一．X-Window系統簡介

X-Window（也常稱為X11或X）系統是一種以位圖方式顯示的軟件視窗系統，最初是1984年麻省理工學院的研究，之后變成UNIX、類UNIX、以及OpenVMS等操作系統所一致適用的標準化軟件工具包及顯示架構的運作協議。X Window系統通過軟件工具及架構協議來建立操作系統所用的圖形用戶界面，此后則逐漸擴展適用到各形各色的其他操作系統上。現在幾乎所有的操作系統都能支持與使用X。更重要的是，今日知名的桌面環境——GNOME和KDE也都是以X Window系統為基礎建構成的。

二．X-Window的發展歷史

知曉過去才能明白現在，預見將來，我們需要清楚的了解X-Window的發展歷史，盡管這有些曲折。

1、 前身：

事實上，早在X出現前已有幾個位圖式的軟件顯示系統已經存在，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）、蘋果計算機提出的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（1984年）。

1983年之前稱為W-Window系統的窗口系統是X的真正前身（在拉丁字母里面 X 直接接在 W 后面）。W-Window系統運行于系統V之上，W使用一個支持終端機和圖形窗口的網絡協議，而服務器維護顯示的列表。

2、 起源：

Ｘ-Window于1984年在麻省理工學院（MIT）電腦科學研究室開始開發的，當時Bob Scheifler正在發展分散式系統（distributed system），同一時間DEC公司的 Jim Gettys 正在麻省理工學院Athena計劃的一部分。兩個計劃都需要一個相同的東西——一套UNIX機器上運行優良的視窗系統。因此合作關系開始展開，他們從斯坦福（Stanford）大學得到了一套叫做Ｗ的實驗性視窗系統。因為是根據Ｗ視窗系統的基礎開始發展的，當發展到了足以和原先系統有明顯區別時，他們把這個新系統叫做Ｘ。

3、版本發展歷史
 

（注：X11協議設計由Scheifler領導，并在nascent Internet的開放郵件列表上廣泛討論。于是X成為最早的較大規模的開源軟件項目之一）

4、 對X-Window的管理歷史

1）MIT X協會與X協會公司

1987年，隨著X11取得明顯成功，MIT希望免除X的管理責任。但是1987年6月與9個廠商舉行會晤，這些廠商表示他們相信為了避免 X 由于商業因素而分裂，需要中立方的參與。1988年1月，X協會（X Consortium）做為非營利廠商團體而成立，由Scheifler擔任主管，而Keith Packard擔任高級開發人員，確保 X 能持續以中立超然的立場提供商業與學術教育所需的開發。1993年，X協會公司（X Consortium, Inc.；非營利性質的公司）做為MIT X協會的接繼者而成立

2）開放團體

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

3）X.Org

1999年5月開放團體組建了X.Org。X.Org指導了X11R6.5.1之前的版本發布。在此期間X的開發死氣沉沉。2003年，隨著Linux的流行X被大量安裝。但是X.Org幾乎無聲無息，活躍的開發由XFree86承擔。 

4）XFree86

在19*至1990年期間，托馬斯?羅爾把X11R4分類器上提供的X服務器程序的源代碼下載到運行速度僅為33MHz的386PC 上，成功運行了被他稱為是X38611.1的X服務器。這就是XFree86的雛形。

1992年后多數技術創新都發生在XFree86項目中。1999年，由于眾多對于XFree86在Linux上應用有興趣的硬件廠商的推動，并也已經成為最普及的X版本，XFree86成為X.Org的榮譽成員（不付費）。

但是自2003年開始，XFree86內部卻發生了爭論。它被認為太教堂式了，如同它的開發模式；開發者不能通過CVS做提交，而廠商被迫維護大量補丁。2003年3月，自從最初的MIT X Consortium結束之后就參加XFree86的Keith Packard由于被認為態度不良而被驅逐

X.Org和XFree86開始討論能夠有助于X開發的重組Jim Gettys早在2000年就熱心于開放的開發模式。Gettys、Packard和其他幾個人開始討論有效管理X和開放式開發的細節。

最終就像是X11R*許可證爭議的回響，XFree86于2004年2月在更加嚴格許可證下發布了4.4 。許多依賴X的項目認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，許多人認為到了該對XFree86分叉（fork）的時候了，許多Linux發行版，包括Fedora、Gentoo都紛紛在最新的版本中使用X.Org基金會的發布代替XFree86。

5）X.Org基金會

2004年年初X.Org基金會成立。這意味著 X 在管理上的根本轉變。1988年以來 X 的管理者（包括過去的X.Org）都是廠商組織，而基金會由軟件開發者領導，采用依靠外部參與的集市模式的社區開發。其成員身份對個人開放，法人成員則成為贊助者。X.Org還開始同freedesktop.org密切合作

三．X的設計原則

X的設計原則，早在最初仍在麻省理工學院的階段（1984年）就已經成形，由Bob Scheifler和Jim Gettys兩人制訂出X最早的開發、強化、改進原則，原則大體如下：

