X window system(X11)
自从17年将开发主力系统切换为Linux之后，遇到了很多和X11相关的问题，因此就抽时间梳理了一下相关的内容。
X11 是一个协议，它规定了Xserver和Xclient通信的方式，给GUI程序提供了使用显示器，显卡，键盘，鼠标等设备的能力。
Xserver 是实现了X11服务端协议的进程，比如 Xorg 程序，它负责维护一个 Display（=显示器+鼠标+键盘+显卡），允许 Xclient 程序使用这个 Display。它把它维护的 Display 包装成服务提供给 Xclient 程序使用，所以它是 server 端。既然是 server 端，它当然允许远程任意设备上的 Xclient 程序来连接它，使用它提供的显示服务。比如运行在 A 设备上的 firefox 进程，可以连接 B 设备的 Xserver，从而将界面显示在 B 设备上。
Xclient 是能够使用 X11 协议和 Xserver 通信的程序，比如常见的所有 Linux 上的 GUI 程序，firefox,chrome等。
在 AB 两台设备上使用 X11 的示意图如下，图上显示在 A 电脑上启动 firefox 程序，其界面显示在 B 电脑上。这里用两台电脑做演示是为了让你体会 程序的界面和程序的执行是独立的，当 A,B 合二为一的时候，原理不变。
在这个例子中，A 电脑提供了 firefox 程序运行所需要的 CPU，内存等资源，B 电脑提供了 firefox 程序界面需要的显示服务，包括显示器，键盘，鼠标。
X11支持扩展，其中最重要的一个扩展是 GLX 扩展，它允许X11客户端自行渲染客户端的内容（比如使用OpenGL），而不用将全部的渲染都经过X服务器。也是因为有了这个扩展，Linux上的应用才能使用GPU硬件加速的UI渲染。
手动启动Xserver
发行版系统的Xserver一般是由DM来启动的，可以查看相关DM的说明文档了解详细信息。
关于在发行版中 Xserver 的启动流程可以参考 Linux 桌面GUI及其启动流程。
单独的Xserver启动后你会看到一个全黑的屏幕，因为没有任何Xcient程序运行，所有的界面都需要Xclient程序来提供，发行版中的整个DE界面都是Xclient程序。
手动启动Xserver的方式由很多，下面一一介绍。
手动最直接启动Xserver的方法是直接使用 X 命令，下面是一个例子。
在 10 号本地display中启动X，显示在vt8中，最后一个Xclient退出后自动结束Xserver，2秒后在10号display中显示xterm程序，命令如下：
sudo X :10 -terminate vt8 & sleep 2 ; DISPLAY=:10 xterm
通过xinit程序启动Xserver：
sudo xinit /usr/bin/xterm -display :10 -- -terminate vt8 :10
注意：通过xinit 启动的Xclient默认在0号display显示。
如果xinit不添加任何参数，则会查找~目录下的.xinitrc脚本文件，具体查看man xinit。
通过startx脚本启动Xserver:
sudo startx /usr/bin/xterm -- -terminate vt8 :10
注意：通过startx启动的Xclient会在新启动的display中的显示。
startx 不一定要在sudo权限下运行，他可以处理权限相关内容，参见下文的 xauth 。
启动一个允许远程 Xclient 连接的 Xserver
首先使用 Ctrl+Shift+F1 切换到 tty1。
然后运行以下命令：
startx /usr/bin/mate-session -- X :1 vt5 -listen tcp -terminate
以上命令中的
--之前的参数是Xclient的参数，--之后的参数是传给Xserver的参数。
然后在任意终端中运行xhost来添加连接权限：
DISPLAY=:1 xhost +
然后就可以在任意设备上运行Xclient程序并且显示在本机(192.168.1.4)上：
DISPLAY=192.168.1.4:1 firefox
为了方便调试XClient和Xserver，可以使用Xnest命令来启动一个嵌套在当前Xserver中的虚拟Xserver，它会把其中运行的所有程序的X请求转发到当前的Xserver中:
startx /usr/bin/xterm -- /usr/bin/Xnest :10 -terminate
类似的功能也可以使用Xephyr程序。
Xorg的启动日志在 ~/.local/share/xorg/Xorg.<Display>.log 文件中。
启动session的配置在 /user/share/xsession/* 目录下。
X11的配置在 /etc/X11/* 目录下。
任何的XServer启动后都会在 /tmp/.X11-***/ 目录下创建一个相应display的文件，记录了Xserver的pid。同时会有一个/tmp/X*** 的目录记录相应display的信息。可以通过这些来查看当前系统上启动的所有Xserver。
在X11中，所有选中的内容，都可以通过单击中键粘贴。
Xorg 提供的管理工具：
xdpyinfo查看Display的信息。xwininfo查看窗口信息，包括窗口树。xset查看及设置Xserver的信息。xkill结束一个Xclient。xwd截图。xwud查看截图.xrefresh重绘所有Xclient。xrandr --query查看当前的屏幕信息。-
xhost用来设置当前的Xserver是否允许远程的xclient连接。如果要允许本机display 1显示远程的Xclient，则执行下面的命令，注意这会关闭在display1上连接认证，从而允许所有的设备连接display1。DISPLAY=:1 xhost +
以下工具常用来辅助X11程序的开发及测试，他们都“实现”了X11协议，可以理解为一个Xserver。
Xnest创建一个窗口作为DISPLAY，它把其上运行的Xclient对Xserver的请求重定向到本机已有的Xserver上。Xephyr类似Xnest，但是不进行重定向，它自己实现了Xserver，会将Xclient显示在一个窗口中。
Xvnc
同时提供Xserver和vnc server，但是其中的Xserver不和物理Display关联，只能通过vnc client来查看。
Xvnc :1 -rfbauth <passwd-file> 在Display1上启动Xvnc，并指定密钥文件，其他端可以通过 gvncviewer <ip>:1 来连接，可以看到系统登陆界面以及正常登陆DE。
