x11 gtk qt gnome kde 之间的区别和联系

news2024/11/25 18:54:49

Linux 下的图形库介绍

一、Linux 图形领域的基础设施 
1.1 X Window 

X Window从逻辑上分为三层:X Server、X Client和X协议。

最底层的X Server(X服务器)主要处理输入/输出信息并维护相关资源,它接受来自键盘、鼠标的操作并将它交给X Client(X客户端)作出反馈,而由X Client传来的输出信息也由它来负责输出;

最上层的X Client则提供一个完整的GUI界面,负责与用户的直接交互(KDE、GNOME都是一个X Client)。

X协议则是衔接X Server与X Client的通讯协议,它的任务是充当这两者的沟通管道。尽管UNIX厂商采用相同的X Window,但终端的X Client并不相同。

XFree86是X Window系统的一个开源的实现。它主要运行于Unix以及类Unix操作系统上。XFree86在显示硬件(鼠标、键盘以及显卡)与桌面环境(也就是窗口管理器)之间提供了一个Client/Server接口。

1.2 SVGALib 
SVGALib是Linux下的底层图形库,也是Linux系统中最早出现的非X图形支持库,它支持标准的VGA图形模式和一些其他的模式,SVGALib的缺点是程序必须以root权限登录,并且它是基于图形卡的,所以不是所有的硬件都支持它。
自从framebuffer这个孪生姐妹诞生后,许多软件由只支持SVGALib变为同时支持两者,甚至一些流行的高层函数库如QT 和GTK只支持Framebuffer,作为一个老的图形支持库,SVGALib目前的应用范围越来越小,尤其是在 Linux 内核增加了FrameBuffer驱动支持之后。


1.3 FrameBuffer 
FrameBuffer是出现在Linux 2.2.xx内核当中的一种驱动程序接口。这种接口将显示设备抽象为帧缓冲区。用户可以将它看成是显示内存的一个映像,将其映射到进程地址空间之后,就可以直接对显存进行读写操作,而写操作可以立即反映在屏幕上。该驱动程序的设备文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1 等等。
在应用程序中,一般通过将FrameBuffer设备映射到进程地址空间的方式
来使用,比如下面的程序就打开/dev/fb0设备,并通过mmap系统调用进行地址映射,随后用memset将屏幕清空(这里假设显示模式是1024x766-8位色模式线性内存模式):

FrameBuffer设备还提供了若干ioctl命令,通过这些命令,可以获得显示
设备的一些固定信息(比如显示内存大小)、与显示模式相关的可变信息(比如分辨率、象素结构、每扫描线的字节宽度),以及伪彩色模式下的调色板信息等等。
FrameBuffer 实际上只是一个提供显示内存和显示芯片寄存器从物理内存映
射到进程地址空间中的设备。所以,对于应用程序而言,如果希望在 FrameBuf
之上进行图形编程,还需要完成其他许多工作。FrameBuffer 就像一张画布,用什么样子的画笔,如何画画,还需要你自己动手完成。


1.4 LibGGI 
LibGGI试图建立一个一般性的图形接口,而这个抽象接口连同相关的输入(鼠标、键盘、游戏杆等)抽象接口一起,可以方便地运行在X Window、SVGALib、FrameBuffer等等之上。建立在LibGGI之上的应用程序,不需重新编译,就可以在上述这些底层图形接口上运行。但不知何故,LibGGI的发展几乎停滞。 


二、Linux 图形领域的高级函数库 

2.1 Xlib及其他相关函数库 
  在X Window系统中进行图形编程时,可以选择直接使用Xlib。Xlib实际上是对底层X协议的封装,可通过该函数库进行一般的图形输出。如果你的X Server支持DGA,则可以通过DGA扩展直接访问显示设备,从而获得加速支持。对一般用户而言,由于Xlib的接口太原始而且复杂,因此一般的图形程序选择其他高级一些的图形库作为基础。比如GTK、QT 等等。这两个函数库同时还是一些高级的图形用户界面的支持函数库。由于种种原因,GTK、QT等函数库存在庞大、占用系统资源多的问题,不太适合在嵌入式系统中使用。这时,你可以选择使用 FLTK,这是一个轻量级的图形函数库,但它的主要功能集中在用户界面上,提供了较为丰富的控件集。 

