Étude et programmation du système X Window

X11 est un package logiciel totalement gratuit, mais copyrighté. Il est disponible à ftp://lcs.export.mit.edu [ftp://lcs.export.mit.edu/]. Les sources de toutes les couches (voir ci-après) sont fournis. Une nouvelle version du système est produite environ tous les deux ans (actuellement la révision 6). Mais des versions corrigées apparaissent sous la forme de patches à installer.

Il y a une très forte dynamique autour de X dans le monde universitaire et de nombreux programmes d'application sont distribués gratuitement par les auteurs. Ces programmes sont connus sous la forme de contribs. La distribution X11 du MIT intègre en standard un grand nombre de contribs, ce qui rend son exploration très intéressante.

Un autre site propose des archives complètes des logiciels X11 :ftp://ftp.x.org [ftp://ftp.x.org/].

Des bibliographies et des recueils d'informations techniques électroniques sont disponibles sur les serveurs :

• ftp.x.org:/contrib/docs/Xbibliography.ps ;
• gatekeeper.dec.com:/pub/X11/R5-contrib/Xbibliography ;
• landru.unx.com:/pub/X11.

Quelques livres de référence pour X :

• Jones, Oliver, Introduction to the X Window System, Prentice-Hall, 1988, 1989 ;
• Scheifler, Robert, and James Gettys, with Jim Flowers and David Rosenthal, "X Window System : The Complete Reference to Xlib, X Protocol, ICCCM, XLFD, X Version 11, Release 5, Third Edition," Digital Press, 1992 ;
• Nye, Adrian, "Xlib Programming Manual, Volume 1" and "Xlib Reference Manual, Volume 2," O'Reilly and Associates ;
• Mansfield, Niall. "The X Window System : A User's Guide," Addison-Wesley, 1989 ;
• Quercia, Valerie and Tim O'Reilly. "X Window System User's Guide," O'Reilly and Associates.

Des cours au format hypertext sont disponibles sur Internet :

• http://www.cs.curtin.edu.au/units/cg252-502/src/notes/html ;
• http://www.cms.dmu.ac.uk:80/~aug/FastTrack.

Le forum de news comp.window.x permet des échanges sur tous les sujets relatifs à X, les développeurs du consortium l'utilisent pour diffuser les informations importantes.

D'autres forums de news sont très utiles : comp.windows.x, comp.windows.x.apps, comp.windows.x.announce.

La FAQ comp.windows.x est également une excellente source d'informations. On peut la télécharger à ftp://ftp.inria.fr/faq [ftp://ftp.inria.fr/faq].

D'autres sont disponibles à ftp://ftp.x.org/contrib/faqs [ftp://ftp.x.org/contrib/faqs] et ftp://rtfm.mit.edu.

Le concurrent le plus sérieux de X11 fut le défunt NEWS développé par SUN.

La force de X11 par rapport à Windows est son aspect client-serveur (Windows n'a pas en standard de protocole graphique transportable par réseau).

Windows, même dans ses versions les plus performantes (NT, 95) ne propose pas de système graphique distribué.

NeXTSTEP a présenté pendant plusieurs années une sérieuse alternative à X. Proposant le concept du display-poscript en standard et des fonctions graphiques très puissantes adaptées au matériel NeXT (video-live en PIP, move-opaque 32 bits avec alpha-channel), NeXTSTEP fascinait la communauté. De plus, le kit de développement (Interface-Builder) possédait une conception objet très poussée qui permettait des temps de développement records. Malheureusement la firme NeXT a arrêté la fabrication des machines NeXT. Elle continue le développement de NeXTSTEP sur des machines génériques comme les PC, Dec et Sun, mais pour des résultats nettement moins spectaculaires.

Le serveur X11 est le logiciel qui contrôle l'accès au hardware (clavier, frame-buffer, souris…). Il est donc forcement logé dans la console (terminal, station) : on ne peut pas le lancer en remote.

Exemple :

local_host:> rlogin another_host

Passwd:

another_host:> xinit

XServer Error, can't access to frame-buffer.

Toutes les applications X11 (clientes) adressent des requêtes au serveur X11 qui peut être en local ou sur une autre machine (mode remote).

