一.X-Window系統(tǒng)簡介

　　X-Window(也常稱為X11或X)系統(tǒng)是一種以位圖方式顯示的軟件視窗系統(tǒng)，最初是1984年麻省理工學院的研究，之后變成UNIX、類UNIX、以及OpenVMS等操作系統(tǒng)所一致適用的標準化軟件工具包及顯示架構的運作協(xié)議。X Window系統(tǒng)通過軟件工具及架構協(xié)議來建立操作系統(tǒng)所用的圖形用戶界面，此后則逐漸擴展適用到各形各色的其他操作系統(tǒng)上?，F(xiàn)在幾乎所有的操作系統(tǒng)都能支持與使用X。更重要的是，今日知名的桌面環(huán)境——GNOME和KDE也都是以X Window系統(tǒng)為基礎建構成的。

　　二.X-Window的發(fā)展歷史

　　知曉過去才能明白現(xiàn)在，預見將來，我們需要清楚的了解X-Window的發(fā)展歷史，盡管這有些曲折。

　　1、 前身：

　　事實上，早在X出現(xiàn)前已有幾個位圖式的軟件顯示系統(tǒng)已經(jīng)存在，例如帕洛阿爾托研究中心(施樂公司)提出的Alto(1973年)和Star(1981年)、蘋果計算機提出的Lisa(1983年)和麥金塔(1984年)、在UNIX世界也有雅典娜工程(1982年)和Rob Pike的Blit終端機(1984年)。

　　1983年之前稱為W-Window系統(tǒng)的窗口系統(tǒng)是X的真正前身(在拉丁字母里面 X 直接接在 W 后面)。W-Window系統(tǒng)運行于系統(tǒng)V之上，W使用一個支持終端機和圖形窗口的網(wǎng)絡協(xié)議，而服務器維護顯示的列表。

　　2、 起源：

　　X-Window于1984年在麻省理工學院(MIT)電腦科學研究室開始開發(fā)的，當時Bob Scheifler正在發(fā)展分散式系統(tǒng)(distributed system)，同一時間DEC公司的 Jim Gettys 正在麻省理工學院Athena計劃的一部分。兩個計劃都需要一個相同的東西——一套UNIX機器上運行優(yōu)良的視窗系統(tǒng)。因此合作關系開始展開，他們從斯坦福(Stanford)大學得到了一套叫做W的實驗性視窗系統(tǒng)。因為是根據(jù)W視窗系統(tǒng)的基礎開始發(fā)展的，當發(fā)展到了足以和原先系統(tǒng)有明顯區(qū)別時，他們把這個新系統(tǒng)叫做X。

　　3、版本發(fā)展歷史

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　　(注：X11協(xié)議設計由Scheifler領導，并在nascent Internet的開放郵件列表上廣泛討論。于是X成為最早的較大規(guī)模的開源軟件項目之一)

　　4、 對X-Window的管理歷史

　　1)MIT X協(xié)會與X協(xié)會公司

　　1987年，隨著X11取得明顯成功，MIT希望免除X的管理責任。但是1987年6月與9個廠商舉行會晤，這些廠商表示他們相信為了避免 X 由于商業(yè)因素而分裂，需要中立方的參與。1988年1月，X協(xié)會(X Consortium)做為非營利廠商團體而成立，由Scheifler擔任主管，而Keith Packard擔任高級開發(fā)人員，確保 X 能持續(xù)以中立超然的立場提供商業(yè)與學術教育所需的開發(fā)。1993年，X協(xié)會公司(X Consortium, Inc.;非營利性質(zhì)的公司)做為MIT X協(xié)會的接繼者而成立

　　2)開放團體

　　1997年中，X Consortium將X的管理交給開放團體(The Open Group)，而它是1996年由開源軟件基金會(Open Software Foundation;OSF)和X/Open合并成立的廠商團體。

　　3)X.Org

　　1999年5月開放團體組建了X.Org。X.Org指導了X11R6.5.1之前的版本發(fā)布。在此期間X的開發(fā)死氣沉沉。2003年，隨著Linux的流行X被大量安裝。但是X.Org幾乎無聲無息，活躍的開發(fā)由XFree86承擔。

　　4)XFree86

　　在19*至1990年期間，托馬斯?羅爾把X11R4分類器上提供的X服務器程序的源代碼下載到運行速度僅為33MHz的386PC 上，成功運行了被他稱為是X38611.1的X服務器。這就是XFree86的雛形。

　　1992年后多數(shù)技術創(chuàng)新都發(fā)生在XFree86項目中。1999年，由于眾多對于XFree86在Linux上應用有興趣的硬件廠商的推動，并也已經(jīng)成為最普及的X版本，XFree86成為X.Org的榮譽成員(不付費)。

