23.1 什么是 X Window System

X Window 系统最早是由 MIT （Massachusetts Institute of Technology, 麻省理工学院） 在 1984 年发展出来的， 当初 X 就是在 Unix 的 System V 这个操作系统版本上面开发出来的。在开发 X 时，开发者就希望这个窗口接口不要与硬件有强烈的相关性，这是因为如果与硬件的相关性高，那就等于是一个操作系统了， 如此一来的应用性会比较局限。因此 X 在当初就是以应用程序的概念来开发的，而非以操作系统来开发。

由于这个 X 希望能够通过网络进行图形接口的存取，因此发展出许多的 X 通讯协定，这些网络架构非常的有趣， 所以吸引了很多厂商加入研发，因此 X 的功能一直持续在加强！一直到 1987 年更改 X 版本到 X11 ，这一版 X 取得了明显的进步， 后来的窗口接口改良都是架构于此一版本，因此后来 X 窗口也被称为 X11 。这个版本持续在进步当中，到了 1994 年发布了新版的 X11R6 ，后来的架构都是沿用此一释出版本，所以后来的版本定义就变成了类似 1995 年的 X11R6.3 之类的样式。 [1]

1992 年 XFree86 （http://www.xfree86.org/） 计划顺利展开， 该计划持续在维护 X11R6 的功能性，包括对新硬件的支持以及更多新增的功能等等。当初定名为 XFree86 其实是根据“ X + Free software + x86 硬件 ”而来的呢。早期 Linux 所使用的 X Window 的主要核心都是由 XFree86 这个计划所提供的，因此，我们常常将 X 系统与 XFree86 挂上等号的说。

不过由于一些授权的问题导致 XFree86 无法继续提供类似 GPL 的自由软件，后来 Xorg 基金会就接手 X11R6 的维护！ Xorg （http://www.x.org/） 利用当初 MIT 发布的类似自由软件的授权， 将 X11R6 拿来进行维护，并且在 2004 年发布了 X11R6.8 版本，更在 2005 年后发表了 X11R7.x 版。 现在我们 CentOS 7.x 使用的 X 就是 Xorg 提供的 X11R7.X 喔！ 而这个 X11R6/X11R7 的版本是自由软件，因此很多组织都利用这个架构去设计他们的图形接口喔！包括 Mac OS X v10.3 也曾利用过这个架构来设计他们的窗口呢！我们的 CentOS 也是利用 Xorg 提供的 X11 啦！

从上面的说明，我们可以知道的是：

如同前面谈到的，X Window system 是个利用网络架构的图形使用者接口软件，那到底这个架构可以分成多少个元件呢？ 基本上是分成 X Server 与 X Client 两个元件而已喔！其中 X Server 在管理硬件，而 X Client 则是应用程序。 在运行上，X Client 应用程序会将所想要呈现的画面告知 X Server ，最终由 X server 来将结果通过他所管理的硬件绘制出来！ 整体的架构我们大约可以使用如下的图示来作个介绍：[2]

图23.1.1、X Window System 的架构

上面的图示非常有趣喔！我们在用户端想要取得来自服务器的图形数据时，我们用户端使用的当然是用户端的硬件设备啊， 所以，X Server 的重点就是在管理用户端的硬件，包括接受键盘/鼠标等设备的输入信息， 并且将图形绘制到屏幕上 （请注意上图的所有元件之间的箭头指示）。但是到底要绘制个啥东西呢？ 绘图总是需要一些数据才能绘制吧？此时 X Client （就是 X 应用程序） 就很重要啦！他主要提供的就是告知 X Server 要绘制啥东西。那照这样的想法来思考，我们是想要取得远端服务器的绘图数据来我们的计算机上面显示嘛！ 所以啰，远端服务器提供的是 X client 软件啊！

下面就让我们来更深入的聊一聊这两个元件吧！

咦！显卡、屏幕以及键盘鼠标的设置，不是在开机的时候 Linux 系统以 systemd 的相关设置处理好了吗？ 为何 X Server 还要重新设置啊？这是因为 X Window 在 Linux 里面仅能算是“一套很棒的软件”， 所以 X Window 有自己的配置文件，你必须要针对他的配置文件设置妥当才行。也就是说， Linux 的设置与 X Server 的设置不一定要相同的！因此，你在 CentOS 7 的 multi-user.target 想要玩图形接口时，就得要载入 X Window 需要的驱动程序才行～总之， X Server 的主要功能就是在管理“主机”上面的显示硬件与驱动程序。

