]> git.sur5r.net Git - i3/i3.github.io/blob - _docs/hacking-howto
update docs for 4.13
[i3/i3.github.io] / _docs / hacking-howto
1 Hacking i3: How To
2 ==================
3 Michael Stapelberg <michael@i3wm.org>
4 February 2013
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 `_WM_STATE_FULLSCREEN` and
32   `_NET_WM_STATE_DEMANDS_ATTENTION`
33 . Handle the client’s `WM_NAME` property
34 . Handle the client’s size hints to display them proportionally
35 . Handle the client’s urgency hint
36 . Handle enter notifications (focus follows mouse)
37 . Handle button (as in mouse buttons) presses for focus/raise on click
38 . Handle expose events to re-draw own windows such as decorations
39 . React to the user’s commands: Change focus, Move windows, Switch workspaces,
40   Change the layout mode of a container (default/stacking/tabbed), start a new
41   application, restart the window manager
42
43 In the following chapters, each of these tasks and their implementation details
44 will be discussed.
45
46 === Tiling window managers
47
48 Traditionally, there are two approaches to managing windows: The most common
49 one nowadays is floating, which means the user can freely move/resize the
50 windows. The other approach is called tiling, which means that your window
51 manager distributes windows to use as much space as possible while not
52 overlapping each other.
53
54 The idea behind tiling is that you should not need to waste your time
55 moving/resizing windows while you usually want to get some work done. After
56 all, most users sooner or later tend to lay out their windows in a way which
57 corresponds to tiling or stacking mode in i3. Therefore, why not let i3 do this
58 for you? Certainly, it’s faster than you could ever do it.
59
60 The problem with most tiling window managers is that they are too inflexible.
61 In my opinion, a window manager is just another tool, and similar to vim which
62 can edit all kinds of text files (like source code, HTML, …) and is not limited
63 to a specific file type, a window manager should not limit itself to a certain
64 layout (like dwm, awesome, …) but provide mechanisms for you to easily create
65 the layout you need at the moment.
66
67 === The layout tree
68
69 The data structure which i3 uses to keep track of your windows is a tree. Every
70 node in the tree is a container (type +Con+). Some containers represent actual
71 windows (every container with a +window != NULL+), some represent split
72 containers and a few have special purposes: they represent workspaces, outputs
73 (like VGA1, LVDS1, …) or the X11 root window.
74
75 So, when you open a terminal and immediately open another one, they reside in
76 the same split container, which uses the default layout. In case of an empty
77 workspace, the split container we are talking about is the workspace.
78
79 To get an impression of how different layouts are represented, just play around
80 and look at the data structures -- they are exposed as a JSON hash. See
81 http://i3wm.org/docs/ipc.html#_tree_reply for documentation on that and an
82 example.
83
84 == Files
85
86 include/atoms.xmacro::
87 A file containing all X11 atoms which i3 uses. This file will be included
88 various times (for defining, requesting and receiving the atoms), each time
89 with a different definition of xmacro().
90
91 include/data.h::
92 Contains data definitions used by nearly all files. You really need to read
93 this first.
94
95 include/*.h::
96 Contains forward definitions for all public functions, as well as
97 doxygen-compatible comments (so if you want to get a bit more of the big
98 picture, either browse all header files or use doxygen if you prefer that).
99
100 src/config_parser.c::
101 Contains a custom configuration parser. See src/command_parser.c for rationale
102  on why we use a custom parser.
103
104 src/click.c::
105 Contains all functions which handle mouse button clicks (right mouse button
106 clicks initiate resizing and thus are relatively complex).
107
108 src/command_parser.c::
109 Contains a hand-written parser to parse commands (commands are what
110 you bind on keys and what you can send to i3 using the IPC interface, like
111 'move left' or 'workspace 4').
112
113 src/con.c::
114 Contains all functions which deal with containers directly (creating
115 containers, searching containers, getting specific properties from containers,
116 …).
117
118 src/config.c::
119 Contains all functions handling the configuration file (calling the parser
120 src/config_parser.c) with the correct path, switching key bindings mode).
