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• Linux 桌面玩家指南：01. 玩轉 Linux 系統的方法論 【約 1.1 萬字，22 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：02. 以最簡潔的方式打造實用的 Vim 環境 【約 0.97 萬字，7 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：03. 針對 Gnome 3 的 Linux 桌面進行美化 【約 0.58 萬字，32 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：04. Linux 桌面系統字型配置要略 【約 1.2 萬字，34 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：05. 發部落格必備的圖片處理和視訊錄製神器 【約 0.25 萬字，14 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：06. 優雅地使用命令列及 Bash 指令碼程式語言中的美學與哲學 【約 1.4 萬字，16 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：07. Linux 中的 Qemu、KVM、VirtualBox、Xen 虛擬機器體驗 【約 0.95 萬字，31 張圖片】
• Linux 桌面玩家指南：08. 使用 GCC 和 GNU Binutils 編寫能在 x86 真實模式執行的 16 位程式碼 【約 0.6 萬字，17 張圖片】

前言

大名鼎鼎的 X Window 大家肯定不陌生。都知道它是 Unix/Linux 下面的視窗系統，也都知道它基於 Server/Clinet 架構。在網上隨便搜一搜，也可以找到不少 X Window 的介紹。有不少文章為了給使用者留一個直觀的印象，往往先讓系統進入純文字介面，然後使用 startx 來啟動圖形介面，或者直接使用 X 來啟動 X Server，再然後執行一個 xterm 來做示範。我覺得以上這些文章對 X Window 的理解有限，不夠深入。所以，我這裡寫一篇《X Window 的奧祕》，以最新的 Ubuntu-18.10 Desktop 為例，展示如何學習 X Window。

10 月是一個比較開心的月份。在這個月中，陸續釋出了最新的 Ubuntu 18.10 和 Fedora 29，還有人在我的部落格中問關於 CentOS 7 的問題。CentOS 7 固然是一個優秀的發行版，但並不是作為桌面系統的首選，Gnome 的版本太舊，官方倉庫中的軟體包也不夠豐富，美化起來比較困難。在這一篇中，我要展示遠端連線 X Server 的操作，需要兩個外觀差距稍微大一點的 Linux 桌面系統，所以選擇了 CentOS 7 和 Ubuntu 18.10。

Ubuntu 18.10 這次外觀大變樣，使用了 Yaru 主題，下面的截圖展示了其中 Terminal 和 GVim 的外觀：

而 CentOS 7 預設的外觀太醜了，所以我給他換上了最流行的 adapta-gtk-theme 和 paper-icon-theme，下面的截圖展示了其中 Terminal 和 GVim 的外觀：

這兩種風格應該是比較好區分的，在後文中，很容易通過外觀來判斷一個 GUI 程式究竟來自於哪一個系統。

瞭解自己機器上的 X Window

X Window 其實是一種規範，它有很多不同的實現，在 Linux 系統下最流行的是實現 Xorg 和 XFree86，微軟 Windows 系統下也有 X Window 的實現，蘋果的Mac 也是 X Window 的一種。要了解自己機器上執行的 X Window 究竟是哪一個，可以使用檢視程序的ps命令，如下圖：

從上圖可以看出，Ubuntu 18.10 使用的 X Window 是 Xorg。如果使用 ps -ef 命令，還可以看到 Xorg 執行時的命令列引數。

想了解 X Window，下面這些文件需要看一遍先：

下面來說一下也許是眾所周知的基礎知識：X Window 是一個分層的架構，它分為 Serve 和 Client。X Server 負責圖形介面的顯示，（也負責使用者的輸入），而Client 程式需要連線到 X Server，然後請求 X Server 繪製圖形介面，同時從 X Server 接受使用者的輸入。在桌面系統上，X Server 和 Client 程式往往安裝在同一臺機器上，日常使用基本感覺不到它是分層的。但是很顯然，X Server 和 Client 也可以分別執行在不同的機器上，在一臺機器上執行程式，而在另外一臺機器上顯示圖形介面。

X Window 中的 Server 和 Client 的概念和我們平時接觸到的“Server/Client”概念剛好相反。很多熟悉 Internet 原理的人，第一次接觸 X Window 的這兩個概念都會搞錯。比如，我在一臺本地機器上執行 Ubuntu 18.10 桌面版，而在另外一臺遠端機器上執行 CentOS 7（純字元介面），當我用 ssh 從 Ubuntu 連線到 CentOS 的時候，Ubuntu 是 Client，而 CentOS 是 Server。在 X Window 中，Server 偏偏是我面前的這臺 Ubuntu，X Server 執行在 Ubuntu 上。我可以在 CentOS 中執行 GVim，但是視窗顯示在 Ubuntu 中，這時，GVim 是一個 Client 程式，它在遠端機器上執行，而它的視窗顯示在本地。

理解 display 和虛擬控制檯

前面提到網上很多介紹 X Window 的文章都是先讓系統進入字元介面，然後手動啟動一個 X Server。其實這完全沒有必要，因為在同一臺機器上完全可以執行多個 X Server，只需要讓每個 X Server 的 display 不同即可。那麼 display 究竟是什麼？

