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hacking-howto: document v4 rendering
[i3/i3] / docs / hacking-howto
1 Hacking i3: How To
2 ==================
3 Michael Stapelberg <michael+i3@stapelberg.de>
4 July 2011
5
6 This document is intended to be the first thing you read before looking and/or
7 touching i3’s source code. It should contain all important information to help
8 you understand why things are like they are. If it does not mention something
9 you find necessary, please do not hesitate to contact me.
10
11 == Window Managers
12
13 A window manager is not necessarily needed to run X, but it is usually used in
14 combination with X to facilitate some things. The window manager's job is to
15 take care of the placement of windows, to provide the user with some mechanisms
16 to change the position/size of windows and to communicate with clients to a
17 certain extent (for example handle fullscreen requests of clients such as
18 MPlayer).
19
20 There are no different contexts in which X11 clients run, so a window manager
21 is just another client, like all other X11 applications. However, it handles
22 some events which normal clients usually don’t handle.
23
24 In the case of i3, the tasks (and order of them) are the following:
25
26 . Grab the key bindings (events will be sent upon keypress/keyrelease)
27 . Iterate through all existing windows (if the window manager is not started as
28   the first client of X) and manage them (reparent them, create window
29   decorations, etc.)
30 . When new windows are created, manage them
31 . Handle the client’s `_WM_STATE` property, but only the `_WM_STATE_FULLSCREEN`
32 . Handle the client’s `WM_NAME` property
33 . Handle the client’s size hints to display them proportionally
34 . Handle the client’s urgency hint
35 . Handle enter notifications (focus follows mouse)
36 . Handle button (as in mouse buttons) presses for focus/raise on click
37 . Handle expose events to re-draw own windows such as decorations
38 . React to the user’s commands: Change focus, Move windows, Switch workspaces,
39   Change the layout mode of a container (default/stacking/tabbed), start a new
40   application, restart the window manager
41
42 In the following chapters, each of these tasks and their implementation details
43 will be discussed.
44
45 === Tiling window managers
46
47 Traditionally, there are two approaches to managing windows: The most common
48 one nowadays is floating, which means the user can freely move/resize the
49 windows. The other approach is called tiling, which means that your window
50 manager distributes windows to use as much space as possible while not
51 overlapping each other.
52
53 The idea behind tiling is that you should not need to waste your time
54 moving/resizing windows while you usually want to get some work done. After
55 all, most users sooner or later tend to lay out their windows in a way which
56 corresponds to tiling or stacking mode in i3. Therefore, why not let i3 do this
57 for you? Certainly, it’s faster than you could ever do it.
58
59 The problem with most tiling window managers is that they are too unflexible.
60 In my opinion, a window manager is just another tool, and similar to vim which
61 can edit all kinds of text files (like source code, HTML, …) and is not limited
62 to a specific file type, a window manager should not limit itself to a certain
63 layout (like dwm, awesome, …) but provide mechanisms for you to easily create
64 the layout you need at the moment.
65
66 === The layout table
67
68 *********************************************************************************
69 This section has not been updated for v4.0 yet, sorry! We wanted to release on
70 time, but we will update this soon. Please talk to us on IRC if you need to
71 know stuff *NOW* :).
72 *********************************************************************************
73
74 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
75 To accomplish flexible layouts, we decided to simply use a table. The table
76 grows and shrinks as you need it. Each cell holds a container which then holds
77 windows (see picture below). You can use different layouts for each container
78 (default layout and stacking layout).
79
80 So, when you open a terminal and immediately open another one, they reside in
81 the same container, in default layout. The layout table has exactly one column,
82 one row and therefore one cell. When you move one of the terminals to the
83 right, the table needs to grow. It will be expanded to two columns and one row.
84 This enables you to have different layouts for each container. The table then
85 looks like this:
86
87 [width="15%",cols="^,^"]
88 |========
89 | T1 | T2
90 |========
91
92 When moving terminal 2 to the bottom, the table will be expanded again.
93
94 [width="15%",cols="^,^"]
95 |========
96 | T1 |
97 |    | T2
98 |========
99
100 You can really think of the layout table like a traditional HTML table, if
101 you’ve ever designed one. Especially col- and rowspan work similarly. Below,
102 you see an example of colspan=2 for the first container (which has T1 as
103 window).
