X Window System

X-термінал — це виділене апаратне забезпечення, на якому виконується X-сервер і яке служить тонким клієнтом. Ця архітектура завоювала популярність при побудові недорогих термінальних парків, де багато користувачів одночасно використовують один великий сервер застосунків. Таке використання X Window System добре відповідає початковим намірам розробників з MIT.

X-термінали можуть вивчати мережу (в межах локального широкомовного домену) з використанням протоколу XDMCP, складаючи при цьому список вузлів мережі, з яких вони можуть запускати клієнтів. На початковому вузлі повинен виконуватися дисплейний менеджер X (англ. X display manager).

Зараз^[коли?] виділені (апаратні) X-термінали не користуються широкою популярністю: зазвичай персональний комп'ютер з X-сервером забезпечує ту ж функціональність при меншій вартості.

VESA Display Data Channel(DDC™) — стандарт обміну інформацією між монітором та графічною платою, що дозволяє монітору передавати дані про підтримувану роздільну здатність, частоти розгортки, виробника монітора і т. д. Модуль DDC підтримує версії 1 і 2 специфікації DDC. Відповідно до отриманих даних він встановлює основні параметри екрану або попереджує про невідповідність заданих користувачем параметрів.

X Resize, Rotate and Reflect Extension — розширення X-сервера, що реалізовує функції масштабування, повороту та відображення кореневого вікна. Використовується при зміні роздільної здатності, при динамічній заміні монітора (наприклад, при перемиканні з вбудованого екрану ноутбука на зовнішній монітор). Розсилає застосункам, що працюють, попередження про зміну конфігурації екрану.

X Rendering Extension надає функції для поєднання та виводу зображень на екран. Дозволяє обрізати зображення, накладати маску з кольорами з використанням альфа-каналу, використовувати різні фільтри, готувати й виводити текстову інформацію, а також відображати основні геометричні фігури.

Розширення Shape призначено для поліпшення вигляду інтерфейсу користувача. Серед його можливостей — відкидання тіні елементами інтерфейсу для створення ілюзії тривимірності, вікна та кнопки з округлими краями; можливість створювати різні фігури, відмінні від прямокутних.

Розширення Xinerama дозволяє представити декілька моніторів як один екран. З його допомогою можна виводити узгоджене зображення на великі екрани, складені з багатьох моніторів. Однак багато з існуючих в наш час віконних менеджерів не підтримують (або не повністю підтримують) специфікації Xinerama, і тому показують неадекватне зображення при використанні цього розширення.

X video extension — розширення, що дозволяє прискорити виведення відеофрагментів на екран із використанням можливостей графічної плати (а точніше — її драйвера), зменшуючи навантаження на центральний процесор. Багато графічних плат дозволяють виводити відеозображення у форматах кодування кольору YUV (YUY2, I420 і т. д.), які використовуються в стандартах систем аналогового кольорового телебачення PAL, SECAM, NTSC, не переводячи їх попередньо в формат передачі кольору екрана (RGB16/24/32), а також робити протилежне кодування. Розширення Xv надає інформацію про доступні графічні плати, кількість доступних портів (кожен порт може використовувати тільки один застосунок), підтримувані формати кодування кольору. Всю цю інформацію можна переглянути за допомогою утиліти xvinfo.

Сьогодні межа продуктивності графічних комп'ютерних систем пролягає в галузі найпередовіших графічних функцій. Виробники апаратного забезпечення, як правило, реалізують ці можливості у пропрієтарних драйверах, причому ці драйвери звичайно пишуться в першу чергу для систем Microsoft Windows (як для найрозповсюдженіших на ринку). Драйвери багатьох старих графічних плат піддалися зворотній розробці в рамках проєктів XFree86 та X.Org. Проте деякі виробники розглядають свої розробки в області високопродуктивного відео як комерційну таємницю, або ж як патентовані винаходи, які не хочуть розкривати.

Багато нинішніх реалізації X керують відеоапаратурою напряму. Нестійкий X-сервер може зробити дисплей непридатним до використання навіть тоді, коли сама операційна система продовжує нормально функціонувати. При цьому може знадобитися перезавантаження всієї системи. Технологія Direct Rendering Infrastructure (DRI) покликана усунути цю проблему.

X Window System навмисно не включає в себе специфікації інтерфейсу користувача, так само, як і більшої частини міжпрограмної взаємодії. Завдяки цьому виникли різноманітні інтерфейси, а також застосунки, що не завжди правильно працюють один з одним. Існує специфікація взаємодії клієнтів ICCCM, але вона відома як важка для правильної реалізації. Подальші спроби стандартизації (такі, як інструментарій Motif і середовище CDE) не виправили становища. Все це заважає як користувачам, так і програмістам. [5] В наш час^[коли?] розробники зазвичай домагаються єдиного стилю в застосунках, орієнтуючись на одне конкретне середовище стільниці або на конкретний інструментарій. Це також дозволяє уникнути безпосередньої роботи з ICCCM.

