Protokoly a architektura X Window System - X Window System protocols and architecture - Wikipedia

Logo X Window System

v výpočetní, Systém X Window (běžně: X11 nebo X) je a síťově transparentní okenní systém pro bitmapa displeje. Tento článek podrobně popisuje protokoly a technickou strukturu X11.

Model klient-server a transparentnost sítě

V tomto příkladu server X přijímá vstup z klávesnice a myši a zobrazuje se na obrazovku. A webový prohlížeč a a emulátor terminálu spustit na pracovní stanici uživatele a emulátor terminálu běží na vzdáleném serveru, ale pod kontrolou zařízení uživatele. Vzdálená aplikace běží stejně jako lokálně.

X používá a model klient-server. An X server program běží na počítači s grafickým displejem a komunikuje s různými klientské programy. X server funguje jako prostředník pro uživatele a klientské programy, přijímá požadavky na TCP port 6000 na grafický výstup (Windows) z klientských programů a zobrazuje je uživateli (displej) a přijímá vstup uživatele (klávesnice, myš) a její přenos do klientských programů.

V X běží server na počítači uživatele, zatímco klienti mohou běžet na vzdálených počítačích. Tato terminologie obrací běžnou představu systémů klient-server, kde klient běžně běží na místním počítači uživatele a server běží na vzdáleném počítači. Terminologie X Window zaujímá perspektivu, že program X Window je ve středu veškeré činnosti, tj. Program X Window přijímá a reaguje na požadavky z aplikací a ze vstupu myši a klávesnice uživatele. Proto se aplikace (na vzdálených počítačích) považují za klienty programu serveru X Window.

The komunikační protokol mezi serverem a klientem běží síťově transparentně: klient a server mohou běžet na stejném počítači nebo na různých, případně s různými architektury a operační systémy. Klient a server mohou komunikovat bezpečně přes Internet podle tunelování připojení přes šifrované připojení.^[1]

Principy návrhu

Bob Scheifler a Jim Gettys stanovte rané principy X následovně (jak je uvedeno v Scheifler / Gettys 1996):

• Nepřidávejte nové funkce, pokud implementátor bez ní nemůže dokončit skutečnou aplikaci.
• Je stejně důležité rozhodnout, co systém není, jako rozhodnout, co to je. Neslouží všem potřebám světa; spíše učinit systém rozšiřitelným, aby bylo možné uspokojit další potřeby vzestupně kompatibilním způsobem.
• Jediná věc horší než zobecnění z jednoho příkladu je zobecnění z žádných příkladů.
• Pokud problém není zcela pochopen, je pravděpodobně nejlepší neposkytnout vůbec žádné řešení.
• Pokud můžete získat 90 procent požadovaného efektu pro 10 procent práce, použijte jednodušší řešení. (Viz také Horší je lepší.)
• Izolujte složitost co nejvíce.
• Poskytněte spíše mechanismus než politiku. Zejména vložte zásady uživatelského rozhraní do rukou klientů.

První princip byl během návrhu X11 upraven na: Nepřidávejte nové funkce, pokud nevíte o nějaké skutečné aplikaci, která ji bude vyžadovat.

X se od té doby do značné míry držel těchto zásad. The Nadace X.Org rozvíjí referenční implementace s ohledem na rozšíření a zdokonalení implementace při zachování téměř úplné kompatibility s původním protokolem z roku 1987.

Základní protokol

Komunikace mezi serverem a klienty probíhá výměnou paketů po síti kanál. Klient naváže spojení a odešle první paket. Server odpoví zasláním zpět paketu s uvedením přijetí nebo odmítnutí připojení nebo s požadavkem na další ověření. Pokud je připojení přijato, paket přijetí obsahuje data, která klient může použít při následné interakci se serverem.

Po navázání připojení si klient a server vymění přes kanál čtyři různé typy paketů:

1. Žádost: klient požaduje informace ze serveru nebo požaduje, aby provedli nějakou akci.
2. Odpověď: server odpoví na požadavek. Ne všechny žádosti generují odpovědi.
3. Událost: server odešle klientovi událost, např. vstup z klávesnice nebo myši nebo okno, které se přesouvá, mění jeho velikost nebo se vystavuje.
4. Chyba: server pošle chybový paket, pokud je požadavek neplatný. Vzhledem k tomu, že požadavky jsou zařazeny do fronty, nemusí být chybové pakety generované požadavkem odeslány okamžitě.

Server X poskytuje sadu základních služeb. Klientské programy realizují složitější funkce interakcí se serverem.

