i3/docs/GPN-2009-06-27/i3.tex
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%
% © 2009 Michael Stapelberg
%
% 2009-06-24
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\documentclass[mode=print,paper=screen,style=jefka]{powerdot}
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\usepackage{ngerman}
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\newcommand{\bs}{\textbackslash}
\pdsetup{palette=white}
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emphstyle={\color{darkgray}}}
\lstnewenvironment{code}{%
\lstset{frame=single, basicstyle=\footnotesize\ttfamily, language=C, showstringspaces=false,%
style=colors, numbers=left, morekeywords={xcb_get_window_attributes_cookie_t, xcb_map_request_event_t,%
xcb_connection_t, xcb_get_window_attributes_reply_t, window_attributes_t, xcb_intern_atom_cookie_t,%
xcb_intern_atom_reply_t, xcb_atom_t, uint32_t, uint16_t, foreach, UINT_MAX, NULL},%
moreemph={xcb_get_window_attributes_reply, xcb_get_window_attributes_unchecked, manage_window,%
add_ignore_event, xcb_intern_atom, xcb_intern_atom_reply, fprintf, printf, free, load_configuration,%
XInternAtom, exit, strlen, xcb_change_window_attributes, xcb_event_wait_for_event_loop,%
xcb_event_set_key_press_handler, xcb_property_set_handler}}
}{}
\newcommand{\isrc}[1]{\begin{center} \footnotesize\ttfamily Siehe auch: #1 \end{center}}
\title{Hacking your own window manager}
\author{sECuRE auf der GPN 8\\
~\\
powered by \LaTeX, of course}
\begin{document}
\maketitle
\begin{slide}{Dieser Vortrag}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Geschichte/Einführung in Window Manager
\item Merkmale von i3
\item Window Manager und X11
%
% zuerst: wie funktioniert ein client?
%
% WM ist nur ein weiterer Client
% Keine Rechteverwaltung, prinzipiell darf jeder Fenster schubsen
% Clients können Events abfangen, der WM macht das halt für das root-fenster
\item Arbeitsumgebung
\item XCB
\item Setup
\item Reparenting (Window Decorations)
%\item fake\_configure\_notify
%\item Colorpixel
%\item UTF-8
% irgendwo da erwähnen: fenster in eine hashtable aufnehmen
\item Events
% (die kriegt man natürlich nur wenn man redirectmask gesetzt hat:)
% MapRequest
% ConfigureRequest
\item Hints (Titel, Klassen, Größen, …)
% Atoms
% NetWM
% - NET_WM_WINDOW_TYPE
% - NET_WM_NAME
% - in kombination mit NET_SUPPORTING_WM_CHECK auf dem rootfenster
% - NET_WM_STRUT_PARTIAL
% ICCCM
% - Normal hints / size hints (warum zwei namen?)
% - Aspect ratio, wichtig z.B. für mplayer
% - min/max size, interessant primär für floating
% - WM_NAME
% - WM_TRANSIENT_FOR
% - WM_CLASS
\item Gotchas
% flush()
% WM_STATE_NORMAL und drag&drop in gtk-apps
\item Zusammenfassung
% TODO
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Geschichte/Einführung}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item<1-> „All window managers suck, this one just sucks less”?
\item<2-> Desktop environment vs. window manager (GNOME, KDE, Xfce, …)
\item<3-> Stacking (e17, fluxbox, IceWM, fvwm, …) vs Tiling (dwm, wmii, xmonad, …)
\item<4-> dwm, awesome, xmonad, …: statisches Layout
% gedanke: man braucht sich nicht mal mehr um das layout kümmern
\item<5-> wmii, ion: dynamisches layout
\item<6-> Probleme an ion: tuomov (Lizenz, Kommunikation), Config, Look and feel, Code
\item<7-> Probleme an wmii: Xinerama-support, Xlib, undokumentierter Code, nur Spalten, keine Reihen, Kleinigkeiten (titellose Fenster)
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Merkmale von i3}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item<1-> gut lesbarer, dokumentierter Code. Dokumentation.
