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(xué)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(biāo)準(zhǔn)化軟件工具包及顯示架構(gòu)的運(yùn)作協(xié)議。X Window系統(tǒng)通過軟件工具及架構(gòu)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(kuò)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(chǔ)建構(gòu)成的。

二．X-Window的發(fā)展歷史

知曉過去才能明白現(xiàn)在，預(yù)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(shí)上，早在X出現(xiàn)前已有幾個(gè)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(jì)算機(jī)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(jī)（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(yùn)行于系統(tǒng)V之上，W使用一個(gè)支持終端機(jī)和圖形窗口的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而服務(wù)器維護(hù)顯示的列表。

2、 起源：

Ｘ-Window于1984年在麻省理工學(xué)院（MIT）電腦科學(xué)研究室開始開發(fā)的，當(dāng)時(shí)Bob Scheifler正在發(fā)展分散式系統(tǒng)（distributed system），同一時(shí)間DEC公司的 Jim Gettys 正在麻省理工學(xué)院Athena計(jì)劃的一部分。兩個(gè)計(jì)劃都需要一個(gè)相同的東西——一套UNIX機(jī)器上運(yùn)行優(yōu)良的視窗系統(tǒng)。因此合作關(guān)系開始展開，他們從斯坦福（Stanford）大學(xué)得到了一套叫做Ｗ的實(shí)驗(yàn)性視窗系統(tǒng)。因?yàn)槭歉鶕?jù)Ｗ視窗系統(tǒng)的基礎(chǔ)開始發(fā)展的，當(dāng)發(fā)展到了足以和原先系統(tǒng)有明顯區(qū)別時(shí)，他們把這個(gè)新系統(tǒng)叫做Ｘ。

3、版本發(fā)展歷史
 

（注：X11協(xié)議設(shè)計(jì)由Scheifler領(lǐng)導(dǎo)，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(xiàng)目之一）

4、 對(duì)X-Window的管理歷史

1）MIT X協(xié)會(huì)與X協(xié)會(huì)公司

1987年，隨著X11取得明顯成功，MIT希望免除X的管理責(zé)任。但是1987年6月與9個(gè)廠商舉行會(huì)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(huì)（X Consortium）做為非營利廠商團(tuán)體而成立，由Scheifler擔(dān)任主管，而Keith Packard擔(dān)任高級(jí)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(xué)術(shù)教育所需的開發(fā)。1993年，X協(xié)會(huì)公司（X Consortium, Inc.；非營利性質(zhì)的公司）做為MIT X協(xié)會(huì)的接繼者而成立

2）開放團(tuán)體

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

3）X.Org

1999年5月開放團(tuán)體組建了X.Org。X.Org指導(dǎo)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(dān)。 

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(wù)器程序的源代碼下載到運(yùn)行速度僅為33MHz的386PC 上，成功運(yùn)行了被他稱為是X38611.1的X服務(wù)器。這就是XFree86的雛形。

1992年后多數(shù)技術(shù)創(chuàng)新都發(fā)生在XFree86項(xiàng)目中。1999年，由于眾多對(duì)于XFree86在Linux上應(yīng)用有興趣的硬件廠商的推動(dòng)，并也已經(jīng)成為最普及的X版本，XFree86成為X.Org的榮譽(yù)成員（不付費(fèi)）。

但是自2003年開始，XFree86內(nèi)部卻發(fā)生了爭論。它被認(rèn)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(hù)大量補(bǔ)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(rèn)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(gè)人開始討論有效管理X和開放式開發(fā)的細(xì)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(yán)格許可證下發(fā)布了4.4 。許多依賴X的項(xiàng)目認(rèn)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(rèn)為到了該對(duì)XFree86分叉（fork）的時(shí)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(huì)的發(fā)布代替XFree86。

5）X.Org基金會(huì)

2004年年初X.Org基金會(huì)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(huì)由軟件開發(fā)者領(lǐng)導(dǎo)，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(duì)個(gè)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(shè)計(jì)原則

X的設(shè)計(jì)原則，早在最初仍在麻省理工學(xué)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(qiáng)化、改進(jìn)原則，原則大體如下：

1、除非沒有它就無法完成一個(gè)真正完整的應(yīng)用程序，否則不用增加新的功能。

2、決定一個(gè)系統(tǒng)不是什么和決定它是什么同樣重要。與其去適應(yīng)整個(gè)世界的需要，寧可使得系統(tǒng)可以擴(kuò)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(shí)例時(shí)，才會(huì)比只有一個(gè)實(shí)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(yù)期效果，應(yīng)該用更簡單的辦法解決。