既然 X Window System 是以通过网络取得图形接口的一个架构，那么用户端是如何取得服务器端提供的图形画面呢？ 由于服务器与用户端的硬件不可能完全相同，因此我们用户端当然不可能使用到服务器端的硬件显示功能！ 举例来说，你的用户端计算机并没有 3D 影像加速功能，那么你的画面可能呈现出服务器端提供的 3D 加速吗？ 当然不可能吧！所以啰 X Server 的目的在管理用户端的硬件设备！也就是说：“每部用户端主机都需要安装 X Server，而服务器端则是提供 X Client 软件， 以提供用户端绘图所需要的数据数据”。

X Server / X Client 的互动并非仅有 client —> server，两者其实有互动的！从上图 23.1.1 我们也可以发现， X Server 还有一个重要的工作，那就是将来自输入设备 （如键盘、鼠标等） 的动作告知 X Client， 你晓得， X Server 既然是管理这些周边硬件，所以，周边硬件的动作当然是由 X Server 来管理的， 但是 X Server 本身并不知道周边设备这些动作会造成什么显示上的效果， 因此 X Server 会将周边设备的这些动作行为告知 X Client ，让 X Client 去伤脑筋。

也就是说， X Client 最重要的工作就是处理来自 X Server 的动作，将该动作处理成为绘图数据， 再将这些绘图数据传回给 X Server 啰！由于 X Client 的目的在产生绘图的数据，因此我们也称呼 X Client 为 X Application （X 应用程序）。而且，每个 X Client 并不知道其他 X Client 的存在， 意思是说，如果有两个以上的 X client 同时存在时，两者并不知道对方到底传了什么数据给 X Server ， 因此 X Client 的绘图常常会互相重叠而产生困扰喔！

举个例子来说，当我们在 X Window 的画面中，将鼠标向右移动，那他是怎么告知 X Server 与 X Client 的呢？ 首先， X server 会侦测到鼠标的移动，但是他不知道应该怎么绘图啊！此时，他将鼠标的这个动作告知 X Client， X Client 就会去运算，结果得到，嘿嘿！其实要将鼠标指标向右移动几个像素，然后将这个结果告知 X server ， 接下来，您就会看到 X Server 将鼠标指标向右移动啰～

这样做有什么好处啊？最大的好处是， X Client 不需要知道 X Server 的硬件配备与操作系统！因为 X Client 单纯就是在处理绘图的数据而已，本身是不绘图的。所以，在用户端的 X Server 用的是什么硬件？用的是哪套操作系统？服务器端的 X Client 根本不需要知道～相当的先进与优秀～对吧！ ^_^ 整个运行流程可以参考下图：用户端用的是什么操作系统在 Linux 主机端是不在乎的！

图23.1.2、X Server 用户端的操作系统与 X client 的沟通示意

那么你知道 X Server / X client / window manager 的关系了吗？我们举 CentOS 默认的 GNOME 为例好了， 由于我们要在本机端启动 X Window system ，因此，在我们的 CentOS 主机上面必须要有 Xorg 的 X server 核心， 这样才能够提供屏幕的绘制啊～然后为了让窗口管理更方便，于是就加装了 GNOME 这个计划的 window manager ， 然后为了让自己的使用更方便，于是就在 GNOME 上面加上更多的窗口应用软件，包括输入法等等的， 最后就建构出我们的 X Window System 啰～ ^_^！所以你也会知道，X server/X client/Window Manager 是同时存在于我们一部 Linux 主机上头的啦！

几乎所有的大型窗口管理员专案计划都会提供 display manager 的，在 CentOS 上面我们主要利用的是 GNOME 的 GNOME Display Manager （gdm） 这支程序来提供 tty1 的图形接口登陆喔！至于登陆后取得的窗口管理员， 则可以在 gdm 上面进行选择的！我们在 第四章、首次登陆与线上求助 介绍的登陆环境， 那个环境其实就是 gdm 提供的啦！再回去参考看看图示吧！ ^_^！所以说，并非 gdm 只能提供 GNOME 的登陆而已喔！

