X-windows, πως και γιατί;

Στο άρθρο αυτό προσπαθούμε να αποκαλύψουμε τις πραγματικές δυνατότητες των X-windows οι οποίες συχνά είναι άγνωστες στους χρήστες τους. Βασικά θέλουμε να πούμε ότι τα X-Windows ΔΕΝ είναι το γραφικό περιβάλλον του Linux. Αν και σήμερα (κυρίως μέσα από το KDE και το GNOME) χρησιμοποιούνται με αυτόν τον τρόπο, στην πραγματικότητα η φιλοσοφία πίσω από τα X-Windows είναι λίγο διαφορετική. Το άρθρο απευθύνεται σε μέσους χρήστες GNU/Linux (και ορεξάτους αρχάριους).

1. Εισαγωγή

2. X-Windows το γιατί (η αλλιώς η θεωρία)

[2.1 Αρχιτεκτονική]

[2.2 Περί ενοποίησης (Integration).]

[2.3 Όλα για το δίκτυο]

[2.4 Απόκρυψη των λεπτομερειών (abstraction)]

[2.5 Δύο εφαρμογές με ενδιαφέρον]

3. X-Windows το πως (η αλλιώς η πράξη)

[3.1 Ο εύκολος τρόπος]

[3.2 Ο δύσκολος τρόπος]

[3.3 Ο ασφαλής τρόπος]

4. Άλλα θέματα και επίλογος

[1. Εισαγωγή]

Χρησιμοποιείτε GNU/Linux εδώ και λίγο καιρό. Αν ανάμεσα στα χιλιάδες ερωτήματα σας είναι και τα παρακάτω...

Γιατί το γραφικό περιβάλλον του Linux είναι τόσο αργό;

Τι εννοούν οι "παλιοί" όταν λένε ότι τα X-Windows είναι "network-transparent";

Παλαιότερα λέγαν ότι το Linux ήταν πολύ πιο γρήγορο από τα MSWindows, σήμερα όμως είναι πιο αργό στην πραγματικότητα. Γιατί;

Γιατί τα X-Windows αναφέρονται ως "σύστημα";. Δεν είναι απλά το γραφικό περιβάλλον του Linux;

Τι εννοεί η τάδε διανομή όταν λέει ότι δεν χρησιμοποιεί πια XFREE86 αλλά τον server από το X.org ;

Υπάρχει κάτι αντίστοιχο σε remote assistance/desktop για Linux συστήματα;

...τότε αυτό το άρθρο είναι γραμμένο για σας! Αν όχι τότε μπορείτε να γράψετε και να στείλετε το δικό σας άρθρο στο Magaz. Το περιμένουμε με αγωνία!

[2. X-Windows το γιατί (η αλλιώς η θεωρία)]

Τα X-Windows δεν αποτελούν εξαίρεση στον κανόνα. Ακολουθούν και αυτά την φιλοσοφία του Unix. Δηλαδή κατασκευάζουμε μικρά προγράμματα που κάνουν μια δουλειά καλά και δίνουμε στον προγραμματιστή την μέγιστη ελευθερία να προσαρμόσει το περιβάλλον του όπως θέλει. (το "μικρά" βέβαια σε αυτήν την περίπτωση είναι αμφιλεγόμενο)

Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα καταναλωτικά λειτουργικά συστήματα (γκουχ,γκουχ) που πιστεύουν ότι "ξέρουμε τι θέλουν οι χρήστες μας πριν από αυτούς για αυτούς και θα τους παρέχουμε εμείς το καλύτερο γραφικό περιβάλλον. Ξέρουμε βέβαια ότι αυτό θα ικανοποιήσει μόνο το 80% των χρηστών. Δεν πειράζει όμως, το υπόλοιπο 20% ας πάει να πνιγεί".

[2.1 Αρχιτεκτονική]

Μετά από αυτήν την σύντομη αλλά αναγκαία προπαγάνδα μπορούμε να δούμε τα πράγματα από μια πιο ρεαλιστική σκοπιά. Έτσι λοιπόν ένα μονολιθικό λειτουργικό σύστημα που βασίζεται στην πλήρης ενοποίηση (integration) όλων των υποσυστημάτων του μοιάζει κάπως έτσι [εικόνα]

Κύριο πλεονέκτημα αυτής της αρχιτεκτονικής είναι βέβαια ή ταχύτητα. Με αυτό εννοούμε ότι όλα τα υποσυστήματα (άρα και το γραφικό περιβάλλον) είναι πλήρως εναρμονισμένα μεταξύ τους (αφού είναι εντελώς προβλέψιμη η σύνθεση τους) και τα κανάλια επικοινωνίας μεταξύ τους είναι τα βέλτιστα δυνατά.

Αντιθέτως σε ένα GNU/Linux σύστημα όπου Linux σημαίνει μόνο ο πυρήνας (φαντάζομαι ότι το ξέρετε αυτό :-) τα πράγματα είναι κάπως έτσι [εικόνα][1] . Η εικόνα δείχνει ένα σύστημα βασισμένο σε gtk+/GNOME αλλά ανάλογα πράγματα ισχύουν και για QT/KDE.

1: /35/img/modular.png

Το όλο σύστημα δηλαδή αποτελείται από αυτοδύναμα κομμάτια τα οποία μπορούν να να συνεργαστούν με διάφορους τρόπους μεταξύ τους. Κύριο πλεονέκτημα αυτής της αρχιτεκτονικής είναι η επεκτασιμότητα και η ευελιξία. Έτσι είναι δυνατόν κάποιος ανάλογα με τις ανάγκες του να αρχίσει να αφαιρεί από "την κορυφή" υποσυστήματα φτάνοντας σε ένα πιο ελαφρύ σύστημα.

Θα μπορούσατε ας πούμε να αφαιρέσετε το GNOME και να βάλετε έναν άλλο απλό window manager κρατώντας όμως τις Gtk βιβλιοθήκες. H να αφήσετε μόνο τα ίδια τα X-windows για να τρέχετε μόνο μια συγκεκριμένη εφαρμογή σε Motif. Η ακόμα να αφαιρέσετε όλο το γραφικό περιβάλλον αφήνοντας μόνο τον πυρήνα και τις εφαρμογές κονσόλας, έχοντας έτσι ένα πολύ γρήγορο σύστημα ιδανικό για server.