On ne peut lancer qu'un seul serveur par console sinon :

Fatal server error:

Server already running !!!

xinit: Server error.

Le serveur interprète les requêtes des clients et les exécute.

Il signifie les actions de l'utilisateur (mouvements souris, frappe clavier) en envoyant des messages aux clients.

Un display X11 est identifié par une adresse Internet (ex. : 157.169.25.4) suivie de « :0 ». Une machine Internet possède un numéro unique spécifié par l'association InterNIC (lors du raccordement à Internet). Le nombre « 0 » désigne la carte graphique gérée par la station.

Bien sûr on peut utiliser les noms et les domaines à la place du numéro IP (il faut pour cela bénéficier du DNS ou des pages jaunes pour un accès complet au réseau Internet).

DNS : Comment ça marche ?

Une machine Internet possède un numéro IP unique spécifié par l'association InterNIC (lors du raccordement à Internet). À chaque fois qu'une machine veut transcrire une adresse du style machine.organisation.pays en numéro IP, elle s'adresse à un serveur DNS. On spécifie à une machine le numéro IP de plusieurs serveurs DNS dans un fichier de configuration (variable selon les machines).

Exemple :

diard@jessica:/etc> cat resolv.conf

nameserver 157.169.25.4

nameserver 157.169.25.10

nameserver 157.169.25.1

Par exemple essi2.essi.fr:0 peut être utilisé. Pour l'accès à une machine d'un sous-réseau local, le nom de la machine suffit (essi2:0).

Certaines machines peuvent posséder plusieurs cartes graphiques (par exemple une carte 24 bits pour l'affichage et une autre carte 8 bits pour le développement). Il faut donc donner le numéro de la carte dans laquelle on veut afficher.

Le display destinataire de l'application X11 est identifié par différents niveaux de priorité.

Sur la ligne de commande dans le shell, on peut spécifier (dans les programmes X11 correctement écrits) :

local_host:> xclock -display another_host:0

Si aucun argument n'est spécifié, la variable d'environnement shell est exploitée.

Pour la positionner :

local_host:> setenv DISPLAY essi2.essi.fr:0

local_host:> export DISPLAY

L'interface graphique des applications X11 à partir de ce moment sera redirigée sur le display essi2.essi.fr:0.

Les commandes X-Window se trouvent en général dans le répertoire /usr/bin/X11. Il convient d'inclure celui-ci dans le mécanisme des règles de recherche. Pour les Unixiens utilisateurs de csh ou tcsh, il est vivement conseillé d'inclure la commande ci-dessous dans le .cshrc.

set path = ($path /usr/bin/X11)

En utilisant un système de fenêtrage, l'utilisateur est amené à ouvrir des fenêtres (sessions) sur différentes machines. Pour que cela soit possible un fichier appelé .rhosts, se situant dans le répertoire d'accueil (home dir) de l'utilisateur, donnera les autorisations nécessaires. L'exemple ci-dessous montre le contenu du fichier .rhosts d'un utilisateur toto s'autorisant des sessions automatiques depuis et vers les machines mach1, mach2 et mach3 du domaine org.fr (son répertoire d'accueil étant commun aux trois machines) :

mach1.org.fr toto mach2.org.fr toto mach3.org.fr toto

Un serveur X a besoin de connaître les préférences de l'utilisateur concernant un certain nombre de paramètres. C'est le rôle du fichier .Xdefaults situé dans le répertoire d'accueil de l'utilisateur. L'exemple ci-dessous est une configuration minimum pour démarrer :

! Ressources generales par defaut.

!

*BitmapFilePath : /usr/include/X11/bitmaps

*font : 9x15

!

! Ressources de Xterm

!

XTerm.termName : xterm

XTerm.geometry : 80x34

XTerm.SunFunctionKeys : on

XTerm.VT100.boldFont : 6x13bold

XTerm.VT100.Font : 6x13

XTerm.VT100.font1 : 5x8

XTerm.VT100.font2 : 6x9

XTerm.VT100.font3 : 9x15

XTerm.VT100.font4 : 10x20

XTerm.VT100.ScrollBar : on

Les gestionnaires de fenêtres en général permettent à l'utilisateur de personnaliser un certain nombre de paramètres tels que les répertoires d'icônes, les polices utilisées dans les bandeaux de fenêtres, les menus déroulants. Dans le cas de twm un fichier appelé .twmrc joue ce rôle, il est situé dans le répertoire d'accueil de l'utilisateur. L'exemple suivant est une configuration minimum pour démarrer.