104
105 [width="15%",cols="^asciidoc"]
106 |========
107 | T1
108 |
109 [cols="^,^",frame="none"]
110 !========
111 ! T2 ! T3
112 !========
113 |========
114
115 Furthermore, you can freely resize table cells.
116 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
117
118 == Files
119
120 include/atoms.xmacro::
121 A file containing all X11 atoms which i3 uses. This file will be included
122 various times (for defining, requesting and receiving the atoms), each time
123 with a different definition of xmacro().
124
125 include/data.h::
126 Contains data definitions used by nearly all files. You really need to read
127 this first.
128
129 include/*.h::
130 Contains forward definitions for all public functions, as well as
131 doxygen-compatible comments (so if you want to get a bit more of the big
132 picture, either browse all header files or use doxygen if you prefer that).
133
134 src/cfgparse.l::
135 Contains the lexer for i3’s configuration file, written for +flex(1)+.
136
137 src/cfgparse.y::
138 Contains the parser for i3’s configuration file, written for +bison(1)+.
139
140 src/click.c::
141 Contains all functions which handle mouse button clicks (right mouse button
142 clicks initiate resizing and thus are relatively complex).
143
144 src/cmdparse.l::
145 Contains the lexer for i3 commands, written for +flex(1)+.
146
147 src/cmdparse.y::
148 Contains the parser for i3 commands, written for +bison(1)+.
149
150 src/con.c::
151 Contains all functions which deal with containers directly (creating
152 containers, searching containers, getting specific properties from containers,
153 …).
154
155 src/config.c::
156 Contains all functions handling the configuration file (calling the parser
157 (src/cfgparse.y) with the correct path, switching key bindings mode).
158
159 src/debug.c::
160 Contains debugging functions to print unhandled X events.
161
162 src/ewmh.c::
163 iFunctions to get/set certain EWMH properties easily.
164
165 src/floating.c::
166 Contains functions for floating mode (mostly resizing/dragging).
167
168 src/handlers.c::
169 Contains all handlers for all kinds of X events (new window title, new hints,
170 unmapping, key presses, button presses, …).
171
172 src/ipc.c::
173 Contains code for the IPC interface.
174
175 src/load_layout.c::
176 Contains code for loading layouts from JSON files.
177
178 src/log.c::
179 Handles the setting of loglevels, contains the logging functions.
180
181 src/main.c::
182 Initializes the window manager.
183
184 src/manage.c::
185 Looks at existing or new windows and decides whether to manage them. If so, it
186 reparents the window and inserts it into our data structures.
187
188 src/match.c::
189 A "match" is a data structure which acts like a mask or expression to match
190 certain windows or not. For example, when using commands, you can specify a
191 command like this: [title="*Firefox*"] kill. The title member of the match
192 data structure will then be filled and i3 will check each window using
193 match_matches_window() to find the windows affected by this command.
194
195 src/move.c::
196 Contains code to move a container in a specific direction.
197
198 src/output.c::
199 Functions to handle CT_OUTPUT cons.
200
201 src/randr.c::
202 The RandR API is used to get (and re-query) the configured outputs (monitors,
203 …).
204
205 src/render.c::
206 Renders the tree data structure by assigning coordinates to every node. These
207 values will later be pushed to X11 in +src/x.c+.
208
209 src/resize.c::
210 Contains the functions to resize containers.
211
212 src/sighandler.c::
213 Handles +SIGSEGV+, +SIGABRT+ and +SIGFPE+ by showing a dialog that i3 crashed.
214 You can chose to let it dump core, to restart it in-place or to restart it
215 in-place but forget about the layout.
216
217 src/tree.c::
218 Contains functions which open or close containers in the tree, change focus or
219 cleanup ("flatten") the tree. See also +src/move.c+ for another similar
220 function, which was moved into its own file because it is so long.
221
222 src/util.c::
223 Contains useful functions which are not really dependant on anything.
224
225 src/window.c::
226 Handlers to update X11 window properties like +WM_CLASS+, +_NET_WM_NAME+,
227 +CLIENT_LEADER+, etc.
228
229 src/workspace.c::
230 Contains all functions related to workspaces (displaying, hiding, renaming…)
231
232 src/x.c::
233 Transfers our in-memory tree (see +src/render.c+) to X11.
234
235 src/xcb.c::
236 Contains wrappers to use xcb more easily.
237
238 src/xcursor.c::
239 XCursor functions (for cursor themes).
240
241 src/xinerama.c::
242 Legacy support for Xinerama. See +src/randr.c+ for the preferred API.
243
244 == Data structures
245
246
247 See include/data.h for documented data structures. The most important ones are
248 explained right here.
