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Wayland

電腦顯示伺服器協定

Wayland是一个通信协议，規定了顯示伺服器與其客戶機之間的通信方式，而使用这个协议的显示服务器称为Wayland Compositor。它由Kristian Høgsberg於2008年发起，目标是用更简单的现代化视窗系统取代X Window System。Wayland协议的参考实现称为Weston，由Wayland项目组使用C语言开发。[3]

Wayland
Wayland参考实现Weston
Wayland参考实现Weston
原作者Kristian Høgsberg
首次发布2008年9月30日，​16年前​（2008-09-30）[1]
当前版本1.21.0[2]（2022年6月30日，​2年前​（2022-06-30））
预览版本1.20.93（2022年6月23日，​2年前​（2022-06-23））
源代码库
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编程语言C
操作系统类Unix系统
类型显示服务
许可协议MIT許可證
网站wayland.freedesktop.org
Linux：X Server與Wayland Compositor
Wayland compositors, libwayland-client and toolkits

Wayland與X Window System的最大不同在於，它規定由客戶機自身負責窗口邊框和裝飾的繪製，並且客戶機能夠通過EGL以及一些Wayland特定的EGL擴充元件直接在顯示記憶體中算繪自己的緩衝區。窗口管理器简化成显示管理服务，专门负责算繪那些屏幕上的程序。这比X Window System中的窗口管理器要更简单、高效。[4][5]

Wayland项目的源码使用MIT許可證釋出。现有的Compositor例如Compiz，KWin和Mutter对Wayland都有着不同程度的支持。

歷史

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Wayland的创始人Kristian Høgsberg是X.Org Server开发者，曾参与过AIGLX（英语：AIGLX）和DRI2（英语：DRI2）的开发。他在2008年供职于红帽时发起了Wayland作为业余项目，目标是让“每一个帧都完美无瑕，也就是说应用程序要能充分地控制图形的渲染，使我们完全无法察觉任何的撕裂、延迟、重画及闪烁”[6][7][8][9]。这一灵感浮现时他正开车经过马萨诸塞州的韦兰，也就由此决定了项目的名字[8][10]。

2010年10月，Wayland加入了Freedesktop.org项目[11][12]。在迁移过程中，邮件列表wayland-devel代替了原先的Google group邮件组，用于讨论项目的开发。

Wayland是自由软件，它的库(libwayland-server和libwayland-client)以MIT License授权，示例程序和Compositor一开始以GPLv2授权。现在整个项目都是以MIT License授权。直到2010年11月份，Wayland还仅仅只能在Intel、Nvidia和AMD的开源驱动上运行。

设计

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The Wayland display server protocol relys on EGL

Wayland运用既有的Linux核心技术，像是Direct Rendering Manager（DRM），Kernel Mode-Setting（KMS）以及Graphics Execution Manager（GEM）以提供一個最小化的显示管理服务。Wayland混合器（compositor）在2010年6月已从桌面常用的OpenGL改为OpenGL ES[13]。這個專案也開發支援Wayland顯示的Qt，而不需要X。大部分應用程式都有望獲得透過函式庫，無需修改程式即可支援Wayland。

近些年来，GNU/Linux桌面图形开发者将许多与渲染有关的接口从X server移动到内核中。现在，已经有许多功能被移入内核（内存管理、任务调度、模式设置（KMS）等等）或是程序库（cairo、pixman、freetype、fontconfig、pango等等），所以窗口系统需要做的事情大大减少了。但是X11协议十分巨大、庞杂，并且它包括了许多已经过时的模块。虽然开发者们为了使X server适应现代化的计算机体系结构而开发出了XRandR、XRender、Composite等一些额外扩展，但这终究是治标不治本，同时这也会增加维护的难度。

Wayland是一款协议，但与X server不同的是，Wayland只做它必须要做的事情。下面以「鼠标点击按钮引发按钮更新动作」为例来说明一下Wayland和X server的区别：

 
X架构

在X中：

  1. 内核捕获鼠标点击事件并发送给X server。
  2. X server会计算该把这一事件发送给哪个窗口（事实上，窗口位置是由Compositor控制的，X server并不能够正确的计算Compositor做过特效变化之后的按钮的正确位置）。
  3. 应用程序对此事件进行处理（将引发按钮更新动作）。但是，在此之前它得向X server发送绘制请求。
  4. X server接收到这条绘制请求，然后把它发给视频驱动来渲染。X还计算了更新区域，并且这条「垃圾信息」发送给了Compositor。
  5. 这时，Compositor知道它必须要重新合成屏幕上的一块区域。当然，这还是要向X server发送绘制请求的。
  6. 开始绘制。但是X server还会去做一些不必要的本职工作（窗口重叠计算、窗口剪裁计算等）。
 
Wayland架构

在Wayland中：

  1. 内核捕获鼠标点击事件并发送给Wayland Compositor。
  2. 由于是直接发给Wayland Compositor的，所以Wayland Compositor会正确地计算出按钮的位置。同时它会把这一事件发送给按钮所在的应用程序来处理。
  3. 应用程序直接渲染，无需向Wayland Compositor请求。只需在绘制完成之后向Wayland Compositor发送一条信息表明这块区域被更新了。
  4. Wayland Compositor收到这条信息后，立即重新合成整个桌面。