2.2 SDL 
  SDL(Simple DirectMedia Layer)是一个跨平台的多媒体游戏支持库。其中包含了对图形、声音、游戏杆、线程等等的支持,目前可以运行在许多平台上,其中包括 X Window、X Window with DGA、Linux FrameBuffer控制台、Linux SVGALib,以及Windows DirectX、BeOS 等等。 
  因为SDL是专门为游戏和多媒体应用而设计开发,所以它对图形的支持非常优秀,尤其是高级图形能力,比如Alpha混和、透明处理、YUV覆盖、Gamma 校正等等。而且在SDL环境中能够非常方便地加载支持OpenGL的Mesa库,从而提供对二维和三维图形的支持。 
  可以说,SDL是编写跨平台游戏和多媒体应用的最佳平台,也的确得到了广泛应用。相关信息,可参阅 Simple DirectMedia Layer - Homepage。 

2.3 Allegro
  Allegro是一个专门为x86平台设计的游戏图形库。最初的Allegro运行在 DOS环境下,而目前可运行在Linux FrameBuffer控制台、Linux SVGALib、X Window等系统上。Allegro提供了一些丰富的图形功能,包括矩形填充和样条曲线生成等等,而且具有较好的三维图形显示能力。由于Allegro的许多关键代码是采用汇编编写的,所以该函数库具有运行速度快、资源占用少的特点。然而,Allegro也存在如下缺点: 
1)对线程的支持较差。Allegro的许多函数是非线程安全的,不能同时在两个以上的线程中使用。 
2)对硬件加速能力的支持不足,在设计上没有为硬件加速提供接口。 
有关 Allegro 的进一步信息,可参阅Main。 

2.4 Mesa3D
  Mesa3D是一个兼容OpenGL规范的开放源码函数库,是目前Linux上提供专业三维图形支持的惟一选择。Mesa3D同时也是一个跨平台的函数库,能够运行在X Window、X Window with DGA、BeOS、Linux SVGALib 等平台上。 
有关 Mesa3D 的进一步信息,可参阅 Home — The Mesa 3D Graphics Library。 

2.5 DirectFB
  DirectFB是专注于Linux FrameBuffer硬件加速的一个图形库,并试图建立一个兼容GTK的嵌入式GUI系统。它以可装载函数库的形式提供对加速 FrameBuffer驱动程序的支持。目前,该函数库正在开发之中(最新版本 0.9.97),详情可见 http://www.directfb.org/。

三、面向嵌入式Linux系统的图形用户界面 
3.1 MicoroWindows/NanoX
  MicroWindows(Greg Haerr's Nano-X Window System Page (previously Microwindows))是一个开放源码的项目,目前由美国Century Software公司主持开发。该项目的开发一度非常活跃,国内也有人参与了其中的开发,并编写了GB2312等字符集的支持。但在 Qt/Embedded发布以来,该项目变得不太活跃,并长时间停留在0.89Pre7版本。可以说,以开放源码形势发展的MicroWindows项目,已基本停滞。 
  MicroWindows是一个典型的基于客户/服务器体系结构的GUI系统,基本分为三层。最底层是面向图形输出和键盘、鼠标或触摸屏的驱动程序;中间层提供底层硬件的抽象接口,并进行窗口管理;最高层分别提供兼容于X Window和 Windows CE(Win32 子集)的API。 
  该项目的主要特色在于提供了类似X的客户/服务器体系结构,并提供了相对完善的图形功能,包括一些高级的功能,比如Alpha混合,三维支持,TrueType 字体支持等。但需要注意的是,MicroWindows的图形引擎存在许多问题,可以归纳如下: 
1)无任何硬件加速能力。 
2)图形引擎中存在许多低效算法,同时未经任何优化。比如在直线或者圆弧绘图函数中,存在低效的逐点判断剪切的问题。 
3)代码质量较差。由于该项目缺少一个强有力的核心代码维护人员,因此代码质量参差不齐,影响整体系统稳定性。这也是MicroWindows长时间停留在 0.89Pre7 版本上的原因。 
  MicroWindows 采用MPL条款发布(该条款基本类似 LGPL 条款)。 