121
122 src/debug.c::
123 Contains debugging functions to print unhandled X events.
124
125 src/ewmh.c::
126 Functions to get/set certain EWMH properties easily.
127
128 src/floating.c::
129 Contains functions for floating mode (mostly resizing/dragging).
130
131 src/handlers.c::
132 Contains all handlers for all kinds of X events (new window title, new hints,
133 unmapping, key presses, button presses, …).
134
135 src/ipc.c::
136 Contains code for the IPC interface.
137
138 src/load_layout.c::
139 Contains code for loading layouts from JSON files.
140
141 src/log.c::
142 Contains the logging functions.
143
144 src/main.c::
145 Initializes the window manager.
146
147 src/manage.c::
148 Looks at existing or new windows and decides whether to manage them. If so, it
149 reparents the window and inserts it into our data structures.
150
151 src/match.c::
152 A "match" is a data structure which acts like a mask or expression to match
153 certain windows or not. For example, when using commands, you can specify a
154 command like this: [title="*Firefox*"] kill. The title member of the match
155 data structure will then be filled and i3 will check each window using
156 match_matches_window() to find the windows affected by this command.
157
158 src/move.c::
159 Contains code to move a container in a specific direction.
160
161 src/output.c::
162 Functions to handle CT_OUTPUT cons.
163
164 src/randr.c::
165 The RandR API is used to get (and re-query) the configured outputs (monitors,
166 …).
167
168 src/render.c::
169 Renders the tree data structure by assigning coordinates to every node. These
170 values will later be pushed to X11 in +src/x.c+.
171
172 src/resize.c::
173 Contains the functions to resize containers.
174
175 src/restore_layout.c::
176 Everything for restored containers that is not pure state parsing (which can be
177 found in load_layout.c).
178
179 src/sighandler.c::
180 Handles +SIGSEGV+, +SIGABRT+ and +SIGFPE+ by showing a dialog that i3 crashed.
181 You can chose to let it dump core, to restart it in-place or to restart it
182 in-place but forget about the layout.
183
184 src/tree.c::
185 Contains functions which open or close containers in the tree, change focus or
186 cleanup ("flatten") the tree. See also +src/move.c+ for another similar
187 function, which was moved into its own file because it is so long.
188
189 src/util.c::
190 Contains useful functions which are not really dependent on anything.
191
192 src/window.c::
193 Handlers to update X11 window properties like +WM_CLASS+, +_NET_WM_NAME+,
194 +CLIENT_LEADER+, etc.
195
196 src/workspace.c::
197 Contains all functions related to workspaces (displaying, hiding, renaming…)
198
199 src/x.c::
200 Transfers our in-memory tree (see +src/render.c+) to X11.
201
202 src/xcb.c::
203 Contains wrappers to use xcb more easily.
204
205 src/xcursor.c::
206 XCursor functions (for cursor themes).
207
208 src/xinerama.c::
209 Legacy support for Xinerama. See +src/randr.c+ for the preferred API.
210
211 == Data structures
212
213
214 See include/data.h for documented data structures. The most important ones are
215 explained right here.
216
217 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
218 // TODO: update image
219
220 image:bigpicture.png[The Big Picture]
221
222 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
223
224 So, the hierarchy is:
225
226 . *X11 root window*, the root container
227 . *Output container* (LVDS1 in this example)
228 . *Content container* (there are also containers for dock windows)
229 . *Workspaces* (Workspace 1 in this example, with horizontal orientation)
230 . *Split container* (vertically split)
231 . *X11 window containers*
232
233 The data type is +Con+, in all cases.
234
235 === X11 root window
236
237 The X11 root window is a single window per X11 display (a display is identified
238 by +:0+ or +:1+ etc.). The root window is what you draw your background image
239 on. It spans all the available outputs, e.g. +VGA1+ is a specific part of the
240 root window and +LVDS1+ is a specific part of the root window.
241
242 === Output container
243
244 Every active output obtained through RandR is represented by one output
245 container. Outputs are considered active when a mode is configured (meaning
246 something is actually displayed on the output) and the output is not a clone.
