋果的Mac也是X Window的一種。要了解自己機(jī)器上運(yùn)行的X Window究竟是哪一個(gè)，可以使用查看進(jìn)程的ps命令，如下圖：

　　從上圖可以看出，Ubuntu 14.04使用的X Window是Xorg。如果使用ps -ef命令，還可以看到Xorg運(yùn)行時(shí)的命令行參數(shù)。

　　想了解X Window，下面這些文檔需要看一遍先：

　　下面來說一下也許是眾所周知的基礎(chǔ)知識(shí)：X Window是一個(gè)分層的架構(gòu)，它分為Serve和Client。X Server負(fù)責(zé)圖形界面的顯示，（也負(fù)責(zé)用戶的輸入），而Client程序需要連接到X Server，然后請(qǐng)求X Server繪制圖形界面，同時(shí)從X Server接受用戶的輸入。在桌面系統(tǒng)上，X Server和Client程序往往安裝在同一臺(tái)機(jī)器上，日常使用基本感覺不到它是分層的。但是很顯然，X Server和Client也可以分別運(yùn)行在不同的機(jī)器上，在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行程序，而在另外一臺(tái)機(jī)器上顯示圖形界面。

　　X Window中的Server和Client的概念和我們平時(shí)接觸到的“Server/Client”概念剛好相反。很多熟悉Internet原理的人，第一次接觸X Window的這兩個(gè)概念都會(huì)搞錯(cuò)。比如，我在一臺(tái)本地機(jī)器上運(yùn)行Ubuntu 14.04桌面版，而在另外一臺(tái)遠(yuǎn)程機(jī)器上運(yùn)行CentOS 5.10（純字符界面），當(dāng)我用ssh從Ubuntu連接到CentOS的時(shí)候，Ubuntu是Client，而CentOS是Server。在X Window中，Server偏偏是我面前的這臺(tái)Ubuntu，X Server運(yùn)行在Ubuntu上。我可以在CentOS中運(yùn)行GVim，但是窗口顯示在Ubuntu中，這時(shí)，GVim是一個(gè)Client程序，它在遠(yuǎn)程機(jī)器上運(yùn)行，而它的窗口顯示在本地。

　　前面提到網(wǎng)上很多介紹X Window的文章都是先讓系統(tǒng)進(jìn)入字符界面，然后手動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)X Server。其實(shí)這完全沒有必要，因?yàn)樵谕慌_(tái)機(jī)器上完全可以運(yùn)行多個(gè)X Server，只需要讓每個(gè)X Server的display不同即可。那么display究竟是什么？

　　在X Window中，可以通過hostname:display_number.screen_number來指定一個(gè)屏幕?？梢赃@樣理解：一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有多個(gè)display，一個(gè)display可以有多個(gè)屏幕。所以，display相當(dāng)于是計(jì)算機(jī)配備的一套輸入輸出設(shè)備，一般情況下，一臺(tái)電腦只配一套鍵盤鼠標(biāo)和一個(gè)顯示器，特殊情況下，可以配多個(gè)顯示器。

　　現(xiàn)在問題出來了，我的電腦只有一套鍵盤鼠標(biāo)和一個(gè)顯示器，也就是只有一個(gè)display，那又怎么能運(yùn)行多個(gè)X Server呢？那是因?yàn)樵贚inux中，還有虛擬控制臺(tái)這樣的高級(jí)特性。只需要同時(shí)按下Ctrl+Alt+F1、Ctrl+Alt+F2、...、Ctrl+Alt+F7，就可以在不同的虛擬控制臺(tái)中進(jìn)行切換。在Ubuntu 14.04中，虛擬控制臺(tái)1到6運(yùn)行的getty，也就是字符界面，虛擬控制臺(tái)7運(yùn)行的是Xorg。（Fedora中不一樣，虛擬控制臺(tái)1運(yùn)行的是圖形界面，其它的是字符界面。）

　　我們可以直接運(yùn)行X Server程序來啟動(dòng)X Server。/usr/bin/X和Xorg都是X Server程序。其實(shí)/usr/bin/X是Xorg的符號(hào)鏈接，用哪一個(gè)都是一樣的。