249
250 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
251 // TODO: update image
252
253 image:bigpicture.png[The Big Picture]
254
255 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
256
257 So, the hierarchy is:
258
259 . *X11 root window*, the root container
260 . *Output container* (LVDS1 in this example)
261 . *Content container* (there are also containers for dock windows)
262 . *Workspaces* (Workspace 1 in this example, with horizontal orientation)
263 . *Split container* (vertically split)
264 . *X11 window containers*
265
266 The data type is +Con+, in all cases.
267
268 === X11 root window
269
270 The X11 root window is a single window per X11 display (a display is identified
271 by +:0+ or +:1+ etc.). The root window is what you draw your background image
272 on. It spans all the available outputs, e.g. +VGA1+ is a specific part of the
273 root window and +LVDS1+ is a specific part of the root window.
274
275 === Output container
276
277 Every active output obtained through RandR is represented by one output
278 container. Outputs are considered active when a mode is configured (meaning
279 something is actually displayed on the output) and the output is not a clone.
280
281 For example, if your notebook has a screen resolution of 1280x800 px and you
282 connect a video projector with a resolution of 1024x768 px, set it up in clone
283 mode (+xrandr \--output VGA1 \--mode 1024x768 \--same-as LVDS1+), i3 will
284 reduce the resolution to the lowest common resolution and disable one of the
285 cloned outputs afterwards.
286
287 However, if you configure it using +xrandr \--output VGA1 \--mode 1024x768
288 \--right-of LVDS1+, i3 will set both outputs active. For each output, a new
289 workspace will be assigned. New workspaces are created on the output you are
290 currently on.
291
292 === Content container
293
294 Each output has multiple children. Two of them are dock containers which hold
295 dock clients. The other one is the content container, which holds the actual
296 content (workspaces) of this output.
297
298 === Workspace
299
300 A workspace is identified by its name. Basically, you could think of
301 workspaces as different desks in your office, if you like the desktop
302 methaphor. They just contain different sets of windows and are completely
303 separate of each other. Other window managers also call this ``Virtual
304 desktops''.
305
306 === Split container
307
308 A split container is a container which holds an arbitrary amount of split
309 containers or X11 window containers. It has an orientation (horizontal or
310 vertical) and a layout.
311
312 Split containers (and X11 window containers, which are a subtype of split
313 containers) can have different border styles.
314
315 === X11 window container
316
317 An X11 window container holds exactly one X11 window. These are the leaf nodes
318 of the layout tree, they cannot have any children.
319
320 == List/queue macros
321
322 i3 makes heavy use of the list macros defined in BSD operating systems. To
323 ensure that the operating system on which i3 is compiled has all the expected
324 features, i3 comes with `include/queue.h`. On BSD systems, you can use man
325 `queue(3)`. On Linux, you have to use google (or read the source).
326
327 The lists used are +SLIST+ (single linked lists), +CIRCLEQ+ (circular
328 queues) and +TAILQ+ (tail queues). Usually, only forward traversal is necessary,
329 so an `SLIST` works fine. If inserting elements at arbitrary positions or at
330 the end of a list is necessary, a +TAILQ+ is used instead. However, for the
331 windows inside a container, a +CIRCLEQ+ is necessary to go from the currently
332 selected window to the window above/below.
333
334 == Naming conventions
335
336 There is a row of standard variables used in many events. The following names
337 should be chosen for those:
338
339  * ``conn'' is the xcb_connection_t
340  * ``event'' is the event of the particular type
341  * ``con'' names a container
342  * ``current'' is a loop variable when using +TAILQ_FOREACH+ etc.
343
344 == Startup (src/mainx.c, main())
345
346  * Establish the xcb connection
347  * Check for XKB extension on the separate X connection, load Xcursor
348  * Check for RandR screens (with a fall-back to Xinerama)
349  * Grab the keycodes for which bindings exist
350  * Manage all existing windows
351  * Enter the event loop
352
353 == Keybindings
354
355 === Grabbing the bindings
356
357 Grabbing the bindings is quite straight-forward. You pass X your combination of
358 modifiers and the keycode you want to grab and whether you want to grab them
359 actively or passively. Most bindings (everything except for bindings using
360 Mode_switch) are grabbed passively, that is, just the window manager gets the
361 event and cannot replay it.