247
248 For example, if your notebook has a screen resolution of 1280x800 px and you
249 connect a video projector with a resolution of 1024x768 px, set it up in clone
250 mode (+xrandr \--output VGA1 \--mode 1024x768 \--same-as LVDS1+), i3 will
251 reduce the resolution to the lowest common resolution and disable one of the
252 cloned outputs afterwards.
253
254 However, if you configure it using +xrandr \--output VGA1 \--mode 1024x768
255 \--right-of LVDS1+, i3 will set both outputs active. For each output, a new
256 workspace will be assigned. New workspaces are created on the output you are
257 currently on.
258
259 === Content container
260
261 Each output has multiple children. Two of them are dock containers which hold
262 dock clients. The other one is the content container, which holds the actual
263 content (workspaces) of this output.
264
265 === Workspace
266
267 A workspace is identified by its name. Basically, you could think of
268 workspaces as different desks in your office, if you like the desktop
269 metaphor. They just contain different sets of windows and are completely
270 separate of each other. Other window managers also call this ``Virtual
271 desktops''.
272
273 === Split container
274
275 A split container is a container which holds an arbitrary amount of split
276 containers or X11 window containers. It has an orientation (horizontal or
277 vertical) and a layout.
278
279 Split containers (and X11 window containers, which are a subtype of split
280 containers) can have different border styles.
281
282 === X11 window container
283
284 An X11 window container holds exactly one X11 window. These are the leaf nodes
285 of the layout tree, they cannot have any children.
286
287 == List/queue macros
288
289 i3 makes heavy use of the list macros defined in BSD operating systems. To
290 ensure that the operating system on which i3 is compiled has all the expected
291 features, i3 comes with `include/queue.h`. On BSD systems, you can use man
292 `queue(3)`. On Linux, you have to use google (or read the source).
293
294 The lists used are +SLIST+ (single linked lists), +CIRCLEQ+ (circular
295 queues) and +TAILQ+ (tail queues). Usually, only forward traversal is necessary,
296 so an `SLIST` works fine. If inserting elements at arbitrary positions or at
297 the end of a list is necessary, a +TAILQ+ is used instead. However, for the
298 windows inside a container, a +CIRCLEQ+ is necessary to go from the currently
299 selected window to the window above/below.
300
301 == Naming conventions
302
303 There is a row of standard variables used in many events. The following names
304 should be chosen for those:
305
306  * ``conn'' is the xcb_connection_t
307  * ``event'' is the event of the particular type
308  * ``con'' names a container
309  * ``current'' is a loop variable when using +TAILQ_FOREACH+ etc.
310
311 == Startup (src/mainx.c, main())
312
313  * Establish the xcb connection
314  * Check for XKB extension on the separate X connection, load Xcursor
315  * Check for RandR screens (with a fall-back to Xinerama)
316  * Grab the keycodes for which bindings exist
317  * Manage all existing windows
318  * Enter the event loop
319
320 == Keybindings
321
322 === Grabbing the bindings
323
324 Grabbing the bindings is quite straight-forward. You pass X your combination of
325 modifiers and the keycode you want to grab and whether you want to grab them
326 actively or passively. Most bindings (everything except for bindings using
327 Mode_switch) are grabbed passively, that is, just the window manager gets the
328 event and cannot replay it.
329
330 We need to grab bindings that use Mode_switch actively because of a bug in X.
331 When the window manager receives the keypress/keyrelease event for an actively
332 grabbed keycode, it has to decide what to do with this event: It can either
333 replay it so that other applications get it or it can prevent other
334 applications from receiving it.
335
336 So, why do we need to grab keycodes actively? Because X does not set the
337 state-property of keypress/keyrelease events properly. The Mode_switch bit is
338 not set and we need to get it using XkbGetState. This means we cannot pass X
339 our combination of modifiers containing Mode_switch when grabbing the key and
340 therefore need to grab the keycode itself without any modifiers. This means,
341 if you bind Mode_switch + keycode 38 ("a"), i3 will grab keycode 38 ("a") and
342 check on each press of "a" if the Mode_switch bit is set using XKB. If yes, it
343 will handle the event, if not, it will replay the event.
344
345 === Handling a keypress
346
347 As mentioned in "Grabbing the bindings", upon a keypress event, i3 first gets
348 the correct state.
