106.1 Lektion 1

Das X Window System bietet die Mechanismen zum Zeichnen grundlegender zweidimensionaler Formen (und dreidimensionaler Formen durch Erweiterungen) auf einem Bildschirm. Es ist in einen Client und einen Server unterteilt, und in den meisten Installationen, in denen ein grafischer Desktop benötigt wird, befinden sich beide Komponenten auf demselben Computer. Die Client-Komponente hat die Form einer Anwendung, z.B. eines Terminalemulators, eines Spiels oder eines Webbrowsers. Jede Client-Anwendung informiert den X-Server über Position und Größe des Fensters auf dem Computerbildschirm. Der Client kümmert sich auch darum, was in diesem Fenster angezeigt wird, und der X-Server stellt die angeforderte Zeichnung auf dem Bildschirm dar. Das X Window System verarbeitet auch Eingaben von Geräten wie Mäusen, Tastaturen, Trackpads und mehr.

Das X Window System ist netzwerkfähig, und mehrere X-Clients verschiedener Computer in einem Netzwerk können Zeichenanforderungen an einen einzigen Remote-X-Server stellen. So hat ein Administrator oder Benutzer auf einem entfernten System Zugriff auf eine grafische Anwendung, die auf seinem lokalen System möglicherweise nicht verfügbar ist.

Ein Hauptmerkmal des X Window Systems ist sein modularer Aufbau. Im Laufe der Jahre wurden neuere Funktionen entwickelt und zum Framework des X Window System hinzugefügt. Diese neuen Komponenten sind Erweiterungen des X-Servers, wobei der X11-Kern erhalten blieb. Diese Erweiterungen befinden sich in Xorg-Bibliotheksdateien. Beispiele für Xorg-Bibliotheken sind libXrandr, libXcursor, libX11, libxkbfile sowie einige andere, die jeweils erweiterte Funktionen für den X-Server bereitstellen.

Ein Displaymanager stellt eine grafische Anmeldung an einem System bereit. Dieses System kann entweder ein lokaler Computer oder ein Computer über ein Netzwerk sein. Der Displaymanager wird nach dem Hochfahren des Computers gestartet und startet eine X-Server-Sitzung für den authentifizierten Benutzer. Der Displaymanager ist auch dafür verantwortlich, den X-Server am Laufen zu halten. Beispiele für Displaymanager sind GDM, SDDM und LightDM.

Jede Instanz eines laufenden X-Servers hat einen Anzeigenamen (Display Name), um sie zu identifizieren. Der Anzeigename enthält die folgenden Angaben:

Der Anzeigename weist eine grafische Anwendung an, wo diese gerendert werden soll und auf welchem Host (bei einer Remote-X-Verbindung).

Der hostname bezieht sich auf den Namen des Systems, auf dem die Anwendung angezeigt wird. Fehlt ein Hostname im Anzeigenamen, wird der lokale Host verwendet.

Die displaynumber verweist auf die Sammlung der “Bildschirme”, die in Gebrauch sind, unabhängig davon ob es sich um einen einzelnen Laptopbildschirm oder mehrere Bildschirme an einer Workstation handelt. Jede laufende X-Server-Sitzung erhält eine Displaynummer, bei 0 beginnend.

Die Standardeinstellung für screennumber ist 0, etwa wenn nur ein physischer Bildschirm oder mehrere physische Bildschirme so konfiguriert sind, dass sie als ein Bildschirm fungieren. Wenn alle Bildschirme in einem Multimonitorsetup zu einem logischen Bildschirm zusammengefasst sind, können Anwendungsfenster frei zwischen den Bildschirmen verschoben werden. Ist jeder Bildschirm so konfiguriert, dass er unabhängig von den anderen arbeitet, beherbergt jeder Bildschirm die Anwendungsfenster, die darin geöffnet sind, und die Fenster können nicht von einem Bildschirm zum anderen verschoben werden. Jedem unabhängigen Bildschirm wird dabei eine eigene Nummer zugewiesen. Ist nur ein logischer Bildschirm in Gebrauch, werden der Punkt und die Bildschirmnummer weggelassen.