Στην πραγματικότητα βέβαια επειδή κάποιος θέλει να τρέχει πολλά και διαφορετικά προγράμματα τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά. Έτσι αν είστε στο KDE και σηκώσετε το Mozilla θα φορτωθούν όλες οι βιβλιοθήκες του στην ίδια μνήμη που είναι ήδη φορτωμένες αυτές του KDE. Αν σηκώσετε και GIMP ας πούμε θα έχετε και το GTK+ να καταναλώνει μνήμη. Ουσιαστικά δηλαδή σε ένα μηχάνημα έχετε 3 ειδών βιβλιοθήκες. Αυτήν την ευελιξία (πολλά είδη εφαρμογών) την πληρώνετε σε απόδοση (μνήμη)

Επίσης είναι δυνατόν να αλλάξουν τα "κάτω" ή τα "πάνω" επίπεδα του συστήματος χωρίς καμία επίπτωση. Όπως θα ξέρετε τα X-windows δεν είναι αποκλειστικό προνόμιο του Linux. Τα *ΒSDς τρέχουν επίσης X-Windows όπως και μερικά εμπορικά Unix (π.χ. Solaris). Αυτό δίνει πάλι μεγάλη ευελιξία καθώς ένα πρόγραμμα που χρησιμοποιεί μόνο γραφικές βιβλιοθήκες (Xlib και πάνω) τρέχει όπου υπάρχουν X-windows άσχετα με το αν "από κάτω" υπάρχει Linux/FreeBSD/Solaris ή οτιδήποτε άλλο.

Τα KDE/GNOME για παράδειγμα τρέχουν άνετα σε FreeBSD. Προφανώς θα μεταφέρθηκαν (ported) κάποια συγκεκριμένα κομμάτια από το ένα σύστημα στο άλλο, αλλά κανείς δεν ξανάγραψε κώδικα "από το γραφικό περιβάλλον του Linux" στο "γραφικό περιβάλλον του FreeBSD".

Τέλος, η αντικατάσταση των πάνω επιπέδων σημαίνει αντικατάσταση των X-Windows. Τι σημαίνει αυτό; Τι θα μπορούσαμε να βάλουμε στην θέση τους; Εδώ φτάνουμε σε ένα σημαντικό σημείο του άρθρου. Τα x-windows (η επίσημα "The X-Window system") είναι απλά μια περιγραφή (specification). Ο XFree86 είναι απλά μια δωρεάν υλοποίηση (implementation). Υπάρχουν και άλλες υλοποιήσεις. Προφανώς αρκετές είναι forks του XFree86 αλλά υπάρχουν και εμπορικές εκδόσεις με διάφορα χαρακτηριστικά (π.χ. 3D επιτάχυνση). Τον τελευταίο καιρό λόγω διάφορων νομικών επιπλοκών με την άδεια χρήσης του XFree86 αρκετές διανομές ψάχνουν εναλλακτικές λύσεις. Αυτό όμως δεν έχει καμία επίπτωση στο τεχνικό επίπεδο. Όλες οι γραφικές εφαρμογές μπορούν να λειτουργήσουν όπως και πριν.

[2.2 Περί ενοποίησης (Integration).]

Μέχρι στιγμής δεν έχουμε πει τίποτα καινούριο. Γιατί λοιπόν αυτή η ευελιξία που προσφέρουν τα X-Windows μεταφράζεται σε μειωμένη απόδοση; (άσχετα με το μπάχαλο με τις πολλές βιβλιοθήκες που έχει μεγαλύτερη επίπτωση στην μνήμη παρά σε επεξεργαστική ισχύ). Η απάντηση είναι η εξής.

Κάθε γραφικό πρόγραμμα (Χ client) είναι μια εφαρμογή που στο 99% των περιπτώσεων αναλογεί σε μία διεργασία του Unix (process). Το ίδιο όμως το υποσύστημα γραφικών (Χ server) που ελέγχει οθόνη, πληκτρολόγιο και ποντίκι είναι επίσης απλά άλλη μία διεργασία του συστήματος που τρέχει πάνω από τον πυρήνα (userspace). Ξαναδιαβάστε την τελευταία πρόταση δύο φορές. Δεν υπάρχει καμία ειδική μεταχείριση μέσα στο πυρήνα του Linux για γραφικά ή για Χ servers ή για διάφορα άλλα τέτοια. (Εδώ κλέβω λίγο βέβαια, αλλά αν το ξέρετε αυτό είστε αρκετά έμπειρος ώστε αυτό το άρθρο μάλλον δεν σας ενδιαφέρει). Το "γραφικό περιβάλλον" είναι δηλαδή άλλο ένα πρόγραμμα που μοιράζεται τους πόρους του μηχανήματος στην ίδια βάση με τα υπόλοιπα προγράμματα που τρέχουν εκείνη την στιγμή (κονσόλας ή γραφικά).

Αυτό μπορείτε να το διαπιστώσετε και οι ίδιοι. Με ένα απλό ps μπορείτε να βρείτε τον ίδιο τον Xserver και "σκοτώνοντας" τον θα καταρρεύσει αυτομάτως όλο το γραφικό περιβάλλον. Τόσο απλά. Μάλιστα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις κλασσικές εντολές του Unix πάνω στον Xserver. Για παράδειγμα με την εντολή nice μπορείτε να ανεβάσετε ή να μειώσετε την προτεραιότητα του Xserver σε σχέση με τα άλλα προγράμματα. Ακόμα και στα επίπεδα πάνω από τα ίδια τα X-Windows η λογική είναι η ίδια. O window manager που σχεδιάσει τα περιγράμματα των παραθύρων και ασχολείται με την θέση τους είναι επίσης απλά άλλο ένα userspace πρόγραμμα. Τα ίδια ισχύουν και για KDE/GNOME. Το πάνελ τους, o window manager, ο file manager κ.τ.λ είναι "κανονικά" προγράμματα χωρίς κάποιο ειδικό χαρακτηριστικό.