　　啟動(dòng)X Server的時(shí)候可以指定display參數(shù)，因?yàn)榭梢允÷缘鬶ostname和screen_number，所以可以用:0，:1這樣的格式來指定display。在我的機(jī)器上，本來就有一個(gè)X Server在運(yùn)行，display :0已經(jīng)被占用了，所以我使用sudo X :1 -retro來在display :1上再運(yùn)行一個(gè)X Server，如下圖：

　　其中的-retro參數(shù)是為了讓X Server的背景顯示為斜紋，否則背景為純黑色，那就看不出來是否啟動(dòng)了X Server。啟動(dòng)X Server后的效果如下圖：

　　按Ctrl+Alt+F7回到display :0，再用ps命令看一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中有兩個(gè)Xorg在運(yùn)行，一個(gè)運(yùn)行在虛擬控制臺(tái)7，一個(gè)運(yùn)行在虛擬控制臺(tái)8。如下圖：

　　在新啟動(dòng)的X Server中運(yùn)行一個(gè)GVim看看效果。運(yùn)行GVim時(shí)，使用-display :1參數(shù)指定窗口顯示在新啟動(dòng)的X Server上，使用-geometry參數(shù)指定窗口的大小和位置。然后按Ctrl+Alt+F8切換虛擬控制臺(tái)，看效果。命令見上圖，程序運(yùn)行效果見下圖：

　　如果能讓遠(yuǎn)程機(jī)器上的GVim也把窗口顯示在本地機(jī)器的屏幕上，那就比較過癮了。所以，使用ssh連接到CentOS-5.10，然后使用gvim -display ubuntu-14:1命令，希望將GVim顯示到Ubuntu的display :1上。由于是遠(yuǎn)程連接，所以hostname不能省略，需寫成ubuntu-14:1，也可以使用IP地址，寫成192.168.1.103:1。如下圖：

　　很可惜，連接失敗。

　　失敗的原因是遠(yuǎn)程訪問X Server需要安全認(rèn)證。這個(gè)可以理解，就像登陸郵箱需要輸入用戶名和密碼一樣，如果X Server不要認(rèn)證就可以隨便連接的話，那豈不是桌面上垃圾窗口滿天飛？安全認(rèn)證的方式有很多種，具體請(qǐng)參考man Xsecurity。安全認(rèn)證可以使用xhost和xauth這兩個(gè)程序來進(jìn)行，具體使用方法參考它們的文檔。

　　先用xhost來授權(quán)，這個(gè)比較簡(jiǎn)單。為了運(yùn)行xhost，需要在X Server上有一個(gè)終端，所以運(yùn)行一個(gè)xterm，如下圖：

　　在xterm中輸入sodu xhost +192.168.1.109，這樣，CentOS-5.10中運(yùn)行的GUI程序都可以連接到這個(gè)新開啟的X Server了。如下圖：

　　在CentOS-5.10中運(yùn)行GVim，如下圖：

　　窗口顯示在Ubuntu中，如下圖：

　　新啟動(dòng)的X Server界面比較丑陋，我們還是想讓遠(yuǎn)程機(jī)器上的GUI程序直接顯示在Ubuntu的桌面環(huán)境中。所以，指定display為:0，如下圖：

　　結(jié)果很不幸，無法打開display。連接不上，為什么呢？是安全認(rèn)證的問題嗎？不是，是lightdm的問題，請(qǐng)繼續(xù)往下看。

　　X Server的啟動(dòng)方式有兩種，一種是通過顯示管理器啟動(dòng)，另一種是手動(dòng)啟動(dòng)。在前面的例子中，我通過直接運(yùn)行/usr/bin/X :1來啟動(dòng)了一個(gè)X Server。直接啟動(dòng)X Server的方法還有運(yùn)行startx或者xinit。手動(dòng)啟動(dòng)X Server的缺點(diǎn)就是啟動(dòng)的X Server不好看。而顯示管理器啟動(dòng)的不僅有X Server，還有一大堆的Client程序，構(gòu)成了一個(gè)完整的桌面環(huán)境，界面當(dāng)然就漂亮多了。

