Graphische Oberflächen für Linux

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1 Graphische Oberflächen für Linux Anselm Lingnau 15. Oktober 2000

2 1 Graphische Oberflächen: Warum? Bequemlichkeit Neue Klassen von Anwendungen Leichter zu benutzen (?) Modern sein

3 2 Geschichte 1966 Doug Engelbart und Bill English erfinden die Maus 1973 Xerox Alto: Maus, Fenster, Ethernet, Perq: erste kommerzielle Graphik-Workstation 1981 Xerox Star: Icons, überlappende Fenster, Dialogboxen, Apple Lisa: Pulldown-Menüs; VisiOn; MS- Windows angekündigt 1984 Apple Macintosh; GEM (für PC); X

4 1985 GEOS für Apple II und C-64; Commodore Amiga; MS-Windows Apple verklagt Digital Research wegen GEM 1987 Apple Macintosh II: Farbe; Windows IBM OS/2 1.10: Presentation Manager (von Microsoft); NeXT 1990 Amiga Workbench 2; Windows OS/2 2.0: Workplace Shell ; Windows Windows NT 1995 Windows 95; BeOS 3

5 4 Das X Window System Bevorzugte Namen: X Window System, X11, X Nicht X-Windows ( Windows ist von Microsoft) Haupt-Autoren: Robert W. ( Bob ) Scheifler, MIT Laboratory for Computer Science Jim Gettys, MIT Project Athena bzw. Digital Equipment Corp. plus diverse MIT-Doktoranden, Mitarbeiter der beteiligten Firmen und Freiwillige überall auf der Welt

6 5 X-Frühgeschichte 1984: MIT LCS/Project Athena brauchten ein Fenstersystem Hardware: Digital VS100, VAX; andere Systeme vorhersehbar Vorläufer: W (Asente/Reid, Stanford University) Betriebssystemplattform: V Netzwerktransparenz synchrone Operationen hierarchisch organisierte Fenster X ist Reaktion auf W

7 1985 (Herbst): X10 veröffentlicht (X1 bis X9 waren nicht so interessant) 1986: X10 läuft auf sieben Rechnerarchitekturen von mehr als einem Dutzend Hersteller; diverse Betriebssysteme Frühling 1986: Entwurf für X11 beginnt Herbst 1987: Erste Implementierung des X11-Protokolls 6

8 7 X-Struktur Text Programm Pseudo TTY GUI Programm Terminal emulator Window manager X Bibliothek X Bibliothek X Bibliothek Netzwerk X Server Tastatur Maus Bildschirm

9 8 X und das Netzwerk X ist netzwerktransparent Die Anzeige kann auf einem anderen Rechner erfolgen als auf dem, wo das Programm läuft

10 8 X und das Netzwerk X ist netzwerktransparent Die Anzeige kann auf einem anderen Rechner erfolgen als auf dem, wo das Programm läuft Vorbedingung: Datenübertragung zwischen Client (Programm) und Server (Anzeige) Allgemein: TCP/IP, DECnet,... Lokal: Unix-Domain-Sockets (schneller) Shared Memory Transport (am schnellsten)

11 8 X und das Netzwerk X ist netzwerktransparent Die Anzeige kann auf einem anderen Rechner erfolgen als auf dem, wo das Programm läuft Vorbedingung: Datenübertragung zwischen Client (Programm) und Server (Anzeige) Allgemein: TCP/IP, DECnet,... Lokal: Unix-Domain-Sockets (schneller) Shared Memory Transport (am schnellsten) Geräteunabhängiges Protokoll, asynchron

12 X-Server 9 realisiert (graphische) Ausgabe von Programmen verwaltet Eingabegeräte und verteilt Eingabe an Programme X-Protokoll + Erweiterungen Aufteilung: Geräteunabhängiger Teil (DIX) Geräteabhängiger Teil (DDX) Basis: sample server, herstellerspezifische Änderungen

13 10 X-Client kommuniziert mit X-Server über X-Protokoll schickt Graphik-Anforderungen; erhält Ereignisse (events)

14 10 X-Client kommuniziert mit X-Server über X-Protokoll schickt Graphik-Anforderungen; erhält Ereignisse (events) kann irgendwo im Netz laufen (entfernt vom Server)