WarpCursor
BorderWidth 5
TitleFont "9x15"
MenuFont "9x15"
IconFont "9x15"
ResizeFont "9x15"
IconManagerFont "9x15"
NoTitleFocus
Zoom
ShowIconmanager
#Button = KEYS : CONTEXT : FUNCTION
Button1 = : root : f.menu "button1"
Button2 = : root : f.menu "button2"
Button3 = : root : f.menu "button3"
Button1 = m : window : f.menu "button1"
Button2 = m : window : f.menu "button2"
Button3 = m : window : f.menu "button3"
Button1 = m : title : f.menu "button1"
Button2 = m : title : f.menu "button2"
Button3 = m : title : f.menu "button3"
Button1 = : icon : f.iconify
Button2 = : icon : f.move
Button1 = : title : f.raise
Button2 = : title : f.move
IconDirectory "/usr/include/X11/bitmaps"

menu "button1"
{
    "Rafraîchir ecran" f.refresh
    "Nouveau .twmrc" f.twmrc
    "Destruction fenetre" f.destroy
    "Nouveau .Xdefaults" !"xrdb -load .Xdefaults &"
}
menu "button2"
{
    "Actions speciales" f.title
    "UnFocus" f.unfocus
    "UnIconify" f.iconify
    "Move Window" f.move
    "Resize Window" f.resize
    "Raise Window" f.raise
    "Lower Window" f.lower
    "Focus on Window" f.focus
    "Zoom" f.fullzoom
    "Kill twm" f.quit
}
menu "button3"
{}

Dans la livraison du MIT, on trouve la commande startx qui lance le chargement d'un serveur X et l'initialisation d'un certain nombre de clients X. La commande startx recherche la présence d'un fichier appelé .xinitrc dans le répertoire d'accueil de l'utilisateur, il contient les applications à lancer en ouvrant la session. Si le fichier .xinitrc n'existe pas, des applications trouvées dans le fichier /usr/lib/X11/xinit/xinitrc seront alors lancées par défaut. Toutes les applications figurant dans un .xinitrc doivent être lancées en arrière-plan sauf la dernière, car quand celle-ci se terminera, la session X tout entière prendra fin. Dans l'exemple suivant, la commande xquit permet de quitter la session :

xhost + > /dev/null &
twm &
xconsole -iconic &
xclock -geometry 120x120+1017+6 &
xterm -ls -sb &
xquit -geometry 60x72+1078+776

Il y a plusieurs solutions pour initialiser une session X sur un terminal X. Une des méthodes généralement utilisées est l'établissement préalable d'une session Telnet entre le terminal et la machine hôte de référence. Une fois cette connexion obtenue, l'utilisateur pourra lancer une procédure de commandes contenant les applications à démarrer comme dans l'exemple suivant :

#!/bin/csh
xhost + > /dev/null &
xrdb ~/.Xdefaults & twm & xclock -geometry 120x120-0+0 &
xterm -ls -sb &

Il est également possible de configurer le terminal X afin qu'il utilise XDM. Dans ce cas une bannière de connexion invite l'utilisateur à se présenter (nom et mot de passe). En cas de succès des applications sont lancées automatiquement.

L'initialisation du terminal X, ainsi que la fin de la session X, sont propres à chaque type de terminal et ne sont donc pas mentionnées ici.

Dans l'environnement X-Window le mot ressource est utilisé pour spécifier des valeurs qui sont utilisées par les applications, et qui peuvent être facilement modifiées par l'utilisateur. Dans le principe il convient de distinguer les ressources standards (communes à toutes les applications) et les ressources particulières (inventées par le créateur de l'application).