Протокол X не надає ніяких засобів для роботи зі звуком. Підтримка звукової апаратури та відтворення звуків покладається на операційну систему. Оскільки користувачам все частіше необхідний звук, ця ситуація призвела до появи різних несумісних один з одним звукових підсистем. У минулому багато програмістів ігнорували мережеві проблеми й просто використовували локальні звукові API операційної системи. До першого покоління клієнт-серверних звукових систем належать rplay та Network Audio System. Сучасніші системи — PulseAudio, esound в GNOME та aRts в KDE. Також розпочато розробку нової системи — Media Application Server.

До недавнього часу X Window System не містила доброго рішення для друку вмісту дисплеїв. Багато X-клієнтів друкують у форматі PostScript незалежно від X-сервера. Механізм Xprint уперше з'явився в X11R6.3; його клієнтська частина працювала добре, на відміну від багатьох серверних реалізацій. Версії X11R6.8 і вище функціонують нормально[6] і набирають популярність в інструментарії елементів інтерфейсу.

Станом на червень 2006-го в X Window System немає можливості відключити X-клієнт або сеанс від одного сервера та підключити його до іншого сервера (як у VNC). Робота з додавання цієї функції в X вже ведеться. Існують обхідні механізми (переглядачі VNC: 0), які роблять екран поточного X-сервера доступним через VNC. Або можна використовувати підключення X-клієнту до проксуючого X-сервера (xpra, guievict, xmove, lbxproxy).

Приклад тунелювання програми X11 поверх SSH

Дані, що передаються мережею між X-сервером і віддаленими X-клієнтами, зазвичай не шифруються. Зловмисник може за допомогою сніфера перехопити та прочитати ці дані. Для запобігання цьому, як правило, X тунелюють понад SSH. Більшість реалізацій SSH підтримує тунелювання X-застосунків, хоча іноді ці функції типово вимкнені.

Незалежність від апаратури та відділення клієнтів від серверів впливає на продуктивність системи. Мережева прозорість X вимагає, щоб клієнти і сервер працювали окремо один від одного. У минулому це істотно знижувало продуктивність окремо системи (порівняно з Microsoft Windows та Mac OS, де віконна підсистема вбудована глибоко в саму операційну систему). Для нормальної роботи X Window System рекомендувалося від 4 до 8 Мб оперативної пам'яті — значно більше (на ті часи), ніж для Windows або Mac OS.

Поточні версії Windows і Mac OS X мають внутрішній поділ графічної підсистеми, схожий на клієнт-серверний поділ в X, і мають приблизно ті ж вимоги до ресурсів, що й X з KDE або GNOME. Велика частина накладних витрат у X тепер припадає на затримку при передачі даних мережею між клієнтом і сервером. Існує поширений міф, згідно з яким при локальному використанні X Window System її мережеві можливості непотрібні й тому негативно позначаються на продуктивності. Насправді сучасні реалізації X використовують в такому разі локальні сокети та загальну пам'ять (напр. MIT-SHM), вимагаючи дуже незначних накладних витрат.

До появи X існувало кілька растрових дисплейних систем. Із Xerox прийшли Alto (1973) та Star (1981). В Apple були розроблені Lisa (1983) та Macintosh (1984). У світі UNIX існували термінал Blit Роба Пайка (1984) та проєкт Andrew (1982).

X отримала своє ім'я як спадкоємиця віконної системи W Window System (у латинському алфавіті буква X слідує відразу за буквою W). Система W працювала під управлінням операційної системи V. W використовувала мережевий протокол з підтримкою термінальних та графічних вікон, при цьому сервер підтримував списки дисплеїв.

Первісна ідея X Window System виникла в Массачусетському технологічному інституті (MIT) в 1984 у в результаті співробітництва Джима Геттіса (з проєкту Athena ) та Боба Шейфлера (з лабораторії інформатики MIT). Шейфлеру було необхідно придатне до використання дисплейне середовище для зневадження системи Argus. Проєкт Athena (спільний проєкт DEC, MIT і IBM з надання легкого доступу до комп'ютерів для студентів) потребував платформо-незалежного графічного рішення, щоб з'єднати воєдино свої гетерогенні системи, що складаються з продуктів різних постачальників. У той час в рамках проєкту Andrew в університеті Карнегі-Меллон велася робота над віконною системою, але для неї не були доступні ліцензії, а альтернатив не існувало.

