Linux 下的圖形庫介紹

在進行Linux下的圖形系統程式設計時，我們常常會遇到以下這些概念：

Framebuffer, X11, SDL，DFB, miniGUI, OpenGL，QT, GTK，KDE, GNOME等等。

一、Linux 圖形領域的基礎設施1.1 X Window

X Window從邏輯上分為三層：X Server、X Client和X協議。

最底層的X Server（X伺服器）主要處理輸入/輸出資訊並維護相關資源，它接受來自鍵盤、滑鼠的操作並將它交給X Client（X客戶端）作出反饋，而由X Client傳來的輸出資訊也由它來負責輸出；

最上層的X Client

X協議則是銜接X Server與X Client的通訊協議，它的任務是充當這兩者的溝通管道。儘管UNIX廠商採用相同的X Window，但終端的X Client並不相同。

XFree86是X Window系統的一個開源的實現。它主要運行於Unix以及類Unix作業系統上。XFree86在顯示硬體（滑鼠、鍵盤以及顯示卡）與桌面環境（也就是視窗管理器）之間提供了一個Client/Server介面。

1.2 SVGALib SVGALib是Linux下的底層圖形庫，也是Linux系統中最早出現的非

1.3 FrameBuffer FrameBuffer是出現在Linux 2.2.xx核心當中的一種驅動程式介面。這種介面將顯示裝置抽象為幀緩衝區。使用者可以將它看成是顯示記憶體的一個映像，將其對映到程序地址空間之後，就可以直接

1.4 LibGGI LibGGI試圖建立一個一般性的圖形介面，而這個抽象介面連同相關的輸入（滑鼠、鍵盤、遊戲杆等）抽象介面一起，可以方便地執行在X Window、SVGALib、FrameBuffer等等之上。建立在LibGGI之上的應用程式，不需重新編譯，就可以在上述這些底層圖形介面上執行。但不知何故，LibGGI的發展幾乎停滯。 