　　但是自2003年開始，XFree86內(nèi)部卻發(fā)生了爭論。它被認為太教堂式了，如同它的開發(fā)模式;開發(fā)者不能通過CVS做提交，而廠商被迫維護大量補丁。2003年3月，自從最初的MIT X Consortium結(jié)束之后就參加XFree86的Keith Packard由于被認為態(tài)度不良而被驅(qū)逐

　　X.Org和XFree86開始討論能夠有助于X開發(fā)的重組Jim Gettys早在2000年就熱心于開放的開發(fā)模式。Gettys、Packard和其他幾個人開始討論有效管理X和開放式開發(fā)的細節(jié)。

　　最終就像是X11R*許可證爭議的回響，XFree86于2004年2月在更加嚴格許可證下發(fā)布了4.4 。許多依賴X的項目認為該許可證無法接受，特別是它和GNU General Public License不兼容。這引起一場論戰(zhàn)，許多人認為到了該對XFree86分叉(fork)的時候了，許多Linux發(fā)行版，包括Fedora、Gentoo都紛紛在最新的版本中使用X.Org基金會的發(fā)布代替XFree86。

　　5)X.Org基金會

　　2004年年初X.Org基金會成立。這意味著 X 在管理上的根本轉(zhuǎn)變。1988年以來 X 的管理者(包括過去的X.Org)都是廠商組織，而基金會由軟件開發(fā)者領導，采用依靠外部參與的集市模式的社區(qū)開發(fā)。其成員身份對個人開放，法人成員則成為贊助者。X.Org還開始同freedesktop.org密切合作

　　三.X的設計原則

　　X的設計原則，早在最初仍在麻省理工學院的階段(1984年)就已經(jīng)成形，由Bob Scheifler和Jim Gettys兩人制訂出X最早的開發(fā)、強化、改進原則，原則大體如下：

　　1、除非沒有它就無法完成一個真正完整的應用程序，否則不用增加新的功能。

　　2、決定一個系統(tǒng)不是什么和決定它是什么同樣重要。與其去適應整個世界的需要，寧可使得系統(tǒng)可以擴展，如此才能以持續(xù)兼容的方式來滿足新增需求

　　3、只有完全沒實例時，才會比只有一個實例來的糟。

　　4、如果問題沒完全弄懂，最好不要去解決它

　　5、如果可以通過10%的工作量得到90%的預期效果，應該用更簡單的辦法解決。

　　6、盡量避免復雜性。

　　7、提供機制而不是策略，有關用戶界面的開發(fā)實現(xiàn)，交給實際應用者自主。(這和驅(qū)動開發(fā)的思想一脈相承)

　　之后，上述原則中的第一項原則在設計X11時被加以修改，修訂成：“除非已有真正的應用程序，真的需要X為其修訂、增訂等支持，否則不會為X增加新功能。”X基本上一直遵循這些原則，參考實現(xiàn)的擴展及改進也是以此原則的角度來著手，也因為奉行上述原則，使至今的最新版X仍能與最初(1987年)發(fā)布的協(xié)議標準近乎完全兼容。

　　這些原則性的東西短短幾句話，就為一個龐大項目奠定了一個良好的基調(diào)和發(fā)展方向，使X問世以來經(jīng)久不衰，沒有這幾個原則是做不到的。

　　四.X-Window的功能

　　X-Window提供了一組非常底層的服務，客戶端程序發(fā)送請求給X-Window, X Window根據(jù)請求完成相應服務。通過這些服務，客戶端程序可以構建期望的用戶界面。根據(jù)不同的功能，可以把這些服務分為以下幾大類：

　　1、處理輸入

　　X-Window從鍵盤和鼠標接受輸入，這些輸入數(shù)據(jù)被當作”事件”傳送給適當?shù)目蛻舳顺绦?。至于哪個窗口應該接受到這些事件，是依賴于窗口管理器的(窗口管理器實際上也是一個客戶端)，典型的事件包括按鍵，鼠標移動，鼠標按下/放開等。

　　輸入設備往往是與硬件平臺相關的，而且又是獨占資源，所以用X-Window管理是理所當然的。應用程序通常不需要關心具體的設備，只要處理相應的事件就行了，像mouse和筆點可能發(fā)出同樣的事件，而應用程序不用區(qū)分它們。輸入事件也可以通過XTest擴展，由軟件模擬出來的(通常用來實現(xiàn)軟件鍵盤)

　　2、按層次形組織窗口

　　X-Window提供服務讓客戶端程序創(chuàng)建/銷毀窗口，所謂的窗口就是屏幕上的矩形區(qū)域，它是可以層層嵌套的，有很多操作可以作用于窗口(如，查詢或改變窗口的大小和位置等)，X-Window的主要功能之一就是負責管理這種按層次形組織的窗口。