Ξαναδείτε τις δύο εικόνες που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Αν φανταστείτε ότι κάθε "βελάκι" αποτελεί μία σημαντική καθυστέρηση (communication overhead) μπορείτε εύκολα να δείτε ότι ένα σύστημα βασισμένο σε GNOME/KDE και γενικά με X-Windows πληρώνει μερικές έξτρα καθυστερήσεις οι οποίες πολύ απλά δεν υπάρχουν σε ένα μονολιθικό λειτουργικό σύστημα όπου τα πάντα είναι ενωμένα (και ο πυρήνας έχει και λειτουργίες για γραφικά).

Αυτό είναι το τίμημα που πληρώνετε για την ευελιξία των X-Windows. Να το θυμάστε λοιπόν την επόμενη φορά που θα επιδοθείτε στο αγαπημένο σπορ των απανταχού Unixάδων, αυτό δηλαδή της εύρεσης του κατάλληλου συνδυασμού window manager/background/theme/dockapps/desklets/toolbars/panels που θα σας δώσουν το "τέλειο" υπολογιστικό περιβάλλον.

Ειδικά το GNOME και το KDE πάσχουν σε ταχύτητα όσο καλός και αν είναι ο κώδικας τους (το KDE βέβαια πρέπει να παραδεχτώ ότι έχει κάνει τρομερή πρόοδο στον τομέα ταχύτητα) γιατί είναι κατασκευασμένα για να παρέχουν λειτουργίες και να μιμούνται το περιβάλλον ενός μονολιθικού λειτουργικού συστήματος, κάτι που τα X-Windows ποτέ δεν προορίζονταν να κάνουν.

[2.3 Όλα για το δίκτυο]

Τώρα βέβαια θα πείτε: "Και καλά, αν δεν είναι κατασκευασμένα τα X-Windows για να παρέχουν γραφικά σε ένα μονολιθικό λειτουργικό σύστημα, τότε για τι είναι κατασκευασμένα;", και θα έχετε κάθε δίκιο να το ρωτήσετε αυτό.

Η μαγική φράση δεν είναι τόσο το "μονολιθικό σύστημα" όσο το "σε ένα". Τα X-Windows σχεδιάστηκαν για το δίκτυο. O σκοπός τους είναι να παρέχουν γραφικές υπηρεσίες ανάμεσα σε πολλούς υπολογιστές που επικοινωνούν μεταξύ τους. Αναφερόμαστε βέβαια στο περιβόητο "network transparency". (Δεν νομίζω ότι μπορώ να βρω καλή ελληνική μετάφραση του όρου.)

Οι προγραμματιστές των X-Windows σκέφτηκαν ως εξής όταν τα σχεδίαζαν (όλα αυτά μέσα στα '80s). "Ξέρουμε ότι στο μέλλον τα δίκτυα θα είναι παντού. Και ξέρουμε επίσης ότι πολλοί προγραμματιστές θα θέλουν να γράψουν γραφικά προγράμματα που θα τρέχουν πάνω από το δίκτυο. Θα ήταν επίσης κρίμα ο κάθε προγραμματιστής να γράφει κάθε φορά κώδικα που αφορά μεταφορά δεδομένων μέσα από το δίκτυο, κάτι το οποίο δεν έχει σχέση με το ίδιο το πρόγραμμα. (γνωστό και ως plumbing code/infrastructure ή και βαρετός κώδικας/εφεύρεση του τροχού για νιοστή φόρα στα ελληνικά :-). Θα κάνουμε λοιπόν το εξής: Θα γράψουμε μία φορά εμείς οι ίδιοι τον κώδικα του δικτύου και θα δώσουμε στους άλλους προγραμματιστές την δυνατότητα να γράψουν τα προγράμματα τους βασισμένα στα X-Windows χωρίς πότε να πρέπει να ασχοληθούν αυτοί με το δίκτυο άλλα να μπορούν να επικεντρώσουν την προσοχή τους στο ίδιο το πρόγραμμα τους".

Τι ακριβώς εννοούσαν λοιπόν οι προγραμματιστές των X-Windows και τι έλεγε αυτή η επαναστατική τους (ακόμα και σήμερα κατά την ταπεινή γνώμη του αρθρογράφου) ιδέα;

Ας δούμε ένα παράδειγμα. Έχετε δύο υπολογιστές συνδεδεμένους στο δίκτυο. Θέλετε να πάρετε κάποιες μετρήσεις από τον Α (οι οποίες μπορεί να είναι θερμοκρασίες/hits σε ένα webserver/στατιστικά μιας βάσης δεδομένων και ότι άλλο μπορείτε να φανταστείτε) και να τις δείτε με ένα γραφικό πρόγραμμα στον Β στον οποίο και κάθεστε.

Αν οι δύο υπολογιστές τρέχουν ένα μονολιθικό λειτουργικό σύστημα πρέπει στην ουσία να γράψετε δύο προγράμματα. Το πρώτο (που δεν είναι απαραίτητο να είναι γραφικό) θα τρέχει στον Α, θα μαζεύει τα δεδομένα και θα τα στέλνει μέσω δικτύου στο δεύτερο πρόγραμμα που θα τρέχει στον Β και το οποίο θα τα δείχνει γραφικά στην οθόνη. Δείτε την [εικόνα][2] .Στις περισσότερες περιπτώσεις ο κώδικας του δικτύου θα είναι χαμηλού επιπέδου (sockets) και θα είναι στενά συνδεδεμένος με τα δεδομένα που μεταφέρονται. Παρατηρήστε επίσης ότι ο κώδικας αυτός δεν έχει καμία απολύτως σχέση ούτε με την συλλογή δεδομένων η οποία μπορεί να είναι πολύ περίπλοκη από μόνη της ούτε με την επεξεργασία και γραφική τους αναπαράσταση που επίσης μπορεί να είναι πολύ περίπλοκη.