二、Linux 圖形領域的高階函式庫 2.1 Xlib及其他相關函式庫 　　在X Window系統中進行圖形程式設計時，可以選擇直接使用Xlib。Xlib實際上是對底層X協議的封裝，可通過該函式庫進行一般的圖形輸出。如果你的X Server支援DGA，則可以通過DGA擴充套件直接訪問顯示裝置，從而獲得加速支援。對一般使用者而言，由於Xlib的介面太原始而且複雜，因此一般的圖形程式選擇其他高階一些的圖形庫作為基礎。比如GTK、QT 等等。這兩個函式庫同時還是一些高階的圖形使用者介面的支援函式庫。由於種種原因，GTK、QT等函式庫存在龐大、佔用系統資源多的問題，不太適合在嵌入式系統中使用。這時，你可以選擇使用 FLTK，這是一個輕量級的圖形函式庫，但它的主要功能集中在使用者介面上，提供了較為豐富的控制元件集。 2.2 SDL 　　SDL（Simple DirectMedia Layer）是一個跨平臺的多媒體遊戲支援庫。其中包含了對圖形、聲音、遊戲杆、執行緒等等的支援，目前可以執行在許多平臺上，其中包括 X Window、X Window with DGA、Linux FrameBuffer控制檯、Linux SVGALib，以及Windows DirectX、BeOS 等等。 　　因為SDL是專門為遊戲和多媒體應用而設計開發，所以它對圖形的支援非常優秀，尤其是高階圖形能力，比如Alpha混和、透明處理、YUV覆蓋、Gamma 校正等等。而且在SDL環境中能夠非常方便地載入支援OpenGL的Mesa庫，從而提供對二維和三維圖形的支援。 　　可以說，SDL是編寫跨平臺遊戲和多媒體應用的最佳平臺，也的確得到了廣泛應用。相關資訊，可參閱 。 2.3 Allegro　　Allegro是一個專門為x86平臺設計的遊戲圖形庫。最初的Allegro執行在 DOS環境下，而目前可執行在Linux FrameBuffer控制檯、Linux SVGALib、X Window等系統上。Allegro提供了一些豐富的圖形功能，包括矩形填充和樣條曲線生成等等，而且具有較好的三維圖形顯示能力。由於Allegro的許多關鍵程式碼是採用彙編編寫的，所以該函式庫具有執行速度快、資源佔用少的特點。然而，Allegro也存在如下缺點： 1）對執行緒的支援較差。Allegro的許多函式是非執行緒安全的，不能同時在兩個以上的執行緒中使用。 2）對硬體加速能力的支援不足，在設計上沒有為硬體加速提供介面。 有關 Allegro 的進一步資訊，可參閱。 2.4 Mesa3D　　Mesa3D是一個相容OpenGL規範的開放原始碼函式庫，是目前Linux上提供專業三維圖形支援的惟一選擇。Mesa3D同時也是一個跨平臺的函式庫，能夠執行在X Window、X Window with DGA、BeOS、Linux SVGALib 等平臺上。 有關 Mesa3D 的進一步資訊，可參閱 。 2.5 DirectFB　　DirectFB是專注於Linux FrameBuffer硬體加速的一個圖形庫，並試圖建立一個相容GTK的嵌入式GUI系統。它以可裝載函式庫的形式提供對加速 FrameBuffer驅動程式的支援。目前，該函式庫正在開發之中（最新版本 0.9.97），詳情可見 。三、面向嵌入式Linux系統的圖形使用者介面 3.1 MicoroWindows/NanoX　　MicroWindows（）是一個開放原始碼的專案，目前由美國Century Software公司主持開發。該專案的開發一度非常活躍，國內也有人蔘與了其中的開發，並編寫了GB2312等字符集的支援。但在 Qt/Embedded釋出以來，該專案變得不太活躍，並長時間停留在0.89Pre7版本。可以說，以開放原始碼形勢發展的MicroWindows專案，已基本停滯。 　　MicroWindows是一個典型的基於客戶/伺服器體系結構的GUI系統，基本分為三層。最底層是面向圖形輸出和鍵盤、滑鼠或觸控式螢幕的驅動程式；中間層提供底層硬體的抽象介面，並進行視窗管理；最高層分別提供兼容於X Window和 Windows CE（Win32 子集）的API。 　　該專案的主要特色在於提供了類似X的客戶/伺服器體系結構，並提供了相對完善的圖形功能，包括一些高階的功能，比如Alpha混合，三維支援，TrueType 字型支援等。但需要注意的是，MicroWindows的圖形引擎存在許多問題，可以歸納如下： 1）無任何硬體加速能力。 2）圖形引擎中存在許多低效演算法，同時未經任何優化。比如在直線或者圓弧繪圖函式中，存在低效的逐點判斷剪下的問題。 3）程式碼質量較差。由於該專案缺少一個強有力的核心程式碼維護人員，因此程式碼質量參差不齊，影響整體系統穩定性。這也是MicroWindows長時間停留在 0.89Pre7 版本上的原因。 　　MicroWindows 採用MPL條款釋出（該條款基本類似 LGPL 條款）。 3.2 OpenGUI　　OpenGUI（）在Linux系統上存在已經很長時間了。最初的名字叫FastGL，只支援256色的線性視訊記憶體模式，但目前也支援其他顯示模式，並且支援多種作業系統平臺，比如 MS-DOS、QNX 和Linux等等，不過目前只支援x86硬體平臺。OpenGUI也分為三層。最低層是由彙編編寫的快速圖形引擎；中間層提供了圖形繪製API，包括線條、矩形、圓弧等，並且兼容於 Borland的BGI API。第三層用C++編寫，提供了完整的GUI物件集。 　　OpenGUI採用LGPL條款釋出。OpenGUI比較適合於基於x86平臺的實時系統，可移植性稍差，目前的發展也基本停滯。 3.3 Qt/Embedded　　Qt/Embedded是著名的Qt庫開發商TrollTech（）釋出的面向嵌入式系統的Qt版本。因為Qt是KDE等專案使用的GUI支援庫，所以有許多基於Qt 的X Window程式可以非常方便地移植到Qt/Embedded版本上。因此，自從Qt/Embedded以GPL條款形勢釋出以來，就有大量的嵌入式Linux開發商轉到了Qt/Embedded系統上。比如韓國的Miz 公司，臺灣省的某些嵌入式Linux應用開發商等等。 　　不過，在筆者看來，Qt/Embedded還有一些問題值得開發者注意： 1）目前，該系統採用兩種條款釋出，其中包括GPL條款。對函式庫使用GPL條款，意味著其上的應用需要遵循GPL條款。當然了，如果要開發商業程式，TrollTech也允許你採用另外一個授權條款，這時，就必須向TrollTech交納授權費用了。 2）Qt/Embedded是一個C++函式庫，儘管Qt/Embedded聲稱可以裁剪到最少 630K，但這時的Qt/Embedded庫已經基本上失去了使用價值。低的程式效率、大的資源消耗也對執行Qt/Embedded的硬體提出了更高的要求。 3）Qt/Embedded庫目前主要針對手持式資訊終端，因為對硬體加速支援的匱乏，很難應用到對圖形速度、功能和效率要求較高的嵌入式系統當中，比如機頂盒、遊戲終端等等。 4）Qt/Embedded提供的控制元件集風格沿用了PC風格，並不太適合許多手持裝置的操作要求。 5）Qt/Embedded的結構過於複雜，很難進行底層的擴充、定製和移植，尤其是那個用來實現signal/slot機制的著名的moc檔案。 　　因為上述這些原因，目前所見到的Qt/Embedded 的執行環境，幾乎是清一色基於StrongARM的iPAQ。 注：目前，Qt/Embedded已經增加了對DirectFB驅動的支援，因此具有了圖形加速能力，其效能也大大地得到提高。