15 10 X-Client kommuniziert mit X-Server über X-Protokoll schickt Graphik-Anforderungen; erhält Ereignisse (events) kann irgendwo im Netz laufen (entfernt vom Server) kann mehrere X-Server gleichzeitig benutzen

16 10 X-Client kommuniziert mit X-Server über X-Protokoll schickt Graphik-Anforderungen; erhält Ereignisse (events) kann irgendwo im Netz laufen (entfernt vom Server) kann mehrere X-Server gleichzeitig benutzen Alle Clients eines Servers sind (ziemlich) gleichberechtigt

17 11 X-Bibliothek, Toolkits und Widget Sets X-Bibliothek (Xlib): (C-)Funktionen zur Abstraktion des X-Protokolls XOpenDisplay(), XCreateWindow(), XDrawLine(), XNextEvent(),...

18 11 X-Bibliothek, Toolkits und Widget Sets X-Bibliothek (Xlib): (C-)Funktionen zur Abstraktion des X-Protokolls XOpenDisplay(), XCreateWindow(), XDrawLine(), XNextEvent(),... Toolkits und Widget Sets: bauen auf Xlib auf widget: Element einer graphischen Oberfläche Toolkit: Infrastruktur zum Definieren von Widgetklassen Widget Set: Sammlung zusammenpassender Widgets Xt, Athena Widgets, OSF/Motif, Tk, Qt, Gtk+,...

19 12 Programm Programm Programm Programm Athena Widgets OSF/Motif Tk Qt X Toolkit (Xt) X Bibliothek (Xlib) Netzwerk (zum Server)

20 13 Mechanism, not policy Ziel: Technische Lösungen zur Verfügung stellen, aber deren Einsatz nicht reglementieren

21 13 Mechanism, not policy Ziel: Technische Lösungen zur Verfügung stellen, aber deren Einsatz nicht reglementieren Vorteile: Maximale Flexibilität für Programmoberflächen Ersparnis von Mühe und Streitereien bei der Entwicklung des Basissystems

22 13 Mechanism, not policy Ziel: Technische Lösungen zur Verfügung stellen, aber deren Einsatz nicht reglementieren Vorteile: Maximale Flexibilität für Programmoberflächen Ersparnis von Mühe und Streitereien bei der Entwicklung des Basissystems Nachteile: Wildwuchs bei Widget Sets und Programmen Inhomogenes Erscheinungsbild ( look & feel )

23 14 Aufgaben: Windowmanager Anordnung, Größe usw. der Fenster von Programmen verwalten Dekoration der Fenster Verwaltung von Ressourcen wie Farbtabelle, Fokus,...

24 14 Aufgaben: Windowmanager Anordnung, Größe usw. der Fenster von Programmen verwalten Dekoration der Fenster Verwaltung von Ressourcen wie Farbtabelle, Fokus,... Ansonsten gewöhnlicher X-Client

25 14 Aufgaben: Windowmanager Anordnung, Größe usw. der Fenster von Programmen verwalten Dekoration der Fenster Verwaltung von Ressourcen wie Farbtabelle, Fokus,... Ansonsten gewöhnlicher X-Client Heute oft Teil einer größeren Infrastruktur Vielfältige Auswahl verfügbar: twm, mwm, fvwm, icewm, WindowMaker, Enlightenment,...

26 15 X Toolkit (Xt) Infrastruktur zum Definieren von Widgetklassen und Widgets Basis für verschiedene Widget Sets (Athena Widgets, OSF/Motif) Grundbestandteil von X11

27 15 X Toolkit (Xt) Infrastruktur zum Definieren von Widgetklassen und Widgets Basis für verschiedene Widget Sets (Athena Widgets, OSF/Motif) Grundbestandteil von X11 Athena Widgets (Xaw) Beispiel-Widget-Set Relativ geringe Widget-Auswahl Schlichte Optik Nur noch selten benutzt

28 16 OSF/Motif Open Software Foundation Open Group Kommerzielles Widget Set (Alternative zu Xaw) Außerdem: Windowmanager, Zeichensätze, Style Guide Mehr und bessere Widgets als Xaw Wesentliche Programmiersprache: C Kostete bis vor kurzem Geld, darum unter Linux nicht sehr verbreitet CDE: Desktop-Umgebung auf Motif-Basis

29 17 Tcl/Tk 1990/91, John Ousterhout (UCB) Toolkit und Widget Set auf Basis von Tcl (statt C); ersetzt Xt, Xaw, OSF/Motif Look & Feel an OSF/Motif angelehnt (unter Unix) Dynamische, zur Laufzeit anpaßbare und erweiterbare Oberflächen Trennung Oberfläche/anwendungsspezifischer Code Portabilität: Tcl/Tk-Programme laufen auch auf Windows, Mac,...