Okna

Možné umístění některých oken: 1 je kořenové okno, které pokrývá celou obrazovku; 2 a 3 jsou okna nejvyšší úrovně; 4 a 5 jsou dílčí okna 2. Části okna, které jsou mimo jeho nadřazený prvek, nejsou viditelné.

Co jiného grafická uživatelská rozhraní obvykle zavolat a okno je okno nejvyšší úrovně v systému X Window. Termín okno se také používá pro okna, která leží v jiném okně, tj podokna a nadřazené okno. Grafické prvky, jako jsou tlačítka, nabídky, ikony atd., Se realizují pomocí oken.

Okno lze vytvořit pouze jako podokno nadřazeného okna. To způsobí uspořádání oken hierarchicky v strom. Server X automaticky vytvoří kořen stromu, který se nazývá kořenové okno. Okna nejvyšší úrovně jsou přesně přímá podokna kořenového okna. Kořenové okno je viditelně stejně velké jako obrazovka a leží za všemi ostatními okny.

Identifikátory

Server X ukládá veškerá data o oknech, písmech atd. Klient zná identifikátory těchto objektů - celá čísla, která pro ně může při komunikaci se serverem použít jako názvy. Například pokud si klient přeje vytvořit okno, požádá server o jeho vytvoření a (v případě úspěchu) získá na oplátku identifikátor serveru přidruženého k nově vytvořenému oknu. Identifikátor může klient později použít například k vyžádání řetězce v okně.

Identifikátory jsou jedinečné pro server, nejen pro klienta; například žádná dvě okna nemají stejný identifikátor, i když jsou vytvořena dvěma různými klienty. Klient může přistupovat k jakémukoli objektu vzhledem k jeho identifikátoru, i když objekt vytvořil jiný klient.

Atributy a vlastnosti

Každé okno má předdefinovanou sadu atributů a sadu vlastností, vše uložené na X serveru a přístupné klientům prostřednictvím příslušných požadavků. Atributy jsou data o okně, například jeho velikost, poloha, barva pozadí atd. Vlastnosti jsou data, která jsou připojena k oknu. Na rozdíl od atributů nemají vlastnosti na úrovni jádrového protokolu X Window žádný význam. Klient může ukládat libovolná data do vlastnosti okna.

Vlastnost je charakterizována názvem, typem a hodnotou. Vlastnosti se podobají proměnné v imperativní programovací jazyky v tom, že aplikace může vytvořit novou vlastnost s daným názvem a daným typem a uložit do ní hodnotu. Vlastnosti jsou přidruženy k oknům: dvě vlastnosti se stejným názvem mohou existovat ve dvou různých oknech, přičemž mají různé typy a hodnoty.

Vlastnosti se většinou používají pro komunikaci mezi klienty. Například vlastnost s názvem WM_NAME uloží název okna; správci oken obvykle čtou tuto vlastnost a v horní části zobrazují název okna.

The xprop program může zobrazit vlastnosti okna. Zejména, xprop -root zobrazuje vlastnosti kořenového okna, které zahrnují X zdroje (parametry programů).

Události

Události jsou pakety odesílané serverem klientovi za účelem sdělení, že se stalo něco, co by mohlo klienta zajímat. Klient může požádat server o odeslání události jinému klientovi; toto se používá pro komunikaci mezi klienty. Například když klient požaduje text, který je aktuálně vybrán, je klientovi, který aktuálně zpracovává okno s výběrem, odeslána událost.

Obsah okna může být za určitých podmínek „zničen“ (například pokud je okno zakryté). Kdykoli je oblast zničeného obsahu zviditelněna, server vygeneruje Odhalit událost, která upozorní klienta, že je třeba nakreslit část okna.

Další události mohou sloužit k upozornění klientů na vstup z klávesnice nebo myši, na vytváření nových oken atd.

Některé druhy událostí se vždy zasílají klientovi, ale většina druhů událostí se odesílá pouze v případě, že klient o ně dříve uvedl zájem, protože klienty může zajímat pouze nějaký druh událostí. Například klienta může zajímat událost související s klávesnicí, ale ne události související s myší.

Barevné režimy

Způsob, jakým systém X Window zpracovává barvy, může někdy uživatele zmást a historicky bylo podporováno několik různých režimů. Většina moderních aplikací používá plná barva (24bitová barva, 8 bitů pro každou červenou, zelenou a modrou), ale staré nebo speciální aplikace mohou vyžadovat jiný barevný režim. Mnoho komerčních specializovaných aplikací používá PseudoColor.