3.2 OpenGUI
  OpenGUI(Official OpenGUI home page)在Linux系统上存在已经很长时间了。最初的名字叫FastGL,只支持256色的线性显存模式,但目前也支持其他显示模式,并且支持多种操作系统平台,比如 MS-DOS、QNX 和Linux等等,不过目前只支持x86硬件平台。OpenGUI也分为三层。最低层是由汇编编写的快速图形引擎;中间层提供了图形绘制API,包括线条、矩形、圆弧等,并且兼容于 Borland的BGI API。第三层用C++编写,提供了完整的GUI对象集。 
  OpenGUI采用LGPL条款发布。OpenGUI比较适合于基于x86平台的实时系统,可移植性稍差,目前的发展也基本停滞。 

3.3 Qt/Embedded
  Qt/Embedded是著名的Qt库开发商TrollTech(http://www.trolltech.com/)发布的面向嵌入式系统的Qt版本。因为Qt是KDE等项目使用的GUI支持库,所以有许多基于Qt 的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded版本上。因此,自从Qt/Embedded以GPL条款形势发布以来,就有大量的嵌入式Linux开发商转到了Qt/Embedded系统上。比如韩国的Miz 公司,台湾省的某些嵌入式Linux应用开发商等等。 
  不过,在笔者看来,Qt/Embedded还有一些问题值得开发者注意: 
1)目前,该系统采用两种条款发布,其中包括GPL条款。对函数库使用GPL条款,意味着其上的应用需要遵循GPL条款。当然了,如果要开发商业程序,TrollTech也允许你采用另外一个授权条款,这时,就必须向TrollTech交纳授权费用了。 
2)Qt/Embedded是一个C++函数库,尽管Qt/Embedded声称可以裁剪到最少 630K,但这时的Qt/Embedded库已经基本上失去了使用价值。低的程序效率、大的资源消耗也对运行Qt/Embedded的硬件提出了更高的要求。 
3)Qt/Embedded库目前主要针对手持式信息终端,因为对硬件加速支持的匮乏,很难应用到对图形速度、功能和效率要求较高的嵌入式系统当中,比如机顶盒、游戏终端等等。 
4)Qt/Embedded提供的控件集风格沿用了PC风格,并不太适合许多手持设备的操作要求。 
5)Qt/Embedded的结构过于复杂,很难进行底层的扩充、定制和移植,尤其是那个用来实现signal/slot机制的著名的moc文件。 
  因为上述这些原因,目前所见到的Qt/Embedded 的运行环境,几乎是清一色基于StrongARM的iPAQ。 
注:目前,Qt/Embedded已经增加了对DirectFB驱动的支持,因此具有了图形加速能力,其性能也大大地得到提高。

3.4 MiniGUI
  MiniGUI(Home :: MiniGUI)是由许多自由软件开发人员支持的一个自由软件项目(遵循 LGPL 条款发布),其目标是为基于Linux 的实时嵌入式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统。该项目自 1998 年底开始到现在,已历经3年多的开发过程。到目前为止,已经非常成熟和稳定。目前,已经正式发布了稳定版本 1.0.9,并且开始了新版本系列的开发,即 MiniGUI Version 1.1.x,该系列的正式版也即将发布。 