6、盡量避免復(fù)雜性。

7、提供機(jī)制而不是策略，有關(guān)用戶界面的開發(fā)實(shí)現(xiàn)，交給實(shí)際應(yīng)用者自主。（這和驅(qū)動(dòng)開發(fā)的思想一脈相承）

之后，上述原則中的第一項(xiàng)原則在設(shè)計(jì)X11時(shí)被加以修改，修訂成：“除非已有真正的應(yīng)用程序，真的需要X為其修訂、增訂等支持，否則不會(huì)為X增加新功能。”X基本上一直遵循這些原則，參考實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展及改進(jìn)也是以此原則的角度來著手，也因?yàn)榉钚猩鲜鲈瓌t，使至今的最新版X仍能與最初（1987年）發(fā)布的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)近乎完全兼容。

這些原則性的東西短短幾句話，就為一個(gè)龐大項(xiàng)目奠定了一個(gè)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(gè)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(wù)，客戶端程序發(fā)送請求給X-Window, X Window根據(jù)請求完成相應(yīng)服務(wù)。通過這些服務(wù)，客戶端程序可以構(gòu)建期望的用戶界面。根據(jù)不同的功能，可以把這些服務(wù)分為以下幾大類：

1、處理輸入

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

輸入設(shè)備往往是與硬件平臺(tái)相關(guān)的，而且又是獨(dú)占資源，所以用X-Window管理是理所當(dāng)然的。應(yīng)用程序通常不需要關(guān)心具體的設(shè)備，只要處理相應(yīng)的事件就行了，像mouse和筆點(diǎn)可能發(fā)出同樣的事件，而應(yīng)用程序不用區(qū)分它們。輸入事件也可以通過XTest擴(kuò)展，由軟件模擬出來的（通常用來實(shí)現(xiàn)軟件鍵盤）

2、按層次形組織窗口

X-Window提供服務(wù)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(fù)責(zé)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(dòng)進(jìn)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(yīng)的動(dòng)作，比如移動(dòng)窗口，調(diào)整窗口的大小，改變窗口的前后關(guān)系等等。第一次接觸X-Window時(shí)，得知窗口管理器是一個(gè)普通的客戶端時(shí)，我覺得驚訝，這種設(shè)計(jì)真是太先進(jìn)了，其實(shí)它正是遵循了提供機(jī)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(shí)現(xiàn)可用，它們提供不同的風(fēng)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(shí)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(gè)區(qū)域。

X-Winwod還會(huì)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(yīng)的加速功能，就可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，否則就用軟件實(shí)現(xiàn)。

4、提供文本和字體操作

X-Window提供了字體相關(guān)的操作?？蛻舳顺绦蚩梢哉埱骕-window在指定的區(qū)域用指定的字體顯示指定的字符串，當(dāng)然在此之前應(yīng)該請求X-window加載字體，加載后客戶端程序可以得到關(guān)于字體的一些信息。

實(shí)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(kuò)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(gè)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(yīng)的數(shù)據(jù)量越大。其中使用1位表示一個(gè)像素顏色的位圖因?yàn)橐粋€(gè)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(dāng)作它的主要象征之一”的圖形使用者接口的構(gòu)成元件。更為明確的說，是桌面環(huán)境的構(gòu)成元件。視窗系統(tǒng)支撐著視窗管理員的實(shí)現(xiàn)（implementation）；對(duì)于“圖像硬件（graphics hardware）、指向裝置（pointing devices）比如鼠標(biāo)與鍵盤等裝置”提供基本支持。繪制鼠標(biāo)光標(biāo)，一般也與視窗系統(tǒng)相關(guān)。

從程式設(shè)計(jì)師的觀點(diǎn)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(shí)與數(shù)個(gè)程式一起工作。每個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的操作，像是移動(dòng)/改變視窗尺寸，把視窗送到前景/背景，和最小化/最大化一個(gè)視窗。

有些視窗系統(tǒng)，像是 X，有先進(jìn)的能力比如網(wǎng)絡(luò)通透性，允許使用者在遠(yuǎn)端機(jī)器上執(zhí)行圖形的應(yīng)用程式。

雅典娜工程：

雅典娜工程是MIT、DEC以及IBM的一個(gè)聯(lián)合工程，歷時(shí)八年，于1991年6月30日告一段落。該工程意圖建立一個(gè)計(jì)算機(jī)環(huán)境，容納多達(dá)一萬臺(tái)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(wù)傳遞上，看起來不會(huì)有大的區(qū)別。

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