Protokol X11 ve skutečnosti používá jediné 32bitové celé číslo bez znaménka - nazývá se a pixelová hodnota - pro reprezentaci jedné barvy ve většině grafických operací. Při přenosu intenzity primární barvy, pro každou barevnou složku se používá 16bitové celé číslo. Následující reprezentace barev existují; ne všechny z nich mohou být podporovány na konkrétním zařízení.

• DirectColor: Hodnota pixelu se rozloží na samostatná červená, zelená a modrá podpole. Každé podpole indexuje samostatnou barevnou mapu. Lze měnit položky ve všech barevných mapách.
  • Pravdivá barva: Stejné jako DirectColor, kromě toho, že položky barevné mapy jsou předdefinovány hardwarem a nelze je změnit. Typicky každá z červených, zelených a modrých barevných map poskytuje (téměř) lineární náběh intenzity.
• Šedá stupnice: Hodnota pixelu indexuje jednu barevnou mapu, která obsahuje monochromatické intenzity. Položky barevné mapy lze změnit.
  • StaticGray: Stejné jako GrayScale, kromě toho, že položky barevné mapy jsou předdefinovány hardwarem a nelze je změnit.
• PseudoColor (Tlustý ): Hodnota pixelu indexuje jednu mapu barev, která obsahuje intenzitu barev. Položky barevné mapy lze změnit.
  • StaticColor: Stejné jako PseudoColor, kromě toho, že položky barevné mapy jsou předdefinovány hardwarem a nelze je změnit.

Xlib a další klientské knihovny

Většina klientských programů komunikuje se serverem prostřednictvím serveru Xlib klientská knihovna. Vedle Xlib XCB knihovna funguje těsněji k X protokolu. Většina klientů používá zejména knihovny jako Xaw, Motiv, GTK + nebo Qt které zase používají Xlib pro interakci se serverem. Qt přešel z Xlib na XCB s verzí 5.0, ale klientských programů tato změna téměř neovlivnila.

Komunikace mezi klienty

Protokol jádra X Window poskytuje mechanismy pro komunikaci mezi klienty: vlastnosti okna a události, zejména události zpráv mezi klienty. Pro tyto interakce však neurčuje žádný protokol. Místo toho tyto protokoly řídí samostatná sada konvencí komunikace mezi klienty.

The Manuál komunikačních konvencí mezi klienty specifikuje protokol pro výměnu dat prostřednictvím výběrů a interakce aplikací se správcem oken. Někteří považovali tuto specifikaci za obtížnou a matoucí;^[2][3] konzistence aplikace vypadat a cítit a komunikace je obvykle řešena programováním do daného desktopového prostředí.

Protokol Inter-Client Exchange (ICE) specifikuje rámec pro vytváření protokolů pro interakci mezi klienty, takže programátoři na něj mohou stavět konkrétní protokol. Zejména protokol X Session Management (XSMP) je protokol založený na ICE, který řídí interakci mezi aplikacemi s správce relace, což je program, který se postará o uložení stavu plochy na konci interaktivní relace a její obnovení při opětovném spuštění jiné relace se stejným uživatelem.

The freedesktop Specifikace zahrnují novější konvence, včetně konvence přetažení Xdnd (slouží k přenosu dat výběrem a přetažením v jiném okně) a konvence vložené aplikace Xembed (která podrobně popisuje, jak může aplikace běžet v podokně jiné aplikace).

Výběry, oříznutí vyrovnávací paměti a přetažení

Mechanismy výběru, vyrovnávacích pamětí řezu a přetažení v systému X Window umožňují uživateli přenášet data z jednoho okna do druhého. Výběry a vyrovnávací paměť se používají (obvykle), když uživatel vybere text nebo některá další data v okně a vloží do jiného okna. Přetažení se používá, když uživatel vybere něco v okně, poté klikne na výběr a přetáhne to do jiného okna.

Vzhledem k tomu, že dvě okna mohou zpracovávat dvě různé aplikace, vyžaduje přenos dat různé klienty připojené ke stejnému serveru X k interakci. Protokol jádra X Window zahrnuje některé typy požadavků a událostí, které jsou specifické pro výměnu výběru, ale přenos se provádí hlavně pomocí obecného odesílání událostí typu klient-klient a vlastností okna, které nejsou specifické pro přenos výběru.

Uživatelé mohou mezi klienty přenášet data různých typů: obvykle jde o text, ale může to být také pixmap, číslo, seznam objektů atd.