362
363 We need to grab bindings that use Mode_switch actively because of a bug in X.
364 When the window manager receives the keypress/keyrelease event for an actively
365 grabbed keycode, it has to decide what to do with this event: It can either
366 replay it so that other applications get it or it can prevent other
367 applications from receiving it.
368
369 So, why do we need to grab keycodes actively? Because X does not set the
370 state-property of keypress/keyrelease events properly. The Mode_switch bit is
371 not set and we need to get it using XkbGetState. This means we cannot pass X
372 our combination of modifiers containing Mode_switch when grabbing the key and
373 therefore need to grab the keycode itself without any modifiers. This means,
374 if you bind Mode_switch + keycode 38 ("a"), i3 will grab keycode 38 ("a") and
375 check on each press of "a" if the Mode_switch bit is set using XKB. If yes, it
376 will handle the event, if not, it will replay the event.
377
378 === Handling a keypress
379
380 As mentioned in "Grabbing the bindings", upon a keypress event, i3 first gets
381 the correct state.
382
383 Then, it looks through all bindings and gets the one which matches the received
384 event.
385
386 The bound command is parsed by the cmdparse lexer/parser, see +parse_cmd+ in
387 +src/cmdparse.y+.
388
389 == Manage windows (src/main.c, manage_window() and reparent_window())
390
391 `manage_window()` does some checks to decide whether the window should be
392 managed at all:
393
394  * Windows have to be mapped, that is, visible on screen
395  * The override_redirect must not be set. Windows with override_redirect shall
396    not be managed by a window manager
397
398 Afterwards, i3 gets the intial geometry and reparents the window (see
399 `reparent_window()`) if it wasn’t already managed.
400
401 Reparenting means that for each window which is reparented, a new window,
402 slightly larger than the original one, is created. The original window is then
403 reparented to the bigger one (called "frame").
404
405 After reparenting, the window type (`_NET_WM_WINDOW_TYPE`) is checked to see
406 whether this window is a dock (`_NET_WM_WINDOW_TYPE_DOCK`), like dzen2 for
407 example. Docks are handled differently, they don’t have decorations and are not
408 assigned to a specific container. Instead, they are positioned at the bottom
409 of the screen. To get the height which needs to be reserved for the window,
410 the `_NET_WM_STRUT_PARTIAL` property is used.
411
412 Furthermore, the list of assignments (to other workspaces, which may be on
413 other screens) is checked. If the window matches one of the user’s criteria,
414 it may either be put in floating mode or moved to a different workspace. If the
415 target workspace is not visible, the window will not be mapped.
416
417 == What happens when an application is started?
418
419 i3 does not care for applications. All it notices is when new windows are
420 mapped (see `src/handlers.c`, `handle_map_request()`). The window is then
421 reparented (see section "Manage windows").
422
423 After reparenting the window, `render_tree()` is called which renders the
424 internal layout table. The new window has been placed in the currently focused
425 container and therefore the new window and the old windows (if any) need to be
426 moved/resized so that the currently active layout (default/stacking/tabbed mode)
427 is rendered correctly. To move/resize windows, a window is ``configured'' in
428 X11-speak.
429
430 Some applications, such as MPlayer obviously assume the window manager is
431 stupid and try to configure their windows by themselves. This generates an
432 event called configurerequest. i3 handles these events and tells the window the
433 size it had before the configurerequest (with the exception of not yet mapped
434 windows, which get configured like they want to, and floating windows, which
435 can reconfigure themselves).
436
437 == _NET_WM_STATE
438
439 Only the _NET_WM_STATE_FULLSCREEN atom is handled. It calls
440 ``toggle_fullscreen()'' for the specific client which just configures the
441 client to use the whole screen on which it currently is. Also, it is set as
442 fullscreen_client for the i3Screen.
443
444 == WM_NAME
445
446 When the WM_NAME property of a window changes, its decoration (containing the
447 title) is re-rendered. Note that WM_NAME is in COMPOUND_TEXT encoding which is
448 totally uncommon and cumbersome. Therefore, the _NET_WM_NAME atom will be used
449 if present.
450
451 == _NET_WM_NAME
452
453 Like WM_NAME, this atom contains the title of a window. However, _NET_WM_NAME
454 is encoded in UTF-8. i3 will recode it to UCS-2 in order to be able to pass it
455 to X. Using an appropriate font (ISO-10646), you can see most special
456 characters (every special character contained in your font).