目前，Wayland使用OpenGL ES而不是传统的OpenGL。“从长远来看，我们需要完整的OpenGL支持，但问题是libGL会带来X的依赖性......”[14]另一方面，使用OpenGL ES会使得Wayland更容易支持移动设备[15]。Wayland目前并不支持网络透明性，但未来可能会支持[16]。

媒体关注

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Phoronix於2008年11月發表了一篇标题為「Wayland: A New X Server For Linux」的文章[4]，披露Wayland這項新的项目。Kristian透過他的網誌對此關注作出回應，他告示大眾Wayland並非一個新的X server而是一個顯示伺服器，並聲明這個新興的專案尚處於未成熟的階段[6]。

使用

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Arch Linux

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Arch Linux本身不具有Wayland。但实际上，安装 Enlightenment 或 KDE 等桌面環境时，可以選用Wayland安裝作为显示服务器。

Ubuntu

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馬克·沙特爾沃思於2010年11月4日宣佈Wayland將作為Ubuntu未來某一未定版本Unity介面的顯示伺服器[17]。但是2013年3月份，Canonical确认他们将开发一个新的显示服务Mir而不是使用Wayland来替代X[18]。2017年4月份，Canonical宣佈放棄Unity與Mir[19]，並於Ubuntu 17.10開始使用Wayland[20]。但在18.04LTS版本中因為Wayland無法支持屏幕共享，遠程桌面服務以及GNOME Shell崩潰的可恢復性更換為X.Org Server。[21][22]

Fedora

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Fedora 25整合了GNOME桌面最新版本 3.22，并将GNOME桌面的版本的显示后端切换至预设为Wayland。

RHEL

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RHEL 8整合了Wayland。

Qt

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Qt 5.x提供了QtWayland模塊以支持Wayland協議[23]，藉由-platform命令列選項，Qt應用程式可以在運行時切換圖形後端，如X與Wayland[24]。2011年1月，Wayland支持进入上游Qt版本庫的Lighthouse分支[25]。

KDE

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KWin，KDE的視窗管理器加入支持OpenGL ES輸出[26]，已在KDE SC 4.7發布[27]。目前，KWin已經完成Wayland的初步移植[28]。在2012年1月發布的KDE SC 4.8，KDE將支援X下執行Wayland。在2012年夏天發布的KDE SC 4.9，將可以直接執行Wayland，主要用於支援行動設備，也就是Plasma Active[29]。

GNOME

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GNOME從3.10開始支持Wayland[30]。

Compiz

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Compiz开发者们已经把它对X的依赖部分变成了一个可选插件。同时，Canonical正在为Compiz添加OpenGL ES的支持。众所周知，目前Wayland正是使用OpenGL ES，这使将得Compiz能够更容易迁移到Wayland。 註:compiz此項目的主要作者已經離開Canonical，使得此項目進入停止開發的狀態，當然遷移到wayland的計劃也就更遙遙無期。

Sailfish OS

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Jolla的第一款裝置搭载的Sailfish OS使用Wayland[31]。

Wayland 合成器

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實作 Wayland 顯示伺服器協定的顯示伺服器也稱為 Wayland 合成器，因為它們也執行合成視窗管理器的任務。

  • Hyprland – 一個用C++ 編寫的基於wlroots 的平鋪Wayland 合成器，Hyprland 值得注意的功能包括動態平鋪、選項卡式視窗、乾淨且可讀的C++ 程式碼庫以及提供視窗動畫、圓角和Dual-Kawase模糊的自訂渲染器。
  • Weston – Wayland 合成器的參考實現，實現客戶端裝飾。
  • Enlightenment - 聲稱自 0.20 版本以來完全支援 Wayland ，但目前正在進行工作以實現完整的 Wayland 合成器 。
  • KWin - 截至 2021 年，KWin 幾乎擁有完整的 Wayland 支援。
  • Mutter - Mutter 為 GNOME 3.9 的 Wayland 整合維護了一個單獨的分支（2013 年 9 月）；[54] 在 2014 年的 3.13.1 版本中，Wayland 分支被合併到主儲存庫中。
  • Clayland – 使用 Clutter 的 Wayland 合成器的簡單範例。
  • Sway – 平鋪 Wayland 合成器和 X11 i3 視窗管理器的直接替代品。

Weston

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Weston 是Wayland 合成器的參考實作，它也是由Wayland 專案開發的，使用C 語言編寫，並在MIT 許可證下發布，由於Weston 依賴Linux 作業系統的某些功能，因此Weston只提供對Linux 作業系統的官方支援。其處理依賴evdev，雖然緩衝區的處理依賴於通用緩衝區管理 (GBM)，但是，2013 年宣布了 Weston 到 FreeBSD 的原型移植。

Weston 支援高頻寬數位內容保護 (HDCP)。

Weston 依靠 GEM 在合成器和應用程式之間共用應用程式緩衝區。對於渲染，Weston 可以使用OpenGL ES 或pixman 函式庫進行軟體渲染。支援庫作為依賴項。

