xserver相关知识汇总 转载QTVLC 最后发布于2018-08-16 13:41:52 阅读数 726 收藏 展开 本文主要是从以下几个方面介绍xorg-xserver 相关的知识 1.linux系统图形界面框架 2.xserver 和x client启动过程 3.图形2d，3d加速原理简介 4.xserver主分支代码解析。 5.xserver,xclient协议简介 6.一个基于Xlib的简单例子解析 7.radeon驱动初始化代码解析. 1.linux图形界面框架 参考至：http://dzdl.ipchina.org/site/?uid-9-action-viewspace-itemid-49 linux图形界面又称x系统，其主要包含如下几个部分： a）xserver b)显示管理器 (Display Manager) 例如（gdm kdm xdm等） c)窗口管理器 （Window Manager) 例如（metacity ,fluxbox等） d)DM 和 WM之上的一些图形应用程序 在使用中一般都是b,c,d三者集合起来构成一个完整的集成工作环境，例如KDE ,GNOME等 ,这就是我们平时所说的广义上的xclient

a)xserver 主要提供基本的显示接口共xclient使用，并将用户的操作等也反映给xclient， 是xclient与硬件的一个中间层。xserver相关的两个主要部分是 (1) xorg.conf xorg.conf是X Server的主要配置文件，它包含一个当前系统的硬件资源列表。X Server就是根据这些硬件资源“组织”出基本的图形能力。xorg.conf文件在/etc/X11/xorg.conf，主要包含几个字段： Files: X系统使用的字体存放目录(字体的具体使用由FontConfig工具主持) InputDevice: 输入设备，如键盘鼠标的信息 Monitor: 显示器的设置，如分辨率，刷新率等 Device: 显示卡信息 Screen: 由Monitor和Device组装成一个Screen，表示由它们向这个Screen提供输出能力 ServerLayout: 将一个Screen和InputDevice组装成一个ServerLayout 在具有多个显示设备的系统中，可能有多个Screen和多个ServerLayout，用以实现不同的硬件搭配。 在最近的xorg版本中，X Server已经开始自动侦测硬件，现在的xorg.conf已经都成了默认名称。具体细节还待查，但基本原理还是不变的。 (2) X session(X会话) X session是指X server启动后直到X server关闭之间的这段时间。这期间一切跟X相关的动作都属于X session的内容。管理X session的程序称为Display Manager，常听说的gdm或kdm就是gnome/kde所分别对应的Display Manager。 开启一个X session，也就是开始了图形界面的使用。在开启的过程中，Display Manager会对用户进行认证(也就是用户名密码的输入)，运行事先设置好的程序(比如scim输入法就是这个时候启动的)等等。 这个开启过程要执行的一系列操作都可以在/etc/X11/Xseesion以及/etc/X11/Xsession.d/目录下看到，其他还有一些配置文件如Xsession.options, Xresource等，都是执行的X session的初始化过程。仔细阅读这些脚本或配置文件，可以帮助你更好地理解X

b), Display Manager 上面说过，Display Manager(后简称DM)是管理X session的程序，常见的有gdm, kdm, xdm等。对于默认进入X界面的Linux系统，必须将DM程序在开机时执行，即：/etc/rc2.d/S13gdm。下面我们从手工启动X的过程，看一下DM为我们做了哪些工作。 如果没有设置DM在开机时运行的话，手动启动X使用startx命令。 man startx 可以知道，startx的作用可以看作是Display Manager的一种隐性实现。它使用xinit命令，分别根据/etc/X11/xinit/xinitrc和/etc/X11/xinit/xserverrc中所指定的设置唤起X。 其中，xserverrc执行X server的运行任务；xinitrc则运行Xsession命令。从/etc/X11/Xsession脚本的内容可以看出，它也就是进入/etc /X11/Xsession.d/目录轮询地执行所有脚本。很明显，这些也就是前面所说的Xsession初始化工作。 综合起来说，Display Manager完成三个任务：1, X Server的启动; 2, X session的初始化; 3, X session的管理。

c), Window Manager X Server提供了基本的图形显示能力。然而具体怎么绘制应用程序的界面，却是要有应用程序自己解决的。而Window Manager(桌面管理器，后简称WM)就是用来提供统一的GUI组件的(窗口、外框、菜单、按钮等)。否则，应用程序们各自为政，既增加了程序开发的负担，不统一的桌面风格对视觉也是不小的挑战。 WM的启动由DM控制，在gdm的登录窗口，我们可以进行选择。常见的WM有:Metacity(Gnome默认的WM), fluxbox, fvwm, E17等。

d), X Clients 最后，就是X Client了。X客户端程序，顾名思义，就是使用X服务的程序。firefox，gedit等等都属于X Client程序。X Client部分值得考虑一下的就是DISPLAY环境变量。它主要用于远程X Client的使用。该变量表示输出目的地的位置，由三个要素组成： [host]:display[.screen] host指网络上远程主机的名称，可以是主机名、IP地址等。默认的host是本地系统，你可以在自己系统上echo $DISPLAY看一下。 display和screen分别代表输出画面的编号和屏幕的编号。具体细节由于硬件的缺乏，还有待进一步研究。 2.xserver 和x client启动过程 参考：http://blog.csdn.net/clozxy/archive/2010/04/15/5488699.aspx

