2 % © 2009 Michael Stapelberg
6 \documentclass[mode=print,paper=screen,style=jefka]{powerdot}
7 \usepackage[utf8]{inputenc}
13 \newcommand{\bs}{\textbackslash}
14 \pdsetup{palette=white}
15 \definecolor{darkblue}{rgb}{0,0,.6}
16 \definecolor{darkred}{rgb}{.6,0,0}
17 \definecolor{darkgreen}{rgb}{0,.6,0}
18 \definecolor{darkgray}{gray}{.3}
19 \definecolor{lightblue}{rgb}{0.97,0.99,1}
22 \lstdefinestyle{colors}{keywordstyle={\bf\color{darkblue}}, commentstyle={\em\color{magenta}}, stringstyle={\color{darkred}},%
23 emphstyle={\color{darkgray}}}
24 \lstnewenvironment{code}{%
25 \lstset{frame=single, basicstyle=\footnotesize\ttfamily, language=C, showstringspaces=false,%
26 style=colors, numbers=left, morekeywords={xcb_get_window_attributes_cookie_t, xcb_map_request_event_t,%
27 xcb_connection_t, xcb_get_window_attributes_reply_t, window_attributes_t, xcb_intern_atom_cookie_t,%
28 xcb_intern_atom_reply_t, xcb_atom_t, uint32_t, uint16_t, foreach, UINT_MAX, NULL},%
29 moreemph={xcb_get_window_attributes_reply, xcb_get_window_attributes_unchecked, manage_window,%
30 add_ignore_event, xcb_intern_atom, xcb_intern_atom_reply, fprintf, printf, free, load_configuration,%
31 XInternAtom, exit, strlen, xcb_change_window_attributes, xcb_event_wait_for_event_loop,%
32 xcb_event_set_key_press_handler, xcb_property_set_handler}}
35 \newcommand{\isrc}[1]{\begin{center} \footnotesize\ttfamily Siehe auch: #1 \end{center}}
37 \title{Hacking your own window manager}
38 \author{sECuRE auf der GPN 8\\
40 powered by \LaTeX, of course}
44 \begin{slide}{Dieser Vortrag}
45 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
46 \item Geschichte/Einführung in Window Manager
48 \item Window Manager und X11
50 % zuerst: wie funktioniert ein client?
52 % WM ist nur ein weiterer Client
53 % Keine Rechteverwaltung, prinzipiell darf jeder Fenster schubsen
54 % Clients können Events abfangen, der WM macht das halt für das root-fenster
58 \item Reparenting (Window Decorations)
59 %\item fake\_configure\_notify
62 % irgendwo da erwähnen: fenster in eine hashtable aufnehmen
65 % (die kriegt man natürlich nur wenn man redirectmask gesetzt hat:)
68 \item Hints (Titel, Klassen, Größen, …)
71 % - NET_WM_WINDOW_TYPE
73 % - in kombination mit NET_SUPPORTING_WM_CHECK auf dem rootfenster
74 % - NET_WM_STRUT_PARTIAL
76 % - Normal hints / size hints (warum zwei namen?)
77 % - Aspect ratio, wichtig z.B. für mplayer
78 % - min/max size, interessant primär für floating
84 % WM_STATE_NORMAL und drag&drop in gtk-apps
90 \begin{slide}{Geschichte/Einführung}
91 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
92 \item<1-> „All window managers suck, this one just sucks less”?
93 \item<2-> Desktop environment vs. window manager (GNOME, KDE, Xfce, …)
94 \item<3-> Stacking (e17, fluxbox, IceWM, fvwm, …) vs Tiling (dwm, wmii, xmonad, …)
95 \item<4-> dwm, awesome, xmonad, …: statisches Layout
96 % gedanke: man braucht sich nicht mal mehr um das layout kümmern
97 \item<5-> wmii, ion: dynamisches layout
98 \item<6-> Probleme an ion: tuomov (Lizenz, Kommunikation), Config, Look and feel, Code
99 \item<7-> Probleme an wmii: Xinerama-support, Xlib, undokumentierter Code, nur Spalten, keine Reihen, Kleinigkeiten (titellose Fenster)
103 \begin{slide}{Merkmale von i3}
104 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
105 \item<1-> gut lesbarer, dokumentierter Code. Dokumentation.