349
350 Then, it looks through all bindings and gets the one which matches the received
351 event.
352
353 The bound command is parsed by the cmdparse lexer/parser, see +parse_cmd+ in
354 +src/cmdparse.y+.
355
356 == Manage windows (src/main.c, manage_window() and reparent_window())
357
358 `manage_window()` does some checks to decide whether the window should be
359 managed at all:
360
361  * Windows have to be mapped, that is, visible on screen
362  * The override_redirect must not be set. Windows with override_redirect shall
363    not be managed by a window manager
364
365 Afterwards, i3 gets the initial geometry and reparents the window (see
366 `reparent_window()`) if it wasn’t already managed.
367
368 Reparenting means that for each window which is reparented, a new window,
369 slightly larger than the original one, is created. The original window is then
370 reparented to the bigger one (called "frame").
371
372 After reparenting, the window type (`_NET_WM_WINDOW_TYPE`) is checked to see
373 whether this window is a dock (`_NET_WM_WINDOW_TYPE_DOCK`), like dzen2 for
374 example. Docks are handled differently, they don’t have decorations and are not
375 assigned to a specific container. Instead, they are positioned at the bottom
376 or top of the screen (in the appropriate dock area containers). To get the
377 height which needs to be reserved for the window, the `_NET_WM_STRUT_PARTIAL`
378 property is used.
379
380 Furthermore, the list of assignments (to other workspaces, which may be on
381 other screens) is checked. If the window matches one of the user’s criteria,
382 it may either be put in floating mode or moved to a different workspace. If the
383 target workspace is not visible, the window will not be mapped.
384
385 == What happens when an application is started?
386
387 i3 does not care about applications. All it notices is when new windows are
388 mapped (see `src/handlers.c`, `handle_map_request()`). The window is then
389 reparented (see section "Manage windows").
390
391 After reparenting the window, `render_tree()` is called which renders the
392 internal layout table. The new window has been placed in the currently focused
393 container and therefore the new window and the old windows (if any) need to be
394 moved/resized so that the currently active layout (default/stacking/tabbed mode)
395 is rendered correctly. To move/resize windows, a window is ``configured'' in
396 X11-speak.
397
398 Some applications, such as MPlayer obviously assume the window manager is
399 stupid and try to configure their windows by themselves. This generates an
400 event called configurerequest. i3 handles these events and tells the window the
401 size it had before the configurerequest (with the exception of not yet mapped
402 windows, which get configured like they want to, and floating windows, which
403 can reconfigure themselves).
404
405 == _NET_WM_STATE
406
407 Only the _NET_WM_STATE_FULLSCREEN and _NET_WM_STATE_DEMANDS_ATTENTION atoms
408 are handled.
409
410 The former calls ``toggle_fullscreen()'' for the specific client which just
411 configures the client to use the whole screen on which it currently is.
412 Also, it is set as fullscreen_client for the i3Screen.
413
414 The latter is used to set, read and display urgency hints.
415
416 == WM_NAME
417
418 When the WM_NAME property of a window changes, its decoration (containing the
419 title) is re-rendered. Note that WM_NAME is in COMPOUND_TEXT encoding which is
420 totally uncommon and cumbersome. Therefore, the _NET_WM_NAME atom will be used
421 if present.
422
423 == _NET_WM_NAME
424
425 Like WM_NAME, this atom contains the title of a window. However, _NET_WM_NAME
426 is encoded in UTF-8. i3 will recode it to UCS-2 in order to be able to pass it
427 to X. Using an appropriate font (ISO-10646), you can see most special
428 characters (every special character contained in your font).
429
430 == Size hints
431
432 Size hints specify the minimum/maximum size for a given window as well as its
433 aspect ratio.  This is important for clients like mplayer, who only set the
434 aspect ratio and resize their window to be as small as possible (but only with
435 some video outputs, for example in Xv, while when using x11, mplayer does the
436 necessary centering for itself).
437
438 So, when an aspect ratio was specified, i3 adjusts the height of the window
439 until the size maintains the correct aspect ratio. For the code to do this, see
440 src/layout.c, function resize_client().