457
458 == Size hints
459
460 Size hints specify the minimum/maximum size for a given window as well as its
461 aspect ratio.  This is important for clients like mplayer, who only set the
462 aspect ratio and resize their window to be as small as possible (but only with
463 some video outputs, for example in Xv, while when using x11, mplayer does the
464 necessary centering for itself).
465
466 So, when an aspect ratio was specified, i3 adjusts the height of the window
467 until the size maintains the correct aspect ratio. For the code to do this, see
468 src/layout.c, function resize_client().
469
470 == Rendering (src/layout.c, render_layout() and render_container())
471
472 Rendering in i3 version 4 is the step which assigns the correct sizes for
473 borders, decoration windows, child windows and the stacking order of all
474 windows. In a separate step (+x_push_changes()+), these changes are pushed to
475 X11.
476
477 Keep in mind that all these properties (+rect+, +window_rect+ and +deco_rect+)
478 are temporary, meaning they will be overwritten by calling +render_con+.
479 Persistent position/size information is kept in +geometry+.
480
481 The entry point for every rendering operation (except for the case of moving
482 floating windows around) currently is +tree_render()+ which will re-render
483 everything that’s necessary (for every output, only the currently displayed
484 workspace is rendered). This behavior is expected to change in the future,
485 since for a lot of updates, re-rendering everything is not actually necessary.
486 Focus was on getting it working correct, not getting it work very fast.
487
488 What +tree_render()+ actually does is calling +render_con()+ on the root
489 container and then pushing the changes to X11. The following sections talk
490 about the different rendering steps, in the order of "top of the tree" (root
491 container) to the bottom.
492
493 === Rendering the root container
494
495 The i3 root container (+con->type == CT_ROOT+) represents the X11 root window.
496 It contains one child container for every output (like LVDS1, VGA1, …), which
497 is available on your computer.
498
499 Rendering the root will first render all tiling windows and then all floating
500 windows. This is necessary because a floating window can be positioned in such
501 a way that it is visible on two different outputs. Therefore, by first
502 rendering all the tiling windows (of all outputs), we make sure that floating
503 windows can never be obscured by tiling windows.
504
505 Essentially, though, this code path will just call +render_con()+ for every
506 output and +x_raise_con(); render_con()+ for every floating window.
507
508 In the special case of having a "global fullscreen" window (fullscreen mode
509 spanning all outputs), a shortcut is taken and +x_raise_con(); render_con()+ is
510 only called for the global fullscreen window.
511
512 === Rendering an output
513
514 Output containers (+con->layout == L_OUTPUT+) represent a hardware output like
515 LVDS1, VGA1, etc. An output container has three children (at the moment): One
516 content container (having workspaces as children) and the top/bottom dock area
517 containers.
518
519 The rendering happens in the function +render_l_output()+ in the following
520 steps:
521
522 1. Find the content container (+con->type == CT_CON+)
523 2. Get the currently visible workspace (+con_get_fullscreen_con(content,
524    CF_OUTPUT)+).
525 3. If there is a fullscreened window on that workspace, directly render it and
526    return, thus ignoring the dock areas.
527 4. Sum up the space used by all the dock windows (they have a variable height
528    only).
529 5. Set the workspace rects (x/y/width/height) based on the position of the
530    output (stored in +con->rect+) and the usable space
531    (+con->rect.{width,height}+ without the space used for dock windows).
532 6. Recursively raise and render the output’s child containers (meaning dock
533    area containers and the content container).
534
535 === Rendering a workspace or split container
536
537 From here on, there really is no difference anymore. All containers are of
538 +con->type == CT_CON+ (whether workspace or split container) and some of them
539 have a +con->window+, meaning they represent an actual window instead of a
540 split container.
541
542 ==== Default layout
543
544 In default layout, containers are placed horizontally or vertically next to
545 each other (depending on the +con->orientation+). If a child is a leaf node (as
546 opposed to a split container) and has border style "normal", appropriate space
547 will be reserved for its window decoration.
548
549 ==== Stacked layout
550
551 In stacked layout, only the focused window is actually shown (this is achieved
552 by calling +x_raise_con()+ in reverse focus order at the end of +render_con()+).
553
554 The available space for the focused window is the size of the container minus
555 the height of the window decoration for all windows inside this stacked
556 container.
557
558 If border style is "1pixel" or "none", no window decoration height will be
559 reserved (or displayed later on), unless there is more than one window inside
560 the stacked container.