30 18 Gtk+ 1996/97?, Peter Mattis, Spencer Kimball, Josh MacDonald Ursprünglich für The GIMP (Graphikprogramm) Relativ große Widgetauswahl Wesentliche Programmiersprache: C (andere möglich) Themes: Aussehen der Widgets kann vom Benutzer angepaßt werden X-Funktionen werden (fast) ganz versteckt Gewisse Einschränkungen gegenüber reinem X

31 19

32 Qt 20 Seit 1992; Trolltech AS (gegründet 1994) Erste kommerzielle Version von Qt: 1995 Sommer 2000: Qt (auch) unter GPL verfügbar Relativ große Widgetauswahl Wesentliche Programmiersprache: C++ (mit Erweiterungen) Andere Sprachen möglich (z. B. Python) Ähnlich Gtk+: Themes, X wird versteckt Diverse Plattformen: Unix, Windows, QNX,...

33 21

34 22 X-Clients: Beispiele (Dies ist eine absolute Mini-Auswahl; ausgelassene Programme sind nicht unbedingt schlecht und die Reihenfolge hat auch nichts zu bedeuten!) Terminalemulatoren: für textorientierte Programme xterm, rxvt, eterm, Konsole,...

35 22 X-Clients: Beispiele (Dies ist eine absolute Mini-Auswahl; ausgelassene Programme sind nicht unbedingt schlecht und die Reihenfolge hat auch nichts zu bedeuten!) Terminalemulatoren: für textorientierte Programme xterm, rxvt, eterm, Konsole,... Texteditoren: xedit, Emacs,...

36 22 X-Clients: Beispiele (Dies ist eine absolute Mini-Auswahl; ausgelassene Programme sind nicht unbedingt schlecht und die Reihenfolge hat auch nichts zu bedeuten!) Terminalemulatoren: für textorientierte Programme xterm, rxvt, eterm, Konsole,... Texteditoren: xedit, Emacs,... Mail- und Newsreader: xmh, Exmh, XFMail, xrn, knews,...

37 Bild- und Dateibetrachter: xdvi, xv, GhostView,... 23

38 Bild- und Dateibetrachter: xdvi, xv, GhostView,... Graphikprogramme: bitmap, xpaint, The GIMP,... 23

39 Bild- und Dateibetrachter: xdvi, xv, GhostView,... Graphikprogramme: bitmap, xpaint, The GIMP,... Nützliche Kleinigkeiten: xwd, xwud, xev, xset, xsetroot,... 23

40 Bild- und Dateibetrachter: xdvi, xv, GhostView,... Graphikprogramme: bitmap, xpaint, The GIMP,... Nützliche Kleinigkeiten: xwd, xwud, xev, xset, xsetroot,... Spielereien: xeyes, ico, maze,... 23

41 Bild- und Dateibetrachter: xdvi, xv, GhostView,... Graphikprogramme: bitmap, xpaint, The GIMP,... Nützliche Kleinigkeiten: xwd, xwud, xev, xset, xsetroot,... Spielereien: xeyes, ico, maze,... und vieles andere mehr! 23

42 KDE 24 Desktop-Umgebung : Zueinander passende, interoperable Programme Basis: Qt (Troll Tech) Projektbeginn: Oktober 1996 (Matthias Ettrich) Juli 1998: Version 1.0 Oktober 2000: Version 2.0 im Betatest Freie Software (Lizenzstreitigkeiten ausgeräumt)

43 KDE 24 Desktop-Umgebung : Zueinander passende, interoperable Programme Basis: Qt (Troll Tech) Projektbeginn: Oktober 1996 (Matthias Ettrich) Juli 1998: Version 1.0 Oktober 2000: Version 2.0 im Betatest Freie Software (Lizenzstreitigkeiten ausgeräumt) Stand vom September 2000: Zeilen Quellcode