Weston 的遠端存取介面由 RealVNC 員工於 2013 年 10 月提出。

Maynard

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Maynard 是一個圖形 shell，被寫為 Weston 的插件，就像 GNOME Shell 被寫為 Mutter 的插件一樣。

Raspberry Pi 基金會與 Collabora 合作發布了 Maynard，致力於提高效能和降低記憶體消耗。

工具包

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  • Clutter 对 Wayland 已经有完整的支持。
  • EFL 对 Wayland 通常情况下有完整支持。
  • Enlightenment Foundation Libraries 对Wayland已经有完整的支持。
  • QT 5 除了对 client 有一些改动之外，对Wayland已经有完整的支持。
  • GTK+3.4.0，发布于2012年3月26日，对 Wayland 的支持有一些缺陷。不过过随着3.4.1更新版本的发布，这个问题得到了缓解。
  • SDL自 2.0.2 发布以来开始支持 Wayland，自 2.0.4 开始默认启用。
  • GLFW 自 3.2 开始支持。
  • FreeGLUT 已开始支持。

参见

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參考資料

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  1. ^ 存档副本. [2023-01-28]. （原始内容存档于2020-04-01）. 
  2. ^ Simon Ser. [ANNOUNCE] wayland 1.21.0. 2022-06-30 [2022-06-30]. （原始内容存档于2022-07-02） （英语）. 
  3. ^ Wayland. [2013-09-18]. （原始内容存档于2010-11-22） （英语）. Wayland is a protocol for a compositor to talk to its clients as well as a C library implementation of that protocol. 
  4. ^ 4.0 4.1 Michael Larabel. Wayland: A New X Server For Linux. Phoronix Media. 2008-11-03 [2013-11-09]. （原始内容存档于2010-11-15） （英语）. 
  5. ^ D. J. Walker-Morgan. New Wayland X server looks to how a modern desktop works. Heise Media UK Ltd. 2008-11-06 [2013-11-09]. （原始内容存档于2013-10-29） （英语）. 
  6. ^ 6.0 6.1 Høgsberg, Kristian. Premature publicity is better than no publicity. 2008-11-03 [2016-04-06]. （原始内容存档于2022-10-06）. 
  7. ^ Interview: Kristian Høgsberg. FOSDEM Archive. 2012-01-29 [2016-03-08]. 
  8. ^ 8.0 8.1 Hillesley, Richard. Wayland - Beyond X. The H Open. Heise Media UK. 2012-02-13 [2016-03-08]. （原始内容存档于2013-12-06）. 
  9. ^ Høgsberg, Kristian. Wayland – A New Display Server for Linux. Linux Plumbers Conference, 2009. [2010-11-23]. （原始内容存档于2011-07-27）. 
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  11. ^ Larabel, Michael. Wayland Becomes A FreeDesktop.org Project. Phoronix.com. 2010-10-29 [2016-04-17]. （原始内容存档于2016-04-14）. 
  12. ^ Høgsberg, Kristian. Moving to freedesktop.org. 2010-10-29 [2013-07-31]. （原始内容存档于2019-12-07）. 
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  16. ^ Kristian Høgsberg. Network transparency argument. 2010-11-09 [2013-11-09]. （原始内容存档于2021-03-08） （英语）. Wayland isn't a remote rendering API like X, but that doesn't exclude network transparency. Clients render into a shared buffer and then have to tell the compositor the what they changed. The compositor can then send the new pixels in that region out over the network. The Wayland protocol is already violently asynchronous, so it should be able to handle a bit of network lag gracefully. Remote fullscreen video viewing or gaming isn't going to work well, but I don't know any other display system that handles that well and transparently. 
  17. ^ Mark Shuttleworth. Unity on Wayland. 2010-11-04 [2010-11-04]. （原始内容存档于2013-06-28） （英语）. 
  18. ^ Michael Larabel. Ubuntu Announces Mir, A X.Org/Wayland Replacement. Phoronix Media. 2013-03-04 [2013-11-09]. （原始内容存档于2021-05-07） （英语）. 
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  27. ^ Martin Gräßlin. On the Road to Modern OpenGL (ES). 2011-01-18 [2013-11-09]. （原始内容存档于2021-12-06） （英语）. 
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  29. ^ Michael Larabel. KDE Draws Up Plans For Wayland In 2012. Phoronix Media. 2011-08-07 [2013-11-09]. （原始内容存档于2021-03-07） （英语）. but the first phase (Wayland under X) should be achieved for the winter release of KDE (Software Compilation 4.8, due out next January). Martin hopes that the second phase of the Wayland upbringing, where KDE is working directly atop Wayland, will be ready for the summer 2012 release (KDE SC 4.9). 
  30. ^ GNOME 3.10 Released!. The GNOME Project. 2013-09-25 [2013-11-13]. （原始内容存档于2021-02-05） （英语）. 
  31. ^ Michael Larabel. Jolla's First Smartphone Powered By Wayland. Phoronix Media. 2013-07-13 [2013-11-09]. （原始内容存档于2021-06-25） （英语）. 

外部連結

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