X11协议基础与实践

概念

X11（X Window System）是一种位图显示的视窗系统，X表示X协议，11是协议版本号。X 协议主要由 X server 和 X client 组成：

l X server 管理主机上与显示相关的硬件设置（如显卡、硬盘、鼠标等），它负责屏幕画面的绘制与显示，以及将输入设置（如键盘、鼠标）的动作告知 X client。

l X client (即 X 应用程序) 则主要负责事件的处理（即程序的逻辑）。

举个例子，如果用户点击了鼠标左键，因为鼠标归 X server 管理，于是 X server 就捕捉到了鼠标点击这个动作，然后它将这个动作告诉 X client，因为 X client 负责程序逻辑，于是 X client 就根据程序预先设定的逻辑（例如画一个圆），告诉 X server说：“请在鼠标点击的位置，画一个圆”。最后，X server 就响应 X client 的请求，在鼠标点击的位置，绘制并显示出一个圆。

由上可见，X Window系统的协议和架构 X基于客户端——服务器模型。一个X服务器与多个客户端程序通讯。服务器接受对于图形输出（窗口）请求并反馈用户输入（键盘、鼠标、触摸屏）。服务器可能是一个能显示到其他显示系统的应用程序，也可能是控制某个PC的视频输出的系统程序，还可能是特殊硬件。

术语客户端-服务器——你的终端是"服务器"，而应用程序是 “客户端”——这一概念经常困扰X的新用户，因为看起来似乎正好相反。但X采纳了应用程序而非最终用户或者硬件的视角：本地的X显示程序提供显示服务，所以它扮演了服务器；远端应用程序使用了该服务，所以它是客户端。

实践

以下实践主要基于公司当前使用的Xvnc作为Xserver，xclock作为Xclient。

要实现的效果为在A机器的Xserver上绘制B机器的Xclient，因为Xserver选择的是Xvnc，所以可以通过novnc或者vncviewer访问Xserver来共享画面。

基础实现

1.首先准备两台机器，A，B。在A上安装Xvnc，B上安装Xclock。使用Xshell分别访问A与B，当开启了Xshell的X11转发时，在B上直接输入Xclock命令可以在本地打开一个时钟。如下图：

但是我们的目标不是在本地打开时钟，所以需要关闭Xshell的X11转发功能（关键）。关闭转发后再次尝试xclock命令出现错误便可以了。

2.在A机器上开启Xserver，命令如下

Xvnc :1 -rfbport 4001 -SecurityTypes None -geometry 2560*936 -depth 16 &

命令中 “:1” 为指定要开启的display窗口序号为1；

“-rfbport 4001” 为指定vnc访问的端口为4001（此处端口通常为4000+窗口序号，防止端口占用冲突），后续使用novnc或vncviewer访问时需要用到；

"–SecurityTypes None"设置vnc认证类型为不认证。

“-geometry 2560*936” 设置Xserver的分辨率，到时候novnc访问时分辨率就是此时设置的值。

"-depth 16"设置位深度。

“&” 为后台运行。

3.在A机器上设置DISPLAY临时变量为之前指定的窗口序号

export DISPLAY=localhost:1.0

4.在A机器上设置Xserver 访问权限，允许B机器进行访问

xhost + {B.ip}

5.在A机器上设置防火墙（可以直接关闭防火墙），开启6001端口（要开启的端口号为6000+display窗口序号）

6.在B机器上设置DISPLAY参数

export DISPLAY={A.ip}:1.0

7.在B机器上启动xclient（此处为xclock）

xclock

8.使用novnc或者vncviewer进行验证，访问A机器的4001端口。

（novnc访问）

隧道转发方式实现

公司中的xfwd协议就是基于隧道转发方式进行实现，其本质就是利用ssh的隧道进行X11转发，将linux上的图像信息转发绘制到Xvnc上，后续再通过vncviewer进行访问，显示图像。

1.基本同基础实现中的步骤1，在此之外需要确认B机器的SSH Server配置文件/etc/ssh/sshd_config中，有以下配置

X11Forwarding yes

若没有需增加此配置，并重启sshd服务

2，3步同基础实现。

4.通过SSH命令访问B机器并启动xclock

ssh -X root@{B.ip} /bin/xclock

5.使用vncviewer或者novnc进行验证。

关于X11的一些tip

lock

tmp目录下有.X1-lock目录，其下有各个文件 X0～Xn 标志着已经启动的Xserver。有时候启动Xserver会提示display已经被占用，但是又查不到对应进程时，就可以去/tmp目录下把对应的.Xn-lock文件删除后再启动即可。

DISPLAY

在Linux/Unix类操作系统上, DISPLAY用来设置将图形显示到何处。格式为host:NumA.NumB ,host指Xserver所在的主机名或者ip地址.如果host为空, 则表示Xserver运行于本机, 并且图形程序(Xclient)使用unix socket方式连接到Xserver, 此时NumA和NumB表示连接的unix socket的路径, 如果NumA为0, 则表示连接到/tmp/.X11-unix/X0 .NumB则几乎总是0.

如果host为主机名或者IP地址，则图形程序使用TCP方式连接,此时，NumA为连接的端口减去6000的值, 例如：NumA为0, 则表示连接到6000端口;

X11 forwording

当使用X11 forwording进行图像映射时，在client端（目标机器，即ssh连接的机器）会根据sshd_config中的配置X11DisplayOffset启动对应端口进行转发，配置默认值是10.即启动6010端口进行转发。有时候这会和Xserver启动的端口冲突，导致Xserver无法启动，这时就可以通过修改这个配置来避免冲突。