　　顯示管理器（Display Manager）是什么呢？前面我講到display就是一個(gè)電腦配備的一套鍵盤鼠標(biāo)和顯示器，那么顯示管理器就是這一套設(shè)備的管理器了。顯示管理器可以直接管理這些設(shè)備，所以它可以控制X Server的運(yùn)行，由它來啟動(dòng)X Server那是再合適不過了。系統(tǒng)啟動(dòng)過程是這樣的：內(nèi)核加載-->init程序運(yùn)行-->顯示管理器運(yùn)行-->X Server運(yùn)行-->顯示管理器連接到X Server，顯示登錄界面-->用戶登錄后，登錄界面關(guān)閉，加載桌面環(huán)境。從上面的流程可以看出，顯示管理器是X Server的父進(jìn)程，它負(fù)責(zé)啟動(dòng)X Server，當(dāng)X Server啟動(dòng)后，它又變成了X Server的一個(gè)Client程序，連接到X Server顯示歡迎界面和登錄界面，最后，顯示管理器又是所有桌面環(huán)境的父進(jìn)程，它負(fù)責(zé)啟動(dòng)桌面環(huán)境需要的其它Client程序。

　　在Ubuntu 14.04中，使用lightdm取代了傳統(tǒng)的xdm、gdm等顯示管理器。簡(jiǎn)單來說，就是由lightdm負(fù)責(zé)啟動(dòng)X Server和其它的X程序。不知道為什么，lightdm在啟動(dòng)X Server的時(shí)候，給X Server加上了-nolisten tcp參數(shù)，所以遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)就沒有辦法連接到Ubuntu的桌面了。（從第1張圖片可以看到該參數(shù)。）

　　下一步的目標(biāo)就是更改lightdm的配置，去掉這個(gè)-nolisten tcp參數(shù)。不過要達(dá)成這個(gè)目標(biāo)還真是艱難啊，我的系統(tǒng)掛掉然后重裝就是在這里折騰出來的。在這里我要狠狠滴吐槽一下freedesktop.org，在X Window所用的軟件中，freedesktop.org貢獻(xiàn)很大，比如lightdm、xft、fontconfig、freetype都是這個(gè)組織貢獻(xiàn)的，可是，你就不能把文檔寫詳細(xì)點(diǎn)嗎？不僅是lightdm的文檔不行，xft、freetype的文檔也都不行。

　　lightdm的man page非常簡(jiǎn)略，使用sudo dpkg -L lightdm也找不出該軟件包中有價(jià)值的東西。沒辦法，另辟蹊徑吧。在使用sudo dpkg -L lightdm查看該軟件包的文件時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的log文件放在/var/log/lightdm文件夾下，過去看看：

　　終于，從log文件中看到了lightdm啟動(dòng)的全過程。首先，看到它從哪幾個(gè)目錄加載配置文件，接著，看到它啟動(dòng)X Server。從下圖光標(biāo)所在的行可以看到X Server啟動(dòng)的所有參數(shù)，包括-nolisten tcp選項(xiàng)。

　　繼續(xù)看log文件，下面光標(biāo)所在的行顯示lightdm怎么啟動(dòng)gnome-session：

　　同時(shí)，我發(fā)現(xiàn)/etc/lightdm/目錄下沒有l(wèi)ightdm.conf文件，而/usr/share/doc/lightdm/目錄下有一個(gè)lightdm.conf.gz文件，把該文件當(dāng)文檔看了一下，發(fā)現(xiàn)里面果然就是lightdm的配置的解釋。趕快將該文件復(fù)制到/etc/lightdm/目錄下并解壓，如下圖：

　　然后用Vim編輯/etc/lightdm/lightdm.conf文件，將xserver-allow-tcp=false一行前面的注釋去掉，并且改為xserver-allow-tcp=true。如下圖：

　　最后，重啟系統(tǒng)。再用ps查看進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)-nolisten tcp選項(xiàng)已經(jīng)沒有了。