2: /35/img/client-server.png

Κλασσικά παραδείγματα αυτής της αρχιτεκτονικής είναι τα άπειρα γραφικά database frontends που επιτρέπουν σε κάποιον να χειριστούν γραφικά μια απομακρυσμένη βάση δεδομένων, και τα διάφορα remote administration προγράμματα γενικότερα. Ακόμα και όλα τα κακόβουλα προγράμματα τύπου δούρειου ίππου (trojan horse) βασίζονται σε αυτήν την ιδέα.

Αν όμως έχετε X-Windows στους δύο υπολογιστές τα πράγματα είναι πολύ πιο απλά! Οι προγραμματιστές των X-Windows έχουν γράψει ήδη των κωδικά του δικτύου για εσάς πριν από εσάς. Σε αυτήν την περίπτωσή θα γράψετε ένα μόνο πρόγραμμα (όπως και ήταν η αρχική σας επιδίωξη) το οποίο θα τρέξετε κανονικά στον Α και μετά με κάποιο συγκεκριμένο τρόπο θα του πείτε "Θέλω να δω την έξοδο του προγράμματος στην οθόνη του υπολογιστή Β και όχι στην οθόνη του υπολογιστή Α που το έτρεξα". Και αυτό ήταν! Δείτε την [εικόνα][3] . Ο Α δεν χρειάζεται να τρέχει X-Windows. Στην πραγματικότητα ο Α δεν χρειάζεται να έχει καν οθόνη. Μπορεί να είναι κάλλιστα ένας headless server που κάθεται στα φωτεινά υπόγεια μιας πολυεθνικής εταιρίας ή στο σκοτεινό πατάρι του γείτονα. Το μόνο που χρειάζεται ό Α είναι οι βιβλιοθήκες γραφικών των X-Windows (xlib/Xt) και ότι άλλο toolkit χρησιμοποιεί (gtk+/qt/fltk/tk/motif κ.τ.λ) το πρόγραμμα. Κατά τα άλλα δεν χρειάζεται να ασχοληθείτε εσείς ως προγραμματιστής, καθόλου με κώδικα για δίκτυο. Η μεταφορά των δεδομένων μέσα από τον δίκτυο γίνεται με τον τρόπο που έχουν "ενσωματωμένο" (built-in) τα ίδια τα X-windows.

3: /35/img/X-win.png

Κάτι σημαντικό που πρέπει να παρατηρήσετε στην δεύτερη εικόνα και το οποίο έχει μπερδέψει αρκετούς ανθρώπους (μαζί και τον αρθρογράφο) είναι η ανάποδη αντιστοίχηση των όρων client και server. Έχουμε συνηθίσει να έχουμε το client κομμάτι στον υπολογιστή που καθόμαστε (π.χ. ftp client/web browser/database client) και το server κομμάτι στον απομακρυσμένο υπολογιστή (π.χ. ftp server/web server/database server). Στην περίπτωση των X-Windows όμως τα πράγματα είναι ανάποδα. Ο χρήστης κάθεται στον X-Server (= οθόνη,πληκτρολόγιο και ποντίκι) ενώ το απομακρυσμένο πρόγραμμα είναι ο X-client. Αυτό είναι εύκολο να το θυμάστε αν σκεφτείτε ότι ο client είναι πάντα αυτός που ξεκινάει την σύνδεση. Στην συγκεκριμένη περίπτωση ο χρήστης κάθεται στον X-Server που "περιμένει" συνδέσεις από X-Clients σε άλλα μηχανήματα που θέλουν να χρησιμοποιήσουν την οθόνη του.

Αυτά όσον αφορά το "network" κομμάτι. Τι ακριβώς όμως σημαίνει το "transparency" κομμάτι; (Στα ελληνικά transparent = διάφανος και transparency = διαφάνεια).

[2.4 Απόκρυψη των λεπτομερειών (abstraction)]

Φτάνουμε λοιπόν στην δεύτερη σημαντική απόφαση των προγραμματιστών των X-Windows. Η απόφαση αυτή έχει να κάνει με το τι γίνεται στην περίπτωση που ένα γραφικό πρόγραμμα δείχνει την έξοδο του στον ίδιο τον υπολογιστή που τρέχει και άρα δεν χρειαζόμαστε μεταφορά δεδομένων μέσω δικτύου. Αυτή η περίπτωση μας ενδιαφέρει πολύ γιατί έτσι τρέχουν το 99% των χρηστών GNU/Linux το KDE/GNOME στον υπολογιστή τους. Αυτή είναι η πλειοψηφία των περιπτώσεων της εφαρμογής των X-Windows σήμερα δηλαδή.

Είπαν λοιπόν οι προγραμματιστές των X-Windows: "Το ξέρουμε ότι θα μπορούσαμε (για λόγους ταχύτητας) να γράψουμε διαφορετικό κώδικα που θα δίνει την δυνατότητα στον προγραμματιστή να έχει απευθείας πρόσβαση στο υποσύστημα γραφικών όταν το πρόγραμμα του έχει την έξοδο στον ίδιο τον υπολογιστή που τρέχει. Κάτι τέτοιο όμως θα ήταν πιο πολύπλοκο και επίσης θα χάλαγε "την ομοιομορφία" του συστήματος μας (τα X-Windows δηλαδή). Προτιμούμε να δώσουμε στον προγραμματιστή ένα ενιαίο τρόπο κατασκευής γραφικών εφαρμογών άσχετα αν αυτές χρησιμοποιούν το δίκτυο τελικά ή όχι. Θα ακολουθήσουμε αυτήν μας την απόφαση παρόλο που ξέρουμε ότι δεν είναι η βέλτιστη δυνατή από άποψη ταχύτητας, είναι όμως η βέλτιστη δυνατή λύση από άποψη ευελιξίας". Έτσι ακριβώς έγινε.