3.4 MiniGUI　　MiniGUI（）是由許多自由軟體開發人員支援的一個自由軟體專案（遵循 LGPL 條款釋出），其目標是為基於Linux 的實時嵌入式系統提供一個輕量級的圖形使用者介面支援系統。該專案自 1998 年底開始到現在，已歷經3年多的開發過程。到目前為止，已經非常成熟和穩定。目前，已經正式釋出了穩定版本 1.0.9，並且開始了新版本系列的開發，即 MiniGUI Version 1.1.x，該系列的正式版也即將釋出。 　　在MiniGUI幾年的發展過程中，有許多值得一提的技術創新點，正是由於這些技術上的創新，才使得 MiniGUI 更加適合實時嵌入式系統；而且 MiniGUI 的靈活性非常好，可以應用在包括手持裝置、機頂盒、遊戲終端等等在內的各種高階或者低端的嵌入式系統當中。這些技術創新包括： 1）圖形抽象層。圖形抽象層對頂層 API 基本沒有影響，但大大方便了 MiniGUI 應用程式的移植、除錯等工作。目前包含三個圖形引擎，SVGALib、LibGGI 以及直接基於 Linux FrameBuffer 的 Native Engine，利用 LibGGI 時，可在 X Window 上執行 MiniGUI 應用程式，並可非常方便地進行除錯。與圖形抽象層相關的還有輸入事件的抽象層。MiniGUI 現在已經被證明能夠在基於 ARM、MIPS、StrongARM 以及 PowerPC 等的嵌入式系統上流暢執行。 2）多字型和多字符集支援。這部分通過裝置上下文（DC）的邏輯字型（LOGFONT）實現，不管是字型型別還是字符集，都可以非常方便地進行擴充。應用程式在啟動時，可切換系統字符集，比如 GB、BIG5、EUCKR、UJIS。利用 DrawText 等函式時，可通過指定字型而獲得其他字符集支援。對於一個視窗來說，同時顯示不同語種的文字是可能的。MiniGUI 的這種字符集支援不同於傳統通過 UNICODE 實現的多字符集支援，這種實現更加適合於嵌入式系統。3）兩個不同架構的版本。最初的 MiniGUI 執行在 PThread 庫之上，這個版本適合於功能單一的嵌入式系統，但存在系統健壯性不夠的缺點。在 0.9.98 版本中，我們引入了 MiniGUI-Lite 版本，這個版本在提高系統健壯性的同時，通過一系列創新途徑，避免了傳統 C/S 結構的弱點，為功能複雜的嵌入式系統提供了一個高效、穩定的 GUI 系統。 　　在 MiniGUI 1.1.0 版本的開發中，我們參照 SDL 和 Allegro 的圖形部分，重新設計了圖形抽象層，並增強了圖形功能，同時增強了 MiniGUI-Lite 版本的某些特性。這些特性包括： 1）MiniGUI-Lite 支援層的概念。同一層可容納多個能夠同時顯示的客戶程式，並平鋪在螢幕上顯示。 2）新的 GAL 能夠支援硬體加速能力，並能夠充分使用顯示記憶體；新 GAL 之上的新 GDI 介面得到進一步增強。新的 GDI 介面可以支援 Alpha 混和、透明位塊傳輸、光柵操作、YUV覆蓋、Gamma 校正，以及高階圖形功能（橢圓、多邊形、樣條曲線）等等。 　　MiniGUI 新版本在圖形方面的增強和提高，將大大擴充套件它的應用領域，希望能夠對嵌入式 Linux 上的多媒體應用、遊戲開發提供支援。 　　縱觀嵌入式 Linux 系統上的各種圖形系統方案，我們發現，許多圖形系統（如 Qt/Embedded 和 MicoroWindows），只注重手持裝置上的需求，卻不太注重其他應用領域的需求，而其他許多需要圖形支援的嵌入式 Linux 系統卻需要許多獨特的、高階的圖形功能，而不僅僅是圖形使用者介面。為此，在接下來的開發中，我們還將在如下領域繼續開發 MiniGUI： 1）提供執行在 MiniGUI上的 JAVA 虛擬機器 AWT 元件的實現。 2）提供 MiniGUI 上的OpenGL 實現。 3）提供類QT 控制元件集的C++ 封裝。 3）提供視窗/控制元件風格主題支援。 4）在 MiniGUI-Lite 當中增加對向量字型的支援。