441
442 == Rendering (src/layout.c, render_layout() and render_container())
443
444 Rendering in i3 version 4 is the step which assigns the correct sizes for
445 borders, decoration windows, child windows and the stacking order of all
446 windows. In a separate step (+x_push_changes()+), these changes are pushed to
447 X11.
448
449 Keep in mind that all these properties (+rect+, +window_rect+ and +deco_rect+)
450 are temporary, meaning they will be overwritten by calling +render_con+.
451 Persistent position/size information is kept in +geometry+.
452
453 The entry point for every rendering operation (except for the case of moving
454 floating windows around) currently is +tree_render()+ which will re-render
455 everything that’s necessary (for every output, only the currently displayed
456 workspace is rendered). This behavior is expected to change in the future,
457 since for a lot of updates, re-rendering everything is not actually necessary.
458 Focus was on getting it working correct, not getting it work very fast.
459
460 What +tree_render()+ actually does is calling +render_con()+ on the root
461 container and then pushing the changes to X11. The following sections talk
462 about the different rendering steps, in the order of "top of the tree" (root
463 container) to the bottom.
464
465 === Rendering the root container
466
467 The i3 root container (`con->type == CT_ROOT`) represents the X11 root window.
468 It contains one child container for every output (like LVDS1, VGA1, …), which
469 is available on your computer.
470
471 Rendering the root will first render all tiling windows and then all floating
472 windows. This is necessary because a floating window can be positioned in such
473 a way that it is visible on two different outputs. Therefore, by first
474 rendering all the tiling windows (of all outputs), we make sure that floating
475 windows can never be obscured by tiling windows.
476
477 Essentially, though, this code path will just call +render_con()+ for every
478 output and +x_raise_con(); render_con()+ for every floating window.
479
480 In the special case of having a "global fullscreen" window (fullscreen mode
481 spanning all outputs), a shortcut is taken and +x_raise_con(); render_con()+ is
482 only called for the global fullscreen window.
483
484 === Rendering an output
485
486 Output containers (`con->layout == L_OUTPUT`) represent a hardware output like
487 LVDS1, VGA1, etc. An output container has three children (at the moment): One
488 content container (having workspaces as children) and the top/bottom dock area
489 containers.
490
491 The rendering happens in the function +render_l_output()+ in the following
492 steps:
493
494 1. Find the content container (`con->type == CT_CON`)
495 2. Get the currently visible workspace (+con_get_fullscreen_con(content,
496    CF_OUTPUT)+).
497 3. If there is a fullscreened window on that workspace, directly render it and
498    return, thus ignoring the dock areas.
499 4. Sum up the space used by all the dock windows (they have a variable height
500    only).
501 5. Set the workspace rects (x/y/width/height) based on the position of the
502    output (stored in `con->rect`) and the usable space
503    (`con->rect.{width,height}` without the space used for dock windows).
504 6. Recursively raise and render the output’s child containers (meaning dock
505    area containers and the content container).
506
507 === Rendering a workspace or split container
508
509 From here on, there really is no difference anymore. All containers are of
510 `con->type == CT_CON` (whether workspace or split container) and some of them
511 have a `con->window`, meaning they represent an actual window instead of a
512 split container.
513
514 ==== Default layout
515
516 In default layout, containers are placed horizontally or vertically next to
517 each other (depending on the `con->orientation`). If a child is a leaf node (as
518 opposed to a split container) and has border style "normal", appropriate space
519 will be reserved for its window decoration.
520
521 ==== Stacked layout
522
523 In stacked layout, only the focused window is actually shown (this is achieved
524 by calling +x_raise_con()+ in reverse focus order at the end of +render_con()+).
525
526 The available space for the focused window is the size of the container minus
527 the height of the window decoration for all windows inside this stacked
528 container.
529
530 If border style is "1pixel" or "none", no window decoration height will be
531 reserved (or displayed later on), unless there is more than one window inside
532 the stacked container.
533
534 ==== Tabbed layout
535
536 Tabbed layout works precisely like stacked layout, but the window decoration
537 position/size is different: They are placed next to each other on a single line
538 (fixed height).