Τελικά δηλαδή τα X-Windows δεν ενδιαφέρονται αν υπάρχει στην μέση δίκτυο ή όχι. Ακόμα και όταν τα πάντα (Χ-server και X-Clients) τρέχουν σε έναν υπολογιστή τοπικά, όλα τα δεδομένα πάλι μέσα από το "δίκτυο" θα σταλούν. Το "δίκτυο" βέβαια θα είναι το ιδεατό(virtual) δίκτυο που έχει πάντα ένας υπολογιστής με τον εαυτό του. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι κάθε γραφικό πρόγραμμα που ξεκινάτε στον υπολογιστή σας συνδέεται μέσω δικτύου στην οθόνη του localhost/127.0.0.1 Δεν υπάρχει κάποια ειδική ρύθμιση για να αποφασίσετε αν ένα γραφικό πρόγραμμα τρέχει μέσω δικτύου ή τοπικά. Είναι ακριβώς το ίδιο. Εκεί αναφέρεται και ο όρος "transparency".

Και βέβαια από όλα αυτά καταλαβαίνετε ότι ένα γραφικό πρόγραμμα δεν έχει ποτέ απευθείας πρόσβαση στην κάρτα γραφικών του μηχανήματος που θα τρέξει ακόμα και αν τρέχει τοπικά. Τα πάντα θα περάσουν μέσα από το δίκτυο και μέσα από τον XServer (εδώ πάλι κλέβω αλλά αν το ξέρετε αυτό μπλα,μπλα). Θα μπορούσαν δηλαδή οι προγραμματιστές των X-Windows να δώσουν ένα διαφορετικό API για την περίπτωση που το πρόγραμμα τρέχει τοπικά, προτίμησαν όμως να μην το κάνουν αυτό για χάρη της ευελιξίας και ομοιομορφίας του συστήματος.

Να λοιπόν ένας ακόμα λόγος που τα X-Windows δεν μπορούν να ανταγωνιστούν τα γραφικά περιβάλλοντα των μονολιθικών λειτουργικών συστημάτων στο θέμα της ταχύτητας. Για άλλη μια φορά θυσίασαν την ταχύτητα για χάρη της ευελιξίας.

[2.5 Δύο εφαρμογές με ενδιαφέρον]

Προφανώς υπάρχουν πολλές διαφορετικές περιπτώσεις όπου τα X-Windows μπορούν να χρησιμοποιηθούν για απομακρυσμένη εκτέλεση γραφικών εφαρμογών. Ανάλογα με τις ανάγκες του καθενός είναι δυνατόν τα X-Windows τις καλύψουν χωρίς να χρειάζεται η προμήθεια εξωτερικών εφαρμογών. Εμείς θα θέλαμε να αναφέρουμε δύο περιβάλλοντα που πιστεύουμε ότι αξίζουν την προσοχή σας.

Περιβάλλον 1. Ας φανταστούμε έναν (δύστυχο) system administrator που κάθεται στο γραφείο του που τρέχει GNU/Linux και θα ήθελε να ξέρει ανά πάσα στιγμή των σημαντικών πόρων/μηχανημάτων του δικτύου. Προφανώς μέσω SSH ο απομακρυσμένος έλεγχος (remote administration) των μηχανημάτων είναι δυνατόν να γίνει χωρίς καν να σηκωθεί από την καρέκλα του. Δεν θα ήταν όμως ιδανικό να μπορούσε να σηκώσει και γραφικά προγράμματα απομακρυσμένα;

Χωρίς λοιπόν την προσθήκη έξτρα προγραμμάτων ο system administrator αλλά με τις σωστές ρυθμίσεις θα μπορούσε να κάνει κάτι όπως την [εικόνα]

Αυτός κάθεται λοιπόν σε ένα μηχάνημα χαμηλών/μέσων επιδόσεων και μπορεί να βλέπει στην (ας πούμε TFT 19") οθόνη του ταυτόχρονα

Το γραφικό hit analyser που τρέχει στο Webserver του με FreeBSD

Το γραφικό του network analyser που τρέχει στο router/firewall me OpenBSD

Το γραφικό του database frontend που τρέχει στον application server με Solaris

Το γραφικό του -βάλτε το δικό σας πρόγραμμα εδώ- που τρέχει στον server με GNU/Linux

Στο όλο σύστημα δηλαδή τρέχει ένας μόνο X server (στον κεντρικό υπολογιστή) και οι υπόλοιποι X-clients τρέχουν περιφερειακά σε διαφορετικά μηχανήματα. Προφανώς οι servers μπορούν κάλλιστα να είναι headless.

Γιατί είναι σημαντική αυτή η σύνθεση (configuration);

Κεντρικός έλεγχος. O sys admin έχει όλα τα γραφικά προγράμματα σε μία οθόνη στο γραφείο του.

Κατανεμημένοι πόροι. Συνήθως μια βάση δεδομένων είναι μια βαριά εφαρμογή. Επίσης ένας πολυάσχολος web server τείνει να ζορίζει ένα σύστημα. Σε αυτήν την περίπτωση όμως ο system admin βλέπει σε μία οθόνη προγράμματα που θα ήταν αδύνατο να τρέξουν σε έναν υπολογιστή όλα μαζί. Επίσης ο ίδιος ο υπολογιστής του sys admin έχει πολύ χαμηλό φόρτο αφού το μόνο που κάνει είναι να "δείχνει" τα δεδομένα και όχι να τα επεξεργάζεται. Έτσι η εταιρία μπορεί να επενδύσει πολλά χρήματα στον database server και όχι στον υπολογιστή του sys admin. (Αυτή η λογική δεν ισχύει πάντα στην πραγματικότητα :-)

Ανεξαρτησία. Αν ο sys admin είναι από τους νευρωτικούς που θέλουν να συνεχίσουν να έχουν τον έλεγχο ακόμα και όταν φεύγουν από την δουλειά δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. Θα μπορούσε ας πούμε ο sys admin να πάει σπίτι του (θεωρητικά) και να σηκώσει το frontend της βάσης δεδομένων από το GNU/Linux μηχάνημα που έχει στο υπνοδωμάτιο του. Θα έχει ακριβώς το ίδιο περιβάλλον που είχε και στην δουλειά.