Toute application s'appuyant sur la bibliothèque Xt Intrinsics hérite des ressources suivantes :

• font pour spécifier les polices de caractères utilisées ;
• geometry pour indiquer le positionnement et la taille des fenêtres ;
• background pour qualifier le fond d'écran d'une fenêtre ;
• borderwidth pour donner la taille en pixels du contour des fenêtres ;
• display pour indiquer le nom de la station qui héberge le serveur X ciblé ;
• …

Ces ressources sont appelées les ressources standards.

En plus des ressources standards, les programmeurs définissent des ressources propres à leurs applications. Ces ressources servent à personnaliser les utilisations, l'utilisateur ayant la maîtrise de nombreux paramètres. Ainsi l'application xterm fournie par le consortium X prévoit pour l'utilisateur la possibilité de spécifier ses choix pour les ressources suivantes :

• scrollBar pour indiquer si l'utilisateur désire ou non la présence d'une barre de défilement sur le côté de sa fenêtre ;
• saveLines pour mentionner le nombre de lignes sur lequel portera l'effet d'une barre de défilement ;
• …

Le manuel d'une application X-Window contient toujours la liste des ressources propres à cette application ainsi que leurs valeurs par défaut.

Les ressources d'une application X-Window sont associées aux fenêtres qui la composent sous la forme d'une arborescence respectant les imbrications des fenêtres composantes. Les fenêtres composant une application ont un nom (utilisable à l'extérieur du programme) donné par le programmeur, il doit figurer dans le manuel de l'application. L'application exemple crée une fenêtre contenant deux sous-fenêtres qui sont des boutons de commandes.

Pour personnaliser l'application exemple l'utilisateur pourra procéder de la façon suivante :

exemple.bouton1.font : 6x13

exemple.bouton1.borderWidth : 5

exemple.bouton1.label : Com A

exemple.bouton2.font : 9x15

exemple.bouton2.borderWidth : 5

exemple.bouton2.label : Com B

L'utilisateur a ici utilisé les ressources standards font et borderWidth, il demande une police de caractères spécifique pour chaque bouton de commande. Par contre pour le bord de la fenêtre il stipule la même valeur pour bouton1 et bouton2 et aurait pu utiliser la notation suivante :

exemple*borderWidth : 5

!! ou

Exemple*borderWidth : 5

La notation * permet de s'affranchir de tout ou partie de la hiérarchie des fenêtres. L'exemple ci-dessus créerait toutes les fenêtres de l'application avec un bord de cinq pixels quel que soit leur niveau d'emboitement. La seconde ligne commençant par « Exemple » cible toutes les applications de la classe Exemple dont exemple est un membre. C'est une notation fréquemment utilisée.

Dans le jargon X-Window, on dit que exemple est une application et que exemple.bouton2 est un widget, label étant une ressource propre à l'application exemple. Les (sous-) fenêtres ne sont que la partie visible des widgets, un widget est une structure de données accompagnant une fenêtre et permettant de la qualifier à l'aide de ressources.

Il y a divers endroits pour spécifier les ressources des applications XWindow.

L'auteur d'une application utilisera un fichier de ressources qu'il placera dans le répertoire /usr/lib/X11/app-defaults, mais il pourra également spécifier dans son programme des ressources inaltérables.

L'utilisateur pourra personnaliser l'application en positionnant des ressources dans le fichier .Xdefaults situé dans son répertoire d'accueil. Il pourra également indiquer des ressources en arguments de la ligne de commande qui lance l'application ciblée. Lorsqu'une même ressource est citée dans plusieurs endroits, l'ordre de préséance est celui de la figure ci-dessus.

L'auteur d'un client X peut désirer que son application soit installée avec des valeurs de ressources par défaut correctement initialisées pour tous les utilisateurs potentiels. Il peut alors installer dans le répertoire /usr/bin/X11/appdefaults un fichier dont le nom sera la classe de son application, et ce fichier sera consulté à chaque démarrage de l'application.

Les clients X ont tous une classe dont le nom est celui de l'application, mais avec la première lettre en majuscule (en général). Ainsi la classe de l'application xterm est Xterm, celle de l'application xlatex est Xlatex… Ce mécanisme offre la possibilité de faire cohabiter plusieurs versions d'une même application (sous des noms différents) tout en partageant le même

fichier dans /usr/bin/X11/appdefaults.

