1 架构
2 源码目录树
3 xfree86处理流程
- 3.1 Dispatch
- 3.2 WaitForSomething
- 3.3 client调度机制
4 DDX函数
- 4.1 初始化屏幕输出
- 4.2 初始化屏幕输入
- 4.3 输入事件处理函数
- 4.4 退出server处理函数
- 4.5 屏幕初始化函数
5 xfree86驱动接口
6 Extensions代码框架
7 事件处理机制
- 7.1 输入设备事件
- 7.2 设备管理
- 7.3 工作队列
- 7.4 回调链表
- 7.5 阻塞唤醒处理函数
  - 7.5.1 系统处理函数
  - 7.5.2 屏幕处理函数

介绍xorg Server实现框架，引导代码阅读

架构

X11图形系统为C/S架构，Server管理输入输出设备等资源，Client发起请求操作图形等。

DDX：设备相关的X实现，包括键盘，鼠标等输入设备，显示等输出设备
DIX：设备无关的X实现，包括任务的分发，事件队列，扩展相关实现等
Extensions：扩展协议，相对X11核心协议，其增加了client与server之间的交互功能，包括请求和事件
Inputs：输入设备包括键盘、鼠标、触控板、触摸屏等

源码目录树

介绍关键目录文件功能，除了hw和os相关代码，其它代码可以共享。扩展协议中与硬件相关的实现通过回调函数来抽象，硬件相关代码需实现函数功能。

Name	Explanation

Name	Explanation
dix/	设备无关部分的代码实现，如：请求的分发和X资源处理
exa/	硬件设备驱动开发框架，xfree86实现依赖该框架
fb/	针对帧缓冲的图形操作实现代码，如：图像的位传输和合成等操作
glamor/	2D和3D图形操作实现，支持OpenEGL硬件渲染
hw/kdrive/ephyr/	嵌套的X11 Server实现，其屏幕输出在X11 Server的一个窗口中
hw/vfb/	虚拟帧缓冲的X11 server实现
hw/xfree86/	X11 server原生实现，运行在类unix操作系统上，如：Linux，BSD等
hw/xnest/	嵌套X11 Server的实现，类似于一个X11代理server
hw/xquartz/	运行在Mac OS X平台上的X11 server实现，
hw/xwayland/	运行在Wayland平台上的X11 server实现
hw/xwin/	运行在window平台上的Cygwin/X 代码
mi/	与机器无关核心协议代码，通过调用screens、windows和graphic contexts等的回调函数来操作调用fb/下的代码
miext/	与机器无关的扩展协议代码，如：SyncFence，Damage等
os/	与硬件无关的操作系统相关代码，如：认证，命令行参数处理等
composite/	composite扩展实现，实现窗口合成功能
damageext/	damage扩展实现，跟踪窗口内容变化区域
dbe/	实现dbe扩展协议，支持窗口的双缓冲功能
dri3/	实现DRI3扩展协议，支持client直接渲染
glx/	实现GLX扩展协议，支持GLX硬件渲染
present/	实现present扩展协议，支持帧缓冲翻页等硬件特性
randr/	实现randr扩展协议，支持缩放，旋转，投射等功能
render/	实现render扩展协议，支持更多的渲染操作，增加了Picture等类型
Xext/	多种扩展协议的实现，如：XvMC，Xv，Xshm，Xfence，Xshape，Xdpms等
xfixes/
Xi/	实现XI2扩展协议，支持多种输入设备功能，如多点触控等
xkb/	实现xkb扩展协议，支持各种键盘设备功能