四、Linux/Unix系統圖形介面原理簡單介紹及GTK、QT、GNOME和KDE的關係

最近IT新聞出現較多的就是諾基亞的新版手機作業系統Symbian 3。今天看到在cnbeta上看大家為這個系統爭論不休，其焦點也逐漸轉移到到塞班新系統的核心技術：Qt 。評論區大家脣槍舌戰，不過很多人連基本概念都沒搞明白，今天正好無事可做，稍微整理下X11,GTK,QT,GNOME，KDE的區別與聯絡。

一、在這之前你必須要了解： 

1.linux是基於Unix的

2.塞班Symbian、蘋果max os等系統的最底層也是unix

3.linux本身沒有圖形介面,linux現在的圖形介面的實現只是linux下的應用程式

實現的

4.Xwindow、Xfree中的X是協議,不是具體的某個軟體

5.linux圖形介面層次關係：linux本身-->X伺服器<-[通過X協議交談]->視窗管

理器(綜合桌面環境)-->X應用程式

二、linux和windows下介面系統的區別： 

圖形介面並不是linux的一部分 ,linux只是一個基於命令列的作業系統,linux和Xfree的關係就相當於當年的DOS和 WINDOWS3.0一樣,windows3.0不是獨立的作業系統,它只是DOS的擴充,是DOS下的應用程式級別的系統,不是獨立的作業系統,同樣 XFree只是linux下的一個應用程式而已.不是系統的一部分,但是X的存在可以方便使用者使用電腦.WINDOWS95及以後的版本就不一樣了,他們 的圖形介面是作業系統的一部分,圖形介面在系統核心中就實現了,沒有了圖形介面windows就不成為windows了,但linux卻不一樣,沒有圖形介面linux還是linux,很多裝linux的WEB伺服器就根本不裝X伺服器。這也WINDOWS和linux的重要區別之一。

三、關於linux兩大圖形介面KDE和Gnome 

KDE早於Gnome出現，但是KDE基於的Qt是不遵循GPL開源協議的，Qt是一個跨平臺的C++圖形使用者介面庫 ，它是挪威TrollTech公司的產品(2008年底被NOKIA收購)。 Qt具有優良的跨平臺特性（支援Windows、Linux、各種UNIX、OS390和QNX等）、面向物件機制以及豐富的API，同時也可支援2D/3D渲染和OpenGL API。在當時的同類圖形使用者介面庫產品中，Qt的功能最為強大.但底層的基礎 Qt卻是一個不遵循GPL的商業軟體，這就給KDE上了一道無形的枷鎖並帶來可能的法律風險。一大批自由程式設計師對KDE專案的決定深為不滿，它們認為利用非自由軟體開發違背了GPL的精神。於是這些GNU的狂熱信徒兵分兩路：其中一部分人去製作Harmonny，試圖重寫出一套相容Qt的替代品，這個專案雖然技術上相對簡單，但卻沒有獲得KDE專案的支援；另一路人馬則決定重新開發一套名為“GNOME（GNU Network Object Environment）”的圖形環境來替代KDE。

GNOME選擇完全遵循GPL的GTK圖形介面庫為基礎，因此我們也一般將GNOME和KDE兩大陣營稱為GNOME/GTK和 KDE/Qt。與Qt基於C++語言不同，GTK採用較傳統的C語言 ，雖然C語言不支援面向物件設計，看起來比較落後，但當時熟悉C語言的開發者遠遠多於熟悉C++的開發者。加之GNOME/GTK完全遵循GPL版權公約，吸引了更多的自由程式設計師參與。

四、linux/unix基於X window的圖形顯示處理原理 

X Window從邏輯上分為三層：最底層的X Server（X伺服器）主要處理輸入/輸出資訊並維護相關資源，它接受來自鍵盤、滑鼠的操作並將它交給X Client（X客戶端）作出反饋，而由X Client傳來的輸出資訊也由它來負責輸出；最外層的X Client則提供一個完整的GUI介面，負責與使用者的直接互動（KDE、Gnome都是一個X Client），而銜接X Server與X Client的就是“X Protocol(X通訊協議)”、它的任務是充當這兩者的溝通管道。儘管UNIX廠商採用相同的X Window，但終端的X Client並不相同。

五、Qt、GTK 和KDE、GNOME的關係 

簡單來說：為了方便開發人員編寫X clients，就有了Xlib來封裝X協議；Xlib還不夠方便，於是就有了qt和gtk，它們提供了很多視窗控制元件（widgets）。為了方便使用者 ，就出現了gnome和kde等桌面管理系統。一般來說，linux使用者看到的介面就是其中之一了。gnome用的是gtk庫，kde用的是qt庫。