对xserver和x client的启动过程的探讨主要是对startx命令的探讨 startx脚本网上解释的很多，这里就不多做介绍，对startx介绍分以下两个部分 (1)xinit用法 startx其实是个脚本，最终调用的是xinit命令，其用法如下： xinit 的用法为： xinit [[client] options ] [– [server] [display] options] 。其中 client 用于指定一个基于 X 的应用程序， client 后面的 options 是传给这个应用程序的参数， server 是用于指定启动哪个 X 服务器，一般为 /usr/bin/X 或 /usr/bin/Xorg ， display 用于指定 display number ，一般 为 0 ，表示第一个 display ， option 为传给 server 的参数。

如果不指定 client ， xinit 会查找 HOME ( 环境变量 ) 目录下的 .xinitrc 文件，如果存在这个 文件， xinit 直接调用 execvp 函数执行该文件。如果这个文件不存在，那么 client 及其 options 为： xterm -geometry +1+1 -n login -display :0 。

如果不指定 server ， xinit 会查找 HOME( 环境变量 ) 目录下的 .xserverrc 文件，如果存在这个文件， xinit 直接调用 execvp 函数执行该文件。如果这个文件 不存在，那么 server 及其 display 为： X :0 。如果系统目录中不存在 X 命令，那么我们需要在系统目录下建立一个名为 X 的链接，使其指向真正的 X server 命令（ Ubuntu 下为 Xorg ）。

因此startx的用法跟xinit一样：startx [ [ client ] options … ] [ – [ server ] options … ]

(2)startx的几种启动方式 由对 startx 脚本的分析，我们可以知道 startx 主要有三种启动方式： a) 、一种是自己指定要启动的 client 和 server ， 例如： startx /usr/bin/xclock – /usr/bin/X :0 ； b）、一种是通过在 $HOME 下新建 .xinitrc 文件来指定要启动的多个 client 和 .xserverrc 来指定要启动的 server； c）、还有一种是直接输入 startx 而不指定参数，这也就是我们启动 gnome 桌面的方法。

在 c 这种启动方法中, startx 脚本会先去看系统目录（ /etc/X11/xinit/ ）下的 rc 文件是否存在，如果不存在就会用默认的 xterm 和 /usr/bin/X 来启动 xinit 。显然， startx 启动的不是 xterm ，而是 gnome 桌面，因此 gnome 的启动是通过系统文件 /etc/X11/xinit/xinitrc 来指定的。

而 /etc/X11/xinit/xinitrc 文件的内容如下所示：

因此， gnome 的启动应该在 Xsession 里。

而 X Server 的启动则是通过系统文件 /etc/X11/xinit/xserverrc 来指定的 ， 这个文件的内容为 ：

综上所述， startx 的默认启动过程为： startx 调用并将系统文件 /etc/X11/xinit/xinitrc 和 /etc/X11/xinit/xserverrc 作为参数传给 xinit ， xinit 就会先执行系统文件 /etc/X11/xinit/xserverrc 以启动 X Server ，然后执行 /etc/X11/xinit/xinitrc ，而 xinitrc 则会执行脚本 /etc/X11/Xsession ，而 Xsession 则会按顺序调用执行 /etc/X11/Xsession.d 目录下的文件，从而最终调用了 gnome-session 这个用于 启动 GNOME 桌面环境的程序 3.图形2d，3d加速简介 为了是linux下图形更加流畅，必须使用加速。常用的加速方法如下 加速常见有三种方式 a）ShadowFB ShadowFB是xserver自带的与体系结构无关的2D加速方式，它将系统framebuffer复制一份，并且在拷贝回framebuffer中实现图形旋转等操作，这样可以起到一定加速作用，但是效果不好。 b) XAA XAA全称XFree86 Acceleration Architecture，是由 Harm Hanemaayer 在1996年写的一个显卡硬件2D加速的驱动结构，目前大多数的显卡去动均支持这种驱动模式 c) EXA EXA是X.Org发起的用于取代XAA加速的驱动结构，修改的宗旨是是XRender更加好用。 历史上对2D 和3D加速已经做了区分，2D加速主要使用的是XAA结构，3D加速主要是通过DRM（Direct Rendering Manage) 提供.而EXA提供了比XAA更好集成XRender的结构，同时也提高了XAA的2D加速效果。 EXA采用的方法是通过实现对OpenGL的加速以实现同时对2D，3D图像的加速，这样2D图像就可以看作是3D图像的一个子集。 4.xserver 主分支代码解析 参考网站：http://xwindow.angelfire.com， 基于xorg-xserver-1.7.6版本 xserver代码是从dix/main.c中的main函数开始执行。 开始的一系列函数执行一些初始化及check的工作 InitRegions(); pixman_disable_out_of_bounds_workaround(); CheckUserParameters(argc, argv, envp); CheckUserAuthorization(); InitConnectionLimits(); ProcessCommandLine(argc, argv);