注：

Xephyr和Xnest实现的功能将被xf86-video-nested驱动代码
Xvfb实现的功能将被xf86-video-dummy驱动代码

xfree86处理流程

Dispatch

任务分发主函数。


void Dispatch(void){
    // skipped
    while (!dispatchException) {
        if (InputCheckPending()) {
            // 处理输入事件
            ProcessInputEvents();
            // 处理输入事件时产生关键事件等，在此发送
            FlushIfCriticalOutputPending();
        }
        // 阻塞等待，当client请求，输入事件，视频事件等发生时返回
        if (!WaitForSomething(clients_are_ready()))
            continue;
        // client请求处理
        if (!dispatchException && clients_are_ready()) {
            // 分发处理无异常且有client请求，选择其中一个client处理
            client = SmartScheduleClient();
            isItTimeToYield = FALSE;
            start_tick = SmartScheduleTime;
            // client出错，优先级改变，处理事件过长等，都会结束循环
            while (!isItTimeToYield) {
                // 处理键盘，鼠标等输入事件
                if (InputCheckPending())
                    ProcessInputEvents();
                FlushIfCriticalOutputPending();
                // 分时调度，处理单个client时间过长（15ms时间片），降低其优先级，且重新调度
                if ((SmartScheduleTime - start_tick) >= SmartScheduleSlice){
                    if (client->smart_priority > SMART_MIN_PRIORITY)
                        client->smart_priority--;
                    break;
                }
                // 读取client请求信息，返回请求长度，result为0，请求处理完成，进行下一个调度
                result = ReadRequestFromClient(client);
                if (result <= 0) {
                    if (result < 0)
                        CloseDownClient(client);
                    break;
                }
                client->sequence++;
                client->majorOp = ((xReq *) client->requestBuffer)->reqType;
                client->minorOp = 0;
                if (client->majorOp >= EXTENSION_BASE) {
                    // 扩展协议请求，获取扩展协议的操作码minorOp，以区分请求类型
                    ExtensionEntry *ext = GetExtensionEntry(client->majorOp);
                    if (ext)
                        client->minorOp = ext->MinorOpcode(client);
                }
                // 请求长度过大，不符合规范
                if (result > (maxBigRequestSize << 2))
                    result = BadLength;
                else {
                    result = XaceHookDispatch(client, client->majorOp);
                    if (result == Success) {
                        currentClient = client;
                        // 处理请求
                        result = (*client->requestVector[client->majorOp]) (client);
                        currentClient = NULL;
                    }
                }
                // 更新client运行时间，可能使用timer更新事件（SIGALRM）
                if (!SmartScheduleSignalEnable)
                    SmartScheduleTime = GetTimeInMillis();

                if (client->noClientException != Success) {
                    // client异常，关闭该client
                    CloseDownClient(client);
                    break;
                }
                else if (result != Success) {
                    // 处理请求失败，发送错误码给client，如：BadLength
                    SendErrorToClient(client, client->majorOp, client->minorOp, client->errorValue, result);
                    break;
                }
            }
            // 发送请求回复或者事件
            FlushAllOutput();
            if (client == SmartLastClient)
                client->smart_stop_tick = SmartScheduleTime;
        }
        // 若client改变了自己的优先级，则需重新调度client
        dispatchException &= ~DE_PRIORITYCHANGE;
    }
    // server被重置，则进入下一轮运行。server被中断，则退出执行
    KillAllClients();
    dispatchException &= ~DE_RESET;
    SmartScheduleLatencyLimited = 0;
    ResetOsBuffers();
}