Der Anzeigename einer laufenden X-Sitzung ist in der Umgebungsvariablen DISPLAY gespeichert:

Die Ausgabe liefert folgende Details:

Zur weiteren Veranschaulichung dieses Konzepts sehen Sie sich das folgende Diagramm an:

Um eine Anwendung auf einem bestimmten Bildschirm zu starten, weisen Sie der Umgebungsvariablen DISPLAY die Bildschirmnummer zu, bevor Sie die Anwendung starten:

Dieser Befehl startet den Webbrowser Firefox auf dem Bildschirm rechts oben in der Abbildung. Einige Toolkits bieten auch Befehlszeilenoptionen, um eine Anwendung anzuweisen, auf einem bestimmten Bildschirm zu laufen. Siehe --screen und --display in der Manpage gtk-options(7) für Beispiele.

Traditionell ist die primäre Konfigurationsdatei, die zur Konfiguration eines X-Servers verwendet wird, die Datei /etc/X11/xorg.conf. Bei modernen Linux-Distributionen konfiguriert sich der X-Server zur Laufzeit, wenn der X-Server gestartet wird, und daher existiert möglicherweise die Datei xorg.conf nicht.

Die Datei xorg.conf ist in Abschnitte unterteilt, die Sections genannt werden. Jeder Abschnitt beginnt mit dem Wort Section, auf das der Section Name folgt, der sich auf die Konfiguration einer Komponente bezieht. Jede Section wird durch ein EndSection abgeschlossen. Die typische xorg.conf-Datei enthält die folgenden Sections:

Benutzerdefinierte Konfigurationsdateien befinden sich auch in /etc/X11/xorg.conf.d/. Konfigurationsdateien, die von der Distribution bereitgestellt werden, liegen in /usr/share/X11/xorg.conf.d/. Die Konfigurationsdateien, die sich in /etc/X11/xorg.conf.d/ befinden, werden vor der Datei /etc/X11/xorg.conf geparst, wenn diese auf dem System vorhanden ist.

Der Befehl xdpyinfo zeigt Informationen über eine laufende Instanz des X-Servers an. Hier eine Beispielausgabe des Befehls:

Die hier wichtigen Teile der Ausgabe sind fett gedruckt, z.B. der Name des Bildschirms (der dem Inhalt der Umgebungsvariablen DISPLAY entspricht), die Versionsinformationen des verwendeten X-Servers, die Anzahl und Auflistung der verwendeten Xorg-Erweiterungen sowie weitere Informationen über den Bildschirm selbst.

Wayland ist ein neueres Anzeigeprotokoll, das das X Window System ersetzen soll. Viele moderne Linux-Distributionen verwenden es als Standardanzeigeserver. Es soll weniger Systemressourcen beanspruchen und einfacher zu installieren sein als X. Das Projekt startete 2010 und wird nach wie vor weiterentwickelt, einschließlich der Arbeit aktiver und ehemaliger X.org-Entwickler.

Anders als beim X Window System gibt es keine Serverinstanz, die zwischen Client und Kernel läuft. Stattdessen arbeitet ein Clientfenster mit seinem eigenen Code oder dem eines Toolkits (wie Gtk+ oder Qt), um das Rendering bereitzustellen. Um das Rendering durchzuführen, wird eine Anfrage an den Linux-Kernel über das Wayland-Protokoll gestellt. Der Kernel leitet die Anfrage über das Wayland-Protokoll an den Wayland Compositor weiter, der die Geräteeingabe, die Fensterverwaltung und den Aufbau übernimmt. Der Compositor ist der Teil des Systems, der die gerenderten Elemente zu einer visuellen Ausgabe auf dem Bildschirm kombiniert.

Die meisten modernen Toolkits wie Gtk+ 3 und Qt 5 wurden aktualisiert, um das Rendering entweder auf einem X Window System oder einem Computer mit Wayland zu ermöglichen. Noch nicht alle eigenständigen Anwendungen wurden so umgeschrieben, dass sie das Rendering in Wayland unterstützen. Anwendungen und Frameworks, die immer noch auf das X Window System setzen, laufen in XWayland. Das XWayland-System ist ein separater X-Server, der innerhalb eines Wayland-Clients läuft und somit den Inhalt eines Clientfensters innerhalb einer eigenständigen X-Server-Instanz rendert.

Wie das X Window System die Umgebungsvariable DISPLAY verwendet, um die verwendeten Bildschirme zu verfolgen, verwendet das Wayland-Protokoll die Umgebungsvariable WAYLAND_DISPLAY. Hier die Beispielausgabe eines Systems, auf dem ein Wayland-Display läuft:

Diese Umgebungsvariable gibt es auf Systemen mit X nicht.