539
540 ==== Dock area layout
541
542 This is a special case. Users cannot choose the dock area layout, but it will be
543 set for the dock area containers. In the dockarea layout (at the moment!),
544 windows will be placed above each other.
545
546 === Rendering a window
547
548 A window’s size and position will be determined in the following way:
549
550 1. Subtract the border if border style is not "none" (but "normal" or "1pixel").
551 2. Subtract the X11 border, if the window has an X11 border > 0.
552 3. Obey the aspect ratio of the window (think MPlayer).
553 4. Obey the height- and width-increments of the window (think terminal emulator
554    which can only be resized in one-line or one-character steps).
555
556 == Pushing updates to X11 / Drawing
557
558 A big problem with i3 before version 4 was that we just sent requests to X11
559 anywhere in the source code. This was bad because nobody could understand the
560 entirety of our interaction with X11, it lead to subtle bugs and a lot of edge
561 cases which we had to consider all over again.
562
563 Therefore, since version 4, we have a single file, +src/x.c+, which is
564 responsible for repeatedly transferring parts of our tree datastructure to X11.
565
566 +src/x.c+ consists of multiple parts:
567
568 1. The state pushing: +x_push_changes()+, which calls +x_push_node()+.
569 2. State modification functions: +x_con_init+, +x_reinit+,
570    +x_reparent_child+, +x_move_win+, +x_con_kill+, +x_raise_con+, +x_set_name+
571    and +x_set_warp_to+.
572 3. Expose event handling (drawing decorations): +x_deco_recurse()+ and
573    +x_draw_decoration()+.
574
575 === Pushing state to X11
576
577 In general, the function +x_push_changes+ should be called to push state
578 changes. Only when the scope of the state change is clearly defined (for
579 example only the title of a window) and its impact is known beforehand, one can
580 optimize this and call +x_push_node+ on the appropriate con directly.
581
582 +x_push_changes+ works in the following steps:
583
584 1. Clear the eventmask for all mapped windows. This leads to not getting
585    useless ConfigureNotify or EnterNotify events which are caused by our
586    requests. In general, we only want to handle user input.
587 2. Stack windows above each other, in reverse stack order (starting with the
588    most obscured/bottom window). This is relevant for floating windows which
589    can overlap each other, but also for tiling windows in stacked or tabbed
590    containers. We also update the +_NET_CLIENT_LIST_STACKING+ hint which is
591    necessary for tab drag and drop in Chromium.
592 3. +x_push_node+ will be called for the root container, recursively calling
593    itself for the container’s children. This function actually pushes the
594    state, see the next paragraph.
595 4. If the pointer needs to be warped to a different position (for example when
596    changing focus to a different output), it will be warped now.
597 5. The eventmask is restored for all mapped windows.
598 6. Window decorations will be rendered by calling +x_deco_recurse+ on the root
599    container, which then recursively calls itself for the children.
600 7. If the input focus needs to be changed (because the user focused a different
601    window), it will be updated now.
602 8. +x_push_node_unmaps+ will be called for the root container. This function
603    only pushes UnmapWindow requests. Separating the state pushing is necessary
604    to handle fullscreen windows (and workspace switches) in a smooth fashion:
605    The newly visible windows should be visible before the old windows are
606    unmapped.
607
608 +x_push_node+ works in the following steps:
609
610 1. Update the window’s +WM_NAME+, if changed (the +WM_NAME+ is set on i3
611    containers mainly for debugging purposes).
612 2. Reparents a child window into the i3 container if the container was created
613    for a specific managed window.
614 3. If the size/position of the i3 container changed (due to opening a new
615    window or switching layouts for example), the window will be reconfigured.
616    Also, the pixmap which is used to draw the window decoration/border on is
617    reconfigured (pixmaps are size-dependent).
618 4. Size/position for the child window is adjusted.
619 5. The i3 container is mapped if it should be visible and was not yet mapped.
620    When mapping, +WM_STATE+ is set to +WM_STATE_NORMAL+. Also, the eventmask of
621    the child window is updated and the i3 container’s contents are copied from
622    the pixmap.