WaitForSomething

使用同步多路IO阻塞等待和定时器功能。

// are_ready是否有输入事件
// 等待和处理定时任务。出错或有事件需处理时返回
Bool WaitForSomething(Bool are_ready){
    // skipped
    timer_is_running = were_ready;
    if (were_ready && !are_ready) {
        // 无输入事件，停止调度定时器
        timer_is_running = FALSE;
        SmartScheduleStopTimer();
    }
    were_ready = FALSE;
    busfault_check();
    while (1) {
        // 执行工作队列中的处理函数
        ProcessWorkQueue();
        // 处理定时任务，返回下次超时时间
        timeout = check_timers();
        // 检查是否有设备的输入事件
        are_ready = clients_are_ready();
        if (are_ready)
            timeout = 0; // 有输入事件等待处理，即时返回
        // 阻塞任务，通过超时处理，可能会修改timeout时间
        BlockHandler(&timeout);
        if (NewOutputPending)
            FlushAllOutput();
        /* keep this check close to select() call to minimize race */
        if (dispatchException)
            i = -1; // 出现异常
        else
            i = ospoll_wait(server_poll, timeout);
        pollerr = GetErrno();
        // 执行操作
        WakeupHandler(i);
        if (i <= 0) {           /* An error or timeout occurred */
            if (dispatchException)
                return FALSE;
            // skipped
        } else
            are_ready = clients_are_ready();
        // 有设备输入事件
        if (InputCheckPending())
            return FALSE;
        if (are_ready) {
            were_ready = TRUE;
            if (!timer_is_running)
                SmartScheduleStartTimer(); // 启动调度计时器，5ms为一个时间片
            return TRUE;
        }
    }
}

client调度机制

采用优先级和分时调度系统来选择client，响应该client的请求。client有两种优先级，静态优先级和动态优先级（smart priority）。优先比较静态优先级，在比较动态优先级。

分时调度的基础时间片为5ms，连续处理一个client超过一个时间片时重新调度client。当长时间只有一个活动client时，动态调整时间片，每1秒钟增加5ms，时间片最大不超过15ms；当有多个活动client时，时间片恢复至5ms。
动态优先级范围为[-20,0]，当连续处理client请求超过1个时间片时，动态优先级减一；当连续空间时间超过2个时间片时，动态优先级加一。

// 选择一个client，处理该client的请求
static ClientPtr SmartScheduleClient(void);

DDX函数

不同功能，运行不同平台上的X11 server，都需重新实现这些函数，接口保持一致。通过预编译宏来选择静态编译X11 server。

初始化屏幕输出

发现并初始化输出设备，硬件设备或者虚拟设备
初始化ScreenInfo数据结构

初始化屏幕输入

发现并初始化输入设备（键盘，鼠标等），硬件设备或者虚拟设备

输入事件处理函数

处理输入事件，InternalEvent类型。这些事件由硬件输入处理模块将硬件事件转换成InternalEvent类型事件，插入到队列中，通过管道方式通知处理。mieqProcessInputEvents封装了通用实现。
一次调用处理队列中所有输入事件

退出server处理函数

server退出时调用函数，进行资源回收

屏幕初始化函数

初始化屏幕尺寸，分配一个前端帧缓冲（front framebuffer），为每个CRTC分配硬件光标帧缓冲（cursor framebuffer），计算硬件光标尺寸等，设置屏幕的视觉类型（像素深度，色彩格式等）
根据像素深度初始化帧缓冲（framebuffer）的视觉类型（格式和像素深度），初始化屏幕的窗口，pixmap，colormap，图形等处理函数，以及默认值参数。（fbScreenInit）
初始化Screen的图像（picture）处理函数（fbPictureInit）
初始化屏幕与光标相关的处理函数（machine independent cursor display routines）。初始化光标（xf86PointerScreenFuncs）与屏幕和精灵（miSpritePointerFuncs）相关的处理函数（miDCInitialize）
调用extension协议的ScreenInit回调函数初始化Screen的私有属性，窗口操作、图形操作等回调函数，如：DPMS，Xv，RandR等

如：xf86ScreenInit，xwl_screen_init。

xfree86驱动接口

xfree86驱动接口定义了DDX的输入输出设备驱动接口，驱动以模块（动态库）的形式提供。

实现模块加载和卸载函数，调用xf86AddDriver和xf86DeleteDriver注册和卸载驱动，及定义模块描述信息
实现硬件特性查询函数（driverFunc）
实现获取硬件可用选项的函数（AvailableOptions）（硬件配置）
实现设备驱动探测函数。共有3种设备探测方式
1. probe：老版探测设备方法，通过配置文件配置
2. PciProbe：通过扫描pci设备进行探测设备，使用libpciaccess库实现
3. platformProbe：通过dbus机制探测设备
4. xfree86使用udev处理设备热插拔时，udev根据驱动名称加载无需探测函数