随后main函数进入了一个死循环。每次循环均包含了 a)xserver初始化 b)xserver循环处理client消息 c)xserver退出 三个阶段 这是xserver的main函数最外层的循环，一般启动xserver只会执行一次循环：用户在图形界面操作时，实际上xserver是处在b）阶段。 这个循环就保证了xserver出现一般的异常时会自动恢复，比如在运行x时替换了其显卡驱动，xserver会触发异常结束第一次循环 并在第二次循环中重新加载替换后的显卡驱动。

以下分别对这三个阶段做解析 a）xserver初始化 xserver初始化函数非常多，以下仅粗略介绍几个比较熟悉的：

(1) 初始化中有如下代码： if(serverGeneration == 1) { CreateWellKnownSockets(); InitProcVectors(); for (i=1; i (maxBigRequestSize requestVector[MAJOROP])(client); XaceHookAuditEnd(client, result); } 4)若处理函数返回异常则做异常处理 if (result != Success) { if (client->noClientException != Success) CloseDownClient(client); else SendErrorToClient(client, MAJOROP, MinorOpcodeOfRequest(client), client->errorValue, result); break; } } 5)提交处理结果 FlushAllOutput();

由此Dispatch函数解析结束

c)xserver退出 包含了一系列释放内存，关闭clients等操作，这里就不多做解析。 5.xserver,xclient协议简介 由上文对Dispatch函数的分析可以看出，xserver对client的处理主要是三步： (1)获得事件信息 nready = WaitForSomething(clientReady); (2)获得操作号 result = ReadRequestFromClient(client); (3)根据操作号处理 result = (* client->requestVector[MAJOROP])(client);

因此其操作号和操作的对应是xserver与client的协议的一部分，类似操作 系统的系统调用号和系统调用之间的关系。

在上面介绍InitClients()中有对requestVector初始化 client->requestVector = InitialVector;

InitVector如下： int (* InitialVector[3]) ( ClientPtr ) = { 0, ProcInitialConnection, ProcEstablishConnection };

其只有两个函数，一个是初始化Connection，一个是确立Connection 在ProcEstablishConnection中调用SendConnSetup寒酸， SendConnSetup函数有： client->requestVector = client->swapped ? SwappedProcVector : ProcVector; 即初始化requestVector为SwappedProcVector或ProcVector ProcVector如下： _X_EXPORT int (* ProcVector[256]) ( ClientPtr ) = { ProcBadRequest, ProcCreateWindow, ProcChangeWindowAttributes, ProcGetWindowAttributes, ProcDestroyWindow, ProcDestroySubwindows, ProcChangeSaveSet, ProcReparentWindow, ProcMapWindow, ProcMapSubwindows, ProcUnmapWindow, 。。。。。。。。。。。。。 ProcGetModifierMapping, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, ProcNoOperation }; SwappedProcVector类似。

也就是说Client与server交互时，先按照固定的协议初始化Connector，并且告诉xserver其适合的协议。 然后server按照该协议解析client发送过来的操作号。 6.一个基于Xlib的简单例子了解Client流程 Xlib是对X协议的的一个简单的封装，可以让程序员不用了解细节而编写图形相关程序。实际上程序员直接调用Xlib的很少，更多使用的是 GTK+ ,QT等图形库。这些又是基于Xlib的图形库。 一个简单的Xlib例子如下