Περιβάλλον 2. Η δεύτερη περίπτωση είναι η λογικά αντίθετη (σχεδόν). Έχουμε στο κέντρο τον X-Client και διάφοροι X-Servers σηκώνουν το πρόγραμμα γραφικά. Τυπικό παράδειγμα τέτοιας λύσεις αποτελούν τα πανεπιστήμια. Υπάρχει εγκατεστημένη σε ένα μηχάνημα μια σημαντική/εμπορική εφαρμογή και όλοι οι φοιτητές σηκώνουν το γραφικό περιβάλλον από τον υπολογιστή που κάθονται. Η εφαρμογή δεν μπορεί να υπάρξει εγκατεστημένη σε άλλους υπολογιστές για διάφορους λόγους

Είναι εμπορική και το πανεπιστήμιο έχει μόνο μια άδεια

Χρησιμοποιεί συγκεκριμένο υλικό συνδεδεμένο μόνο σε αυτόν τον αυτόν τον υπολογιστή

Έχει πολύ μεγάλες απαιτήσεις σε πόρους (μπορεί να τρέξει μόνο σε αυτόν τον υπολογιστή)

Δείτε την [εικόνα][4]. Τα χαρακτηριστικά αυτής της σύνθεσης είναι:

4: /35/img/distributed.png

(Το κύριο) Πολλοί χρήστες χρησιμοποιούν μια γραφική εφαρμογή η οποία στην πραγματικότητα είναι εγκατεστημένη σε ένα μηχάνημα.

Εύκολη αναβάθμιση της εφαρμογής, αφού βρίσκεται σε ένα κεντρικό σημείο.

Οικονομική λύση. Ο μόνος απαιτητικός υπολογιστής είναι ο κεντρικός. Οι χρήστες μπορούν να έχουν απλούς thin clients. Εφόσον όμως δεν έχουν μπροστά τους μια απλή εφαρμογή WEB αλλά μια κανονική εφαρμογή συστήματος που έχει διαθέσιμους όλους τους πόρους ενός μηχανήματος τελικά τα περιφερειακά μηχανήματα είναι thick clients.

Και τα δύο περιβάλλοντα που αναφέραμε δεν λειτουργούν ακριβώς έτσι στην πραγματική ζωή και για αυτό συμβάλλουν κυρίως δύο λόγοι. Ό ένας είναι ότι απαιτείται ένα γρήγορο δίκτυο (αν ο sys admin έχει απλό dial-up σπίτι του δεν μπορεί να κάνει και πολλά). Ο δεύτερος λόγος είναι η ασφάλεια την οποία θα αναφέρουμε και στο επόμενο τμήμα του άρθρου.

[3. X-Windows το πως (η αλλιώς η πράξη)]

Και ερχόμαστε στο πρακτικό κομμάτι του άρθρου. Δεν πρόκειται όμως να αναφερθούμε εκτενώς στις λεπτομέρειες καθώς αυτές είναι ήδη μαζεμένες στο Remote-X-apps HOWTO το οποίο οφείλετε να διαβάσετε αν θέλετε πραγματικά να ασχοληθείτε με το "άθλημα". Θα περιοριστούμε λοιπόν σε μερικά μόνο σημαντικά σημεία.

Καταρχήν πρέπει να ξέρετε τρία πράγματα πριν ξεκινήσετε οποιοδήποτε πείραμα. Πρώτον προσέξτε το firewall της διανομή σας. Μερικές διανομές έχουν ανάμεσα στις προκαθορισμένες (default) ρυθμίσεις τους και ένα απλό firewall. Επειδή τα X-Connections δεν τρέχουν σε χαμηλές πόρτες (ports) (1-1024) αλλά συνήθως χρησιμοποιούν πόρτες με αριθμό 6000 και κάτι ψιλά είναι πολύ πιθανό να μην μπορεί ο υπολογιστής που έχει τον X-Server να δεχτεί συνδέσεις.

Δεύτερον πρέπει να δώσετε μεγάλη σημασία στο θέμα της ασφάλειας. Τα Χ-Windows πάσχουν από διάφορα προβλήματα ασφαλείας (βλέπε και telnet/ftp/rlogin) αν δεν ρυθμιστούν σωστά. Αναφερόμαστε τόσο στο ποιος μπορεί να συνδεθεί στον X-server (authentication) όσο και στην ίδια την μεταφορά των δεδομένων μέσα από το δίκτυο. Μην ξεχνάτε ότι ένας X-server είναι οθόνη και ποντίκι και πληκτρολόγιο. Έτσι θα μπορούσε ένας κακόβουλος χρήστης να συνδεθεί στον X-server σας και να βάλει τα δικά του παράθυρα στην οθόνη σας. (κάτι που μπορεί να είναι αστείο). Θα μπορούσε όμως να φτιάξει και ένα πρόγραμμα που συνδέεται στον X-Server σας και διαβάζει τι γράφετε στο πληκτρολόγιο (κάτι που δεν είναι καθόλου αστείο).

Έτσι θα πρέπει στην καλύτερη περίπτωση να κάνετε τα πειράματα σας σε ένα μικρό δίκτυο που δεν διαθέτει εξωτερική σύνδεση στο Internet, ενώ στην χειρότερη σε ένα καλά προστατευμένο δίκτυο πίσω από ένα "σοβαρό" (π.χ. εταιρικό) firewall. Μερικοί μπορεί να τα θεωρήσουν γελοία όλα αυτά, αλλά είναι καλό να είστε λίγο περισσότερο παρανοϊκοί από όσο πρέπει στο θέμα της ασφάλειας. Δείτε και τα άλλα τεύχη του Magaz με θέμα την ασφάλεια δικτύων.