623 6. +x_push_node+ is called recursively for all children of the current
624    container.
625
626 +x_push_node_unmaps+ handles the remaining case of an i3 container being
627 unmapped if it should not be visible anymore. +WM_STATE+ will be set to
628 +WM_STATE_WITHDRAWN+.
629
630
631 === Drawing window decorations/borders/backgrounds
632
633 +x_draw_decoration+ draws window decorations. It is run for every leaf
634 container (representing an actual X11 window) and for every non-leaf container
635 which is in a stacked/tabbed container (because stacked/tabbed containers
636 display a window decoration for split containers, which consists of a representation
637 of the child container's names.
638
639 Then, parameters are collected to be able to determine whether this decoration
640 drawing is actually necessary or was already done. This saves a substantial
641 number of redraws (depending on your workload, but far over 50%).
642
643 Assuming that we need to draw this decoration, we start by filling the empty
644 space around the child window (think of MPlayer with a specific aspect ratio)
645 in the user-configured client background color.
646
647 Afterwards, we draw the appropriate border (in case of border styles "normal"
648 and "1pixel") and the top bar (in case of border style "normal").
649
650 The last step is drawing the window title on the top bar.
651
652
653 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
654
655 == Resizing containers
656
657 By clicking and dragging the border of a container, you can resize the whole
658 column (respectively row) which this container is in. This is necessary to keep
659 the table layout working and consistent.
660
661 The resizing works similarly to the resizing of floating windows or movement of
662 floating windows:
663
664 * A new, invisible window with the size of the root window is created
665   (+grabwin+)
666 * Another window, 2px width and as high as your screen (or vice versa for
667   horizontal resizing) is created. Its background color is the border color and
668   it is only there to inform the user how big the container will be (it
669   creates the impression of dragging the border out of the container).
670 * The +drag_pointer+ function of +src/floating.c+ is called to grab the pointer
671   and enter its own event loop which will pass all events (expose events) but
672   motion notify events. This function then calls the specified callback
673   (+resize_callback+) which does some boundary checking and moves the helper
674   window. As soon as the mouse button is released, this loop will be
675   terminated.
676 * The new width_factor for each involved column (respectively row) will be
677   calculated.
678
679 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
680
681 == User commands (parser-specs/commands.spec)
682
683 In the configuration file and when using i3 interactively (with +i3-msg+, for
684 example), you use commands to make i3 do things, like focus a different window,
685 set a window to fullscreen, and so on. An example command is +floating enable+,
686 which enables floating mode for the currently focused window. See the
687 appropriate section in the link:userguide.html[User’s Guide] for a reference of
688 all commands.
689
690 In earlier versions of i3, interpreting these commands was done using lex and
691 yacc, but experience has shown that lex and yacc are not well suited for our
692 command language. Therefore, starting from version 4.2, we use a custom parser
693 for user commands and the configuration file.
694 The input specification for this parser can be found in the file
695 +parser-specs/*.spec+. Should you happen to use Vim as an editor, use
696 :source parser-specs/highlighting.vim to get syntax highlighting for this file
697 (highlighting files for other editors are welcome).
698
699 .Excerpt from commands.spec
700 -----------------------------------------------------------------------
701 state INITIAL:
702   '[' -> call cmd_criteria_init(); CRITERIA
703   'move' -> MOVE
704   'exec' -> EXEC
705   'workspace' -> WORKSPACE
706   'exit' -> call cmd_exit()
707   'restart' -> call cmd_restart()
708   'reload' -> call cmd_reload()
709 -----------------------------------------------------------------------
710
711 The input specification is written in an extremely simple format. The
712 specification is then converted into C code by the Perl script
713 generate-commands-parser.pl (the output file names begin with GENERATED and the
714 files are stored in the +include+ directory). The parser implementation
715 +src/commands_parser.c+ includes the generated C code at compile-time.
716
717 The above excerpt from commands.spec illustrates nearly all features of our
718 specification format: You describe different states and what can happen within
719 each state. State names are all-caps; the state in the above excerpt is called
720 INITIAL. A list of tokens and their actions (separated by an ASCII arrow)
721 follows. In the excerpt, all tokens are literals, that is, simple text strings
722 which will be compared with the input. An action is either the name of a state
723 in which the parser will transition into, or the keyword 'call', followed by
724 the name of a function (and optionally a state).