在 X Window 中，可以通過 hostname:display_number.screen_number 來指定一個螢幕。可以這樣理解：一臺計算機可以有多個 display，一個 display 可以有多個螢幕。所以，display 相當於是計算機配備的一套輸入輸出裝置，一般情況下，一臺電腦只配一套鍵盤滑鼠和一個顯示器，特殊情況下，可以配多個顯示器。

現在問題出來了，我的電腦只有一套鍵盤滑鼠和一個顯示器，也就是隻有一個 display，那又怎麼能執行多個 X Server 呢？那是因為在 Linux 中，還有虛擬控制檯這樣的高階特性。只需要同時按下 Ctrl+Alt+F1、Ctrl+Alt+F2、...、Ctrl+Alt+F7，就可以在不同的虛擬控制檯中進行切換。在 Ubuntu 18.10 中，虛擬控制檯 3 到 6 執行的是 agetty，也就是字元介面，虛擬控制檯 2 執行的是 Xorg。（Fedora 中不一樣，虛擬控制檯 1 執行的是圖形介面，其它的是字元介面。）如下圖：

我們可以直接執行 X Server 程式來啟動 X Server。/usr/bin/X 和 Xorg 都是 X Server 程式。其實 /usr/bin/X 是 Xorg 的符號連結，用哪一個都是一樣的。

啟動 X Server 的時候可以指定 display 引數，因為可以省略掉 hostname 和 screen_number，所以可以用 :0，:1 這樣的格式來指定 display。在我的機器上，本來就有一個 X Server 在執行，display :0 已經被佔用了，所以我使用 sudo X vt8 :1 -auth /run/user/1000/gdm/Xauthority -retro 來在 display :1 上再執行一個 X Server，如下圖：

其中的 -retro 引數是為了讓 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了 X Server。vt8 引數指定將新啟動的 X Server 放到第 8 個虛擬控制檯。:1引數指定新啟動的 X Server 的 display number。啟動 X Server 後的效果如下圖：

按 Ctrl+Alt+F2 回到 display :0，在新啟動的 X Server 中執行一個 GVim 看看效果。執行 GVim 時，使用 -display :1 引數指定視窗顯示在新啟動的 X Server 上，使用 -geometry 引數指定視窗的大小和位置。

再按 Ctrl+Alt+F8 切換到 display :1，看效果。如下：

不知道為什麼，在 Ubuntu 18.10 中的虛擬控制檯中切換兩下，新啟動的 X Server 就自動關閉了。而且切換到虛擬控制檯 8 再切換回來，我的 Ubuntu 桌面的解析度也變成了 800x600，非常不爽。當然，這裡的展示只是為了證明能在一臺機器上執行兩個 X Server，能看到效果就行。

遠端連線 X Server

前面展示的在一個系統中執行兩個 Xorg 並不是很吸引人，畢竟新啟動的 X Server 太醜了，而且 Xorg 的引數一大堆，不是很容易搞。既然 X Client 和 X Server 可以分佈在不同的機器上，那麼，如果我們能夠把別的系統中的 GUI 程式顯示到本地機器中，那就比較過癮了。理論上講，如果在前面提到的 CentOS 7 中執行gvim -display 192.168.40.135:0命令（這裡的 192.168.40.135 是 Ubuntu 18.10 系統的內網 IP），就應該可以把介面顯示到 Ubuntu 18.10 桌面上，反之，如果在 Ubuntu 18.10 中執行gvim -display 192.168.40.130:0命令（這裡的 192.168.40.130 是 CentOS 7 系統的內網 IP），就可以把介面顯示到 CentOS 7 中。

但是，這是行不通的。行不通的原因首先是 Xorg 複雜的認證機制。如果沒有認證機制把關，隨便就能讓別的系統把圖形介面甩過來，那桌面上豈不是垃圾視窗滿天飛嗎？其次，Xorg 在啟動時往往會帶上-nolisten tcp引數，禁止接受從 TCP/IP 網路上傳過來的連線請求。要禁用該選項，往往需要去更改 gdm 的配置檔案。

我這裡就不折騰這些複雜的認證機制和命令列引數了，我這裡來點簡單的。最簡單的把遠端機器上的圖形介面帶回本地桌面的方式，是使用 SSH 的 X11 Forwarding 功能。該功能用起來非常簡單，只需要在使用ssh命令連線遠端機器的時候，加上-X或者-Y引數就可以了。如下圖，我在 Ubuntu 18.10 中使用ssh -X 192.168.40.130遠端連線到 CentOS 7 中，然後再執行gvim命令，該 GVim 視窗就在 Ubuntu 桌面中顯示出來了。

反之，如果在 CentOS 7 中使用ssh -X 192.168.40.135遠端連線到 Ubuntu 18.10 中，在執行gvim命令，就可以把 Ubuntu 中的 GVim 顯示到 CentOS 7 的桌面中，如下圖：

SSH 的 X11 Forwarding 是一個非常強大的功能。我們甚至可以把 Linux 中的圖形介面顯示到 Windows 中，只需要在 Windows 中執行一個 X Server 就可以了。我選擇的軟體是 XMing，然後使用 PuTTY 連線到 Linux 系統。在 PuTTY 的設定中，開啟 X11 Forwarding 功能，如下圖：

