深度探索Linux操作系统 —— 构建根文件系统1：https://developer.aliyun.com/article/1598090
6、安装X的然就会明白。
看到输入设备驱动，读者可能会有个疑问：内核中不是包括了各种设备的驱动吗？怎么X中还要安装设备驱动？没错，输入设备的驱动是在内核中，X 中的所谓输入设备的驱动 evdev 谈不上是一个驱动了，只不过大家习惯这么称呼而已。evdev 模块并不面向任何具体输入设备，它只不过是接收和解析内核发送到用户空间的输入事件。仔细观察图 6-12 所示的 Linux 输入子系统的架构，读者自然就会明白。
操作系统将面对各种各样的输入设备，如鼠标、键盘、触摸屏、游戏手柄等。由于这些输入设备大部分不遵循统一的标准，所以导致应用程序，比如 X 将不得不处理来自各种输入设备的五花八门的输入事件。
因此，内核中抽象了一个输入子系统。在输入子系统中，设备驱动面对各种各样具体的硬件设备，而输入事件经过事件处理模块处理后，将以统一的格式发送给用户空间的应用，用户空间的应用无需再为各种各样的输入事件格式疲于奔命。
现在很多输入设备都使用 USB 接口，对于 USB 接口的输入设备，图 6-12 演化为图 6-13 所示。
USB 设备通过主控制器连接到主机，所以内核需要驱动 USB 主控制器。USB 流行的一个主要原因就是具有统一的标准，所以对于 USB 接口的输入设备，它们使用统一的设备驱动，即图 6-13 中的 USB HID 驱动。
通过上面的讨论可见，从操作系统的角度，安装 X 的输入设备驱动事实上有两件事需要做：一是需要配置内核的输入设备相关的驱动和模块；二是安装 X 的 evdev 模块。
7、运行X服务器
X 服务器将建立一个套接字与应用程序进行通信，通常这个套接字被命名为 “/tmp/.X11-unix/X0” ，0 表示是第一个 X 服务器，如果再启动第二个 X 服务器，则为 “/tmp/.X11-unix/X1” 。除了建立套接字外，X 服务器还将在 /tmp 目录下建立一个锁文件，例如对于第一个 X 服务器，这个锁文件为 “/tmp/.X0-lock” 。另外，在前面编译时，我们指定 X 服务器将日志文件存放在 /var/log 目录下，因此，我们需要在根文件系统中建立这两个目录：
为了使书中的截图不至于尺寸过大，笔者将vita系统的 X 服务器的分辨率设置为 “640×480” 。最初，X 服务器完全由用户通过书写配置文件的方式手动配置，在 udev 出现后，X 服务器采用了自动配置技术。但是 X 也给用户留有机会进行手动微调，并且用户手动配置的优先级还要更高。当然读者不必设置分辨率，由 X 服务器自动探测即可。通过 xorg.conf 设定分辨率的方法如下：
最初，X 服务器启动后将创建并显示鼠标指针。后来，X 的开发人员认为只有在应用程序明确表明需要与用户进行交互时，才应该显示鼠标指针。所以，这个默认行为发生了改变，在 X 服务器启动后，不再默认创建并显示鼠标指针，而是在第一个应用明确调用类似 XDefineCursor 这样的函数请求X服务器显示鼠标后，才显示鼠标指针。
但是 X 还是为用户留了余地，增加了一个命令行参数 “-retro” 。如果用户运行 X 服务器启动时即创建和显示鼠标，那么给 X 服务器传递这个参数即可。
在默认情况下，当最后一个 X 应用断开与 X 服务器的连接后，X 服务器默认自动重置。同样，X 也为这个行为提供了修正的机会，用户可以使用命令行参数 “-noreset” 关闭这个特性。vita 系统不需要这个特性，因此我们传递了 “-noreset” 参数给 X 服务器。
最后，使用如下命令运行 X 服务器：
Xorg -retro -noreset &
在 X 服务器启动成功后，将创建一个根窗口，作为未来所有用户窗口的根。默认情况下，这个根窗口只以一个简单的灰色背景显示。并且我们看到，X 也按照我们的要求，创建并显示了鼠标指针。
8、一个简单的X程序
我们使用 Xlib 编写一个简单的 X 程序来确认 X 服务器是否已经正常工作。这个程序非常简单，就是创建一个窗口，并在其上显示字符串 “Hello X Window!”，代码如下：