106 \item<2-> XCB anstelle von Xlib
107 \item<3-> Xinerama done right™
108 \item<4-> Spalten und Zeilen, Tabelle als Basis
109 \item<5-> command-mode, wie in vim
110 \item<6-> UTF-8 clean
111 \item<7-> kein Antialiasing, schlank und schnell bleiben
115 \begin{slide}{Typische Kommunikation mit X}
116 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
117 \item<1-> Verbindung aufbauen
118 \item<2-> Requests über die Leitung schicken (Fenster erzeugen)
119 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
120 \item Cookie für jeden Request
121 \item Antwort für spezifisches Cookie abholen
122 \item $\Rightarrow$ Asynchronität nutzbar
124 \item<3-> Eventloop starten, reagieren (Fenster zeichnen, Eingaben, …)
128 \begin{slide}{Was genau macht ein WM?}
129 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
130 \item<1-> Events umlenken
131 \item<2-> Neue Fenster anzeigen/positionieren (MapRequest)
132 \item<3-> Titelleisten malen (reparenting)
133 \item<4-> Den Fokus verwalten
134 \item<5-> Mit Hints umgehen (Fenstertitel, Fullscreen, Dock, …)
135 \item<6-> Auf Benutzereingaben reagieren
140 \begin{slide}[method=direct]{Window Manager und X11 (1)}
141 \includegraphics[width=1\textwidth]{xserver_konzept.eps}
144 \begin{slide}{Window Manager und X11 (2)}
145 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
146 \item<1-> Keine Rechteaufteilung, prinzipiell kann jeder Fenster managen
147 \item<2-> Window Manager verantwortlich für alle Kinder das Root-Fensters
148 \item<3-> RedirectMask, lässt sich Events des Root-Fensters schicken
149 \item<4-> Setzt hints auf dem Root-Fenster
153 \begin{slide}{Arbeitsumgebung}
154 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
155 \item X sinnvoll beim Entwickeln $\Rightarrow$ anderen Computer verwenden oder Xephyr
156 \item xtrace dazwischenschalten (sowohl zwischen WM und X11 als auch zwischen Clients und X11 sinnvoll)\\
157 \texttt{DISPLAY=:1 xtrace -o /tmp/xtrace.log -n :9}
158 \item \texttt{xprop} zeigt Hints an, \texttt{xwininfo} gibt Struktur aus
159 \item als ersten Client ein Terminal starten $\Rightarrow$ wenn der WM crashed lebt
161 \texttt{DISPLAY=:1 urxvt \&}
162 \item Debugger, strace, logfiles, core-dumps aktivieren\\
163 (Siehe auch \url{http://i3.zekjur.net/docs/debugging.html})
168 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
169 \item \url{http://xcb.freedesktop.org/}
170 \item<1-> „X-protocol C-language Binding”
171 \item<2-> Klein, wartbar (aus einer Protokollbeschreibung auto-generiert)
172 \item<3-> Sinnvoll benannte Funktionsnamen und Datentypen
173 \item<4-> Nutzt die Asynchronität von X aus
174 \item<5-> Allerdings: Sehr spärlich dokumentiert, man muss mit Xlib-Doku arbeiten
175 \item<6-> xcb-util: XCB noch mal ein bisschen gekapselt, nützliche Funktionen abstrahiert
179 \begin{slide}[method=direct]{Xlib-Beispielcode}
181 char *names[10] = {"_NET_SUPPORTED", "_NET_WM_STATE",
182 "_NET_WM_STATE_FULLSCREEN", "_NET_WM_NAME" /* ... */};
186 for (int i = 0; i < 10; i++) {
187 atoms[i] = XInternAtom(display, names[i], 0);
192 \begin{slide}[method=direct]{XCB-Beispielcode}
194 char *names[10] = {"_NET_SUPPORTED", "_NET_WM_STATE",
195 "_NET_WM_STATE_FULLSCREEN", "_NET_WM_NAME" /* ... */};
196 xcb_intern_atom_cookie_t cookies[10];
198 /* Place requests for atoms as soon as possible */