#include #include #include #include int main(void) { Display *d; Window w; XEvent e; char *msg = “Hello, World!”; int s; d = XOpenDisplay(NULL); if (d == NULL) { fprintf(stderr, “Cannot open display\n”); exit(1); } s = DefaultScreen(d); w = XCreateSimpleWindow(d, RootWindow(d, s), 10, 10, 100, 100, 1, BlackPixel(d, s), WhitePixel(d, s)); XSelectInput(d, w, ExposureMask | KeyPressMask); XMapWindow(d, w); while (1) { XNextEvent(d, &e); if (e.type == Expose) { XFillRectangle(d, w, DefaultGC(d, s), 20, 20, 10, 10); XDrawString(d, w, DefaultGC(d, s), 50, 50, msg, strlen(msg)); } if (e.type == KeyPress) break; } XCloseDisplay(d); return 0; } 这个程序就可以看作一个简单的client，包含client的大体流程。 编译： gcc input.c -o output -lX11 程序执行方式有两种： 1.在图形界面下直接执行程序 2.在用户目录下新建一个.xinitrc文件，写入 exec input 之后startx，执行的不是默认的图形界面程序而是input程序 7.radeon驱动初始化代码解析. 由上面对xserver初始化的介绍，可以看到，在初始化过程中主要是显卡驱动的三个函数的调用 Probe , PreInit , ScreenInit 以下以radeon驱动为例（xorg-xserver-video-ati-6.13.1),介绍驱动对显卡的初始化过程，以及图形加速中使用的函数。

(1)Probe函数 在radeon驱动中，probe函数主要是 static Bool radeon_pci_probe( DriverPtr pDriver, int entity_num, struct pci_device *device, intptr_t match_data ) { return radeon_get_scrninfo(entity_num, (void *)device); } 在radeon_get_scrninfo函数中有：主要是对pScrn和pENT的初始化。 在pScrn的初始化中给出了将要调用的PreInit 和ScreenInit函数 #ifdef XF86DRM_MODE if (kms == 1) { pScrn->PreInit = RADEONPreInit_KMS; pScrn->ScreenInit = RADEONScreenInit_KMS; pScrn->SwitchMode = RADEONSwitchMode_KMS; pScrn->AdjustFrame = RADEONAdjustFrame_KMS; pScrn->EnterVT = RADEONEnterVT_KMS; pScrn->LeaveVT = RADEONLeaveVT_KMS; pScrn->FreeScreen = RADEONFreeScreen_KMS; pScrn->ValidMode = RADEONValidMode; } else #endif { pScrn->PreInit = RADEONPreInit; pScrn->ScreenInit = RADEONScreenInit; pScrn->SwitchMode = RADEONSwitchMode; pScrn->AdjustFrame = RADEONAdjustFrame; pScrn->EnterVT = RADEONEnterVT; pScrn->LeaveVT = RADEONLeaveVT; pScrn->FreeScreen = RADEONFreeScreen; pScrn->ValidMode = RADEONValidMode; } 不妨已RADEONPreInit_KMS ， RADEONScreenInit_KMS为例介绍驱动PreInit和ScreenInit过程

(2)PreInit RADEONPreInit_KMS在结构上大体可以分为三个部分（虽然不严格）， a）pScrn->driverPrivate的初始化 例如： info = RADEONPTR(pScrn); info->pEnt = xf86GetEntityInfo(pScrn->entityList[pScrn->numEntities - 1]); f (!radeon_alloc_dri(pScrn)) return FALSE; 其实对pScrn->driverPrivate的初始化贯穿了整个PreInit，但是在前面比较集中。

b）drm的初始化 radeon_open_drm_master(pScrn) 调用drmOpen打开内核drm设备 drmmode_pre_init(pScrn, &info->drmmode, pScrn->bitsPerPixel / 8) drmCommandWriteRead(info->dri->drmFD, DRM_RADEON_GEM_INFO, &mminfo, sizeof(mminfo)) 等做其他方面的初始化

c）一些相关模块的load 例如： xf86LoadSubModule(pScrn, “fb”) load framebuffer相关的so

!xf86LoadSubModule(pScrn, “ramdac”) load 与光标显示相关模块

RADEONPreInitAccel_KMS(pScrn) 根据加速方式选择决定load shadowfb 还是exa模块

细节很多大体上可以分这三个部分理解

(3)ScreenInit RADEONScreenInit_KMS要比RADEONPreInit_KMS杂乱 但也可以看作如下几个部分 a)对pScrn->driverPrivate的比较集中的初始化 例如： info->bufmgr = radeon_bo_manager_gem_ctor(info->dri->drmFD); info->cs = radeon_cs_create(info->csm, RADEON_BUFFER_SIZE/4); 等比较明显的 以及 radeon_setup_kernel_mem(pScreen); 初始化地址映射相关的info信息

b）fbScreenInit 初始化framebuffer信息

c) 显示图像像素相关的初始化及fbPictureInit 例如： if (pScrn->bitsPerPixel > 8) { VisualPtr visual;