Και τρίτον θα πρέπει ο ίδιος ο X-server να είναι ρυθμισμένος ώστε να δέχεται εξωτερικές συνδέσεις. Πάλι για λόγους ασφάλειας μερικές διανομές μπορεί να έχουν απενεργοποιήσει αυτήν την λειτουργία. Εδώ πρέπει να ψάξετε την τεκμηρίωση της διανομής σας. Για XFREE86 αυτό μπορεί να είναι κάτι απλό όπως η παράμετρος "-nolisten tcp". Τις περισσότερες φορές όμως αυτό είναι "θαμμένο" πίσω από διάφορα startup scripts και ο χρήστης έχει επιλογές "υψηλότερου επιπέδου". Θα μπορούσε ας πούμε η διανομή σας να έχει σε κάποιο αρχείο ρυθμίσεων την γραμμή "ALLOW_REMOTE_X_CONNECTIONS=no" την οποία εσείς πρέπει να αλλάξετε βέβαια σε "yes". Δείτε πάλι την τεκμηρίωση της διανομή σας. Δεν έχει νόημα να μπούμε σε περίπλοκες λεπτομέρειες για το θέμα.

Από την μεριά του X-client τα πράγματα είναι σχετικά απλά. Η μαγική λέξη είναι DISPLAY. Κάθεστε στον υπολογιστή, βάζετε στην μεταβλητή περιβάλλοντος (environment variable) DISPLAY το όνομα (hostname) του υπολογιστή με τον X-Server προσθέτοντας και το display στο τέλος (στο 99% των περιπτώσεων θα είναι :0.0) και τέλος τρέχετε το γραφικό πρόγραμμα που θέλετε. Αν όλα πάνε καλά θα πρέπει το πρόγραμμα να εμφανίσει το περιβάλλον του στον X-Server χρησιμοποιώντας όμως πάντα τους πόρους (resources) του Χ-Client. Για tcsh/csh ας πούμε αυτό γίνεται

Αντίστοιχα και για άλλα shells (π.χ bash). Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε το HOWTO.

Ας δούμε και τις ρυθμίσεις από την πλευρά του X-Server.

[3.1 Ο εύκολος τρόπος]

Στην πιο απλή περίπτωση ο X-Server κρατάει μία λίστα με υπολογιστές (hostnames) που μπορούν να ανοίξουν μια σύνδεση με αυτόν. Η λίστα αυτή παραμετροποιείται με την εντολή xhost. Η παράμετρος είναι ένα όνομα (hostname) που θέλετε να βάλετε ή να βγάλετε από την λίστα. Αυτό καθορίζεται με ένα + η - πριν από το όνομα (χωρίς κάποιο κενό). Έτσι στον X-Server μπορείτε να τρέξετε:

Και μόλις τελειώσετε:

Υπάρχει επίσης ή xhost + που επιτρέπει σε οποιονδήποτε να συνδεθεί (απαγορεύεται δια ροπάλου) και η xhost - που δεν αφήνει κανέναν να συνδεθεί εκτός από X-Clients που τρέχουν στον ίδιο τον X-Server (localhost δηλαδή μονό).

Όπως καταλάβατε αυτός ο τρόπος πιστοποίησης (authentication) ασχολείται μόνο με hostnames και δεν είναι καθόλου ασφαλής. Αν χρησιμοποιήσετε αυτόν τον τρόπο σημαίνει ότι ξέρετε πολύ καλά τι κάνετε και ότι εμπιστεύεστε την ασφάλεια του δικτύου σας. Εμείς τον προτείνουμε μόνο για δοκιμές σε ένα μικρό προστατευμένο τοπικό δίκτυο χωρίς σύνδεση στο δίκτυο.

Προσέξτε επίσης ότι ακόμα και το xhost - δεν είναι 100% ασφαλές. Είναι δυνατόν κάποιος κακόβουλος χρήστης αντί να τρέξει τον keylogger του απομακρυσμένα, να πάρει πρόσβαση στον υπολογιστή που τρέχει ο X-Server με τους συνήθεις τρόπους και μετά να "ανεβάσει" τον keylogger του και να τον τρέξει τοπικά. Τότε o keylogger θα συνδέεται από τον υπολογιστή "localhost" που έχει πάντα πρόσβαση στον X-Server άσχετα με τα αποτελέσματα της εντολής xhost.

[3.2 Ο δύσκολος τρόπος]

Ο δεύτερος τρόπος είναι με χρήση της εντολής xauth (σύστημα MIT-MAGIC-COOKIE-1) Σε αυτήν την περίπτωση ο XServer ξέρει μία "μαγική λέξη"(magic-cookie). Μόνο όσοι X-Clients ξέρουν επίσης την ίδια ακριβώς μαγική λέξη μπορούν να ανοίξουν σύνδεση. Το "μαγικό" στην όλη υπόθεση αναφέρεται στο γεγονός ότι δεν έχει σημασία τόσο το περιεχόμενο αυτής της λέξης όσο το ότι πρέπει να είναι η ίδια και από τις δύο μεριές (X-Server/X-Client) ώστε να ανοιχτεί επιτυχώς η σύνδεση. Στα "νεοελληνικά" δηλαδή συνδέονται στον X-server μόνο όσοι X-clients έχουν το κοκκαλάκι της νυχτερίδας.

Εδώ θα μπορούσαμε να αναφέρουμε άπειρες λεπτομέρειες για το πως μπορείτε να φτιάξετε τα cookies αυτά, πώς θα τα μεταφέρετε από τον X-server στον Χ-client, και άλλα τεχνικά ζητήματα. Κάτι τέτοιο δεν έχει νόημα όμως γιατί όλα αυτά είναι ήδη γραμμένα στο Remote-X-Apps HOWTO και δεν πρόκειται να ασχοληθούμε ξανά εδώ με τα ίδια θέματα.

Θα σταθούμε μόνο σε δύο σημαντικά σημεία. Το ένα είναι ότι με το xauth μπορείτε να καθορίσετε την πρόσβαση σε επίπεδο χρήστη πια (και όχι σε επίπεδο υπολογιστή όπως το xhost) κάτι το οποίο είναι απαραίτητο σε ένα μέσο/μεγάλο τοπικό δίκτυο έτσι και αλλιώς. Το δεύτερο σημείο είναι ότι για να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον τρόπο πιστοποίησης πρέπει να τρέξετε τον XServer με την παράμετρο -auth και το όνομα του αρχείου που περιέχει το cookie ( /.Xauthority).