// /vita/build/hello_x/hello_x.c: #include <X11/Xlib.h> #include <X11/Xatom.h> #include <stdio.h> #include <string.h> int main(int argc, char *argv[]) { Display *dpy; int screen_num; Window win; int x, y: unsigned int w, h; Atom atom_win_type, atom_win_type_normal; XEvent e; GC gc; char *s = "Hello x Window !"; if (!(dpy = XOpenDisplay (NULL))) { fprintf(stderr, "Can't connect to X sever!\n"); return -1; } screen_num = DefaultScreen(dpy) ; × = у = 20; w = DisplayWidth(dpy, screen_num) / 2; h = DisplayHeight (dpy, screen_num) / 2; win = XCreateSimpleWindow(dpy, DefaultRootWindow(dpy), x, y, w, h, 2, BlackPixel(dpy, screen_num), WhitePixel (dpy, screen num)); XStoreName(dpy, win, "Hello X11"); atom_win_type = XInternAtom(dpy, "_NET_WM_WINDOW_TYPE", False); atom_win_type_normal = XInternAtom(dpy, "_NET_WM_WINDOW_TYPE_NORMAL", False); XChangeProperty(dpy, win, atom_win_type, XA_ATOM, 32, PropModeReplace, (unsigned char *)&atom_win_type_normal, 1); XSelectInput (dpy, win, ExposureMask) gc = XCreateGC(dpy, win, 0, 0); XMapWindow(dpy, win); while (1) { XNextEvent (dpy, &e); switch (e.type) { case Expose: XDrawString(dpy, win, gc, 30, 30, s, strlen(s)); break; } } }
编译这个程序的 Makefile 如下：
# /vita/build/hello_x/Makefile: LDFLAGS=`pkg-config --libs x11` hello_x: hello_x.o clean: rm -rf hello x *.o
在登录到vita的终端中，使用如下命令启动X服务器，并运行应用程序 hello_x：
Xorg -retro & export DISPLAY=:0.0 ./hello_x &
注意环境变量DISPLAY的设置，其格式如下：
hostname: displaynumber.screennumber
如果主机名（hostname）为空，则表示 X 服务器运行在本机。读者可以把 display 理解为一个 X 服务器，screen 这里无须解释。displaynumber 和 screennumber 均从 0 开始计数，如值为 “:0.0” 表示运行在本机的第一个 X 服务器接的第一块屏幕。vita系统只启动了一个 X 服务器，并且只接一块屏。所以自然将环境变量 DISPLAY 设置为 “:0.0” 。
9、配置内核支持 DRM
如果读者是在真实机器上调试的，那么为了使 GPU 的 2D 驱动和 3D 驱动都可以正常工作，内核中还需要进行相关的配置，因为用户空间的 GPU 驱动是通过内核中的 DRM 访问 GPU 的。GPU 用户空间的驱动（2D 和 3D 驱动）和内核空间的驱动（DRM 模块）之间的关系如图 6-22 所示。
九、安装图形库
前面，我们使用 Xlib 编写了一个小程序。但是我们也看到，Xlib 是多么的原始，使用 X 提供的库编写一个如此简单的程序是多么的复杂，更别提具有复杂图形用户界面的程序了。所以先辈开发者们前赴后继，尝试在 Xlib 的基础上为 X 开发更高级的图形库，这些图形库通常被称为 Widget Libraries 或 Toolkits ，其中最著名的就是 GTK 和 QT 。这些图形库引入了控件的概念，极大简化了程序开发，也提高了开发效率。
我们选择 GTK 作为 vita 系统的图形库。这一节，我们就来编译安装 GTK。相比于安装 X ，图形库的安装过程相对要简单，但是我们也提供了一个编译脚本 build-gtk.sh 。必要时，读者可以参考这个脚本。
1、安装 GLib 和 libffi
GLib 是 GTK+ 和 GNOME 工程的基础底层核心程序库，是一个实用的轻量级的库，它提供常用的数据结构、相关的处理函数和一些运行时支承机制，如事件循环、线程、对象系统等。因此安装 GTK+ 前首先需要安装 GLib 。GLib 目前也由开发 GTK+ 的团队维护。