现在我们知道要启动 X Window System 时，必须要先启动管理硬件与绘图的 X Server ，然后才载入 X Client 。 基本上，目前都是使用 Window Manager 来管理窗口接口风格的。那么如何取得这样的窗口系统呢？ 你可以通过登陆本机的命令行后，输入 startx 来启动 X 窗口；也能够通过 display manager （如果有启动 graphical.target） 提供的登陆画面，输入你的帐号密码来登陆与取得 X 窗口的！

问题是，你的 X server 配置文件为何？如何修改分辨率与显示器？你能不能自己设置默认启动的窗口管理员？ 如何设置默认的使用者环境 （与 X client 有关） 等等的，这些数据都需要通过了解 X 的启动流程才能得知！ 所以，下面我们就来谈谈如何启动 X 的流程吧！ ^_^

事实上，当你在纯命令行且并没有启动 X 窗口的情况下来输入 startx 时，这个 startx 的作用就是在帮你设置好上头提到的这些动作啰！ startx 其实是一个 shell script ，他是一个比较友好的程序，会主动的帮忙使用者创建起他们的 X 所需要引用的配置文件而已。你可以自行研究一下 startx 这个 script 的内容，鸟哥在这里仅就 startx 的作用作个介绍。

startx 最重要的任务就是找出使用者或者是系统默认的 X server 与 X client 的配置文件，而使用者也能够使用 startx 外接参数来取代配置文件的内容。这个意思是说：startx 可以直接启动，也能够外接参数，例如下面格式的启动方式：

[root@study ~]# startx [X client 参数] -- [X server 参数]
# 范例：以色彩深度为 16 bit 启动 X
[root@study ~]# startx  --  -depth 16

startx 后面接的参数以两个减号“--”隔开，前面的是 X Client 的设置，后面的是 X Server 的设置。 上面的范例是让 X server 以色彩深度 16 bit 色 （亦即每一像素占用 16 bit ，也就是 65536 色） 显示， 因为色彩深度是与 X Server 有关的，所以参数当然是写在 -- 后面啰，于是就成了上面的模样！

你会发现，鸟哥上面谈到的 startx 都是提到如何找出 X server / X client 的设置值而已！ 没错，事实上启动 X 的是 xinit 这支程序， startx 仅是在帮忙找出设置值而已！那么 startx 找到的设置值可用顺序为何呢？基本上是这样的：

根据上述的流程找到启动 X 时所需要的 X server / X client 的参数，接下来 startx 会去调用 xinit 这支程序来启动我们所需要的 X 窗口系统整体喔！接下来当然就是要谈谈 xinit 啰～

事实上，当 startx 找到需要的设置值后，就调用 xinit 实际启动 X 的。他的语法是：

[[email protected] ~]# xinit [client option] -- [server or display option]

那个 client option 与 server option 如何下达呢？其实那两个咚咚就是由刚刚 startx 去找出来的啦！ 在我们通过 startx 找到适当的 xinitrc 与 xserverrc 后，就交给 xinit 来执行。 在默认的情况下 （使用者尚未有 ~/.xinitrc 等文件时），你输入 startx ， 就等于进行 xinit /etc/X11/xinit/xinitrc -- /etc/X11/xinit/xserverrc 这个指令一般！但由于 xserverrc 也不存在，参考上一小节的参数搜寻顺序， 因此实际上的指令是：xinit /etc/X11/xinit/xinitrc -- /usr/bin/X，这样瞭了吗？

那为什么不要直接执行 xinit 而是使用 startx 来调用 xinit 呢？这是因为我们必须要取得一些参数嘛！ startx 可以帮我们快速的找到这些参数而不必手动输入的。因为单纯只是执行 xinit 的时候，系统的默认 X Client 与 X Server 的内容是这样的：[3]

xinit xterm  -geometry  +1+1  -n  login  -display  :0 --  X  :0

在 X client 方面：那个 xterm 是 X 窗口下面的虚拟终端机，后面接的参数则是这个终端机的位置与登陆与否。 最后面会接一个“ -display :0 ”表示这个虚拟终端机是启动在“第 :0 号的 X 显示接口”的意思。至于 X Server 方面， 而我们启动的 X server 程序就是 X 啦！其实 X 就是 Xorg 的链接文件，亦即是 X Server 的主程序啰！ 所以我们启动 X 还挺简单的～直接执行 X 而已，同时还指定 X 启动在第 :0 个 X 显示接口。 如果单纯以上面的内容来启动你的 X 系统时，你就会发现 tty2 以后的终端机有画面了！只是.....很丑～因为我们还没有启动 window manager 啊！