Výběry a přetahování jsou aktivní mechanismy: poté, co uživatel vybere data v okně, musí klient zpracovávající okno aktivně podporovat protokol pro přenos těchto dat do aplikace, která to požaduje. Vyřízněte nárazníky, naopak, poskytnout pasivní mechanismus: když uživatel vybere nějaký text, jeho obsah se přenese do vyrovnávací paměti pro oříznutí, kde zůstane, i když aplikace zpracovávající okno skončí a okno je zničeno.

Správce oken

Správce oken je program, který řídí obecný vzhled oken a dalších grafických prvků okna grafické uživatelské prostředí. Rozdíly ve vzhledu X Window System v různých instalacích vyplývají hlavně z použití různých správců oken nebo z různých konfigurací správce oken.

Správce oken se stará o rozhodování o poloze oken, umisťování ozdobných okrajů kolem nich, manipulaci s ikonami, manipulaci s klikáním myší mimo okna (na „pozadí“), manipulaci s určitými stisky kláves atd.

Z pohledu X serveru funguje správce oken jako klient stejně jako každý jiný klient. Počáteční pozici a dekorativní ohraničení kolem oken zpracovává správce oken pomocí následujících požadavků:

1. aplikace může požádat server, aby nevyhovoval požadavkům na mapování (zobrazování) dílčích oken daného okna a místo toho mu byla zaslána událost;
2. aplikace může požádat o změnu nadřazeného okna.

Správce oken použije první požadavek k zachycení jakéhokoli požadavku na mapování oken nejvyšší úrovně (podřízené kořenové okno). Kdykoli jiná aplikace požaduje mapování okna nejvyšší úrovně, server to nedělá, ale místo toho odešle událost správci oken. Většina správců oken reparent okno: vytvoří větší okno nejvyšší úrovně (tzv. rámové okno) a původní okno znovu vytvoří jako podřízené. Graficky to odpovídá umístění původního okna do okna rámu. Pro dekorativní rámeček kolem okna („ohraničení“ a „záhlaví“) se použije prostor okna rámu, který původní okno nevyužívá.

Správce oken spravuje kliknutí myší v okně rámečku. To umožňuje například uživateli přesunout nebo změnit velikost okna kliknutím a přetažením na ohraničení nebo na záhlaví.

Správce oken také zpracovává ikony a související vizuální prvky grafického uživatelského rozhraní. Ikony na úrovni jádrového protokolu X Window neexistují. Jsou implementovány správcem oken. Například kdykoli musí být okno „označeno ikonou“, FVWM Správce oken zruší mapování okna a vytvoří okno pro název ikony a případně další okno pro obrázek ikony. O významu a zacházení s ikonami proto zcela rozhoduje správce oken: někteří správci oken, jako např wm2 vůbec neimplementujte ikony.

Správce relace

Zhruba stav a zasedání je „stav plochy“ v daném čase: sada oken s jejich aktuálním obsahem. Přesněji řečeno, je to sada aplikací spravujících tato okna a informace, které těmto aplikacím umožňují v případě potřeby obnovit stav jejich spravovaných oken. Program známý jako správce relací X ukládá a obnovuje stav relací.

Nejznámější je, že použití správce relací umožňuje uživateli odhlásit se z interaktivní relace, ale při opětovném přihlášení najít přesně stejná okna ve stejném stavu. Aby to fungovalo, program správce relací ukládá názvy spuštěných aplikací při odhlášení a znovu je spouští při přihlášení. Aby mohl být obnoven také stav aplikací (který je nutný k obnovení obsahu Windows), musí být aplikace schopny na požádání správce relací uložit jejich stav provádění a při opětovném spuštění jej načíst zpět. .

X Window System obsahuje výchozího správce relací s názvem xsm. Vývojáři napsali další správce relací pro konkrétní stolní systémy: například ksmserver je výchozí správce relací KDE.

Správce zobrazení X.

Program známý jako Správce zobrazení X. zobrazuje grafickou výzvu k přihlášení v systému X Window. Obecněji řečeno, správce zobrazení spouští jeden nebo více serverů X v místním počítači nebo přijímá příchozí připojení ze serverů X spuštěných ve vzdálených počítačích. Místní servery spouští správce zobrazení, který se k nim poté připojí a uživateli zobrazí přihlašovací obrazovku. Vzdálené servery se spouštějí nezávisle na správci zobrazení a připojují se k němu. V této situaci funguje správce zobrazení jako grafický telnet server: server X se může připojit ke správci zobrazení, který zahájí relaci; aplikace, které využívají tuto relaci, běží na stejném počítači správce zobrazení, ale mají vstup a výstup v počítači, kde běží server X (což může být počítač před uživatelem nebo vzdálený).