561
562 ==== Tabbed layout
563
564 Tabbed layout works precisely like stacked layout, but the window decoration
565 position/size is different: They are placed next to each other on a single line
566 (fixed height).
567
568 ==== Dock area layout
569
570 This is a special case. Users cannot chose the dock area layout, but it will be
571 set for the dock area containers. In the dockarea layout (at the moment!),
572 windows will be placed above each other.
573
574 === Rendering a window
575
576 A window’s size and position will be determined in the following way:
577
578 1. Subtract the border if border style is not "none" (but "normal" or "1pixel").
579 2. Subtract the X11 border, if the window has an X11 border > 0.
580 3. Obey the aspect ratio of the window (think MPlayer).
581 4. Obey the height- and width-increments of the window (think terminal emulator
582    which can only be resized in one-line or one-character steps).
583
584 == Pushing updates to X11 / Drawing
585
586 TODO.
587
588 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
589
590
591 === Common parts
592
593 On the frame (the window which was created around the client’s window for the
594 decorations), a black rectangle is drawn as a background for windows like
595 MPlayer, which do not completely fit into the frame.
596
597 === Window decorations
598
599 The window decorations consist of a rectangle in the appropriate color (depends
600 on whether this window is the currently focused one, the last focused one in a
601 not focused container or not focused at all) forming the background.
602 Afterwards, two lighter lines are drawn and the last step is drawing the
603 window’s title (see WM_NAME) onto it.
604
605 === Resizing containers
606
607 By clicking and dragging the border of a container, you can resize the whole
608 column (respectively row) which this container is in. This is necessary to keep
609 the table layout working and consistent.
610
611 The resizing works similarly to the resizing of floating windows or movement of
612 floating windows:
613
614 * A new, invisible window with the size of the root window is created
615   (+grabwin+)
616 * Another window, 2px width and as high as your screen (or vice versa for
617   horizontal resizing) is created. Its background color is the border color and
618   it is only there to inform the user how big the container will be (it
619   creates the impression of dragging the border out of the container).
620 * The +drag_pointer+ function of +src/floating.c+ is called to grab the pointer
621   and enter its own event loop which will pass all events (expose events) but
622   motion notify events. This function then calls the specified callback
623   (+resize_callback+) which does some boundary checking and moves the helper
624   window. As soon as the mouse button is released, this loop will be
625   terminated.
626 * The new width_factor for each involved column (respectively row) will be
627   calculated.
628
629 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
630
631 == User commands / commandmode (src/cmdparse.{l,y})
632
633 *********************************************************************************
634 This section has not been updated for v4.0 yet, sorry! We wanted to release on
635 time, but we will update this soon. Please talk to us on IRC if you need to
636 know stuff *NOW* :).
637 *********************************************************************************
638
639 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
640
641
642 Like in vim, you can control i3 using commands. They are intended to be a
643 powerful alternative to lots of shortcuts, because they can be combined. There
644 are a few special commands, which are the following:
645
646 exec <command>::
647 Starts the given command by passing it to `/bin/sh`.
648
649 restart::
650 Restarts i3 by executing `argv[0]` (the path with which you started i3) without
651 forking.
652
653 w::
654 "With". This is used to select a bunch of windows. Currently, only selecting
655 the whole container in which the window is in, is supported by specifying "w".
656
657 f, s, d::
658 Toggle fullscreen, stacking, default mode for the current window/container.
659
660 The other commands are to be combined with a direction. The directions are h,
661 j, k and l, like in vim (h = left, j = down, k = up, l = right). When you just
662 specify the direction keys, i3 will move the focus in that direction. You can
663 provide "m" or "s" before the direction to move a window respectively or snap.
664
665 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
666
667 == Moving containers
668
669 The movement code is pretty delicate. You need to consider all cases before
670 making any changes or before being able to fully understand how it works.
671
672 === Case 1: Moving inside the same container
673
674 The reference layout for this case is a single workspace in horizontal
675 orientation with two containers on it. Focus is on the left container (1).
676
677
678 [width="15%",cols="^,^"]
679 |========
680 | 1 | 2
681 |========
682
683 When moving the left window to the right (command +move right+), tree_move will
684 look for a container with horizontal orientation and finds the parent of the
685 left container, that is, the workspace. Afterwards, it runs the code branch
686 commented with "the easy case": it calls TAILQ_NEXT to get the container right
687 of the current one and swaps both containers.
688
689 === Case 2: Move a container into a split container
690
691 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
692 containers. The right container is a v-split with two containers. Focus is on
693 the left container (1).