xfree86显卡驱动需实现的接口，X11 server提供默认驱动modesetting，其它厂商的显卡在第3方库中，如：xf86-video-amdgpu，xf86-video-intel等。

xfree86通用层实现接口
1. Probe：探测是否能驱动该设备，目前不再使用该函数进行探测，而是由xfree86驱动实现该功能
2. PreInit：根据视频硬件设备和配置信息初始化屏幕内容
3. EnableDisableFBAccess：使能帧缓冲的访问
驱动独自实现接口
1. ScreenInit：屏幕初始化接口，DIX层为每个屏幕调用初始化函数
2. FreeScreen：是否屏幕资源
3. SwitchMode：切换视频模式
4. EnterVT：进入控制台，获得控制台的控制权
5. LeaveVT：离开控制台，释放控制台的控制权
6. ValidMode：检测特定硬件约束的视频模式
7. AdjustFrame：更新视口（viewport），如：视口缩放
扩展协议实现依赖接口：若xfree86 video mode，Xv，randr等扩展协议

https://www.x.org/releases/current/doc/xorg-server/ddxDesign.html

Extensions代码框架

扩展协议组件一般可以组件方式存在，通过配置来加载和初始化扩展协议，一般使静态加载。

NumEvents：定义事件数量，可以没有
NumErrors：定义错误编号数量，可以没有
MainProc：请求处理函数
SwappedMainProc：请求处理函数，与client端的字节序相反时，调用该处理函数
CloseDownProc：清理函数，一般为空
MinorOpcodeProc：次操作码处理，X11协议中有个次操作码，扩展协议可根据需要进行转换。
InitExtension：实现初始化函数，注册资源类型，定义扩展私有属性，封装屏幕回调函数，调用AddExtension注册扩展协议等

注：扩展协议全局的事件编号和请求编号在server启动时确定。

X11 server对每个扩展协议分配一个请求操作码，扩展协议的起始请求操作码从128其，128以下的请求码为核心协议的请求。
X11 server对扩展协议的事件编号，起始编号为64，扩展协议初始化顺序累计编号，总数不能超过64个。

事件处理机制

所有事件在主流程中处理，使用操作系统poll机制的同步多路IO响应IO事件。

各类IO事件注册和处理函数列表，均在主线程上下文处理。

注册函数	处理函数	文件或句柄	说明

注册函数	处理函数	文件或句柄	说明
SetNotifyFd	EstablishNewConnections	/tmp/.X11-unix/X0	server监听client连接
ospoll_add	ClientReady	client connection	监听client请求
SetNotifyFd	ms_drm_socket_handler	dev/dri/card0	drm事件处理
SetNotifyFd	xf86ReadInput	input device fd	响应输入设备IO
SetNotifyFd	socket_handler	udev monitor netlink	设备热插拔
SetNotifyFd	socket_handler	DBUS_BUS_SYSTEM	设备暂停或恢复
xf86AddGeneralHandler	drmmode_handle_uevents	udev monitor netlink	显示器插拔
xf86AddGeneralHandler	xf86HandlePMEvents	/var/run/acpid.socket	ACPI电源管理

输入设备事件

为了快速响应输入设备事件，xorg server使用一个专门线程响应输入事件，并将输入事件转换为InternalEvent类型事件，插入输入事件队列中，再交由主线程处理输入事件。

定义了两个pipe队列：hotplug和read/write

主线程监听到设备的热插拔，对设备处理后，通过写入hotplug一个字节数据通知IO线程响应设备IO事件，IO线程监听新增设备IO事件（InputReady）
主线程监听read/write队列的读事件，当IO线程收到输入设备IO事件后，将IO事件转换成InternalEvent事件，并插入miEventQueue循环队列中，向read/write队列写一个字节数据通知主线程，主线程调用ProcessInputEvents函数处理事件。