Проєкт вирішив ці проблеми шляхом створення протоколу, який підтримував як локальні програми, так і виклик віддалених програм. У середині 1983-го початковий порт W на UNIX працював у п'ять разів повільніше, ніж в системі V. У травні 1984 року Шейфлер замінив синхронний протокол на асинхронний, а списки дисплеїв — на безпосереднє виведення графіки. Таким чином вийшла X Window System версії 1.x, одна з перших віконних систем, які забезпечують незалежність від апаратного забезпечення.

Шейфлер, Геттіс і Рон Ньюмен приступили до роботи; X стала швидко розвиватися. У січні 1985-го року була випущена версія 6. Компанія DEC, яка в той час готувалася до випуску своєї першої робочої станції Ultrix, вирішила, що X — єдина віконна система, яка може бути завершена до потрібного терміну. Інженери DEC портувати X6 на дисплей QVSS на MicroVAX.

У другому кварталі 1985 року в X була реалізована підтримка кольорів для роботи під DEC VAXstation-II/GPX. Ця версія стала відома як версія 9. Раніше MIT ліцензував X6 деяким стороннім групами за плату. Однак тепер було вирішено поширювати X9 і майбутні версії вільно — на умовах, які отримали назву ліцензії MIT. X9 з'явилася у вересні 1985 року.

Група з Браунського університету портувала версію 9 на IBM RT/PC, але проблеми при читанні невпорядкованих даних на RT призвели до несумісних змін в протоколі, в результаті чого в кінці 1985 була випущена версія 10. До 1986-го з зовнішніх організацій почали надходити запити на використання X. Випуск X10R2 відбувся в січні 1986 року, X10R3 — у лютому. X10R3 стала першою версією, яка отримала широке поширення; DEC і Hewlett-Packard випускали засновані на ній продукти. Інші групи портувати X10 на Apollo і на робочі станції Sun, і навіть на IBM PC AT. У той же час на виставці Autofact були проведені демонстрації першого комерційного застосунку на основі X — інженерної системи, що працює на VAX і відображалася на персональних комп'ютерах з X-сервером. Остання версія X10 — X10R4 — з'явилася в грудні 1986 року.

Хоча X10 володіла цікавою та потужною функціональністю, стало очевидно, що протокол X бажано зробити менш залежним від апаратури до того, як X Window System стане занадто широко поширеною. Однак MIT поодинці не впорався б з настільки великими змінами в протоколі. Смоук Уоллес з лабораторії DEC WSL і Джим Геттіс запропонували DEC WSL зайнятися розробкою X11 і зробити її вільно розповсюджується на тих же умовах, що X9 і X10. Цей процес почався в травні 1986 року, протокол був готовий у серпні. Альфа-тестування програмного забезпечення почалося в лютому 1987-го; бета-тестування — у травні. Нарешті, 15 вересня 1987 X11 була офіційно випущена.

Дизайн протоколу X11, яким керував Шейфлер, широко обговорювалося у відкритих списках розсилки раннього Інтернету. Таким чином, X можна вважати одним з перших великомасштабних проєктів по створенню вільного програмного забезпечення.

DECwindows CDE в OpenVMS 7.3-1

В 1987-му, коли успіх X11 став очевидним, MIT побажав відмовитися від подальшого управління проєктом X. Однак на зборах дев'яти постачальників, що відбувся в червні 1987 року, постачальники повідомили MIT, що необхідна нейтральна сторона, яка б запобігла розпаду X на ринку. У січні 1988-го була сформована некомерційна група під назвою Consortium X MIT (англ. MIT X Consortium). Її метою було управління подальшою розробкою X в нейтральній атмосфері, з урахуванням як комерційних, так і освітніх інтересів. Директором Консорціуму став Шейфлер. Джим Фултон і Кейт Паккард приєдналися як старші розробники в січні та березні 1988 року відповідно. При цьому Джим працював в основному над Xlib, шрифтами, віконними менеджерами та утилітами; а Кейт займався переробленням сервера. Донна Конверс і Кріс Петерсон приєдналися пізніше в тому ж році; їх зусилля були зосереджені в галузі інструментаріїв та наборів елементів інтерфейсу; вони працювали в тісному зв'язку з Ральфом Свіком з проєкту Athena інституту MIT. Консорціум X MIT випустив кілька істотних оновлень до X11. Перше з них (X11R2) вийшло в лютому 1988 року.

В 1993 році був сформований наступник Consortium X MIT — некомерційна корпорація X Consortium, Inc. Під її керівництвом 16 травня 1994 року була випущена версія X11R6. В 1995 році корпорація взяла на себе управління розробкою інструментарію Motif та середовища CDE для UNIX-систем. X Consortium розпалася в кінці 1996-го, випустивши останню версію, X11R6.3, і залишивши після себе зростаючий комерційний вплив у розробці.[8] [9]

У середині 1997 року X Consortium передав керівництво проєктом X організації The Open Group, утвореної в 1996-му в результаті злиття Open Software Foundation та X/Open.