\item<2-> XCB anstelle von Xlib
\item<3-> Xinerama done right™
\item<4-> Spalten und Zeilen, Tabelle als Basis
\item<5-> command-mode, wie in vim
\item<6-> UTF-8 clean
\item<7-> kein Antialiasing, schlank und schnell bleiben
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Typische Kommunikation mit X}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item<1-> Verbindung aufbauen
\item<2-> Requests über die Leitung schicken (Fenster erzeugen)
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item Cookie für jeden Request
\item Antwort für spezifisches Cookie abholen
\item $\Rightarrow$ Asynchronität nutzbar
\end{list}
\item<3-> Eventloop starten, reagieren (Fenster zeichnen, Eingaben, …)
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Was genau macht ein WM?}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item<1-> Events umlenken
\item<2-> Neue Fenster anzeigen/positionieren (MapRequest)
\item<3-> Titelleisten malen (reparenting)
\item<4-> Den Fokus verwalten
\item<5-> Mit Hints umgehen (Fenstertitel, Fullscreen, Dock, …)
\item<6-> Auf Benutzereingaben reagieren
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Window Manager und X11 (1)}
\includegraphics[width=1\textwidth]{xserver_konzept.eps}
\end{slide}
\begin{slide}{Window Manager und X11 (2)}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item<1-> Keine Rechteaufteilung, prinzipiell kann jeder Fenster managen
\item<2-> Window Manager verantwortlich für alle Kinder das Root-Fensters
\item<3-> RedirectMask, lässt sich Events des Root-Fensters schicken
\item<4-> Setzt hints auf dem Root-Fenster
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Arbeitsumgebung}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item X sinnvoll beim Entwickeln $\Rightarrow$ anderen Computer verwenden oder Xephyr
\item xtrace dazwischenschalten (sowohl zwischen WM und X11 als auch zwischen Clients und X11 sinnvoll)\\
\texttt{DISPLAY=:1 xtrace -o /tmp/xtrace.log -n :9}
\item \texttt{xprop} zeigt Hints an, \texttt{xwininfo} gibt Struktur aus
\item als ersten Client ein Terminal starten $\Rightarrow$ wenn der WM crashed lebt
die X-Session noch\\
\texttt{DISPLAY=:1 urxvt \&}
\item Debugger, strace, logfiles, core-dumps aktivieren\\
(Siehe auch \url{http://i3wm.org/docs/debugging.html})
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{XCB}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item \url{http://xcb.freedesktop.org/}
\item<1-> „X-protocol C-language Binding”
\item<2-> Klein, wartbar (aus einer Protokollbeschreibung auto-generiert)
\item<3-> Sinnvoll benannte Funktionsnamen und Datentypen
\item<4-> Nutzt die Asynchronität von X aus
\item<5-> Allerdings: Sehr spärlich dokumentiert, man muss mit Xlib-Doku arbeiten
\item<6-> xcb-util: XCB noch mal ein bisschen gekapselt, nützliche Funktionen abstrahiert
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Xlib-Beispielcode}
\begin{code}
char *names[10] = {"_NET_SUPPORTED", "_NET_WM_STATE",
"_NET_WM_STATE_FULLSCREEN", "_NET_WM_NAME" /* ... */};
Atom atoms[10];
/* Get atoms */
for (int i = 0; i < 10; i++) {
atoms[i] = XInternAtom(display, names[i], 0);
}
\end{code}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{XCB-Beispielcode}
\begin{code}
char *names[10] = {"_NET_SUPPORTED", "_NET_WM_STATE",
"_NET_WM_STATE_FULLSCREEN", "_NET_WM_NAME" /* ... */};
xcb_intern_atom_cookie_t cookies[10];