44 mehrere hundert Entwickler >24 WWW-Mirrors in 16 Ländern 25 Sprachen werden unterstützt Diverse Anwendungsprogramme Flaggschiff : KOffice Textverarbeitung (KWord), Tabellenkalkulation (KSpread), Graphik (KIllustrator, KChart, KImageShop), Präsentation (KPresenter),... aktuell: Alphatest (vieles angeblich schon benutzbar) Komponentenarchitektur (KParts), konzeptuell vergleichbar mit Windows 25

45 GNOME 26 Ebenfalls Desktop-Umgebung; Teil des GNU-Projekts Basis: Gtk+ (GIMP-Toolkit) Projektbeginn: August 1997 (Miguel de Icaza) März 1999: Version 1.0 Mai 2000: Version 1.2 (aktuelle Version) Umfang vergleichbar mit KDE Ebenfalls Office-Projekt, Komponentenarchitektur (CORBA),... GNOME Foundation

46 27 Philosophischer Einschub Warum zwei Desktop-Projekte? Lizenzstreitigkeiten wegen Qt (inzwischen irrelevant) andere religiöse Differenzen (C vs. C++ usw.)

47 27 Philosophischer Einschub Warum zwei Desktop-Projekte? Lizenzstreitigkeiten wegen Qt (inzwischen irrelevant) andere religiöse Differenzen (C vs. C++ usw.) Kompatibilität zwischen KDE und Qt? Tatsächlicher Quellcode nicht kompatibel KDE- und GNOME-Programme können nebeneinander laufen Interoperabilität (bis zu gewissem Grad): Drag & Drop

48 27 Philosophischer Einschub Warum zwei Desktop-Projekte? Lizenzstreitigkeiten wegen Qt (inzwischen irrelevant) andere religiöse Differenzen (C vs. C++ usw.) Kompatibilität zwischen KDE und Qt? Tatsächlicher Quellcode nicht kompatibel KDE- und GNOME-Programme können nebeneinander laufen Interoperabilität (bis zu gewissem Grad): Drag & Drop Warum überhaupt eine Desktop-Umgebung!?

49 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit)

50 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit) Ganz traditionell C-Programm mit Xt und Athena Widgets

51 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit) Ganz traditionell C-Programm mit Xt und Athena Widgets Ziemlich traditionell C-Programm mit OSF/Motif

52 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit) Ganz traditionell C-Programm mit Xt und Athena Widgets Ziemlich traditionell C-Programm mit OSF/Motif Bequem Tcl/Tk-Programm (siehe Vortrag gestern) oder auch Perl/Tk, Python/Tkinter, Scheme,...

53 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit) Ganz traditionell C-Programm mit Xt und Athena Widgets Ziemlich traditionell C-Programm mit OSF/Motif Bequem Tcl/Tk-Programm (siehe Vortrag gestern) oder auch Perl/Tk, Python/Tkinter, Scheme,... Politisch korrekt C-Programm mit Gtk+/GNOME

54 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit) Ganz traditionell C-Programm mit Xt und Athena Widgets Ziemlich traditionell C-Programm mit OSF/Motif Bequem Tcl/Tk-Programm (siehe Vortrag gestern) oder auch Perl/Tk, Python/Tkinter, Scheme,... Politisch korrekt C-Programm mit Gtk+/GNOME Pragmatisch C++-Programm mit Qt/KDE

55 X-Programmierung 28 Masochistisch C-Programm mit Xlib (ganz ohne Toolkit) Ganz traditionell C-Programm mit Xt und Athena Widgets Ziemlich traditionell C-Programm mit OSF/Motif Bequem Tcl/Tk-Programm (siehe Vortrag gestern) oder auch Perl/Tk, Python/Tkinter, Scheme,... Politisch korrekt C-Programm mit Gtk+/GNOME Pragmatisch C++-Programm mit Qt/KDE... oder andere Möglichkeiten.