　　不過X-Window管理這些窗口是被動進行的，由窗口管理器根據(jù)用戶的行為決定。它請求X-Window做相應的動作，比如移動窗口，調(diào)整窗口的大小，改變窗口的前后關系等等。第一次接觸X-Window時，得知窗口管理器是一個普通的客戶端時，我覺得驚訝，這種設計真是太先進了，其實它正是遵循了提供機制而不是策略這一原則。

　　現(xiàn)在已經(jīng)有很多窗口管理器的實現(xiàn)可用，它們提供不同的風格和功能，有的用于PC，有的用于嵌入式系統(tǒng)，像matchbox就是在嵌入式上比較流行的，像Nokia的N770/N800就是用的matchbox。

　　3、提供圖形操作

　　X-Window提供了一些基本的畫圖操作，如畫直線、矩形、圓弧和多邊形等。這些圖形的顏色、線寬、填充類型都可以由客戶端程序指定。X-Window同時提供了許多位圖操作，這些位圖操作可以作用于了窗口的各個區(qū)域。

　　X-Winwod還會充分挖掘硬件的加速特性，像填充、畫直線和圖像疊加等操作，如果硬件支持相應的加速功能，就可以通過硬件實現(xiàn)，否則就用軟件實現(xiàn)。

　　4、提供文本和字體操作

　　X-Window提供了字體相關的操作。客戶端程序可以請求X-window在指定的區(qū)域用指定的字體顯示指定的字符串，當然在此之前應該請求X-window加載字體，加載后客戶端程序可以得到關于字體的一些信息。

　　實際上，這一功能由于客戶端字體繪制的流行，而大大弱化了，現(xiàn)在的字體差不多都是在客戶端繪制好后，再通過X Render擴展顯示到X-Window去的。在fontconfig/freetype/pango/cairo的幫助，在客戶端繪制字體更容易使用。

　　名詞解釋：

　　位圖：

　　位圖(Bitmap)，又稱光柵圖(Raster graphics)，是使用像素陣列來表示的圖像，每個像素的色彩信息由RGB組合或者灰度值表示。根據(jù)顏色信息所需的數(shù)據(jù)位分為1、4、8、16、24及32位等，位數(shù)越高顏色越豐富，相應的數(shù)據(jù)量越大。其中使用1位表示一個像素顏色的位圖因為一個數(shù)據(jù)位只能表示兩種顏色，所以又稱為二值位圖。通常使用24位RGB組合數(shù)據(jù)位表示的的位圖稱為真彩色位圖。

　　視窗系統(tǒng)：

　　視窗系統(tǒng)(Windowing system) 是“使用視窗當作它的主要象征之一”的圖形使用者接口的構成元件。更為明確的說，是桌面環(huán)境的構成元件。視窗系統(tǒng)支撐著視窗管理員的實現(xiàn)(implementation);對于“圖像硬件(graphics hardware)、指向裝置(pointing devices)比如鼠標與鍵盤等裝置”提供基本支持。繪制鼠標光標，一般也與視窗系統(tǒng)相關。

　　從程式設計師的觀點來看，視窗系統(tǒng)是作出繪圖的基本單位，比如字型繪制，或是在屏幕上劃線，有效地提供繪圖硬件的一種抽象概念。

　　視窗系統(tǒng)能讓電腦使用者同時與數(shù)個程式一起工作。每個程式在他自己的視窗中執(zhí)行，也就是屏幕上的矩形之中。大部份的視窗系統(tǒng)允許視窗重疊，且提供使用者執(zhí)行標準的操作，像是移動/改變視窗尺寸，把視窗送到前景/背景，和最小化/最大化一個視窗。

　　有些視窗系統(tǒng)，像是 X，有先進的能力比如網(wǎng)絡通透性，允許使用者在遠端機器上執(zhí)行圖形的應用程式。

　　雅典娜工程：

　　雅典娜工程是MIT、DEC以及IBM的一個聯(lián)合工程，歷時八年，于1991年6月30日告一段落。該工程意圖建立一個計算機環(huán)境，容納多達一萬臺工作站，以及各種硬件。用戶可以訪問其中的任何工作站，存取任何文件、程序，但在用戶界面以及服務傳遞上，看起來不會有大的區(qū)別。

　　這個工程產(chǎn)生了許多現(xiàn)在被廣為使用的技術，比如X Window System、Kerberos。雅典娜工程開發(fā)的其他技術包括Xaw部件工具箱、Zephyr通知服務、第一個即時通訊服務，以及Hesiod名，還有目錄服務。