/* Place requests for atoms as soon as possible */
for (int c = 0; c < 10; c++)
cookies[c] = xcb_intern_atom(connection, 0,
strlen(names[c]), names[c]);
/* Do other stuff here */
load_configuration();
/* Get atoms */
for (int c = 0; c < 10; c++) {
xcb_intern_atom_reply_t *reply =
xcb_intern_atom_reply(connection, cookies[c], NULL);
if (!reply) {
fprintf(stderr, "Could not get atom\n");
exit(-1);
}
printf("atom has ID %d\n", reply->atom);
free(reply);
}
\end{code}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Setup}
\begin{code}
get_atoms();
xcb_event_set_key_press_handler(&evenths, handle_key_press, NULL);
xcb_property_set_handler(&prophs, WM_TRANSIENT_FOR, UINT_MAX,
handle_transient_for, NULL);
xcb_grab_key(conn, 0, root, modifier, keycode,
XCB_GRAB_MODE_SYNC, XCB_GRAB_MODE_ASYNC);
xcb_grab_key(conn, 0, root, modifier | xcb_numlock_mask, keycode,
XCB_GRAB_MODE_SYNC, XCB_GRAB_MODE_ASYNC);
uint32_t values[] = { XCB_EVENT_MASK_SUBSTRUCTURE_REDIRECT |
XCB_EVENT_MASK_STRUCTURE_NOTIFY |
XCB_EVENT_MASK_PROPERTY_CHANGE |
XCB_EVENT_MASK_ENTER_WINDOW };
xcb_change_window_attributes(conn, root, XCB_CW_EVENT_MASK, values);
manage_existing_windows();
xcb_event_wait_for_event_loop(&evenths);
\end{code}
\isrc{i3/src/mainx.c:370ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Reparenting}
\includegraphics[width=1\textwidth]{reparenting.eps}
\begin{enumerate}
\item (App) Fenster wird konfiguriert (Position, Größe, …)
\item (App) MapRequest
\item (WM) Window Manager erstellt eigenes Fenster
\item (WM) Reparent = neues Fenster kriegt statt root das WM-Fenster als parent
\item (WM) Mappen des neuen Fensters
\end{enumerate}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{fake\_configure\_notify}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item (Alte) Reparented clients kriegen nichts mit, denken relativ zum root-Fenster
\item $\Rightarrow$ Window Manager tut so, als würde das Fenster neu konfiguriert, sendet den Event mit absoluten statt relativen Koordinaten
\item Sieht man sehr gut an \texttt{xfontsel} und anderen Anwendungen, die Xaw (X Athena widget set) verwenden
\end{list}
\begin{code}
xcb_configure_notify_event_t generated_event;
generated_event.window = window;
generated_event.response_type = XCB_CONFIGURE_NOTIFY;
generated_event.x = r.x;
/* ... */
generated_event.override_redirect = false;
xcb_send_event(conn, false, window,
XCB_EVENT_MASK_STRUCTURE_NOTIFY,
(char*)&generated_event);
\end{code}
\isrc{i3/src/xcb.c:193ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Events: button\_press}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Aktiv grabben, die Anwendung soll keinen Klick bekommen, wenn der Nutzer das Fenster verschiebt
\end{list}
\begin{code}
int handle_button_press(void *ignored, xcb_connection_t *conn,
xcb_button_press_event_t *event) {
/* ... */
if ((event->state & XCB_MOD_MASK_1) != 0)
floating_drag_window(conn, client, event);
/* ... */
if (event->detail == XCB_BUTTON_INDEX_4 ||
event->detail == XCB_BUTTON_INDEX_5) {
LOG("User scrolled\n");
return 1;
}
/* if unhandled, forward the click to the application */
xcb_allow_events(conn, XCB_ALLOW_REPLAY_POINTER, event->time);
return 1;
}
\end{code}
\isrc{i3/src/handlers.c:148ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Events: enter\_notify}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Der Mauszeiger ist über dem Fenster gelandet
