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，也都知道它基于Server/Clinet架構。在網上隨便搜一搜，也可以找到不少X Window的介紹。有不少文章為了給用戶留一個直觀的印象，往往先讓系統進入純文本界面，然后使用startx來啟動圖形界面，或者直接使用X來啟動X Server，再然后運行一個xterm來做示范。我覺得以上這些文章對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，展示如何學習X Window。

　　先說一點題外話。在上一篇《打造屬于自己的Vim》發表后，評論中有人讓共享一下配置文件。當時我說：配置文件又不長，自己照著圖片敲一下代碼嘛。結果這個“照著圖片敲代碼”的事情我今天自己干了一遍，好在沒花多少時間，幾分鐘而已。原因是因為我今天折騰X Window的時候，把系統給掛掉了，然后重裝系統，然后，就只好再設置一遍Vim了。

　　X Window其實是一種規范，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。要了解自己機器上運行的X Window究竟是哪一個，可以使用查看進程的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運行時的命令行參數。

　　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知識：X Window是一個分層的架構，它分為Serve和Client。X Server負責圖形界面的顯示，（也負責用戶的輸入），而Client程序需要連接到X Server，然后請求X Server繪制圖形界面，同時從X Server接受用戶的輸入。在桌面系統上，X Server和Client程序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也可以分別運行在不同的機器上，在一臺機器上運行程序，而在另外一臺機器上顯示圖形界面。

　　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運行Ubuntu 14.04桌面版，而在另外一臺遠程機器上運行CentOS 5.10（純字符界面），當我用ssh從Ubuntu連接到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運行在Ubuntu上。我可以在CentOS中運行GVim，但是窗口顯示在Ubuntu中，這時，GVim是一個Client程序，它在遠程機器上運行，而它的窗口顯示在本地。

　　前面提到網上很多介紹X Window的文章都是先讓系統進入字符界面，然后手動啟動一個X Server。其實這完全沒有必要，因為在同一臺機器上完全可以運行多個X Server，只需要讓每個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來指定一個屏幕。可以這樣理解：一臺計算機可以有多個display，一個display可以有多個屏幕。所以，display相當于是計算機配備的一套輸入輸出設備，一般情況下，一臺電腦只配一套鍵盤鼠標和一個顯示器，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鼠標和一個顯示器，也就是只有一個display，那又怎么能運行多個X Server呢？那是因為在Linux中，還有虛擬控制臺這樣的高級特性。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臺中進行切換。在Ubuntu 14.04中，虛擬控制臺1到6運行的getty，也就是字符界面，虛擬控制臺7運行的是Xorg。（Fedora中不一樣，虛擬控制臺1運行的是圖形界面，其它的是字符界面。）

　　我們可以直接運行X Server程序來啟動X Server。/usr/bin/X和Xorg都是X Server程序。其實/usr/bin/X是Xorg的符號鏈接，用哪一個都是一樣的。

　　啟動X Server的時候可以指定display參數，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在運行，display :0已經被占用了，所以我使用sudo X :1 -retro來在display :1上再運行一個X Server，如下圖：

　　其中的-retro參數是為了讓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。啟動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，會發現系統中有兩個Xorg在運行，一個運行在虛擬控制臺7，一個運行在虛擬控制臺8。如下圖：

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

　　如果能讓遠程機器上的GVim也把窗口顯示在本地機器的屏幕上，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。

　　失敗的原因是遠程訪問X Server需要安全認證。這個可以理解，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？安全認證的方式有很多種，具體請參考man Xsecurity。安全認證可以使用xhost和xauth這兩個程序來進行，具體使用方法參考它們的文檔。