Systém X Window je dodáván s XDM jako základní dodávaný správce zobrazení. Mezi další správce zobrazení patří GDM (GNOME ), KDM (KDE ), WDM (pomocí sady widgetů KŘÍDLA použité v Window Maker ) a vchod (pomocí architektury použité v systému Windows Osvícení v.17).

Prvky uživatelského rozhraní

Brzy sady nástrojů pro widgety pro X v ceně Xaw (dále jen Athéna Sada widgetů, 1983), OLIT (OTEVŘÍT LOOK Intrinsics Toolkit, 1988), XView (1988), Motiv (1980) a Tk. OLIT a XView fungují jako základní sady nástrojů pro slunce dědictví Otevřete Windows desktopové prostředí.

Motif poskytuje základní sadu nástrojů pro Společné desktopové prostředí (CDE), desktopové prostředí používané v reklamě Unix systémy jako Solaris, AIX a HP-UX. (Solaris 10 zahrnuje CDE i GNOME, přičemž druhé z nich je od roku 2010 preferovaným desktopovým prostředím^{[Aktualizace]}.)

Mezi nedávno vyvinuté sady nástrojů patří Qt (1991-, používaný KDE ), GTK + (1997-, používaný GNOME), wxWidgets (1992- ), FLTK (1998- ), LIŠKA (1997-) a fpGUI (2005-aktuální).

Rozšíření

Scheifler a Gettys navrhli server X tak, aby byl jednoduchý, ale rozšiřitelný. Proto nyní mnoho funkcí spočívá v rozšířeních protokolu.

Na úrovni protokolu lze každému rozšíření přiřadit nové typy paketů požadavek / událost / chyba. K funkcím rozšíření přistupují klientské aplikace prostřednictvím knihoven rozšíření. Přidání rozšíření k aktuálním implementacím X serveru je údajně obtížné kvůli nedostatečné modularitě v designu serveru.^[4] Je to dlouhodobý cíl XCB projekt automatizace generování klientské i serverové strany rozšíření z popisů protokolu XML.

Následující tabulka poskytuje částečný katalog rozšíření, které byly vyvinuty, seřazené zhruba podle aktuálnosti úvodu:

Zastaralé rozšíření

Viz také

• Xlib
• Vnitřní (Xt)
• Základní protokol X Window System
• X logický popis písma

Poznámky

Reference

1. Manrique, Daniel (23. května 2001). „Architektura systému X Window: přehled“. Přehled architektury systému X Window HOWTO. Dokumentační projekt Linuxu. Citováno 13. července 2011.
2. Maguolo, Filippo (16. prosince 2005). „Architektura X-Window“. Lekce v Linuxu. Mount Kisco, NY, USA: John F. Moore. Citováno 13. července 2011.
3. Stevens, W. Richard (1994). „Systém oken 30,5 X“ (PDF). TCP / IP Ilustrováno (PDF). Profesionální výpočetní řada Addison-Wesley. 1, The Protokoly (1. vyd.). Boston, MA, USA: Addison-Wesley. 30,5 X okenní systém. ISBN  978-0-201-63346-7. OCLC  246049781. Citováno 13. července 2011.
4. IBM Corporation, Mezinárodní středisko technické podpory (Červenec 1994). „1,2 X koncepty“ (PDF). TCP / IP pro MVS, VM, OS / 2 a DOS: X Window System Guide (PDF). Redbooky IBM (Druhé vydání.). Research Triangle Park, NC, USA: IBM. X koncepty. Citováno 13. července 2011.
5. Quercia, Valerie; O'Reilly, Tim (1993) [1988]. Uživatelská příručka k systému X Window: pro verzi X11 5. Definitivní průvodce systémem X Window. 3. Sebastopol, CA, USA: O'Reilly & Doc. ISBN  978-1-56592-014-9. OCLC  682229836. LCC  QA76.76.W56 Q47. Citováno 14. července 2011. archive.org má vydání z roku 1990.

Další čtení

• Robert W. Scheifler a James Gettys: X Window System: Základní a rozšiřovací protokoly, X verze 11, vydání 6 a 6.1, Digital Press 1996, ISBN  978-1-55558-148-0
• „Úvod do uživatelských rozhraní X11“. Archivovány od originál dne 3. ledna 2007.
• Úvod do X Windows [sic]
• Gettys, Jim (9. prosince 2003). „Cestovní mapa technologie open source pro stolní počítače“. Archivovány od originál dne 2. ledna 2006.

externí odkazy

• Nadace X.Org (oficiální domovská stránka)
• X.Org Foundation wiki
• Interní systémy X Window
• Stránky Kentona Lee na X Window a Motif
• Výukový program rozšíření X11