199 for (int c = 0; c < 10; c++)
200 cookies[c] = xcb_intern_atom(connection, 0,
201 strlen(names[c]), names[c]);
203 /* Do other stuff here */
204 load_configuration();
207 for (int c = 0; c < 10; c++) {
208 xcb_intern_atom_reply_t *reply =
209 xcb_intern_atom_reply(connection, cookies[c], NULL);
211 fprintf(stderr, "Could not get atom\n");
214 printf("atom has ID %d\n", reply->atom);
220 \begin{slide}[method=direct]{Setup}
224 xcb_event_set_key_press_handler(&evenths, handle_key_press, NULL);
225 xcb_property_set_handler(&prophs, WM_TRANSIENT_FOR, UINT_MAX,
226 handle_transient_for, NULL);
228 xcb_grab_key(conn, 0, root, modifier, keycode,
229 XCB_GRAB_MODE_SYNC, XCB_GRAB_MODE_ASYNC);
230 xcb_grab_key(conn, 0, root, modifier | xcb_numlock_mask, keycode,
231 XCB_GRAB_MODE_SYNC, XCB_GRAB_MODE_ASYNC);
233 uint32_t values[] = { XCB_EVENT_MASK_SUBSTRUCTURE_REDIRECT |
234 XCB_EVENT_MASK_STRUCTURE_NOTIFY |
235 XCB_EVENT_MASK_PROPERTY_CHANGE |
236 XCB_EVENT_MASK_ENTER_WINDOW };
237 xcb_change_window_attributes(conn, root, XCB_CW_EVENT_MASK, values);
239 manage_existing_windows();
241 xcb_event_wait_for_event_loop(&evenths);
244 \isrc{i3/src/mainx.c:370ff}
247 \begin{slide}[method=direct]{Reparenting}
248 \includegraphics[width=1\textwidth]{reparenting.eps}
250 \item (App) Fenster wird konfiguriert (Position, Größe, …)
251 \item (App) MapRequest
252 \item (WM) Window Manager erstellt eigenes Fenster
253 \item (WM) Reparent = neues Fenster kriegt statt root das WM-Fenster als parent
254 \item (WM) Mappen des neuen Fensters
258 \begin{slide}[method=direct]{fake\_configure\_notify}
259 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
260 \item (Alte) Reparented clients kriegen nichts mit, denken relativ zum root-Fenster
261 \item $\Rightarrow$ Window Manager tut so, als würde das Fenster neu konfiguriert, sendet den Event mit absoluten statt relativen Koordinaten
262 \item Sieht man sehr gut an \texttt{xfontsel} und anderen Anwendungen, die Xaw (X Athena widget set) verwenden
265 xcb_configure_notify_event_t generated_event;
266 generated_event.window = window;
267 generated_event.response_type = XCB_CONFIGURE_NOTIFY;
268 generated_event.x = r.x;
270 generated_event.override_redirect = false;
271 xcb_send_event(conn, false, window,
272 XCB_EVENT_MASK_STRUCTURE_NOTIFY,
273 (char*)&generated_event);
275 \isrc{i3/src/xcb.c:193ff}
279 \begin{slide}[method=direct]{Events: button\_press}
280 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
281 \item Aktiv grabben, die Anwendung soll keinen Klick bekommen, wenn der Nutzer das Fenster verschiebt
284 int handle_button_press(void *ignored, xcb_connection_t *conn,
285 xcb_button_press_event_t *event) {
287 if ((event->state & XCB_MOD_MASK_1) != 0)
288 floating_drag_window(conn, client, event);
291 if (event->detail == XCB_BUTTON_INDEX_4 ||
292 event->detail == XCB_BUTTON_INDEX_5) {
293 LOG("User scrolled\n");
296 /* if unhandled, forward the click to the application */
297 xcb_allow_events(conn, XCB_ALLOW_REPLAY_POINTER, event->time);
301 \isrc{i3/src/handlers.c:148ff}
305 \begin{slide}[method=direct]{Events: enter\_notify}
306 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
307 \item Der Mauszeiger ist über dem Fenster gelandet
308 \item Auch unabsichtlich: Wenn das Fenster unter den Mauszeiger konfiguriert wird