　　先用xhost來授權，這個比較簡單。為了運行xhost，需要在X Server上有一個終端，所以運行一個xterm，如下圖：

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

　　在CentOS-5.10中運行GVim，如下圖：

　　窗口顯示在Ubuntu中，如下圖：

　　新啟動的X Server界面比較丑陋，我們還是想讓遠程機器上的GUI程序直接顯示在Ubuntu的桌面環境中。所以，指定display為:0，如下圖：

　　結果很不幸，無法打開display。連接不上，為什么呢？是安全認證的問題嗎？不是，是lightdm的問題，請繼續往下看。

　　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，我通過直接運行/usr/bin/X :1來啟動了一個X Server。直接啟動X Server的方法還有運行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程序，構成了一個完整的桌面環境，界面當然就漂亮多了。

　　顯示管理器（Display Manager）是什么呢？前面我講到display就是一個電腦配備的一套鍵盤鼠標和顯示器，那么顯示管理器就是這一套設備的管理器了。顯示管理器可以直接管理這些設備，所以它可以控制X Server的運行，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：內核加載-->init程序運行-->顯示管理器運行-->X Server運行-->顯示管理器連接到X Server，顯示登錄界面-->用戶登錄后，登錄界面關閉，加載桌面環境。從上面的流程可以看出，顯示管理器是X Server的父進程，它負責啟動X Server，當X Server啟動后，它又變成了X Server的一個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境的父進程，它負責啟動桌面環境需要的其它Client程序。

　　在Ubuntu 14.04中，使用lightdm取代了傳統的xdm、gdm等顯示管理器。簡單來說，就是由lightdm負責啟動X Server和其它的X程序。不知道為什么，lightdm在啟動X Server的時候，給X Server加上了-nolisten tcp參數，所以遠程計算機就沒有辦法連接到Ubuntu的桌面了。（從第1張圖片可以看到該參數。）

　　下一步的目標就是更改lightdm的配置，去掉這個-nolisten tcp參數。不過要達成這個目標還真是艱難啊，我的系統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貢獻很大，比如lightdm、xft、fontconfig、freetype都是這個組織貢獻的，可是，你就不能把文檔寫詳細點嗎？不僅是lightdm的文檔不行，xft、freetype的文檔也都不行。

　　lightdm的man page非常簡略，使用sudo dpkg -L lightdm也找不出該軟件包中有價值的東西。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，發現它的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啟動的全過程。首先，看到它從哪幾個目錄加載配置文件，接著，看到它啟動X Server。從下圖光標所在的行可以看到X Server啟動的所有參數，包括-nolisten tcp選項。

　　繼續看log文件，下面光標所在的行顯示lightdm怎么啟動gnome-session：

　　同時，我發現/etc/lightdm/目錄下沒有lightdm.conf文件，而/usr/share/doc/lightdm/目錄下有一個lightdm.conf.gz文件，把該文件當文檔看了一下，發現里面果然就是lightdm的配置的解釋。趕快將該文件復制到/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。再用ps查看進程，發現-nolisten tcp選項已經沒有了。

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

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

　　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行參數。除了指定命令行參數，還可以使用環境變量和配置文件。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，當然，配置文件也可以放在其它的目錄中，具體信息，請參看man xorg.conf。

　　如果沒有配置文件，X Server將在啟動的時候自動檢測硬件，然后生成一個內置的配置。Ubuntu系統就沒有配置文件。不過沒關系，如果需要使用配置文件的時候，可以通過X Server的-configure參數生成一個配置文件，里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，對該文件進行修改即可。

　　我們上面運行的X Server都是直接占用了計算機的整個顯示器和鍵盤鼠標，事實上，在現有的圖形界面中，還可以以窗口模式運行另外一個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：

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

　　以后再啟動GUI程序，就可以通過程序的-display選項讓程序運行在這個嵌套的X Server中，如下圖：

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

　　1.在一個Linux系統中存在多個虛擬控制臺，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.Ubuntu使用的顯示管理器是lightdm，這是一個比較新的、輕量級的顯示管理器，但是文檔不夠詳細；

　　4.遠程計算機連接本地的X Server，需要X Server開放TCP端口，還要搞定安全認證；

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

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

　　7.我的《玩轉Linux系統的方法論》中介紹的方法不夠用，還要加上兩條：①使用ps命令查看進程；②查看程序啟動的log文件。