Un administrateur d'applications X averti pourra souhaiter franciser les clients X les plus fréquemment utilisés. Pour être efficace, il portera ses modifications dans le fichier app-defaults existant ou en créera un exemplaire.

L'exemple suivant montre l'application xfd avant et après francisation.

Le fichier /usr/bin/X11/app-defaults/Xfd tel que livré par le consortium X :

*quit.Label : Quit

*prev.Label : Prev Page

*next.Label : Next Page

*select.Label : Select a character

Le fichier /usr/bin/X11/app-defaults/Xfd après modification :

*quit.Label : Sortir

*prev.Label : Page precedente

*next.Label : Page suivante

*select.Label : Choisissez un caractere

Le fichier .Xdefaults situé dans le répertoire d'accueil de l'utilisateur lui permet de personnaliser les applications X-Window. Lorsque le fichier .Xdefaults a été modifié, il faut en avertir le serveur X de la façon suivante :

xrdb -load ~/.Xdefaults

Un certain nombre de ressources peuvent être placées en arguments de la ligne de commande. C'est le cas de toutes les ressources standards (font, borderWidth…) et aussi de certaines ressources des applications dans la mesure où le programmeur en a décidé ainsi. Les ressources spécifiées de cette façon sont toujours prioritaires par rapport au contenu de app-defaults et .Xdefaults. L'exemple suivant montre l'appel de l'application xterm en spécifiant des ressources sur la ligne de commande :

xterm -fn 9x15 -ls -sb

-fn 9x15 est la spécification de la ressource standard font , -ls et -sb sont des spécifications de ressources propres à l'application xterm.

C'est au développeur d'une application de prévoir les ressources personnalisables, il doit également déterminer si les ressources peuvent être simplement spécifiées en arguments de la ligne de commande. Ainsi dans l'application xterm, la ressource scrollBar peut être positionnée en argument de la ligne de commande en utilisant -sb. C'est le créateur de l'application qui en a décidé ainsi, aussi l'indique-t-il dans son manuel.

xrdb permet de prendre en compte la personnalisation des ressources par un utilisateur. Cette commande utilise la syntaxe du préprocesseur du langage C pour permettre de présenter des fichiers de ressources adaptés à différents cas. xrdb connaît (entre autres) les symboles suivants :

• COLOR, qui est positionné si l'écran utilisé est répertorié du genre StaticColor, PseudoColor, TrueColor ou DirectColor (cf. la commande xdpyinfo) ;
• SERVERHOST, le nom de la machine hébergeant le serveur X ;
• VENDOR, une chaîne permettant d'identifier le fournisseur du serveur X utilisé (elle est hélas souvent très longue).

Dans un fichier .Xdefaults, l'utilisateur pourra s'autoriser des écritures du genre :

#ifdef COLOR

Mwm*background : SlateGrey

Mwm*foreground : yellow

#endif

On utilise en général xrdb en lui fournissant le nom d'un fichier de ressources en argument comme dans l'exemple suivant :

xrdb /.Xdefaults

Au niveau de la gestion des ressources, un certain nombre d'améliorations ont été apportées par la révision X11R5.

Dans le nommage des ressources, on peut maintenant introduire le caractère « ? » pour remplacer un élément d'un nom complet de ressource, comme dans l'exemple suivant :

Xdf.?.quitter.background : red

La nouvelle ressource customization permet à l'utilisateur d'être automatiquement aiguillé vers un fichier app-defaults adapté à son terminal.

En général les auteurs d'applications fournissent maintenant un fichier app-defaults pour les terminaux monochromes et un autre pour les terminaux couleur. Le fichier contenant les spécifications de couleur est en général suffixé par -color comme dans l'exemple suivant (l'application xdf) :

• Xdf (fichier des ressources par défaut pour les terminaux monochromes) ;
• Xdf-color (fichier des ressources par défaut pour les terminaux couleur).

En positionnant la variable customization à la valeur -color dans un fichier .Xdefaults (*customization : -color), l'utilisateur disposant d'un écran couleur aura une coloration automatique de l'application.