309 \item $\Rightarrow$ Blacklist an Events, die man ignorieren muss
313 int handle_enter_notify(void *ignored, xcb_connection_t *conn,
314 xcb_enter_notify_event_t *event) {
315 if (event_is_ignored(event->sequence))
318 Client *client = table_get(&by_parent, event->event);
319 if (client == NULL) {
320 return 1; /* user moved cursor to another screen */
323 set_focus(conn, client, false);
327 \isrc{i3/src/handlers.c:148ff}
331 \begin{slide}[method=direct]{Events: key\_press }
332 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
333 \item Aktives key grabbing: WM entscheidet, ob Tastendruck weitergeht, also bei der Anwendung ankommt (kann abfangen)
334 \item Passives key grabbing: WM kriegt einen event
338 uint16_t state_filtered =
339 event->state & ~(xcb_numlock_mask | XCB_MOD_MASK_LOCK);
340 state_filtered &= 0xFF; /* filter mouse buttons */
342 if (binding->keycode == event->detail &&
343 binding->mods == state_filtered) {
344 /* do fancy stuff here */
349 \isrc{i3/src/handlers.c:100ff}
352 \begin{slide}[method=direct]{Events: key\_press (2), Mode\_switch }
353 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.25em}
354 \item \texttt{event->state} enthält nie das Mode\_switch-Bit, Bug in X
355 \item XKB hilft, den korrekten state zu ermitteln
356 \item $\Rightarrow$ Mode\_switch nicht als modifier in \texttt{xcb\_grab\_key} verwendbar
357 \item $\Rightarrow$ wir grabben alle keys aktiv (!) und filtern selbst nach Mode\_switch
361 /* ... state_filtered is already cleaned */
363 if (XkbGetState(xkbdpy, XkbUseCoreKbd, &state) == Success &&
364 (state.group+1) == 2)
365 state_filtered |= BIND_MODE_SWITCH;
367 if (binding->keycode == event->detail &&
368 binding->mods == state_filtered) {
369 xcb_allow_events(conn, SyncKeyboard, event->time);
370 return; /* after doing actual stuff, of course */
372 xcb_allow_events(conn, ReplayKeyboard, event->time);
374 \isrc{i3/src/handlers.c:100ff}
378 \begin{slide}[method=direct]{Umlaute und Sonderzeichen}
379 \includegraphics[width=.5\textwidth]{xft.eps}
380 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.1em}
381 \item Verschiedene APIs fürs Rendern von Text: X Core Fonts und xft
382 \item xft = X FreeType, antialiased fonts, Pango, GTK
383 \item Problem mit X Core Fonts: keine Sonderzeichen
384 \item …oder? \texttt{misc-fixed-*-iso10646}, also X Core Fonts mit Universal Character Set (= Unicode-Zeichen). Nicht 100\% vollständig
385 \item urxvt: benutzt beide APIs, pro Glyph unterschiedlich
386 \item Trend geht leider zu fontconfig/xft :-(
390 \begin{slide}[method=direct]{Umlaute und Sonderzeichen (2)}
391 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
392 \item X hat eigenes Encoding: Compound Text
393 \item Früher ICCCM (Compound text, z.B. Atom WM\_NAME)\\
394 ICCCM = Inter-Client Communication Conventions Manual
395 \item heute EWMH (UTF-8, z.B. Atom \_NET\_WM\_NAME)\\
396 EWMH = Extended Window Manager Hints (= NetWM)
397 \item XImageText16 (bzw xcb\_image\_text\_16) erwartet UCS-2\\
398 $\Rightarrow$ \texttt{iconv\_open(UCS2\_BE, UTF-8)}
400 \isrc{i3/src/util.c:191ff, i3/src/handlers.c:663ff}
404 \begin{slide}[method=direct]{Colorpixel}
405 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
406 \item Heutzutage: TrueColor. Früher: 8 bit o.ä.
