在 Linux 和其他 Unix 系统中,存在 X11 与 Wayland 这两种显示服务器协议,它们承担着处理窗口绘制以及用户交互的职责,同时也定义了应用程序与显示服务器的通信方式,并对窗口系统的行为起着决定性作用。
X11(又称 X Window System)是 UNIX 操作系统下应用最为广泛的显示服务器协议。它诞生于 20 世纪 80 年代,历经数十年,已然成为 Linux 和 UNIX 系统的标准窗口系统。
- 客户端 - 服务器模型:采用客户端 - 服务器架构,应用程序作为客户端,而 X 服务器负责屏幕绘图与用户输入相关处理。X 服务器可运行在本地或远程机器上,这使得在不同计算机上对应用程序进行显示和控制成为可能。
- 网络透明性:其显著特点之一就是网络透明性,客户端(应用程序)能在远程机器运行,X 服务器置于本地机器,借助网络传输图形请求与用户输入,进而实现远程显示功能。
- 过时的设计:设计较为复杂,包含诸多过时功能,像远程显示支持在现代桌面环境中鲜少被用到。并且其代码基础庞大,维护难度高,这也致使它在性能与安全性方面存在一定不足。
- 扩展性:可通过扩展实现诸多功能,例如 3D 图形加速、触摸输入、窗口特效等,不过这也让系统复杂性增加,带来了一定的性能负担。
- Compositing(合成管理器):利用合成管理器绘制窗口,每个应用程序将自身内容发至 X 服务器,再由 X 服务器把所有窗口组合成完整画面,由此产生了额外的延迟与性能开销。
- 优点:具备网络透明性,可远程运行并显示应用;有着广泛的生态系统,几乎能支持所有 Linux 和 UNIX 桌面环境。
- 缺点:设计复杂陈旧,维护困难;存在性能和延迟问题,特别是在合成与绘图方面;安全性较低,应用程序可访问或干扰其他应用程序的窗口内容。
Wayland 是一种相较 X11 更为现代、简洁的显示服务器协议,开发于 2008 年,旨在取代 X11,克服其在性能、延迟以及安全性方面存在的问题,目标是简化窗口系统架构,减少延迟并提升安全性。
- 无中介的通信:不存在单独的显示服务器处理窗口和输入,应用程序直接与 compositor(合成器)通信,合成器负责管理窗口位置、输入事件以及合成整个屏幕内容,有别于 X11 通过中介 X 服务器的方式。
- 更少的延迟:因应用程序直接与合成器交互,不存在 X11 那样复杂的协议栈,所以延迟更低,性能表现更佳。
- 更好的安全性:应用程序之间的隔离性更强,彼此无法直接访问或控制对方的窗口内容,有效提高了系统安全性。
- 简化的设计:设计更为简洁,去除了 X11 中的诸多遗留特性与复杂扩展机制,更易于维护,且能更好地与现代硬件及图形加速功能相结合。
- 本地合成:本身就是合成管理器,可直接控制窗口绘制,无需像 X11 那样依赖外部合成管理器,从而减少延迟,提升图形渲染的流畅性。
- 优点:架构更现代、简洁,易于维护;延迟更低,性能更好,尤其在动画和窗口切换时表现突出;安全性更高,应用程序间隔离性强。
- 缺点:网络透明性欠佳,不像 X11 内置远程显示功能,不过可借助第三方工具实现;应用和桌面环境对其支持程度不如 X11 广泛,尽管如今不少主流桌面环境(如 GNOME 和 KDE Plasma)已支持 Wayland,但部分老旧或特定应用程序仍依赖 X11。
- 架构方面:X11 为客户端 - 服务器架构,应用程序需通过 X 服务器处理图形输出;而 Wayland 则是客户端直接与合成器通信,不存在中介。
- 延迟方面:Wayland 架构更简洁,相比 X11 减少了诸多延迟,特别是在合成和窗口渲染环节。
- 网络透明性方面:X11 支持通过网络远程显示应用程序,Wayland 却不直接支持,必须借助其他工具(如 VNC、RDP)来实现。
- 安全性方面:Wayland 安全性更佳,能防止应用程序相互干扰;X11 因设计原因,应用程序可轻易访问其他应用程序的窗口内容。
- 兼容性方面:X11 历史更悠久,支持更为广泛,很多应用程序和工具仍依赖它;Wayland 尚在逐步推广,虽然 GNOME 和 KDE 已对其有良好支持,但整体覆盖范围仍不及 X11。
X11 作为有着长久历史、功能强大的窗口系统协议,其设计已显过时,存在性能与安全方面的问题。而 Wayland 是为解决这些问题所打造的更为现代的协议,有着更好的性能和安全性,不过在兼容性以及网络功能的广泛程度上,目前还比不上 X11。至于选择哪种协议,往往要依据桌面环境、应用程序需求以及系统性能要求等来综合考量。
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