[3.3 Ο ασφαλής τρόπος]

Σχεδόν πάντα βέβαια ο χρήστης κάθεται στον X-server (= οθόνη, πληκτρολόγιο και ποντίκι). Επομένως μέσα από telnet στον X-client ξεκινάει την γραφική εφαρμογή που τον ενδιαφέρει και εφόσον έχει θέσει την μεταβλητή περιβάλλοντος DISPLAY το πρόγραμμα θα εμφανιστεί στην οθόνη που έχει μπροστά του. Αυτό όμως σημαίνει βέβαια ότι τα δεδομένα περνάνε μέσα από το δίκτυο χωρίς καμία κάλυψη (αναφερόμαστε γενικότερα στην απομακρυσμένη σύνδεση). Υπάρχει ο όμως και η λύση του ssh (secure shell). Σε αυτήν την περίπτωση έχετε αυτομάτως κρυπτογραφημένα δεδομένα. Πιο ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι μέσω της παραμέτρου -Χ λέτε στο ssh ότι θέλετε X forwarding. Αυτό αυτοματοποιεί την όλη διαδικασία Δηλαδή

Εννοείται βέβαια ότι πρέπει να έχετε στήσει τον αντίστοιχο δαίμονα (sshd) στο μηχάνημα. Για άλλη μία φορά δείτε το αντίστοιχο HOWTO για τις λεπτομέρειες.

[4. Άλλα θέματα και επίλογος]

Θα μπορούσαμε να συνεχίσουμε να απαριθμούμε και άλλες δυνατότητες των X-Windows τότε όμως το άρθρο αυτό θα έχανε τον εισαγωγικό του χαρακτήρα. Οφείλετε ανάλογα με τις ανάγκες σας να δείτε τι σας ενδιαφέρει και πως μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε στο δικό σας περιβάλλον. Ορίστε μερικές άλλες ιδέες.

Displays/screens.

Μπορείτε να έχετε περισσότερα από ένα Χ displays σε έναν υπολογιστή και να αλλάζετε μεταξύ τους ακριβώς όπως αλλάζετε τις κονσόλες σας με Ctrl-alt-Fx. Έτσι μπορείτε να έχετε και δύο χρήστες ταυτόχρονα στο ίδιο μηχάνημα με εντελώς διαφορετικό περιβάλλον την ίδια στιγμή. Επίσης είναι δυνατόν να έχετε δύο φυσικές οθόνες σε έναν υπολογιστή αν η κάρτα γραφικών σας το επιτρέπει. Τα X-Windows το υποστηρίζουν και αυτό.

Xinerama.

Το xinerama είναι μια επέκταση (Extension) που σας επιτρέπει να έχετε ένα "ενοποιημένο" περιβάλλον από πολλές οθόνες. Φανταστείτε παράθυρα που τα κάνετε drag and drop από την μία οθόνη στην άλλη και μακρόστενες ταπετσαρίες (backgrounds) στο υπολογιστικό σας περιβάλλον.

x2x

Το x2x είναι ένα μικρό προγραμματάκι που σας επιτρέπει να ενώσετε δύο X-displays. Προσέξτε όμως ότι δεν είναι απαραίτητο να είναι στον ίδιο υπολογιστή. Δεν είμαστε σίγουροι για την σημερινή κατάσταση του προγράμματος μέχρι πρόσφατα πάντως ήταν μέσα στο Debian archive.

xnest.

Ένα διασκεδαστικό πρόγραμμα (κατά την γνώμη του αρθρογράφου). Σας επιτρέπει να έχετε ένα Χ-display μέσα σε ένα παράθυρο μέσα σε άλλο X-display. Φανταστείτε τον άνθρωπο που κρατάει έναν καθρέφτη και επειδή είναι ο ίδιος μπροστά από έναν δεύτερο καθρέφτη η αντανάκλαση είναι ό ίδιος και μέσα στον καθρέφτη που κρατάει φαίνεται ο ίδιος και μέσα στον καθρέφτη που κρατάει κ.τ.λ.

XDMCP

Το XDMCP είναι ένα πρωτόκολλό που σας επιτρέπει να πάτε ένα επίπεδο πιο πάνω. Αντί δηλαδή να έχετε X-clients μέσα από το δίκτυο έχετε ολόκληρα X-sessions. Αν ασχοληθείτε προσέξτε πάλι το θέμα ασφάλειας.

vnc.

Το vnc (virtual network computing) δεν έχει άμεση σχέση με τα X-windows, δεν θα μπορούσαμε όμως να μην το αναφέρουμε. Σας επιτρέπει να έχετε remote desktops ανάμεσα σε διαφορετικούς υπολογιστές ακόμα και αν αυτοί τρέχουν μονολιθικά λειτουργικά συστήματα. Ουσιαστικά δηλαδή μπορείτε να κάνετε αυτό που κάνουν τα X-windows εγγενώς ακόμα και αν τα λειτουργικά σας δεν τρέχουν X-windows. Προφανώς πρέπει το ίδιο το λειτουργικό σύστημα να υποστηρίζεται από το vnc. ΤΟ vnc βασίζεται στην λογική client-server. Εδώ όμως η ορολογία είναι η "φυσική". Ο υπολογιστής με τον vnc server σερβίρει το desktop του στον vnc client στον οποίο κάθεται και ο χρήστης. Υπάρχει και java based client που μπορεί να τρέχει και σε Web browser. Ένα μειονέκτημα του vnc είναι ότι πραγματικά σας δίνει τον έλεγχο του desktop δηλαδή δεν μπορεί και κάποιος άλλος να χρησιμοποιήσει τον server ταυτόχρονα με εσάς. Και αν κάποιος κάθεται εκεί δίπλα θα βλέπει στην οθόνη του server ακριβώς αυτά που κάνετε από τον client (ναι ακόμα και την κίνηση του ίδιου του mouse pointer). Δείτε επίσης και το tightvnc.

Πηγές

Remote-X-Apps howto

Xwindow-USer-howto

XDMCP HOWTO

Αρχική Σελίδα