因为 GLib 提供的对象系统（GObject）可以绑定到多种语言，常见的如 C、Python、Ruby 等，因此，GLib 的对象系统借助库 libffi 处理不同语言间的函数调用。libffi 是专门设计的一个库，主要用于不同语言间的相互调用。因此，安装 GLib 前还需要安装 libffi 。
libffi 和 GLib 的编译安装命令如下：
2、安装ATK
ATK（Accessibility ToolKit）是 GTK 中实现辅助功能使用的库，包括辅助视觉、听觉、打字等。这个库也是别无选择，必须要安装的，安装命令如下：
3、安装libpng
图形库当然离不开图片格式处理的库，常用的图片格式有多种，比如 PNG、JPEG 等。但是为了简单起见，vita 系统只支持 PNG 图片格式。处理 PNG 图形格式的库是 libpng ，安装命令如下：
4、安装GdkPixbuf
GTK 使用 GdkPixbuf 进行图片的渲染，是 GTK 图形库的基本依赖之一，是必须安装的，安装命令如下：
5、安装Fontconfig
Linux 最初在我国的程序员中流行时，有很多程序员热衷于 Linux 的美化，其中优化文字的显示是其中主要内容之一，至今在各个 Linux 论坛仍然可见 Linux 美化的身影。文本渲染比较烦琐，除了技术原因外，文本处理机制不断的发展变化，从最初的 X 的核心字体，到 X 的字体服务器，再到现在广泛采用的客户端渲染，也给这个本身就不是特别容易理解的领域增加了很多复杂性。
凡是涉及字体相关的地方，我们经常看到如 Fontconfig、Freetype、Pango， 甚至更多，这些库在文本渲染中都担任什么角色？它们之间的关系又是什么？在我们埋头搭建系统时，还是要不时抬头看看路的。下面，我们就结合图 6-28 来简单地介绍一下文本的渲染。
（1）字符编码（character code）
虽然我们在写程序时，直接使用可读的字符，但事实上，在程序内部，是用字符的编码来代表字符的。字符的编码有多种标准，比如 ISO-8859 系列编码，Unicode 编码以及我国的 GB18030 等。
假设系统使用 UTF8 编码，当程序准备显示字符串 “你好Linux!” 时，程序中将以编码 “4F60 597D 4C 69…” 来记录这个字符串。
（2）字形（glyph）
字形是字的形体的简称，GB/T 16964《信息技术字型信息交换》中关于字形的的定义为：一个可以辨认的抽象的图形符号，它不依赖于任何特定的设计。
这样解释读者可能依然会感到比较生疏，因为平时我们很少使用这个概念，但是提到字体，大家就一定比较熟悉了，因为操作系统中一定要安装字体文件的，否则是不能正确显示字符的。而所谓的这个字体文件，其实就是字形的集合。
以 TrueType 字体文件为例，其中包含两个关键的数据结构：
◆ 一个是字形表，也称为 glyf 。字形表中每一项代表一个字形，使用字形索引访问其中的字形。TrueType 的字形表中，每个字形的描述并非如图 6-28 中的字形表（glyf）中显示的那样直观，字形表中描述的字形信息都是矢量的，字符的每一个笔画都是由多条曲线包围而形成的。一次曲线需要两个点来确定，二次需要三个点，三次就需要四个点。字体内部保存了这些点的坐标。
◆ 一个是字符编码到字形映射表（Character to Glyph Mapping），简称 cmap 。读者可能会有个疑问，cmap 中的第二列为什么不是字形，而是字形索引呢？原因是字体文件可能使用在不同的编码环境中，所以字体文件可能包含多个 cmap 表，比如 UTF8 对应一个 cmap 表，GB18030 对应另外一个 cmap 表。另外，一个字体文件中也可能不只包含一种字体。
（3）排版（layout）
每每谈到文本渲染时，大家更多的关注在字体上，却往往忽略了文本的布局排版。实际上，文字的排版是重要而且复杂的。排版引擎需要将单个字符按照一定的间距美观的排列起来。
除了处理字形信息外，由于世界上有多种文字体系，因此，文本可能是多种语言混合的。而且，还有像阿拉伯文、希伯来文这种文字体系是从右向左书写，更别提布局规则极其复杂的印度系文字。
可见，排版引擎是一位真正的幕后英雄。而且，文本渲染的过程都是由排版引擎牵头开始的，不同的图形库可能使用不同的排版引擎，GTK 使用的排版引擎是 Pango 。
（4）确定字体
在将字符编码转化为字符前，首先需要确定字体文件，否则巧妇也难为无米之炊。一个系统中可能安装了多个字体文件，因此，在众多的字体文件中要选择一个最合适的，这就是 Fontconfig 的主要任务之一。
（5）光栅化
一旦字体确定后，Fontconfig 使用库 Freetype 提供的接口，确定字符编码对应的字形索引，依据的就是如 TrueType 字体文件中的 cmap 表。最后，Freetype 根据字形索引，从字体文件的字形表中获取描述字形的矢量信息，构建具体的字形，这个过程也叫光栅化。经过光栅化的字符编码，就是一普通图形了，接下来无论是显示到具体窗口中，还是进行其他处理，都与处理普通的图形完全相同。