\item Auch unabsichtlich: Wenn das Fenster unter den Mauszeiger konfiguriert wird
\item $\Rightarrow$ Blacklist an Events, die man ignorieren muss
\end{list}
\begin{code}
int handle_enter_notify(void *ignored, xcb_connection_t *conn,
xcb_enter_notify_event_t *event) {
if (event_is_ignored(event->sequence))
return 1;
Client *client = table_get(&by_parent, event->event);
if (client == NULL) {
return 1; /* user moved cursor to another screen */
}
set_focus(conn, client, false);
return 1;
}
\end{code}
\isrc{i3/src/handlers.c:148ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Events: key\_press }
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Aktives key grabbing: WM entscheidet, ob Tastendruck weitergeht, also bei der Anwendung ankommt (kann abfangen)
\item Passives key grabbing: WM kriegt einen event
\end{list}
\begin{code}
uint16_t state_filtered =
event->state & ~(xcb_numlock_mask | XCB_MOD_MASK_LOCK);
state_filtered &= 0xFF; /* filter mouse buttons */
foreach (binding) {
if (binding->keycode == event->detail &&
binding->mods == state_filtered) {
/* do fancy stuff here */
break;
}
}
\end{code}
\isrc{i3/src/handlers.c:100ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Events: key\_press (2), Mode\_switch }
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.25em}
\item \texttt{event->state} enthält nie das Mode\_switch-Bit, Bug in X
\item XKB hilft, den korrekten state zu ermitteln
\item $\Rightarrow$ Mode\_switch nicht als modifier in \texttt{xcb\_grab\_key} verwendbar
\item $\Rightarrow$ wir grabben alle keys aktiv (!) und filtern selbst nach Mode\_switch
\end{list}
\begin{code}
/* ... state_filtered is already cleaned */
XkbStateRec state;
if (XkbGetState(xkbdpy, XkbUseCoreKbd, &state) == Success &&
(state.group+1) == 2)
state_filtered |= BIND_MODE_SWITCH;
foreach (binding)
if (binding->keycode == event->detail &&
binding->mods == state_filtered) {
xcb_allow_events(conn, SyncKeyboard, event->time);
return; /* after doing actual stuff, of course */
}
xcb_allow_events(conn, ReplayKeyboard, event->time);
\end{code}
\isrc{i3/src/handlers.c:100ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Umlaute und Sonderzeichen}
\includegraphics[width=.5\textwidth]{xft.eps}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.1em}
\item Verschiedene APIs fürs Rendern von Text: X Core Fonts und xft
\item xft = X FreeType, antialiased fonts, Pango, GTK
\item Problem mit X Core Fonts: keine Sonderzeichen
\item …oder? \texttt{misc-fixed-*-iso10646}, also X Core Fonts mit Universal Character Set (= Unicode-Zeichen). Nicht 100\% vollständig
\item urxvt: benutzt beide APIs, pro Glyph unterschiedlich
\item Trend geht leider zu fontconfig/xft :-(
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Umlaute und Sonderzeichen (2)}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item X hat eigenes Encoding: Compound Text
\item Früher ICCCM (Compound text, z.B. Atom WM\_NAME)\\
ICCCM = Inter-Client Communication Conventions Manual
\item heute EWMH (UTF-8, z.B. Atom \_NET\_WM\_NAME)\\
EWMH = Extended Window Manager Hints (= NetWM)
\item XImageText16 (bzw xcb\_image\_text\_16) erwartet UCS-2\\
$\Rightarrow$ \texttt{iconv\_open(UCS2\_BE, UTF-8)}
\end{list}
\isrc{i3/src/util.c:191ff, i3/src/handlers.c:663ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Colorpixel}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Heutzutage: TrueColor. Früher: 8 bit o.ä.