X11vnc
提供 vnc server，当vncclient连接后可以看到本机的X11画面，并允许远程控制；同WinVNC；
x11vnc -display :1 在Display1上等待vnc连接，客户端使用gvncviewer <ip>:1 来连接，可以看到系统当前Display0的画面。
Xvfb 纯软件的 Xserver，不和物理Display关联，通过xwd可以截图查看内容。
xauth
X提供了 MIT-MAGICCOOKIE-1 协议用来实现基于 ~/.Xauthority 的安全认证。
为了让这种机制能够用于认证远程主机，又提供了 XDM-AUTHORIZATION-1 协议，主要是为了避免要把 MAGICCOOKIE 进行网络传输才能认证远程主机，从而提高安全性。
xauth 命令可以用于操作.Xauthority文件；
xcookie 可以用于生成cookie字符串；
~/.Xauthority 文件（DM可能使用不同文件，可以通过Xorg的启动参数查看）记录了连接当前Xserver可以使用的cookie。在启动Xserver的时候通过 -auth 参数可以指定该文件的位置，只要指定了该文件则Xserver启动时就不需要是root权限。
~/.Xauthority 文件同时也是Xclient连接Xserver时需要使用的文件，它会获取其中的cookie用于认证。（它的位置也可以改变）
所以对于Xclient只要在本机中的~/.Xauthority文件中写入了有了远程Xserver对应Xauthority文件中的cookie值，本机的Xclient就可以连接远程的Xserver了，这会忽略xhost安全机制。
XDMCP(X Display Manager Control Protocol)
XDMCP 是一个独立于X11的协议，它用于支持用户登陆一个远程的session，可以配合Xephyr作为远程登陆来使用。
一般来讲DM作为XDMCPserver，而Xorg作为XDMCP的client，因此使用Xserver的-query参数可以让X连接远程的session，可以显示远程的登陆界面，远程的WM,DE等。
大多数的DM默认这个功能是被关闭的，要配置DM开启XDMCPserver才能用。
lightDM
lightDM 是目前Ubuntu,Manjaro-mate等系统默认使用的DM。
lightdm 配置文件的路径：
/usr/share/lightdm/
/etc/lightdm/
配置文件可以分功能分文件写，也可以写在一个文件中。
日志文件在 /var/log/lightdm。
一般 lightdm 都是被init系统作为一个系统服务启动，可以通过service或者systemctl命令来控制lightdm服务的启停。
这里有一份lightdm支持的配置选项列表：
https://askubuntu.com/questions/140471/is-there-a-list-of-all-the-possible-configuration-options-for-lightdm
其中xserver-allow-tcp用于控制是否允许Xserver以监听tcp连接；
[XDMCPServer] 节点用于控制XDMCPServer；
[VNCServer] 节点用于控制VNCServer；
ArchWiki上的文档也值得一看: https://wiki.archlinux.org/index.php/LightDM
Display
display: 包括鼠标，键盘，显卡，显示器等设备的一个集合，每一个display都最多对应一个Xserver，Xclient可以连接到这些display，display的唯一标识称为 display specification(displayspec)，格式如下：
host:display-number[.screen]
比如:
:0 使用本地unix/socket方式连接的 0 号 display.
localhost:2 使用tcp连接的本地 2 号display.
1.2.3.34:5.0 使用tcp连接的IP为1.2.3.34机器上的 5 号display 的 0 号 screen.
Xclient程序在启动的时候可以通过DISPLAY环境变量来指定要连接的display,比如：
DISPLAY=:3 firefox 在本地3号display上显示程序firefox。
每一个Xserver启动后都会占用一个TCP端口，用来监听客户端的连接，监听端口号为 6000+display,比如，:0 号display的TCP端口号为6000+0=6000，以此类推。
X11之所以还在v11,可能是因为它提供了较好的扩展机制，很多新功能都通过扩展实现了。
由于显卡相对于其他硬件太过复杂，几乎不可能定义一套通用的接口以供应用程序使用，因此，Linux给与Xserver完全管控显卡的能力，虽然部分显卡驱动提供一些内核模块来配合Xserver的工作。
Virtual Terminals(VT)
Linux提供virtual terminal(virtual console)的机制，用来实现虚拟显卡。
每一个display同一时间只能和一个VT关联，每一个VT可以处于不同的模式，比如有的处于字符界面，有的处于GUI界面。用Ctrl+Alt+Fx来切换VT，默认情况下Linux开机后就创建7个被占用的VT，VT1-VT7，默认的Xorg使用VT7。一般系统一共会创建63个VT，可以 ls /dev/ttyN 查看，每一个ttyN都是一个VT。
如果VT处于字符界面，可以通过 Alt+Fx 来切换到其他VT，或者通过 Alt+LeftArrow 来切换到上一个VT。
也可以通过chvt或者switchto命令来用命令切换VT。
使用tty命令可以查看当前使用的tty。
使用 openvt 命令可以在其他VT中运行指定程序。tty8-tty63默认情况下不会运行任何程序，因此切换过去是空白的字符界面。VT8默认是第一个没有被占用的终端（错误！）。init程序负责配置tty1-tty7,一般使用agetty作为字符界面的登陆程序。
/dev/tty0和/dev/tty和/dev/console指向当前tty，跟随当前tty变化而变化。通过ps命令可以查看进程所属的tty。
runlevel
可以通过内核参数来设定init启动的runlevel级别，也可以通过执行init x 来切换到指定的runlevel。一般情况下用户所在的runlevel是5。
参考文档：