#ifdef RENDER if ((s = xf86GetOptValString(info->Options, OPTION_SUBPIXEL_ORDER))) { if (strcmp(s, “RGB”) == 0) subPixelOrder = SubPixelHorizontalRGB; else if (strcmp(s, “BGR”) == 0) subPixelOrder = SubPixelHorizontalBGR; else if (strcmp(s, “NONE”) == 0) subPixelOrder = SubPixelNone; PictureSetSubpixelOrder (pScreen, subPixelOrder); } #endif 这部分是fbPictureInit和对像素RGB顺序的初始化

d)BackStore相关的初始化 例如： xf86DrvMsgVerb(pScrn->scrnIndex, X_INFO, RADEON_LOGLEVEL_DEBUG, “Initializing backing store\n”); miInitializeBackingStore(pScreen); xf86SetBackingStore(pScreen);

e)加速函数相关的初始化 例如： if (info->r600_shadow_fb) { xf86DrvMsg(scrnIndex, X_INFO, “Acceleration disabled\n”); info->accelOn = FALSE; } else { xf86DrvMsgVerb(pScrn->scrnIndex, X_INFO, RADEON_LOGLEVEL_DEBUG, “Initializing Acceleration\n”); if (RADEONAccelInit(pScreen)) { xf86DrvMsg(scrnIndex, X_INFO, “Acceleration enabled\n”); info->accelOn = TRUE; } else { xf86DrvMsg(scrnIndex, X_ERROR, “Acceleration initialization failed\n”); xf86DrvMsg(scrnIndex, X_INFO, “Acceleration disabled\n”); info->accelOn = FALSE; } } 中的RADEONAccelInit(pScreen)函数 下面会对RADEONAccelInit(pScreen)函数做仔细的分析

f)光标显示相关的初始化 例如： xf86DrvMsgVerb(pScrn->scrnIndex, X_INFO, RADEON_LOGLEVEL_DEBUG, “Initializing DPMS\n”); xf86DPMSInit(pScreen, xf86DPMSSet, 0); xf86DrvMsgVerb(pScrn->scrnIndex, X_INFO, RADEON_LOGLEVEL_DEBUG, “Initializing Cursor\n”); xf86SetSilkenMouse(pScreen); miDCInitialize(pScreen, xf86GetPointerScreenFuncs()); if (!xf86ReturnOptValBool(info->Options, OPTION_SW_CURSOR, FALSE)) { if (RADEONCursorInit_KMS(pScreen)) { } } 其中xf86ReturnOptValBool(info->Options, OPTION_SW_CURSOR, FALSE)的判断决定对光标显示是否使用硬件加速

g）其他的初始化 例如CloseScreen，BlockHandler 等变量赋值 Crtc初始化xf86CrtcScreenInit (pScreen) 和colormap相关的drmmode_setup_colormap(pScreen, pScrn)。

(4)RADEONAccelInit 需要重点介绍的是RADEONAccelInit函数，因为在这个函数中引入了初始化图像加速相关的函数

以笔者调试过的RS780为例： 其调用的图形加速相关的初始化是R600DrawInit(pScreen)函数，因为驱动不支持RS780的xaa加速，而软件加速shodowfb效果不好，必须使用exa加速。 R600DrawInit()函数中包含了众多加速函数的初始化其中最重要的是如下5系列函数

a)Solid相关的函数 info->accel_state->exa->PrepareSolid = R600PrepareSolid; info->accel_state->exa->Solid = R600Solid; info->accel_state->exa->DoneSolid = R600DoneSolid; Solid即是向某一区域填充色的操作

b)Copy相关的函数 info->accel_state->exa->PrepareCopy = R600PrepareCopy; info->accel_state->exa->Copy = R600Copy; info->accel_state->exa->DoneCopy = R600DoneCopy; Copy是不同区域直接拷贝的函数

c）Composite函数 info->accel_state->exa->CheckComposite = R600CheckComposite; info->accel_state->exa->PrepareComposite = R600PrepareComposite; info->accel_state->exa->Composite = R600Composite; info->accel_state->exa->DoneComposite = R600DoneComposite; Composite是不同窗口组合在一起的操作

d）UploadToScreen函数 info->accel_state->exa->UploadToScreen = R600UploadToScreenCS; UploadToScreen是向framebuffer拷贝矩形域数据的函数

e)DownloadFromScreen函数 info->accel_state->exa->DownloadFromScreen = R600DownloadFromScreenCS; DownloadFromScreen是从framebuffer拷贝出矩形域数据的函数

至此radeon驱动初始化相关的内容做了一次简单的浏览。