理解了各个库的作用后，下面我们开始安装这些库。
Freetype 在前面安装 X 时已经安装，接下来只需安装 Fontconfig 和 Pango 。由于 Cairo 依赖于 Fontconfig ，而 Pango 又基于 Cairo 进行字体渲染，所以，这里的安装顺序看上去有点奇怪。我们先安装 Fontconfig，中间插播 Cairo，然后才安装 Pango。
安装 Fontconfig 的命令如下：
6、安装Cairo
Cairo 是一个矢量图形库，GTK 使用其作为绘制后端。换句话说，GTK 的绘制动作由 Cairo 完成。看到这里，读者可能会非常困惑：X 上的应用不是由 X 服务器负责绘制吗？没错，暂且不提我们第 8 章讨论的 DRI。事实上，即使普通的 2D 应用也是可以自己绘制的，只不过，应用是将内容绘制在一个离屏的区域，但是最后还是要请求 X 服务器将绘制的内容显示到屏幕上。应用或者将绘制的内容复制到 X 服务器，或者使用 X 提供的 RENDER 扩展。当然，应用也可以将全部绘制请求 X 服务器完成，这就要看具体图形库采用的策略了。
安装 Cairo 的命令如下：
7、安装Pango
安装Pango的命令如下：
8、安装libXi
图形库当然是要接收用户输入的，X 输入扩展协议的实现是库 libXi，安装命令如下：
9、安装GTK
GTK 的基本依赖已经安装完成，只差完成最后一步了，安装GTK的命令如下：
至此，图形库 GTK 的安装过程已经全部完成，读者可以将 /vita/sysroot 目录下的文件系统更新到vita的根文件系统了。
10、安装GTK图形库的善后工作
更新了vita系统的根文件系统后，在运行使用 GTK 编写的程序前，我们还要在vita系统上为图形库做一点收尾工作。注意下面两个操作需要在使用安装了 GTK 图形库的根文件系统重启vita系统后进行。
（1）为 Pango 创建语系和模块对应关系的文件
不同语系，对布局有不同的要求，全世界有各种各样的语系，如汉语、阿拉伯语、印度语等。Pango 采用模块化的方式提供对这些语系的支持。为了提高效率，在运行时，Pango 不会到文件系统中解析具体的模块，查看其支持的语系，而是直接读取/etc/pango目录下的文件pango.modules，其中记录了每个模块及其支持的语系。因此，我们需要为Pango创建文件pango.modules 。
（2）为库 GdkPixbuf 创建模块信息文件
在安装库 GdkPixbuf 时，我们看到，GdkPixbuf 使用模块的形式支持各图形格式。因此，在这个库初始化时，需要加载这些模块。但是这些模块存储在文件系统的什么位置，每个模块又支持什么图形格式等，诸如此类信息从哪里获取呢？为了提高加载速度，GdkPixbuf 没有去再次扫描每个模块，而是直接从系统的一个文件中读取，因此，我们需要为 GdkPixbuf 创建这个文件。
11、一个简单的GTK程序
最后，我们使用一个简单的程序来测试我们的 GTK 是否工作正常，程序代码如下：
编译该程序的Makefile文件如下：
可见，同样是显示一个简单的窗口，使用 GTK 编写就简单多了，那些烦琐的细节已经实现在如 GTK 等这些图形库中。编译这个程序，并将其复制到 vita 系统并运行，步骤与程序 hello_x 完全相同。
十、安装字体
对于基于 Xlib 编写的程序，一般简单的字符使用X中的内置字体就可以应付了。X的内置字体在 libXfont 中：
其中 file_6x13 中记录的就是简单的点阵字体，又称位图字体，显然这个内置的点阵字体是把每一个字符都分成 6×23 个点，然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。
这也是为什么前面在没有安装字体的情况下，使用 Xlib 编写的例子可以显示字符的原因。但是既然有内置的字体，那为什么使用 GTK 的程序不能显示字符呢？原因是 GTK 程序的字体是在客户端绘制的，客户端绘制完成后，将字形位图传给 X 服务器。而 GTK 中并没有像 libXfont 那样内置了字体，所以如果系统中没有安装字体，当然应用就找不到字体了。因此，我们需要安装字体。
字体的安装非常简单，直接把字体文件复制到相关的目录下即可。但是安装在哪个目录下呢？前面我们已经看到，Linux 使用 Fontconfig 寻找字体，因此这个问题要问 Fontconfig 。没错，Fontconfig 在其配置文件中明确指明了其寻找字体文件的目录：
这里，我们使用文泉驿字体，并将其安装到vita系统的 /usr/share/fonts 目录下，命令如下：
安装完字体后，再次执行 gtk_hello，就会发现字符不再是一个一个的 “方框” 了。