The Open Group випустила X11R6.4 на початку 1998 року. У цій версії було вирішено відмовитися від традиційної ліберальної ліцензії, оскільки The Open Group бажала забезпечити фінансову підтримку розробки X.[10] Нові умови не дозволяли багатьом проєктам (наприклад, XFree86) і навіть деяким комерційним постачальникам прийняти цю версію. Після погроз зробити форк з боку XFree86.[11] The Open Group змінила умови розповсюдження X11R6.4 назад на традиційну ліцензію у вересні 1998 року.[12] Останнім випуском під керівництвом The Open Group став X11R6.4 patch 3.

Проєкт XFree86 виник у 1992 році із сервера X386 для IBM PC-сумісних комп'ютерів. X386 був написаний Томасом Роеллом і Марком Снітілі, пожертвуваний Консорціуму X MIT компанією Snitily Graphics Consulting Services (SGCS) і включений до складу X11R5 в 1991році. З часом XFree86 перетворився з просто окремо взятого порту X в провідну й найпопулярнішу реалізацію системи, і став де-факто керувати розробкою X.[13]

У травні 1999 року The Open Group заснувала X. Org. X. Org контролювала випуск версій X11R6.5.1 і вище. У цей час розробка X практично зупинилася[14]; технічні інновації відбувалися в основному в рамках проєкту XFree86.[15] У 1999 році команда XFree86 увійшла до складу X. Org як почесний член[16], чому сприяли різні компанії-виробники апаратного забезпечення[17], зацікавлені у використанні XFree86 разом з GNU/Linux і в його статусі як найпопулярнішої версії X.

Аж до 2003 року, поки популярність GNU/Linux (і, як наслідок, поширеність X) зростала, X. Org не діяла[18], й основна розробка відбувалася в XFree86. Проєкт XFree86 страждав від занадто закритою моделі розробки: програмісти не могли отримати доступ на запис в CVS-репозитарій, і постачальникам доводилося підтримувати великі набори патчів.[19] У березні 2003 року організація XFree86 виключила Кейта Паккарда, який приєднався до XFree86 після розпаду Консорціуму X MIT; зроблено це було у вельми недружній обстановці.[20][21][22]

X. Org і XFree86 почали обговорювати реорганізацію, щоб забезпечити повноцінну розробку X.[23][24][25] Джим Геттіс наполягав на переході до відкритої моделі розробки принаймні з 2000 року. [9] Геттіс, Паккард і інші почали докладно обговорювати зміни, які потрібно внести для переходу до ефективної відкритої розробки X.

Нарешті, в лютому 2004 року проєкт XFree86 випустив версію 4.4 під обмеженішою ліцензією: у неї був доданий пункт, аналогічний рекламному пункту (англ. advertising clause) оригінальної ліцензії BSD. Багато проєктів, що покладалися на X, вважають таку ліцензію неприйнятною. FSF та Debian визнали доданий пункт несумісним з умовами GNU GPL.[26] Інші групи (наприклад, OpenBSD) вважали, що накладення додаткових ліцензійних обмежень суперечить "споконвічному духу" X. Через ці ліцензійні проблеми, на тлі закритості XFree86 склалася відповідна атмосфера для створення форку.

На початку 2004 а представники X.Org та freedesktop.org заснували фонд X.Org Foundation. The Open Group передала йому управління доменним ім'ям x.org . Це стало корінною зміною в розробці X. У той час як розпорядники X з 1988 року (включаючи попередню X. Org) були організаціями постачальників, X. Org Foundation був заснований самими розробниками програмного забезпечення, і в ньому використовувалася відкрита модель розробки, що опирається на вклад ззовні. Було відкрито членство для приватних осіб, а корпоративне членство представлено у вигляді спонсорства. В наш час^[коли?] фонд X. Org Foundation підтримується декількома великими корпораціями, такими, як Hewlett-Packard та Sun Microsystems.

Фонд випустив X11R6.7 — X.Org Server — у квітні 2004 року. Ця версія була заснована на XFree86 4.4RC2 (останньої версії XFree86, випущеної під старою ліцензією), з доданими змінами X11R6.6. Завдяки впровадженню відкритої моделі розробки та збереженню сумісності з GNU GPL проєкт привернув багатьох колишніх розробників XFree86.[26]

X11R6.8 вийшла у вересні 2004 року. До неї було включено значні нововведення, в тому числі попередня підтримка прозорих вікон й інших складних візуальних ефектів, екранних луп та мініатюр, а також засоби для інтеграції з тривимірними дисплейними системами (такими, як проєкт Looking Glass від Sun і проєкт Croquet). Політику зовнішнього вигляду надають сторонні застосунки, які називають композитними менеджерами вікон (англ. compositing window managers).