  在MiniGUI几年的发展过程中,有许多值得一提的技术创新点,正是由于这些技术上的创新,才使得 MiniGUI 更加适合实时嵌入式系统;而且 MiniGUI 的灵活性非常好,可以应用在包括手持设备、机顶盒、游戏终端等等在内的各种高端或者低端的嵌入式系统当中。这些技术创新包括: 
1)图形抽象层。图形抽象层对顶层 API 基本没有影响,但大大方便了 MiniGUI 应用程序的移植、调试等工作。目前包含三个图形引擎,SVGALib、LibGGI 以及直接基于 Linux FrameBuffer 的 Native Engine,利用 LibGGI 时,可在 X Window 上运行 MiniGUI 应用程序,并可非常方便地进行调试。与图形抽象层相关的还有输入事件的抽象层。MiniGUI 现在已经被证明能够在基于 ARM、MIPS、StrongARM 以及 PowerPC 等的嵌入式系统上流畅运行。 
2)多字体和多字符集支持。这部分通过设备上下文(DC)的逻辑字体(LOGFONT)实现,不管是字体类型还是字符集,都可以非常方便地进行扩充。应用程序在启动时,可切换系统字符集,比如 GB、BIG5、EUCKR、UJIS。利用 DrawText 等函数时,可通过指定字体而获得其他字符集支持。对于一个窗口来说,同时显示不同语种的文字是可能的。MiniGUI 的这种字符集支持不同于传统通过 UNICODE 实现的多字符集支持,这种实现更加适合于嵌入式系统。
3)两个不同架构的版本。最初的 MiniGUI 运行在 PThread 库之上,这个版本适合于功能单一的嵌入式系统,但存在系统健壮性不够的缺点。在 0.9.98 版本中,我们引入了 MiniGUI-Lite 版本,这个版本在提高系统健壮性的同时,通过一系列创新途径,避免了传统 C/S 结构的弱点,为功能复杂的嵌入式系统提供了一个高效、稳定的 GUI 系统。 
  在 MiniGUI 1.1.0 版本的开发中,我们参照 SDL 和 Allegro 的图形部分,重新设计了图形抽象层,并增强了图形功能,同时增强了 MiniGUI-Lite 版本的某些特性。这些特性包括: 
1)MiniGUI-Lite 支持层的概念。同一层可容纳多个能够同时显示的客户程序,并平铺在屏幕上显示。 
2)新的 GAL 能够支持硬件加速能力,并能够充分使用显示内存;新 GAL 之上的新 GDI 接口得到进一步增强。新的 GDI 接口可以支持 Alpha 混和、透明位块传输、光栅操作、YUV覆盖、Gamma 校正,以及高级图形功能(椭圆、多边形、样条曲线)等等。 
  MiniGUI 新版本在图形方面的增强和提高,将大大扩展它的应用领域,希望能够对嵌入式 Linux 上的多媒体应用、游戏开发提供支持。 
  纵观嵌入式 Linux 系统上的各种图形系统方案,我们发现,许多图形系统(如 Qt/Embedded 和 MicoroWindows),只注重手持设备上的需求,却不太注重其他应用领域的需求,而其他许多需要图形支持的嵌入式 Linux 系统却需要许多独特的、高级的图形功能,而不仅仅是图形用户界面。为此,在接下来的开发中,我们还将在如下领域继续开发 MiniGUI: 
1)提供运行在 MiniGUI上的 JAVA 虚拟机 AWT 组件的实现。 
2)提供 MiniGUI 上的OpenGL 实现。 
3)提供类QT 控件集的C++ 封装。 
3)提供窗口/控件风格主题支持。 
4)在 MiniGUI-Lite 当中增加对矢量字体的支持。

四、Linux/Unix系统图形界面原理简单介绍及GTK、QT、GNOME和KDE的关系

最近IT新闻出现较多的就是诺基亚的新版手机操作系统Symbian 3。今天看到在cnbeta上看大家为这个系统争论不休,其焦点也逐渐转移到到塞班新系统的核心技术:Qt 。评论区大家唇枪舌战,不过很多人连基本概念都没搞明白,今天正好无事可做,稍微整理下X11,GTK,QT,GNOME,KDE的区别与联系。

一、在这之前你必须要了解: 

1.linux是基于Unix的

2.塞班Symbian、苹果max os等系统的最底层也是unix

3.linux本身没有图形界面,linux现在的图形界面的实现只是linux下的应用程序  

 实现的

4.Xwindow、Xfree中的X是协议,不是具体的某个软件

5.linux图形界面层次关系:linux本身-->X服务器<-[通过X协议交谈]->窗口管

 理器(综合桌面环境)-->X应用程序

二、linux和windows下界面系统的区别: 