　　搞定了-nolisten tcp之后，要想從遠(yuǎn)程計(jì)算接連接到Ubuntu桌面，還是需要安全認(rèn)證。在前面的例子中，我使用了xhost。xhost是最簡(jiǎn)單的認(rèn)證方式。在這里我要試一下別的認(rèn)證方式，比如MIT-MAGIC-COOKIE-1。如上圖，先使用xauth list命令查看一下當(dāng)前的授權(quán)記錄，發(fā)現(xiàn)只有一條，而且display是ubuntu-14/unix:0，很顯然，這是一個(gè)本地授權(quán)，所以需要使用xauth add命令添加一個(gè)使用ip地址的授權(quán)，后面的key照抄就行了。最后，使用xauth extract和xauth merge配合管道和ssh將該授權(quán)記錄合并到CentOS-5.10中。

　　在CentOS-5.10中啟動(dòng)GVim，指定display為192.168.1.103:0，GVim窗口就出現(xiàn)在了Ubuntu中。如下圖：

　　可以使用不同的方法對(duì)X Server進(jìn)行配置，前面的例子是直接指定命令行參數(shù)。除了指定命令行參數(shù)，還可以使用環(huán)境變量和配置文件。X Server的配置文件為一般是/etc/X11/xorg.conf或/etc/X11/xorg.conf.d/目錄下的.conf文件，當(dāng)然，配置文件也可以放在其它的目錄中，具體信息，請(qǐng)參看man xorg.conf。

　　如果沒有配置文件，X Server將在啟動(dòng)的時(shí)候自動(dòng)檢測(cè)硬件，然后生成一個(gè)內(nèi)置的配置。Ubuntu系統(tǒng)就沒有配置文件。不過沒關(guān)系，如果需要使用配置文件的時(shí)候，可以通過X Server的-configure參數(shù)生成一個(gè)配置文件，里面包含當(dāng)前自動(dòng)檢測(cè)出的配置。如果需要任何個(gè)性化的配置，對(duì)該文件進(jìn)行修改即可。

　　我們上面運(yùn)行的X Server都是直接占用了計(jì)算機(jī)的整個(gè)顯示器和鍵盤鼠標(biāo)，事實(shí)上，在現(xiàn)有的圖形界面中，還可以以窗口模式運(yùn)行另外一個(gè)X Server，稱為nested X Server。最常用的nested X Server是Xephyr，在Ubuntu中可以通過如下命令安裝它：

　　Xephyr的使用非常簡(jiǎn)單，可以通過 man Xephyr 命令查看它的使用手冊(cè)。如果輸入 Xephyr :1 命令，就可以在現(xiàn)有圖形界面中打開一個(gè)窗口模式的X Server，如下圖：

　　以后再啟動(dòng)GUI程序，就可以通過程序的-display選項(xiàng)讓程序運(yùn)行在這個(gè)嵌套的X Server中，如下圖：

　　怎么樣，是不是很好玩呢？除了好玩，還很有用，比如調(diào)試窗口管理器啊、連接遠(yuǎn)程桌面啊什么的都用得著。當(dāng)然，我這里只是簡(jiǎn)單展示一下原來X Window還可以這么玩。

　　1.在一個(gè)Linux系統(tǒng)中存在多個(gè)虛擬控制臺(tái)，所以可以啟動(dòng)多個(gè)X Server；

　　2.啟動(dòng)X Server的方式有兩種，一種是使用/usr/bin/X、startx、xinit手動(dòng)啟動(dòng)，一種是通過顯示管理器啟動(dòng)；

　　3.Ubuntu使用的顯示管理器是lightdm，這是一個(gè)比較新的、輕量級(jí)的顯示管理器，但是文檔不夠詳細(xì)；

　　4.遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接本地的X Server，需要X Server開放TCP端口，還要搞定安全認(rèn)證；

　　5.X Server的配置，可以通過命令行參數(shù)，可以通過環(huán)境變量，還可以通過配置文件；

　　6.可以在現(xiàn)有的圖形界面下以窗口模式運(yùn)行嵌套的X Server，常用的軟件是Xephyr；

　　7.我的《玩轉(zhuǎn)Linux系統(tǒng)的方法論》中介紹的方法不夠用，還要加上兩條：①使用ps命令查看進(jìn)程；②查看程序啟動(dòng)的log文件。