694
695 [width="15%",cols="^,^"]
696 |========
697 1.2+^.^| 1 | 2
698 | 3
699 |========
700
701 When moving to the right (command +move right+), i3 will work like in case 1
702 ("the easy case"). However, as the right container is not a leaf container, but
703 a v-split, the left container (1) will be inserted at the right position (below
704 2, assuming that 2 is focused inside the v-split) by calling +insert_con_into+.
705
706 +insert_con_into+ detaches the container from its parent and inserts it
707 before/after the given target container. Afterwards, the on_remove_child
708 callback is called on the old parent container which will then be closed, if
709 empty.
710
711 Afterwards, +con_focus+ will be called to fix the focus stack and the tree will
712 be flattened.
713
714 === Case 3: Moving to non-existant top/bottom
715
716 Like in case 1, the reference layout for this case is a single workspace in
717 horizontal orientation with two containers on it. Focus is on the left
718 container:
719
720 [width="15%",cols="^,^"]
721 |========
722 | 1 | 2
723 |========
724
725 This time however, the command is +move up+ or +move down+. tree_move will look
726 for a container with vertical orientation. As it will not find any,
727 +same_orientation+ is NULL and therefore i3 will perform a forced orientation
728 change on the workspace by creating a new h-split container, moving the
729 workspace contents into it and then changing the workspace orientation to
730 vertical. Now it will again search for parent containers with vertical
731 orientation and it will find the workspace.
732
733 This time, the easy case code path will not be run as we are not moving inside
734 the same container. Instead, +insert_con_into+ will be called with the focused
735 container and the container above/below the current one (on the level of
736 +same_orientation+).
737
738 Now, +con_focus+ will be called to fix the focus stack and the tree will be
739 flattened.
740
741 === Case 4: Moving to existant top/bottom
742
743 The reference layout for this case is a vertical workspace with two containers.
744 The bottom one is a h-split containing two containers (1 and 2). Focus is on
745 the bottom left container (1).
746
747 [width="15%",cols="^,^"]
748 |========
749 2+| 3
750 | 1 | 2
751 |========
752
753 This case is very much like case 3, only this time the forced workspace
754 orientation change does not need to be performed because the workspace already
755 is in vertical orientation.
756
757 === Case 5: Moving in one-child h-split
758
759 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
760 containers having a v-split on the left side with a one-child h-split on the
761 bottom. Focus is on the bottom left container (2(h)):
762
763 [width="15%",cols="^,^"]
764 |========
765 | 1 1.2+^.^| 3
766 | 2(h)
767 |========
768
769 In this case, +same_orientation+ will be set to the h-split container around
770 the focused container. However, when trying the easy case, the next/previous
771 container +swap+ will be NULL. Therefore, i3 will search again for a
772 +same_orientation+ container, this time starting from the parent of the h-split
773 container.
774
775 After determining a new +same_orientation+ container (if it is NULL, the
776 orientation will be force-changed), this case is equivalent to case 2 or case
777 4.
778
779
780 === Case 6: Floating containers
781
782 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
783 containers plus one floating h-split container. Focus is on the floating
784 container.
785
786 TODO: nice illustration. table not possible?
787
788 When moving up/down, the container needs to leave the floating container and it
789 needs to be placed on the workspace (at workspace level). This is accomplished
790 by calling the function +attach_to_workspace+.
791
792 == Click handling
793
794 Without much ado, here is the list of cases which need to be considered:
795
796 * click to focus (tiling + floating) and raise (floating)
797 * click to focus/raise when in stacked/tabbed mode
798 * floating_modifier + left mouse button to drag a floating con
799 * floating_modifier + right mouse button to resize a floating con
800 * click on decoration in a floating con to either initiate a resize (if there
801   is more than one child in the floating con) or to drag the
802   floating con (if it’s the one at the top).
803 * click on border in a floating con to resize the floating con
804 * floating_modifier + right mouse button to resize a tiling con
805 * click on border/decoration to resize a tiling con
806
807 == Gotchas
808
809 * Forgetting to call `xcb_flush(conn);` after sending a request. This usually
810   leads to code which looks like it works fine but which does not work under
811   certain conditions.