\item Colormaps: Geben an welche Farben die Hardware kann
\item Colorpixel: Ein Wert aus der Colormap, der der gewünschten Farbe am nähesten kommt
\item Bei TrueColor: \texttt{return (red << 16) + (green << 8) + blue;}
\item Alles andere: Round-Trip zum X-Server:
\end{list}
\begin{code}
#define RGB_8_TO_16(i) (65535 * ((i) & 0xFF) / 255)
xcb_alloc_color_reply_t *reply;
reply = xcb_alloc_color_reply(conn, xcb_alloc_color(conn,
root_screen->default_colormap, RGB_8_TO_16(red),
RGB_8_TO_16(green), RGB_8_TO_16(blue)), NULL);
if (!reply)
die("Could not allocate color\n");
return reply->pixel;
\end{code}
\isrc{i3/src/xcb.c:76ff}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Hints}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item NetWM
\begin{description}
\item[NET\_WM\_WINDOW\_TYPE] dock, dialog, utility, toolbar, splashscreen
\item[NET\_WM\_NAME] Fenstertitel (UTF-8), auch auf dem root-Fenster
\item[NET\_WM\_STRUT\_PARTIAL] Reservierter Bereich am Bildschirmrand (Docks), z.B. für dzen2
\end{description}
\item ICCCM
\begin{description}
\item[WM\_NAME] Fenstertitel (Compound Text)
\item[WM\_TRANSIENT\_FOR] Zugehöriges, "`temporäres"' Fenster für Anwendung X ($\Rightarrow$ floating)
\item[WM\_CLASS] Fensterklasse (z.B. "`urxvt"'), praktisch zum identifizieren
\item[WM\_NORMAL\_HINTS] (Size hints), beinhaltet Aspect Ratio (mplayer!), minimale und maximale Größe
\end{description}
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Hints (2)}
\begin{code}
int handle_transient_for(void *data, xcb_connection_t *conn,
uint8_t state, xcb_window_t window,
xcb_atom_t name, xcb_get_property_reply_t *reply)
{
xcb_window_t transient_for;
if (reply != NULL) {
if (!xcb_get_wm_transient_for_from_reply(&transient_for, reply)) {
LOG("Not transient for any window\n");
return 1;
}
} else {
if (!xcb_get_wm_transient_for_reply(conn,
xcb_get_wm_transient_for_unchecked(conn, window),
&transient_for, NULL)) {
LOG("Not transient for any window\n");
return 1;
}
}
if (client->floating == FLOATING_AUTO_OFF)
toggle_floating_mode(conn, client, true);
return 1;
}
\end{code}
\end{slide}
\begin{slide}[method=direct]{Gotchas}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Flushing (\texttt{xcb\_flush(connection);})
\item \texttt{WM\_STATE} != \texttt{WM\_STATE\_NORMAL}
\item Eventloops / Caching von xcb (GIMP splash screen)
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Zusammenfassung}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
\item Bindings aufsetzen, Eventmask konfigurieren
\item Events/Hints abarbeiten
\item Decorations zeichnen
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{Lust bekommen?}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item git clone \url{git://code.stapelberg.de/i3}
\item development branch: \texttt{git checkout --track -b next origin/next}
\item Debian: \texttt{apt-get install i3-wm/unstable}
\item non-Debian: \texttt{cd i3; cat DEPENDS; make \&\& sudo make install}
\item in \~{}/.xsession: \texttt{exec /usr/bin/i3}
\item Siehe manpage \texttt{i3(1)}, users guide, how to hack
\end{list}
\end{slide}
\begin{slide}{exit(0);}
\begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
\item git-webinterface: \url{http://code.stapelberg.de/git/i3}
\item Website: \url{http://i3wm.org}
\item IRC: \#i3 auf irc.twice-irc.de
\item xcb: \url{http://xcb.freedesktop.org/}
\item 50-Zeilen-WM: \url{http://incise.org/tinywm.html}
\item „Why X is not our ideal window system”: \url{http://www.std.org/~msm/common/WhyX.pdf}
\item …noch Fragen?
\end{list}
\end{slide}
\end{document}