Максим Отставнов - Свободные программы и системы в школе

Закон Мура тем временем делал свое (в данном случае, не черное, а многоцветное) дело, и к середине девяностых на компьютере с процессором Intel 486 уже запускалась та самая система, которую пятью годами раньше наблюдать можно было лишь на X-терминалах и графических станциях, стоивших каких-то немыслимых (что по тем временам, что сегодня) денег.

Игры в самодельную графику, конечно, продолжаются и сегодня, но в целом мир воссоединился, и особой нужды в таких играх давно нет. Хотя – такова диалектика массовых рынков – именно эти игры (включая игры в буквальном смысле) породили спрос на дешевые устройства (прежде всего, графические акселераторы), которые и делают настоящую компьютерную графику доступной пользователю массовой x86– и PowerPC-техники, даже устаревшие «персоналки» – сопоставимыми с X-терминалами, а более новые и мощные – соперниками и с профессиональных графических рабочих станций начального и среднего уровня.

2.1 Оконная система «Икс» и XFree86

Оконная система «Икс» – один из самых больших и успешных проектов в истории компьютерной техники – восходит к 1984 г., когда разработчики двух систем компьютерной графики, претендующих на универсальность – проектов Athena (Массачусетский технологический институт) и W Windowing (Стэнфордский университет) – решили объединить свои усилия. С тех пор практически каждая компания, серьезно занимающаяся графикой, считала своим долгом внести какие-либо разработки в систему, формальным «хозяином» которой в 1987 г. стал вновь созданный X Consortium (ныне Open Group, www.X.org).

С тех пор «Икс» прошла через одиннадцать основных релизов и множество версий.

Дальнейшее изложение ориентировано на свободную реализацию «Икс», которая называется XFree86, поддерживается одноименным партнерством (www.xfree86.org) и воплощает на сегодня версию 4.2 текущего релиза. XFree86 – самая популярная реализация «Икс», она поставляется в составе подавляющего большинства открытых систем (как свободных, так и несвободных) для x86-совместимых компьютеров, поддерживает беспрецедентно широкий спектр оборудования и, благодаря доступности исходных текстов и пользовательской аудитории в десятки миллионов человек, достаточно «вылизана», по крайней мере, насколько это возможно для такого разнообразия «железа». Несмотря на то, что исторически цифры «86» в названии пакета относятся к соответствующему семейству процессоров от Intel, современные версии XFree86 реализованы для большинства других популярных процессоров. XFree86 доступен и для некоторых альтернативных архитектур ОС, включая «Майкрософт Уиндоуз НТ».

Большинство нижесказанного справедливо для любой реализации «Икс» на любом оборудовании и под любой ОС, список которых можно найти на www.X.org.

2.2 Цветной сэндвич

То, что пользователю, сидящему за монитором, представляется сплошной графической операционной средой, реализовано как многослойный сэндвич технологий.

Непосредственно с оборудованием (видеосистемой, устройствами ввода и динамиком) работает Икс-сервер. Эта программа захватывает оборудование и предоставляет его возможности другим программам как ресурсы (собственно, именно поэтому она и называется сервером) по особому протоколу, который так и называется, Икс-протокол. Перечисленное оборудование в совокупности называется Икс-терминалом (аппаратным Икс-терминалом называется и специализированный компьютер, на котором исполняется исключительно Икс-сервер).

Здесь сразу видно отличие «Икс» от большинства самодельных систем графики, используемых в проприетарных системах: взаимодействие Икс-сервера с его многочисленной клиентурой происходит по специфицированному протоколу, который может туннелироваться через TCP/IP и, соответственно, клиенты и сервер могут исполняться на разных узлах Сети. Это означает, что одни и те же программы могут эксплуатироваться в разных топологиях, включая совокупность автономных рабочих станций («персональных компьютеров»), совокупность рабочих станций без данных или бездисковых рабочих станций («локальная сеть»), многопользовательскую систему с Икс-терминалами (или какую-либо гибридную топологию).

Еще одним ресурсом, который предоставляет Икс-сервер, являются шрифты. Оперировать шрифтами он может самостоятельно, либо с помощью другой программы, которая называется фонт-сервером и обеспечивает их масштабирование.

Большинство пользователей, установив систему, получают в свое распоряжение готовую графическую среду. Мы поступим иначе – будем разбираться с ней по слоям.