从上面的说明我们可以知道， xinit 主要在启动 X server 与载入 X client ，但这个 xinit 所需要的参数则是由 startx 去帮忙找寻的。因此，最重要的当然就是 startx 找到的那些参数啦！ 所以呢，重点当然就是 /etc/X11/xinit/ 目录下的 xinitrc 与 xserverrc 这两个文件的内容是啥啰～ 虽然 xserverrc 默认是不存在的。下面我们就分别来谈一谈这两个文件的主要内容与启动的方式～

X 窗口最先需要启动的就是 X server 啊，那 X server 启动的脚本与参数是通过 /etc/X11/xinit/ 里面的 xserverrc 。不过我们的 CentOS 7.x 根本就没有 xserverrc 这个文件啊！ 那使用者主文件夹目前也没有 ~/.xserverrc ，这个时候系统会怎么做呢？其实就是执行 /usr/bin/X 这个指令啊！ 这个指令也是系统最原始的 X server 可执行文件啰。

在启动 X Server 时，Xorg 会去读取 /etc/X11/xorg.conf 这个配置文件。针对这个配置文件的内容， 我们会在下个小节介绍。如果一切顺利，那么 X 就会顺利的在 tty2 以后终端环境中启动了 X 。 单纯的 X 启动时，你只会看到画面一片漆黑，然后中心有个鼠标的光标而已～

由前一小节的说明中，你可以发现到其实 X 启动的时候还可以指定启动的接口喔！那就是 :0 这个参数，这是啥？ 事实上我们的 Linux 可以“同时启动多个 X”喔！第一个 X 的画面会在 :0 亦即是 tty2 ，第二个 X 则是 :1 亦即是 tty3 。 后续还可以有其他的 X 存在的。因此，上一小节我们也有发现， xterm 在载入时，也必须要使用 -display 来说明， 这个 X 应用程序是需要在哪个 X 载入的才行呢！其中比较有趣的是， X server 未注明载入的接口时，默认是使用 :0 ～ 但是 X client 未注明时，则无法执行喔！

Tips CentOS 7 的 tty 非常有趣！如果你在分析 systemd 的章节中有仔细看的话， 会发现到其实 tty 是有用到才会启动的，这与之前 CentOS 6 以前的版本默认启用 6 个 tty 给你是不同的。因此，如果你只有用到 tty1 的话， 那么启动 X 就会默认丢到 tty2 ，而 X :1 就会丢到 tty3 这样～以此类推喔～

启动了 X server 后，接下来就是载入 X client 到这个 X server 上面啦！

假设你的主文件夹并没有 ~/.xinitrc ，则此时 X Client 会以 /etc/X11/xinit/xinitrc 来作为启动 X Client 的默认脚本。xinitrc 这个文件会将很多其他的文件参数引进来， 包括 /etc/X11/xinit/xinitrc-common 与 /etc/X11/xinit/Xclients 还有 /etc/sysconfig/desktop 。你可以参考 xinitrc 后去搜寻各个文件来了解彼此的关系。

不过分析到最后，其实最终就是载入 KDE 或者是 GNOME 而已。你也可以发现最终在 XClient 文件当中会有两个指令的搜寻， 包括 startkde 与 gnome-session 这两个，这也是 CentOS 默认会提供的两个主要的 Window Manager 啰。 而你也可以通过修改 /etc/sysconfig/desktop 内的 DESKTOP=GNOME 或 DESKTOP=KDE 来决定默认使用哪个窗口管理员的。 如果你并没有安装这两个大家伙，那么 X 就会去使用阳春的 twm 这个窗口管理员来管理你的环境啰。

Tips 不论怎么说，鸟哥还是希望大家可以通过解析 startx 这个 script 的内容去找到每个文件， 再根据分析每个文件来找到您 distributions 上面的 X 相关文件～ 毕竟每个版本的 Linux 还是有所差异的～