两个线程共享队列数据接口，采用了一把锁进行互斥，在队列操作，输入设备操作等都加锁了。IO事件处理的互斥操作会影响交互性能。

注：xwayland未使用单独线程处理IO事件

https://x.org/wiki/Development/Documentation/InputEventProcessing/

设备管理

xserver的xfree86实现使用udev机制发现设备，注册udev的socket_handler处理函数。
- NewGPUDeviceRequest / DeleteGPUDeviceRequest：处理插入或拔出的drm GPU设备
- NewInputDeviceRequest / remove_devices：处理插入或拔出的输入设备
使用udev显示器的热插拔，modesetting驱动注册drmmode_handle_uevents处理函数
采用dbus的system-logind处理设备的暂停与恢复，注册dbus的socket_handler处理函数，使用system-logind的message_filter响应dbus的设备暂停或恢复消息。

注：均在主线程中使用同步多路IO响应事件。

工作队列

工作队列中的请求，在每次处理轮回中执行，共有注册了四个处理函数：

compScreenUpdate：将子窗口内容绘制父窗口中
compRepaintBorder：重绘窗口边框
xf86libinput_hotplug_device_cb：设备插拔，处理子设备的初始化（libinput）
update_mode_prop_cb：设备状态更新（libinput）

回调链表

某些状态、动作、发生时，扩展协议或平台的实现需要对这些事件进行处理。如：属性，状态等发生变化

名称	处理函数	执行时机

名称	处理函数	执行时机
ClientStateCallback	RRClientCallback	client状态变化时调用
RootWindowFinalizeCallback	AddVTAtoms AddSeatId addEDIDProp xwl_root_window_finalized_callback	创建根窗口后调用
PropertyStateCallback	xwl_property_callback	窗口属性发生变化时调用
SelectionCallback	wm_selection_callback XFixesSelectionCallback	client发起select操作时调用
ResourceStateCallback	SELinuxResourceState	资源状态发生改变时调用
miCallbacksWhenDrained	N/A	此轮输入事件处理完成后调用

阻塞唤醒处理函数

阻塞函数（BlockHandler）是在epoll等待事件之前执行的函数，唤醒函数（WakeupHandler）是在epoll等待之后调用。有的扩展协议使用该方式实现定时器功能，在阻塞函数中计算超时事件，在唤醒函数中检查条件，满足时执行任务，如SyncCounter的实现。这些任务是临时性的，执行一次之后可不再执行（回调函数清空）。

系统处理函数

调用RegisterBlockAndWakeupHandlers动态注册阻塞唤醒函数，插入到handlers队列中。

BlockHandler	WakeupHandler	description

BlockHandler	WakeupHandler	description
IdleTimeBlockHandler	IdleTimeWakeupHandler	SyncCounter的实现，定时执行任务
DRIBlockHandler	DRIWakeupHandler	DRI1相关实现，已淘汰
fs_block_handler	FontWakeup	字体相关操作
block_handler	wakeup_handler	xwayland发送所有请求给Wayland server
N/A	xf86Wakeup	进入图形界面相关操作

屏幕处理函数

与Screen相关的处理函数，以下函数封装成函数链，调用Screen的BlockHandler和WakeupHandler回调函数即可。

BlockHandler	WakeupHandler	description

BlockHandler	WakeupHandler	description
DRIDoBlockHandler	DRIDoWakeupHandler	DRI1相关实现，已淘汰
ExaBlockHandler	ExaWakeupHandler	与exa驱动框架相关，已淘汰
_glamor_block_handler	N/A	执行挂起（未处理）的渲染请求
miSpriteBlockHandler	N/A	显示不再帧缓冲的光标
msBlockHandler	N/A	处理屏幕显示相关操作
xf86RotateBlockHandler	N/A	处理屏幕旋转

OpenFDE-DEV

1.3 X11 Server

架构