图形界面并不是linux的一部分 ,linux只是一个基于命令行的操作系统,linux和Xfree的关系就相当于当年的DOS和 WINDOWS3.0一样,windows3.0不是独立的操作系统,它只是DOS的扩充,是DOS下的应用程序级别的系统,不是独立的操作系统,同样 XFree只是linux下的一个应用程序而已.不是系统的一部分,但是X的存在可以方便用户使用电脑.WINDOWS95及以后的版本就不一样了,他们 的图形界面是操作系统的一部分,图形界面在系统内核中就实现了,没有了图形界面windows就不成为windows了,但linux却不一样,没有图形界面linux还是linux,很多装linux的WEB服务器就根本不装X服务器。这也WINDOWS和linux的重要区别之一。

三、关于linux两大图形界面KDE和Gnome 

KDE早于Gnome出现,但是KDE基于的Qt是不遵循GPL开源协议的,Qt是一个跨平台的C++图形用户界面库 ,它是挪威TrollTech公司的产品(2008年底被NOKIA收购)。 Qt具有优良的跨平台特性(支持Windows、Linux、各种UNIX、OS390和QNX等)、面向对象机制以及丰富的API,同时也可支持2D/3D渲染和OpenGL API。在当时的同类图形用户界面库产品中,Qt的功能最为强大.但底层的基础 Qt却是一个不遵循GPL的商业软件,这就给KDE上了一道无形的枷锁并带来可能的法律风险。一大批自由程序员对KDE项目的决定深为不满,它们认为利用非自由软件开发违背了GPL的精神。于是这些GNU的狂热信徒兵分两路:其中一部分人去制作Harmonny,试图重写出一套兼容Qt的替代品,这个项目虽然技术上相对简单,但却没有获得KDE项目的支持;另一路人马则决定重新开发一套名为“GNOME(GNU Network Object Environment)”的图形环境来替代KDE。

GNOME选择完全遵循GPL的GTK图形界面库为基础,因此我们也一般将GNOME和KDE两大阵营称为GNOME/GTK和 KDE/Qt。与Qt基于C++语言不同,GTK采用较传统的C语言 ,虽然C语言不支持面向对象设计,看起来比较落后,但当时熟悉C语言的开发者远远多于熟悉C++的开发者。加之GNOME/GTK完全遵循GPL版权公约,吸引了更多的自由程序员参与。

四、linux/unix基于X window的图形显示处理原理 

X Window从逻辑上分为三层:最底层的X Server(X服务器)主要处理输入/输出信息并维护相关资源,它接受来自键盘、鼠标的操作并将它交给X Client(X客户端)作出反馈,而由X Client传来的输出信息也由它来负责输出;最外层的X Client则提供一个完整的GUI界面,负责与用户的直接交互(KDE、Gnome都是一个X Client),而衔接X Server与X Client的就是“X Protocol(X通讯协议)”、它的任务是充当这两者的沟通管道。尽管UNIX厂商采用相同的X Window,但终端的X Client并不相同。

五、Qt、GTK 和KDE、GNOME的关系 

简单来说:为了方便开发人员编写X clients,就有了Xlib来封装X协议;Xlib还不够方便,于是就有了qt和gtk,它们提供了很多窗口控件(widgets)。
为了方便用户 ,就出现了gnome和kde等桌面管理系统。一般来说,linux用户看到的界面就是其中之一了。gnome用的是gtk库,kde用的是qt库

这里写图片描述

 

QT是直接使用xlib库的,GTK并为直接使用xlib,而是使用更低层的函数库GDK和Glib。这种结构使得Gtk可以更方便地移植到其它系统上,或使用与XWindows系统无关的图形库。

KDE和GNOME是窗口管理器,启动他们后我们进入了可视化操作(图形界面),既然需要显示图形,自然少不了与X协议的服务器软件打交道,既然QT和GTK进一步封装了X协议,并且他们提供了更为丰富的窗口及控制机制,于是在QT基础上实现的窗口管理器叫KDE,在GTK基础上实现的窗口管理器叫GNOME.

再次提示:KDE和GNOME并不只是窗口管理器,同时提供了桌面、菜单等等。

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