2.3 «Чистая» «Икс»

На Рис. 2-1 изображена «голая» оконная система «Икс» – то, с чем большинство пользователей никогда не сталкивается. Запустить ее обычно можно, подав команду: «X &».

Мы видим традиционный серый экран с не менее традиционным курсором в виде буквы «x». Используя мышь или другое координатное устройство, курсор можно перемещать по экрану. На нажатие кнопок мыши и клавиш никакой видимой реакции не следует. И невидимой тоже – сервер готов передавать эти сигналы своим клиентам, а клиенты пока не запущены. Хотя на самом деле некоторые комбинации клавиш «Икс» перехватывает и обрабатывает. Это Zap (Control-Alt-Backspace) – завершение работы сервера (если эта возможность не запрещена при конфигурации), Zoom (Control-Alt-+ и Control-Alt–) – «горячее» переключение доступных видеорежимов. В некоторых ОС (Например, «ГНУ/Линукс») Control-Alt в сочетании с функциональной клавишей освобождает оборудование и передает его на время соответствующей виртуальной консоли.

Воспользуемся последней возможностью, перейдем на консоль и запустим первое клиентское приложение: программу «xterm» (Рис. 2-2). На экране «Икс» появилось окно, а в окне можно видеть интерфейс клиентского приложения. В данном случае интерфейс текстовый, а приложение – эмулятор терминала, на котором запущена диалоговая оболочка системы по умолчанию. С эмулятором можно делать все то же, что и с обычным терминалом: издавать команды, получать результат и запускать другие программы. Если программы текстовые (строчные или оконные), исполняться они будут в том же окне, а если графические (как и сам «xterm») – в отдельных окнах.

Запустим программу «xclock» (Рис. 2-3). При ее запуске мы использовали несколько параметров, задающих геометрию (местоположение и размер) вновь порождаемого окна, цвет его фона и шрифта по умолчанию, толщину и цвет рамки. Эти (и некоторые другие) параметры типичны для программ, построенных на основе графической библиотеки «X Toolkit». Значения параметров, заданные при вызове программы, могут быть перекрыты самим запускающимся приложением, кроме опции геометрии. Дело в том, что окно выделяется клиентскому приложению при запуске, и все доступные ему ресурсы этим окном и ограничены – это свойство X-протокола.

Запустив несколько экземпляров того же «xterm» (и почитав документацию) можно обнаружить, что и «голышом» «Икс» умеет не так мало. Например, оперирует буфером обмена текстом между приложениями и предоставляет текстовым приложениям такой ресурс, как полосу прокрутки (забавная полоска, скроллировать текст с помощью которой вверх или вниз можно, щелкая по ней разными кнопками мыши, – это наследие проекта «Athena»).

Есть ли польза от системы, работающей с фиксированными окнами? Да, если вспомнить, что «универсальный десктоп» – не единственная сфера применения компьютера. Можно запустить при загрузке «Икс» и браузер на весь экран и получить гипермедийный киоск по цене персонального компьютера. А можно посадить за тот же браузер оператора, который будет через него весь день «рулить» базу данных.

Но мы пойдем дальше. Итак, основная работа Икс-сервера – создавать окна и предоставлять клиентским приложениям возможности работы в них. Для того, чтобы работать с окнами, нужна другая программа, которая так и называется – менеджер окон (window manager).

2.4 Окноводы

Как же менеджер окон преодолевает указанное ограничение X-протокола? Никак – просто выделенным ему окном является весь экран. (На самом деле, менеджер окон – не единственная программа, способная работать с «корневым» окном; например, входящая в комплект поставки «xsetroot» позволяет установить цвет фона или поместить на него рисунок.)

Менеджеров окон существует превеликое множество – под любой набор задач, которые может решать графическая многооконная система. Их настолько много, что выбрать какой-нибудь в качестве «типичного представителя семейства» затруднительно. Поэтому выберем один из самых развитых – Enlightenment.

«Просвещение» (www.Enlightenment.org) создано Карстеном Хайцлером и Джеффом Харрисоном (Carsten Haitzler, Geoff Harrison) и его текущая версия – 0.16.5. До 2000 г. он был «штатным» менеджером окон в популярной среде «Гном» (см. раздел 2.17), затем уступив это место менее функциональной, но более быстрой «Рыбе-пиле» (Sawfish). Он продолжает оставаться «Гном»-совместимым, и многие пользователи этого популярного десктоп-менеджера предпочитают его, хотя и без «Гном» у Enlightenment поклонников хватает.