另外，如果有特殊需求，你当然可以自订 X client 的参数！这就得要修改你主文件夹下的 ~/.xinitrc 这个文件啰。 不过要注意的是，如果你的 .xinitrc 配置文件里面有启动的 x client 很多的时候，千万注意将除了最后一个 window manager 或 X Client 之外，都放到背景里面去执行啊！举例来说，像下面这样：

 xclock -geometry 100x100-5+5 &
       xterm -geometry 80x50-50+150 &
       exec /usr/bin/twm

意思就是说，我启动了 X ，并且同时启动 xclock / xterm / twm 这三个 X clients 喔！ 如此一来，你的 X 就有这三个咚咚可以使用了！如果忘记加上 & 的符号，那就..... 会让系统等待啊，而无法一次就登陆 X 呢！

好了，根据上面的说明，我们知道要在命令行下面启动 X 时，直接使用 startx 来找到 X server 与 X client 的参数或配置文件， 然后再调用 xinit 来启动 X 窗口系统。xinit 先载入 X server 到默认的 :0 这个显示接口，然后再载入 X client 到这个 X 显示接口上。而 X client 通常就是 GNOME 或 KDE ，这两个设置也能够在 /etc/sysconfig/desktop 里面作好设置。最后我们想要了解的是，既然 X 是可以跨网络的，那 X 启动的端口是几号？

其实，CentOS 由于考虑 X 窗口是在本机上面运行，因此将端口改为插槽档 （socket） 了，因此你无法观察到 X 启动的端口的。事实上， X server 应该是要启动一个 port 6000 来与 X client 进行沟通的！ 由于系统上面也可能有多个 X 存在，因此我们就会有 port 6001, port 6002... 等等。这也就是说：（假设为 multi-user.target 模式， 且用户仅曾经切换到 tty1 而已）

在 X Window System 的环境下，我们称 port 6000 为第 0 个显示接口，亦即为 hostname:0 ， 那个主机名称通常可以不写，所以就成了 :0 即可。在默认的情况下，第一个启动的 X （不论是启动在第几个 port number） 是在 tty2 ，亦即按下 [ctrl]+[Alt]+[F2] 那个画面。 而起动的第二个 X （注意到了吧！可以有多个 X 同时启动在您的系统上呢） 则默认在 tty3 亦即 [ctrl]+[Alt]+[F3] 那个画面呢！很神奇吧！ ^_^

如前所述，因为主机上的 X 可能有多个同时存在，因此，当我们在启动 X Server / Client 时， 应该都要注明该 X Server / Client 主要是提供或接受来自哪个 display 的 port number 才行。

好了，我们可以针对 X Server 与 X client 的架构来做个简单的测试喔！ 这里鸟哥假设你的 tty1 是 multi-user.target 的，而且你也曾经在 tty2 测试过相关的指令，所以你的 X :1 将会启用在 tty3 喔！ 而且，下面的指令都是在 tty1 的地方执行的，至于下面的画面则是在 tty3 的地方展现。 因此，请自行切换 tty1 下达指令与 tty3 查阅结果啰！

1\. 先来启动第一个 X 在 :1 画面中：
[[email protected] ~]$ X :1 &

图23.1.3、单纯启动 X server的情况

上述的 X 是大写，那个 :1 是写在一起的，至于 & 则是放到背景去执行。此时系统会主动的跳到第二个图形接口终端机，亦即 tty8 上喔！所以如果一切顺利的话，你应该可以看到一个 X 的鼠标光标可以让你移动了（如上图所示）。 该画面就是 X Server 启动的画面啰！丑丑的，而且没有什么 client 可以用啊！ 接下来，请按下 [ctrl]+[alt]+[F1] 回到刚刚下达指令的终端机： （若没有 xterm 请自行 yum 安装它！）

2\. 输入数个可以在 X 当中执行的虚拟终端机
[[email protected] ~]$ xterm -display :1  &
[[email protected] ~]$ xterm -display :1  &