1、除非沒有它就無法完成一個真正完整的應用程序，否則不用增加新的功能。

2、決定一個系統不是什么和決定它是什么同樣重要。與其去適應整個世界的需要，寧可使得系統可以擴展，如此才能以持續兼容的方式來滿足新增需求

3、只有完全沒實例時，才會比只有一個實例來的糟。

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％的預期效果，應該用更簡單的辦法解決。

6、盡量避免復雜性。

7、提供機制而不是策略，有關用戶界面的開發實現，交給實際應用者自主。（這和驅動開發的思想一脈相承）

之后，上述原則中的第一項原則在設計X11時被加以修改，修訂成：“除非已有真正的應用程序，真的需要X為其修訂、增訂等支持，否則不會為X增加新功能。”X基本上一直遵循這些原則，參考實現的擴展及改進也是以此原則的角度來著手，也因為奉行上述原則，使至今的最新版X仍能與最初（1987年）發布的協議標準近乎完全兼容。

這些原則性的東西短短幾句話，就為一個龐大項目奠定了一個良好的基調和發展方向，使X問世以來經久不衰，沒有這幾個原則是做不到的。

四．X-Window的功能

X-Window提供了一組非常底層的服務，客戶端程序發送請求給X-Window, X Window根據請求完成相應服務。通過這些服務，客戶端程序可以構建期望的用戶界面。根據不同的功能，可以把這些服務分為以下幾大類：

1、處理輸入

X-Window從鍵盤和鼠標接受輸入，這些輸入數據被當作”事件”傳送給適當的客戶端程序。至于哪個窗口應該接受到這些事件，是依賴于窗口管理器的（窗口管理器實際上也是一個客戶端），典型的事件包括按鍵，鼠標移動，鼠標按下/放開等。

輸入設備往往是與硬件平臺相關的，而且又是獨占資源，所以用X-Window管理是理所當然的。應用程序通常不需要關心具體的設備，只要處理相應的事件就行了，像mouse和筆點可能發出同樣的事件，而應用程序不用區分它們。輸入事件也可以通過XTest擴展，由軟件模擬出來的（通常用來實現軟件鍵盤）

2、按層次形組織窗口

X-Window提供服務讓客戶端程序創建/銷毀窗口，所謂的窗口就是屏幕上的矩形區域，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責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進行的，由窗口管理器根據用戶的行為決定。它請求X-Window做相應的動作，比如移動窗口，調整窗口的大小，改變窗口的前后關系等等。第一次接觸X-Window時，得知窗口管理器是一個普通的客戶端時，我覺得驚訝，這種設計真是太先進了，其實它正是遵循了提供機制而不是策略這一原則。

現在已經有很多窗口管理器的實現可用，它們提供不同的風格和功能，有的用于PC，有的用于嵌入式系統，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區域。

X-Winwod還會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，如果硬件支持相應的加速功能，就可以通過硬件實現，否則就用軟件實現。

4、提供文本和字體操作

X-Window提供了字體相關的操作。客戶端程序可以請求X-window在指定的區域用指定的字體顯示指定的字符串，當然在此之前應該請求X-window加載字體，加載后客戶端程序可以得到關于字體的一些信息。

實際上，這一功能由于客戶端字體繪制的流行，而大大弱化了，現在的字體差不多都是在客戶端繪制好后，再通過X Render擴展顯示到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，每個像素的色彩信息由RGB組合或者灰度值表示。根據顏色信息所需的數據位分為1、4、8、16、24及32位等，位數越高顏色越豐富，相應的數據量越大。其中使用1位表示一個像素顏色的位圖因為一個數據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組合數據位表示的的位圖稱為真彩色位圖。

視窗系統：

視窗系統（Windowing system） 是“使用視窗當作它的主要象征之一”的圖形使用者接口的構成元件。更為明確的說，是桌面環境的構成元件。視窗系統支撐著視窗管理員的實現（implementation）；對于“圖像硬件（graphics hardware）、指向裝置（pointing devices）比如鼠標與鍵盤等裝置”提供基本支持。繪制鼠標光標，一般也與視窗系統相關。

從程式設計師的觀點來看，視窗系統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。

視窗系統能讓電腦使用者同時與數個程式一起工作。每個程式在他自己的視窗中執行，也就是屏幕上的矩形之中。大部份的視窗系統允許視窗重疊，且提供使用者執行標準的操作，像是移動/改變視窗尺寸，把視窗送到前景/背景，和最小化/最大化一個視窗。

有些視窗系統，像是 X，有先進的能力比如網絡通透性，允許使用者在遠端機器上執行圖形的應用程式。

雅典娜工程：

雅典娜工程是MIT、DEC以及IBM的一個聯合工程，歷時八年，于1991年6月30日告一段落。該工程意圖建立一個計算機環境，容納多達一萬臺工作站，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傳遞上，看起來不會有大的區別。

這個工程產生了許多現在被廣為使用的技術，比如X Window System、Kerberos。雅典娜工程開發的其他技術包括Xaw部件工具箱、Zephyr通知服務、第一個即時通訊服務，以及Hesiod名，還有目錄服務。