然後可以把 Linux 桌面中的圖形介面帶入 Windows 桌面，如下圖：

理解 DisplayManager 和 X Window 桌面環境的啟動過程

X Server 的啟動方式有兩種，一種是通過顯示管理器啟動，另一種是手動啟動。在前面的例子中，我通過直接執行sudo X vt8 :1 -auth /run/user/1000/gdm/Xauthority -retro來啟動了一個 X Server，這就是手動啟動。手動啟動 X Server 的方法還有執行 startx 或者 xinit。手動啟動 X Server 的缺點就是啟動的 X Server 不好看。而顯示管理器啟動的不僅有 X Server，還有一大堆的 Client 程式，構成了一個完整的桌面環境，介面當然就漂亮多了。

顯示管理器（Display Manager）是什麼呢？前面我講到 display 就是一個電腦配備的一套鍵盤滑鼠和顯示器，那麼顯示管理器就是這一套裝置的管理器了。顯示管理器可以直接管理這些裝置，所以它可以控制 X Server 的執行，由它來啟動 X Server 那是再合適不過了。系統啟動過程是這樣的：核心載入-->init程式執行-->顯示管理器執行--> X Server 執行-->顯示管理器連線到 X Server，顯示登入介面-->使用者登入後，登入介面關閉，載入桌面環境。從上面的流程可以看出，顯示管理器是 X Server 的父程序，它負責啟動 X Server，當 X Server 啟動後，它又變成了 X Server 的一個 Client 程式，連線到 X Server 顯示歡迎介面和登入介面，最後，顯示管理器又是所有桌面環境的父程序，它負責啟動桌面環境需要的其它 Client 程式。

在 Ubuntu 的早期版本中，使用 lightdm 取代了傳統的 xdm、gdm 等顯示管理器。從 Ubuntu 17.10 開始，Ubuntu 放棄了 Unity 桌面而回歸 Gnome 3，則顯示管理器又變回 gdm 了。

可以使用不同的方法對 X Server 進行配置，前面的例子是直接指定命令列引數。除了指定命令列引數，還可以使用環境變數和配置檔案。X Server 的配置檔案為一般是 /etc/X11/xorg.conf 或 /etc/X11/xorg.conf.d/ 目錄下的 .conf 檔案，當然，配置檔案也可以放在其它的目錄中，具體資訊，請參看 man xorg.conf。

如果沒有配置檔案，X Server 將在啟動的時候自動檢測硬體，然後生成一個內建的配置。Ubuntu 系統就沒有配置檔案。不過沒關係，如果需要使用配置檔案的時候，可以通過 X Server 的 -configure 引數生成一個配置檔案，裡面包含當前自動檢測出的配置。如果需要任何個性化的配置，對該檔案進行修改即可。

執行巢狀的 X Server

我們上面執行的 X Server 都是直接佔用了計算機的整個顯示器和鍵盤滑鼠，事實上，在現有的圖形介面中，還可以以視窗模式執行另外一個 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：

sudo aptitude install xserver-xephyr

Xephyr 的使用非常簡單，可以通過man Xephyr命令檢視它的使用手冊。如果輸入Xephyr :1 -screen 1024x768命令，就可以在現有圖形介面中開啟一個視窗模式的 X Server，其中-screen引數用來指定 X Server 顯示區域的大小。以後再啟動 GUI 程式，就可以通過程式的 -display :1 選項讓程式執行在這個巢狀的 X Server 中，如下圖：

怎麼樣，是不是很好玩呢？除了好玩，還很有用，比如除錯視窗管理器啊、連線遠端桌面啊什麼的都用得著。當然，我這裡只是簡單展示一下原來 X Window 還可以這麼玩。

總結

1.在一個 Linux 系統中存在多個虛擬控制檯，所以可以啟動多個 X Server；

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

3.遠端計算機連線本地的 X Server，需要 X Server 開放 TCP 埠，還要搞定安全認證；

4.如果覺得搞定 X Server 的 TCP 埠和安全認證太麻煩，可以使用 SSH 的 X11 Forwarding 功能，遠端連線 X Server 超級方便；

5.X Server 的配置，可以通過命令列引數，可以通過環境變數，還可以通過配置檔案；

6.可以在現有的圖形介面下以視窗模式執行巢狀的 X Server，常用的軟體是 Xephyr；

7.使用 XMing 和 PuTTY，把 Linux 圖形介面帶入 Windows 不是夢。

求打賞

我對這次寫的這個系列要求是非常高的：首先內容要有意義、夠充實，資訊量要足夠豐富；其次是每一個知識點要講透徹，不能模稜兩可含糊不清；最後是包含豐富的截圖，讓那些不想裝 Linux 系統的朋友們也可以領略到 Linux 桌面的風采。如果我的努力得到大家的認可，可以掃下面的二維碼打賞一下：

版權申明

該隨筆由京山遊俠在2018年11月01日釋出於部落格園，引用請註明出處，轉載或出版請聯絡博主。QQ郵箱：[email protected]