407 \item Colormaps: Geben an welche Farben die Hardware kann
408 \item Colorpixel: Ein Wert aus der Colormap, der der gewünschten Farbe am nähesten kommt
409 \item Bei TrueColor: \texttt{return (red << 16) + (green << 8) + blue;}
410 \item Alles andere: Round-Trip zum X-Server:
413 #define RGB_8_TO_16(i) (65535 * ((i) & 0xFF) / 255)
414 xcb_alloc_color_reply_t *reply;
415 reply = xcb_alloc_color_reply(conn, xcb_alloc_color(conn,
416 root_screen->default_colormap, RGB_8_TO_16(red),
417 RGB_8_TO_16(green), RGB_8_TO_16(blue)), NULL);
419 die("Could not allocate color\n");
422 \isrc{i3/src/xcb.c:76ff}
425 \begin{slide}[method=direct]{Hints}
426 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
429 \item[NET\_WM\_WINDOW\_TYPE] dock, dialog, utility, toolbar, splashscreen
430 \item[NET\_WM\_NAME] Fenstertitel (UTF-8), auch auf dem root-Fenster
431 \item[NET\_WM\_STRUT\_PARTIAL] Reservierter Bereich am Bildschirmrand (Docks), z.B. für dzen2
435 \item[WM\_NAME] Fenstertitel (Compound Text)
436 \item[WM\_TRANSIENT\_FOR] Zugehöriges, "`temporäres"' Fenster für Anwendung X ($\Rightarrow$ floating)
437 \item[WM\_CLASS] Fensterklasse (z.B. "`urxvt"'), praktisch zum identifizieren
438 \item[WM\_NORMAL\_HINTS] (Size hints), beinhaltet Aspect Ratio (mplayer!), minimale und maximale Größe
443 \begin{slide}[method=direct]{Hints (2)}
445 int handle_transient_for(void *data, xcb_connection_t *conn,
446 uint8_t state, xcb_window_t window,
447 xcb_atom_t name, xcb_get_property_reply_t *reply)
449 xcb_window_t transient_for;
451 if (!xcb_get_wm_transient_for_from_reply(&transient_for, reply)) {
452 LOG("Not transient for any window\n");
456 if (!xcb_get_wm_transient_for_reply(conn,
457 xcb_get_wm_transient_for_unchecked(conn, window),
458 &transient_for, NULL)) {
459 LOG("Not transient for any window\n");
463 if (client->floating == FLOATING_AUTO_OFF)
464 toggle_floating_mode(conn, client, true);
470 \begin{slide}[method=direct]{Gotchas}
471 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
472 \item Flushing (\texttt{xcb\_flush(connection);})
473 \item \texttt{WM\_STATE} != \texttt{WM\_STATE\_NORMAL}
474 \item Eventloops / Caching von xcb (GIMP splash screen)
479 \begin{slide}{Zusammenfassung}
480 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=.5em}
481 \item Bindings aufsetzen, Eventmask konfigurieren
482 \item Events/Hints abarbeiten
483 \item Decorations zeichnen
487 \begin{slide}{Lust bekommen?}
488 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
489 \item git clone \url{git://code.stapelberg.de/i3}
490 \item development branch: \texttt{git checkout --track -b next origin/next}
491 \item Debian: \texttt{apt-get install i3-wm/unstable}
492 \item non-Debian: \texttt{cd i3; cat DEPENDS; make \&\& sudo make install}
493 \item in \~{}/.xsession: \texttt{exec /usr/bin/i3}
494 \item Siehe manpage \texttt{i3(1)}, user’s guide, how to hack
498 \begin{slide}{exit(0);}
499 \begin{list}{$\bullet$}{\itemsep=1em}
500 \item git-webinterface: \url{http://code.stapelberg.de/git/i3}
501 \item Website: \url{http://i3.zekjur.net}
502 \item IRC: \#i3 auf irc.twice-irc.de
503 \item xcb: \url{http://xcb.freedesktop.org/}
504 \item 50-Zeilen-WM: \url{http://incise.org/tinywm.html}
505 \item „Why X is not our ideal window system”: \url{http://www.std.org/~msm/common/WhyX.pdf}