2.1 Linux图形界面

Linux提供文本与图形两种使用环境。大多数Linux专业人员倾向于文本（命令行）界面，但是初学者往往更喜欢图形界面（GUI）。上一章介绍了Ubuntu特有的桌面环境Unity，这里进一步讲解Linux图形界面基本原理。

微软Windows是基于图形界面的操作系统，图形环境与内核紧密结合，如图2-1所示。Linux操作系统本身并没有图形界面，由X Window System为它提供图形界面解决方案，整个架构如图2-2所示。对Linux系统而言，X Window System并不是必需的，只是一个可选的应用程序组件，目前使用的是第11版，通常称之为X11。Linux的图形界面更灵活，可以根据需要选用不同的桌面环境。

2.1.1 X Window System

X Window System本身基于客户/服务器（C/S）模式，具有网络操作的透明性。如图2-3所示，X Window System由以下3部分构成。

● X Server：响应X Client程序的“请求”，建立窗口以及在窗口中绘出图形和文字。每一套显示设备只对应一个唯一的X Server。X Server只是一个普通的应用程序。

● X Client：作为X Server的客户端，向X Server发出请求以完成特定的窗口操作。X Client无法直接影响窗口或显示，只能请求X Server来完成。X Client是使用操作系统窗口功能的一些应用程序。

● 通信通道：负责X Server与X Client之间的通信。X Server和X Client可能位于同一台计算机上，也可能位于不同的计算机上，这需要通过网络进行通信，由相关网络协议提供支持。

X Client将希望显示的图形发送到X Server，X Server将图形显示在显示器上，同时为X Client提供鼠标、键盘的输入服务。

2.1.2 窗口管理器（Window Manager）

X Window System只是提供了建立窗口的一个标准，具体的窗口形式由窗口管理器决定。窗口管理器是X Window System的组成部分，用来控制窗口的外观，并提供与用户交互的方法。作为在X Server上运行的应用程序，窗口管理器为用户提供操作窗口程序的方法，主要用于管理应用程序窗口，如窗口移动、缩放、开关等，当然还要管理键盘和鼠标焦点。

窗口管理器是与X Server进行交互控制的服务器端程序，也可以将它看作是一种特殊的X客户端程序，其功能都是通过向X服务器发送命令来实现的。

窗口管理器不是一个具体的软件，而是一类软件。GNOME、KDE这样的桌面环境包含自己的窗口管理器。也有一些单独的窗口管理器，如FVWM、IceWM。不同窗口管理器有不同的使用习惯。GNOME默认的窗口管理器是Mutter，KDE使用的是KWin。在X Window System上可使用各种窗口管理器，常用的有TWM、FVWM、MWM、IceWM、Windows Maker、Sawfish等，可根据需要选择。

Metacity曾经是GNOME桌面环境下默认的复合窗口管理器。它由GTK+实现，能够与其他GTK+应用程序相融合。虽然Metacity是GNOME工程的一部分，并且被设计为集成进GNOME桌面，但它并不需要GNOME就能运行。同样GNOME也可以使用各种不同的窗口管理器，只要它们支持ICCCM规范。2011年，GNOME 3发布，Metacity被Mutter代替。

2.1.3 显示管理器（Display Manager）

显示管理器提供图形界面用户登录，用于验证用户身份，让用户登录到系统。图形界面由显示管理器启动，包括X Server。可以选择关闭显示管理器，通过命令行运行startx命令（或使用登录脚本）来启动X Server。系统启动之后第一个要启动的X Client程序是DM，DM也是一类软件，如XDM、KDM、GDM。

2.1.4 Widget库

Widget库定义一套图形用户界面的编程接口。应用程序开发人员通过调用该库来实现具体的用户界面，包括按钮、文本框、菜单、滚动条等。程序员不需要理解X Server的语言，由Widget库将调用提交给X Server即可。

2.1.5 桌面环境（Desktop Environment）

对于使用操作系统图形环境的用户来说，仅有窗口管理器提供的功能是不够的。为此，开发人员在窗口管理器的基础上，增加各种功能和应用程序，提供更为完善的图形用户环境，这就是桌面环境。作为一个整体的环境，它包括应用程序、窗口管理器、登录管理器，桌面程序、设置界面等。桌面环境将除X Server以外的各种与X有关的部件整合起来，用于呈现整个图形界面，不过图形输出处理却是由后台的X Server实现的。

Linux桌面环境实际上由一系列程序组成，工具条、面板等其实都是程序。一个完整的图形桌面环境至少包括一个会话程序、一个窗口管理器、一个面板和一个桌面程序。会话程序用于保证X图形组件的正常运行，用于启动窗口管理器等程序的运行，并作为这些程序的主进程。Linux通过xinit启动会话程序，在用户执行注销、重启、关机等操作之前它会一直保持运行。窗口管理器是提供管理窗口的显示隐藏、前后位置和大小的后台程序。面板提供用户交互，便于用户运行程序。桌面程序显示背景，位于显示的最底层，窗口和桌面上的各种面板控件都在其上一层显示。

目前主流的Linux桌面环境包括GNOME（GNU网络对象模型环境）、KDE（K桌面环境）、CFCE和LXDE。GNOME桌面环境具有很好的稳定性，是多数Linux发行版本（如RedHat）的默认桌面，它由桌面（包括其图标）、应用程序窗口、面板（包括顶部或底部面板）组成，如图2-4所示。KDE桌面环境与Windows界面比较接近，更加友好。Ubuntu现在默认使用的桌面环境是Unity。

2.1.6 Unity桌面环境

Unity是基于GNOME桌面环境的用户界面，由Canonical公司开发，主要用于Ubuntu操作系统。Ubuntu原来使用的是完整的GNOME桌面环境。由于Ubuntu创始人Mark Shuttleworth对用户体验的理念与GNOME团队不同，从Ubuntu 11.04起，Ubuntu使用Unity作为默认的用户界面，但Ubuntu仍然可以通过PPA（个人软件包档案）来安装GNOME。

与GNOME、KDE不同，Unity并非一个完整的桌面程序安装包，主要实现的是桌面环境的面板部分，窗口管理器等其他桌面环境要素采用了现有的方案。

Unity一开始基于和Gnome Shell相同的Mutter窗口管理器和Clutter图形工具库开发。Gnome Shell是GNOME 3的主要元件，它改革了GNOME桌面环境的操作，包括窗口管理、应用程序启动和工作空间管理的方式，为使用者提供一个全新方便易用的桌面管理方式。虽然底层的技术相似，但Unity用户界面完全是不同的实现，它并没有使用来自GNOME Shell的任何代码。后来Ubuntu Unity开始移植到Compiz，自Ubuntu 11.04之后，Ubuntu Unity桌面的基础就是Compiz。Compiz是基于OpenGL的混合型窗口管理器，可以在Linux桌面系统内提供3D桌面效果，以及类似于Mac OS X操作系统中所提供的许多桌面特效。这样，目前的Unity变成了Compiz窗口管理器的一个插件。

Unity主要被设计得可更高效地使用屏幕空间，与传统的桌面环境相比，消耗的系统资源更少。Unity环境打破了传统的GNOME面板配置。它的左边包括一个类似停靠栏（Dock）的启动器（Application Launcher）和任务管理面板，而顶面板则由应用程序指示器（Indicator）、窗口指示器和活动窗口的菜单栏组成。Unity桌面环境如图2-5所示。