深度探索Linux操作系统 —— 构建桌面环境

系列文章目录

深度探索Linux操作系统 —— 编译过程分析
深度探索Linux操作系统 —— 构建工具链
深度探索Linux操作系统 —— 构建内核
深度探索Linux操作系统 —— 构建initramfs
深度探索Linux操作系统 —— 从内核空间到用户空间
深度探索Linux操作系统 —— 构建根文件系统
深度探索Linux操作系统 —— 构建桌面环境

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前言

? ? 计算机领域中的桌面环境（Desktop Environment）其实是一种比喻的说法，即图形用户界面就像物理书桌一样，其上可以放置文件夹、文档等。桌面最初用来特指个人计算机（PC），但是现在不只个人计算机有图形界面环境，服务器、嵌入式设备等基本都提供桌面环境。桌面环境包括窗口管理器、任务条等基本组件，除了这些基本的组件外，有的桌面环境还提供文件管理器、控制面板等。

? ? 桌面环境是操作系统中人机交互的关键部分，理解它的基本运作原理，无论是对理解操作系统，还是对开发应用程序，都有极大的帮助。我们处于这样一个追求个性的年代，无论是用于消费类电子设备的移动系统，还是用于 PC 的中规中矩的桌面系统，人们都已不再满足于千篇一律的桌面。打造一个全新的个性化桌面，绝不只是停留在更改个背景图、换个主题这个层面，我们需要更大的革新。但是如果对桌面环境的基本原理都不甚了解，那又何谈去开发打造具有创造性的用户交互。

? ? 因此，在本章中我们带领读者从头构建一个基本的桌面环境，包括窗口管理器、任务条以及一个显示桌面背景的组件。为了使读者更能深刻体会 X 的客户/服务器模型，窗口管理器基于 Xlib 编写，而任务条等组件则展示了使用 GTK 图形库的编程方法。

? ? 限于篇幅，我们没有将全部源代码全部贴到书中，所以请读者结合随书光盘中附带的源代码进行阅读。另外，本章虽然涉及 Xlib 和 GTK 编程，但是为了不干扰主线 —— 构建桌面环境，我们不会过多讨论它们的编程，其中涉及的 API ，如有必要请参考 Xlib 和 GTK 各自的参考手册。

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一、窗口管理器

? ? 本质上，窗口就是显示器上对应的一块区域。对于一个运行多任务的操作系统来讲，在一个有限的屏幕上可以同时存在多个窗口，因此，用户希望多个窗口之间可以协调布局和平共享同一个屏幕。可以将特定窗口切换为当前活动窗口；可以按需改变窗口尺寸；可以最大化、最小化以及关闭窗口。但是 X 的设计哲学是只提供机制，不提供策略，X 服务器只提供窗口操作相关的函数，但不管如何去操作窗口。于是诞生了另外一个特殊的 X 应用：窗口管理器。

1、基本原理

1. X 的窗口

? ? X 将所有窗口组织为一棵树。X 服务器启动后，将默认创建一个窗口，这个窗口充满整个屏幕，作为整个窗口树的根，称为根窗口（Root Window），所有应用的顶层窗口（Top-level Window）都是根窗口的子窗口。

? ? 假设在 X 中运行两个应用 A 和 B ，A 包含 2 个窗口，B 应包含 3 个窗口，窗口之间的布局如图 7-1 所示。

它们之间的树形关系如图 7-2 所示。

? ? 窗口管理器仅管理应用的顶层窗口，即如图 7-2 中的 “Top Window A” 和 “Top Window B” 。一个应用可能有多个顶层窗口，除了应用的主窗口之外，对话框一般也是一个顶层窗口。而对于顶层窗口的子窗口，则由应用自己管理。

2. 窗口装饰

? ? 在第 6 章中，我们看到，无论是基于 Xlib 的程序，还是使用 GTK 编写的程序，在没有窗口管理器的情况下，它们的窗口都以 “素颜” 示人，只是一个 “裸” 窗口。一个典型的桌面应用的窗口，一般而言，包括一个标题栏，标题栏上还可能显示窗口的名称、最大化、最小化和关闭按钮。另外，窗口一般还有一个边框。用户可以通过标题栏移动窗口，可以在边框处拖动鼠标改变窗口尺寸，可以分别通过最大化、最小化和关闭按钮最大化、最小化、关闭窗口。这些组件除了具备功能外，还具备美化的作用，比如可以设置窗口边框的颜色、阴影效果等，因此，它们也被称为窗口装饰。

? ? 显然，窗口装饰不应该由各个应用负责，暂且不提重复劳动，单单一致性就是个大问题。如果任由应用自己绘制，最后将导致窗口标题栏等装饰五花八门。因此，在 X 中，将窗口装饰提取为公共部分，由窗口管理器统一负责。通常的实现方式是：窗口管理器创建一个窗口，我们称这个窗口为 Frame ，作为根窗口的子窗口，但是作为应用的顶层窗口的父窗口。其他装饰，或者直接绘制在 Frame 窗口上，或者创建新的装饰窗口，但是这些装饰窗口也作为 Frame 的子窗口，本章我们开发的窗口管理器采用后者。应用的顶层窗口和 Frame 窗口之间的关系如图 7-3 所示。

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