Linux图形界面详解以及替换桌面程序方法

说明：本文章主要说明Linux图形界面的启动流程，以及使用自己的图形化应用替换桌面程序的方法，类似与安卓启动会启动Launcher，使用自己程序替换Launcher一样，实现应用独占系统，或者设计自己的桌面程序。

一、实现原理

众所周知，不知也可，内核加载完成后，会启动第一个进程init/systemd. 在centos6及以前使用init进程管理服务，centos7及以后使用systemd守护进行管理服务。init/systemd会根据启动级别加载和运行对应的系统进程。

Linux有七种运行级别（0-6）：
运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动
运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆
运行级别2：多用户状态(没有NFS)
运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式
运行级别4：系统未使用，保留
运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式
运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动

带图形化界面的Linux默认会启动到级别5，不带图形化界面的Linux默认会启动到级别3（也就是命令行模式，也叫文本模式）。

这个启动级别当然是可以设置的，设置方法如下：

查看是否有inittab文件，来判断系统服务的管理方式。

ls /etc/inittab

在Linux系统中，/etc/inittab 文件是用来配置init（初始化）系统的运行级别和控制启动进程的。然而，在最新的Linux发行版中，如CentOS 7、Ubuntu 15.04及以后的版本，以及基于Fedora 15的系统中，已经采用了一个新的初始化系统，即systemd。在这些系统中，/etc/inittab 文件已经被弃用，如果你在系统中找不到这个文件，很可能是你正在使用的是基于systemd的系统。

1、inittab方式修改默认启动级别

1）编辑/etc/inittab文件
使用文本编辑器打开`/etc/inittab`文件。常用的编辑器有`vi`、`vim`或`nano`等。例如，使用`vi`编辑器打开该文件：
vi /etc/inittab
2）查找并修改默认启动级别
在文件中找到如下一行：
id:5:initdefault:
其中的数字“5”代表默认启动级别为图形界面（X Window系统）。为了将默认启动级别更改为多用户模式（运行级3），需要将数字“5”修改为“3”：
id:3:initdefault:
3）保存并退出
如果使用的是`vi`或`vim`编辑器，按下`Esc`键，然后输入`:wq`来保存并退出。
如果使用的是`nano`编辑器，则可以按`Ctrl+X`，然后按`Y`键确认保存，最后按`Enter`键退出。

2、systemd方式修改默认启动级别

1、要查看当前的默认目标：

systemctl get-default

要更改默认的目标到多用户模式（相当于传统上的运行级别3）:

sudo systemctl set-default multi-user.target

要更改为图形化界面模式（相当于传统的运行级别5）:

sudo systemctl set-default graphical.target

以上命令会创建一个符号链接 /etc/systemd/system/default.target 到相应的目标位置，从而决定了系统启动时的行为。

执行成功提示如下：

Removed /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink /etc/systemd/system/default.target → /lib/systemd/system/graphical.target.

3、启动级别对图形化程序的影响

为什么级别5叫图形化模式，即使在文本模式屏幕不是也会显示吗？难道就无法运行图形化程序吗？

其实文本模式也可叫framebuffer模式，是通过对/dev/fbx设备的写入实现的，也可以显示图形化界面，但是效率并不高，帧率也上不去，并且一旦有命令行文字刷新，就会抢占屏幕显示区域。但是好处是方便、操作简单，只要不在意刷新速度，通过一些手段关闭命令行的光标闪烁和log打印，也可以用来显示复杂的图形界面。

4、图形化模式详解

要实现高效率的图形化界面还是建议使用图形化模式，但是一旦进入图形化模式肯定是直接就启动桌面程序了，或者如果没有安装桌面程序，切换到图形化模式了，可能也就意味着死机了。

提到图形化模式就不得不提显示服务器(Display server)了

主流的显示服务器主要有两种X11和Wayland，传统X11支持应用环境多，Wayland是下一代的显示服务器，或许会是以后的主流。

Linux主流的图形库QT和GTK+都是基于X11的。

可能会有朋友问了，什么是显示服务器呢？对于传统的Windows应用开发者来说，只要给我们一个GUI库我们就可以开发图形化程序了，你给我说qt我懂，gtk+我也懂，给我说显示服务器我可就黑人问号了。想详细了解的可以自己去查阅，这个跟我们普通开发者关系不太大，我们只需要知道qt和gtk依赖x11运行就行了，当Linux系统启动到图形化模式的时候，x11也就顺带启动了，然后就可以运行基于x11的图形库开发的图形化程序了。