56 X unter Linux 29 Kanonische Implementierung: XFree86 Komplette Implementierung von X11R6.3 Ursprüngliche Codebasis: X386 (Th. Roell) Frei verfügbar für Linux (auf diversen Plattformen) und andere Unixe

57 X unter Linux 29 Kanonische Implementierung: XFree86 Komplette Implementierung von X11R6.3 Ursprüngliche Codebasis: X386 (Th. Roell) Frei verfügbar für Linux (auf diversen Plattformen) und andere Unixe Kommerziell verfügbare X-Server Metro-X (Metrolink), Accelerated-X (Xi Graphics),... Typischerweise mehr Hardwareunterstützung, 3D,...

58 XFree86 30 Aktuelle stabile Version: Diverse Server für verschiedene Graphikkarten

59 XFree86 30 Aktuelle stabile Version: Diverse Server für verschiedene Graphikkarten Ganz aktuelle Version: Ein Server; ladbare Module für Graphikkarten Modernere Graphikkarten Mehrere Graphikkarten und Bildschirme gleichzeitig (Multihead, Xinerama ) Bessere 3D-Unterstützung (DRI, GLX), Video (Xv) Bessere Zeichensatzunterstützung (TrueType, Unicode,... )

60 31 X-Probleme Maßeinheit Pixel

61 31 Maßeinheit Pixel X-Probleme Graphik- und Ereignismodell zu primitiv Client schickt Widgets pixelweise Server schickt Mausbewegungen, Klicks, Tastendrücke (Als X erfunden wurde, ging es noch kaum anders.)

62 31 Maßeinheit Pixel X-Probleme Graphik- und Ereignismodell zu primitiv Client schickt Widgets pixelweise Server schickt Mausbewegungen, Klicks, Tastendrücke (Als X erfunden wurde, ging es noch kaum anders.) Graphikprogrammierung aufwendig (Visuals, Farben)

63 31 Maßeinheit Pixel X-Probleme Graphik- und Ereignismodell zu primitiv Client schickt Widgets pixelweise Server schickt Mausbewegungen, Klicks, Tastendrücke (Als X erfunden wurde, ging es noch kaum anders.) Graphikprogrammierung aufwendig (Visuals, Farben) Unterstützung von Zeichensätzen/Typographie

64 31 Maßeinheit Pixel X-Probleme Graphik- und Ereignismodell zu primitiv Client schickt Widgets pixelweise Server schickt Mausbewegungen, Klicks, Tastendrücke (Als X erfunden wurde, ging es noch kaum anders.) Graphikprogrammierung aufwendig (Visuals, Farben) Unterstützung von Zeichensätzen/Typographie Internationalisierung (z. B. Eingabe japanischer Schrift)

65 31 Maßeinheit Pixel X-Probleme Graphik- und Ereignismodell zu primitiv Client schickt Widgets pixelweise Server schickt Mausbewegungen, Klicks, Tastendrücke (Als X erfunden wurde, ging es noch kaum anders.) Graphikprogrammierung aufwendig (Visuals, Farben) Unterstützung von Zeichensätzen/Typographie Internationalisierung (z. B. Eingabe japanischer Schrift) Drucken

66 GNUstep 32 Fensterumgebung basierend auf X11, Display Postscript und Objective-C Grundlage: OpenStep (Spezifikation), NeXTSTEP Eigentliches Ziel: Programmierumgebung für plattformübergreifende Projekte Anzeigen und Drucken sind dasselbe

67 GNUstep 32 Fensterumgebung basierend auf X11, Display Postscript und Objective-C Grundlage: OpenStep (Spezifikation), NeXTSTEP Eigentliches Ziel: Programmierumgebung für plattformübergreifende Projekte Anzeigen und Drucken sind dasselbe Kein X11-Ersatz (jedenfalls nicht jetzt) Kein Programm, sondern eine Sammlung von Bibliotheken

68 Windowmanager: WindowMaker Viele Systemkomponenten noch in Arbeit 33

69 34 Berlin Eigenständiges Fenstersystem basierend auf Fresco/InterViews (Stanford University) Grundlage: Strukturierte Graphik Fensterinhalte intern als Baum dargestellt Anzeigen = Durchlaufen des Baums Zugriff über CORBA (programmiersprachenunabhängig) Zentrale Konfiguration des Aussehens auf der Serverseite

70 Eventbehandlung, Redraws usw. im Server (statt, wie bei X, im Client) Wesentlich weniger Kommunikation zwischen Server und Client nötig Noch in Arbeit 35

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