812
813 == Using git / sending patches
814
815 For a short introduction into using git, see
816 http://www.spheredev.org/wiki/Git_for_the_lazy or, for more documentation, see
817 http://git-scm.com/documentation
818
819 When you want to send a patch because you fixed a bug or implemented a cool
820 feature (please talk to us before working on features to see whether they are
821 maybe already implemented, not possible for some some reason, or don’t fit
822 into the concept), please use git to create a patchfile.
823
824 First of all, update your working copy to the latest version of the master
825 branch:
826
827 --------
828 git pull
829 --------
830
831 Afterwards, make the necessary changes for your bugfix/feature. Then, review
832 the changes using +git diff+ (you might want to enable colors in the diff using
833 +git config diff.color auto+).  When you are definitely done, use +git commit
834 -a+ to commit all changes you’ve made.
835
836 Then, use the following command to generate a patchfile which we can directly
837 apply to the branch, preserving your commit message and name:
838
839 -----------------------
840 git format-patch origin
841 -----------------------
842
843 Just send us the generated file via email.
844
845 == Thought experiments
846
847 In this section, we collect thought experiments, so that we don’t forget our
848 thoughts about specific topics. They are not necessary to get into hacking i3,
849 but if you are interested in one of the topics they cover, you should read them
850 before asking us why things are the way they are or why we don’t implement
851 things.
852
853 === Using cgroups per workspace
854
855 cgroups (control groups) are a linux-only feature which provides the ability to
856 group multiple processes. For each group, you can individually set resource
857 limits, like allowed memory usage. Furthermore, and more importantly for our
858 purposes, they serve as a namespace, a label which you can attach to processes
859 and their children.
860
861 One interesting use for cgroups is having one cgroup per workspace (or
862 container, doesn’t really matter). That way, you could set different priorities
863 and have a workspace for important stuff (say, writing a LaTeX document or
864 programming) and a workspace for unimportant background stuff (say,
865 JDownloader). Both tasks can obviously consume a lot of I/O resources, but in
866 this example it doesn’t really matter if JDownloader unpacks the download a
867 minute earlier or not. However, your compiler should work as fast as possible.
868 Having one cgroup per workspace, you would assign more resources to the
869 programming workspace.
870
871 Another interesting feature is that an inherent problem of the workspace
872 concept could be solved by using cgroups: When starting an application on
873 workspace 1, then switching to workspace 2, you will get the application’s
874 window(s) on workspace 2 instead of the one you started it on. This is because
875 the window manager does not have any mapping between the process it starts (or
876 gets started in any way) and the window(s) which appear.
877
878 Imagine for example using dmenu: The user starts dmenu by pressing Mod+d, dmenu
879 gets started with PID 3390. The user then decides to launch Firefox, which
880 takes a long time. So he enters firefox into dmenu and presses enter. Firefox
881 gets started with PID 4001. When it finally finishes loading, it creates an X11
882 window and uses MapWindow to make it visible. This is the first time i3
883 actually gets in touch with Firefox. It decides to map the window, but it has
884 no way of knowing that this window (even though it has the _NET_WM_PID property
885 set to 4001) belongs to the dmenu the user started before.
886
887 How do cgroups help with this? Well, when pressing Mod+d to launch dmenu, i3
888 would create a new cgroup, let’s call it i3-3390-1. It launches dmenu in that
889 cgroup, which gets PID 3390. As before, the user enters firefox and Firefox
890 gets launched with PID 4001. This time, though, the Firefox process with PID
891 4001 is *also* member of the cgroup i3-3390-1 (because fork()ing in a cgroup
892 retains the cgroup property). Therefore, when mapping the window, i3 can look
893 up in which cgroup the process is and can establish a mapping between the
894 workspace and the window.
895
896 There are multiple problems with this approach:
897
898 . Every application has to properly set +_NET_WM_PID+. This is acceptable and
899   patches can be written for the few applications which don’t set the hint yet.
900 . It does only work on Linux, since cgroups are a Linux-only feature. Again,
901   this is acceptable.
902 . The main problem is that some applications create X11 windows completely
903   independent of UNIX processes. An example for this is Chromium (or
904   gnome-terminal), which, when being started a second time, communicates with
905   the first process and lets the first process open a new window. Therefore, if
906   you have a Chromium window on workspace 2 and you are currently working on
907   workspace 3, starting +chromium+ does not lead to the desired result (the
908   window will open on workspace 2).
909
910 Therefore, my conclusion is that the only proper way of fixing the "window gets
911 opened on the wrong workspace" problem is in the application itself. Most
912 modern applications support freedesktop startup-notifications  which can be
913 used for this.