还有朋友可能会问，那我如果不用QT和GTK呢？那我是不是就不需要X11了？【傲娇脸】

好好好，这么玩是吧？那就来吧！【穿山甲拉手雷】

难道没有X11我们就无法搞GUI了吗？不不不！【摇手指】

这就要引出一个大家都耳熟能详的名词了，OpenGL，你可以直接使用EGL接口开发基于OpenGL的图形化程序，甚至OpenGL都不需要，直接通过libDRM控制GPU渲染，我猜你不会想这样，这将毫无开发效率可言。

还是老老实实选一种适合自己的GUI库开发好了。

如果你不想用QT和GTK还有其他选择吗？有！SDL也是一种不错的选择。

但是很不巧，SDL也是基于Xlib的，也就是X11

难道就没有支持Wayland的吗？都夸Wayland好，原来都只是口头上支持的吗？【气抖冷】

其实也不是没有，只不过很多家GUI库还是以X11为主，支持Wayland大多都是实验性的，感兴趣的可以自己去查找。

如果你是嵌入式软件开发者，那么就不得不提一下大名鼎鼎的LVGL了，什么X11、什么Wayland，什么SDL，什么Framebuffer，就算是OpenGL那也都是都是小case了，几乎没有不支持的【掌声】，弊端就是不能方便的部署环境，需要自己去配置环境编译。

二、环境部署

1、选择自己的图形化程序开发库

首先明确我们的目的，我是要用我们自己的程序替换掉系统桌面，如果我们的的程序是基于QT、GTK+、SDL开发的，那么我们需要使用X11作为显示服务器，以及相应的GUI运行环境，然后查看我们使用的桌面环境是什么，用我们自己的程序把桌面程序替换就行了（虽然实现起来并没有那么简单）。

如果我们的程序是基于LVGL开发的，如果LVGL是基于X11的就需要X11环境，基于Wayland的就需要Wayland环境，基于SDL的就需要X11+SDL环境，基于framebuffer这就不是我们这次要讨论的重点了，也很简单自行查阅就好。

2、修改启动流程

1）默认启动顺序

当我们配置默认启动级别是5（图形化模式的时候）

inittab/systemd就会运行启动级别为5的服务。

其中就包含了x11服务，以及桌面程序（显示管理器），常见的显示管理器有：

GDM（GNOME 显示管理器GNOME Display Manager）：GNOME 的首选。
SDDM（简单桌面显示管理器Simple Desktop Display Manager）：KDE 首选。
LightDM

由于桌面程序也是基于X11的，所以默认启动顺序是

X11 > DM（显示管理器）> 其他GUI程序

2）X11环境LightDM桌面替换

查看lightdm服务配置文件

linaro@linaro-alip:/etc/init.d$ cat lightdm
#! /bin/sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          lightdm
# Should-Start:      console-screen kbd acpid dbus hal consolekit
# Required-Start:    $local_fs $remote_fs x11-common
# Required-Stop:     $local_fs $remote_fs
# Default-Start:     2 3 4 5
# Default-Stop:      0 1 6
# Short-Description: Light Display Manager
# Description:       Debian init script for the Light Display Manager
### END INIT INFO
#
# Author:       Yves-Alexis Perez <corsac@debian.org> using gdm script from
#               Ryan Murray <rmurray@debian.org>
#
set -e

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin
DAEMON=/usr/sbin/lightdm

可以看得出来，lightdm显示管理器，依赖x11-common服务

查看x11-common服务配置文件

linaro@linaro-alip:/etc/init.d$ cat x11-common
#!/bin/sh
# /etc/init.d/x11-common: set up the X server and ICE socket directories
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          x11-common
# Required-Start:    $remote_fs
# Required-Stop:     $remote_fs
# Default-Start:     S
# Default-Stop:
# Short-Description: set up the X server and ICE socket directories
### END INIT INFO

而x11已经基本没有什么依赖了，这里我们不需要关心$remote_fs