图23.1.4、在 X 上面启动 xterm 终端机显示的结果

那个 xterm 是必须要在 X 下面才能够执行的终端机接口。加入的参数 -display 则是指出这个 xterm 要在那个 display 使用的。这两个指令请不要一次下完！先执行一次，然后按下 [ctrl]+[alt]+[F3] 去到 X 画面中，你会发现多了一个终端机啰～ 不过，可惜的是，你无法看到终端机的标题、也无法移动终端机，当然也无法调整终端机的大小啊！我们回到刚刚的 tty1 然后再次下达 xterm 指令，理论上应该多一个终端机，去到 tty3 查阅一下。唉～没有多出一个终端机啊？ 这是因为两个终端机重叠了～我们又无法移动终端机，所以只看到一个。 接下来，请再次回到 tty1 去下达指令吧！（可能需要 yum install xorg-x11-apps 喔！）

3\. 在输入不同的 X client 观察观察，分别去到 tty3 观察喔！
[[email protected] ~]$ xclock -display :1  &
[[email protected] ~]$ xeyes -display :1  &

图23.1.5、分别启动 xclock 时钟与 xeyes 眼睛的结果

跟前面一样的，我们又多执行了两个 X client ，其中 xclock 会显示时钟，而 xeyes 则是会出现一双大眼睛来盯着光标！ 你可以移动一下光标就可以发现眼睛的焦聚会跑啊 ^_^！不过，目前的四个 X client 通通不能够移动与放大缩小！ 如此一来，你怎么在 xterm 下面下达指令啊？当然就很困扰～所以让我们来载入最阳春的窗口管理员吧！

4\. 输入可以管理的 window manager，我们这边先以 root 来安装 twm 喔！
[[email protected] ~]# yum install http://ftp.ksu.edu.tw/FTP/CentOS/6/os/x86_64/\
> Packages/xorg-x11-twm-1.0.3-5.1.el6.x86_64.rpm
# 真要命！CentOS 7 说 twm 已经没有在维护，所以没有提供这玩意儿了！鸟哥只好拿旧版的 twm 来安装！
# 请您自行到相关的网站上找寻这个 twm 啰！因为版本可能会不一样！
[[email protected] ~]# yum install xorg-x11-fonts-{100dpi,75dpi,Type1}
5\. 接下来就可以开始用 dmtsai 的身份来玩一下这玩意儿了！
[[email protected] ~]$ twm -display :1  &

图23.1.6、窗口管理员 twm 的功能显示

回到 tty1 后，用最简单的 twm 这个窗口管理员来管理我们的 X 吧！输入之后，去到 tty3 看看，用鼠标移动一下终端机看看？可以移动了吧？也可以缩小放大窗口啰～同时也出现了标题提示啰～也看到两个终端机啦！ 现在终于知道窗口管理员的重要性了吧？ ^_^！在黑屏幕地方按下鼠标右键，就会出现类似上面画面最右边的菜单， 你就可以进行额外的管理啰～玩玩看先！

6\. 将所有刚刚创建的 X 相关工作全部杀掉！
[[email protected] ~]# kill %6 %5 %4 %3 %2 %1

很有趣的一个小实验吧～通过这个实验，你应该会对 X server 与 Window manager 及 tty3 以后的终端接口使用方式有比较清楚的了解～加油！

谈了这么多 X 窗口系统方面的信息后，再来聊聊，那么你的 Linux 主机是否需要默认就启动 X 窗口呢？ 一般来说，如果你的 Linux 主机定位为网络服务器的话，那么由于 Linux 里面的主要服务的配置文件都是纯文本的格式文件， 相当的容易设置的，所以啊，根本就是不需要 X Window 存在呢！因为 X Window 仅是 Linux 系统内的一个软件而已啊！

但是万一你的 Linux 主机是用来作为你的桌上计算机用的，那么 X Window 对你而言，就是相当重要的一个咚咚了！因为我们日常使用的办公室软件，都需要使用到 X Window 图形的功能呢！此外，以鸟哥的例子来说，俺之前接触到的数值分析模式，需要利用图形处理软件来将数据读取出来， 所以在那部 Linux 主机上面，我一定需要 X Window 的。

由于目前的主机系统配备已经很不错，除非你使用的是单版计算机，否则桌面电脑、笔记本电脑的系统配备要拿来跑 X window 大概都不是问题！ 所以，是否默认要启用你的 X window 系统，完全掌握在你的服务器用途考虑上啰！！