725
726 === Example: The WORKSPACE state
727
728 Let’s have a look at the WORKSPACE state, which is a good example of all
729 features. This is its definition:
730
731 .WORKSPACE state (commands.spec)
732 ----------------------------------------------------------------
733 # workspace next|prev|next_on_output|prev_on_output
734 # workspace back_and_forth
735 # workspace <name>
736 # workspace number <number>
737 state WORKSPACE:
738   direction = 'next_on_output', 'prev_on_output', 'next', 'prev'
739       -> call cmd_workspace($direction)
740   'back_and_forth'
741       -> call cmd_workspace_back_and_forth()
742   'number'
743       -> WORKSPACE_NUMBER
744   workspace = string
745       -> call cmd_workspace_name($workspace)
746 ----------------------------------------------------------------
747
748 As you can see from the commands, there are multiple different valid variants
749 of the workspace command:
750
751 workspace <direction>::
752         The word 'workspace' can be followed by any of the tokens 'next',
753         'prev', 'next_on_output' or 'prev_on_output'. This command will
754         switch to the next or previous workspace (optionally on the same
755         output). +
756         There is one function called +cmd_workspace+, which is defined
757         in +src/commands.c+. It will handle this kind of command. To know which
758         direction was specified, the direction token is stored on the stack
759         with the name "direction", which is what the "direction = " means in
760         the beginning. +
761
762 NOTE: Note that you can specify multiple literals in the same line. This has
763         exactly the same effect as if you specified `direction =
764         'next_on_output' -> call cmd_workspace($direction)` and so forth. +
765
766 NOTE: Also note that the order of literals is important here: If 'next' were
767         ordered before 'next_on_output', then 'next_on_output' would never
768         match.
769
770 workspace back_and_forth::
771         This is a very simple case: When the literal 'back_and_forth' is found
772         in the input, the function +cmd_workspace_back_and_forth+ will be
773         called without parameters and the parser will return to the INITIAL
774         state (since no other state was specified).
775 workspace <name>::
776         In this case, the workspace command is followed by an arbitrary string,
777         possibly in quotes, for example "workspace 3" or "workspace bleh". +
778         This is the first time that the token is actually not a literal (not in
779         single quotes), but just called string. Other possible tokens are word
780         (the same as string, but stops matching at a whitespace) and end
781         (matches the end of the input).
782 workspace number <number>::
783         The workspace command has to be followed by the keyword +number+. It
784         then transitions into the state +WORKSPACE_NUMBER+, where the actual
785         parameter will be read.
786
787 === Introducing a new command
788
789 The following steps have to be taken in order to properly introduce a new
790 command (or possibly extend an existing command):
791
792 1. Define a function beginning with +cmd_+ in the file +src/commands.c+. Copy
793    the prototype of an existing function.
794 2. After adding a comment on what the function does, copy the comment and
795    function definition to +include/commands.h+. Make the comment in the header
796    file use double asterisks to make doxygen pick it up.
797 3. Write a test case (or extend an existing test case) for your feature, see
798    link:testsuite.html[i3 testsuite]. For now, it is sufficient to simply call
799    your command in all the various possible ways.
800 4. Extend the parser specification in +parser-specs/commands.spec+. Run the
801    testsuite and see if your new function gets called with the appropriate
802    arguments for the appropriate input.
803 5. Actually implement the feature.
804 6. Document the feature in the link:userguide.html[User’s Guide].
805
806 == Moving containers
807
808 The movement code is pretty delicate. You need to consider all cases before
809 making any changes or before being able to fully understand how it works.
810
811 === Case 1: Moving inside the same container
812
813 The reference layout for this case is a single workspace in horizontal
814 orientation with two containers on it. Focus is on the left container (1).
815
816
817 [width="15%",cols="^,^"]
818 |========
819 | 1 | 2
820 |========
821
822 When moving the left window to the right (command +move right+), tree_move will
823 look for a container with horizontal orientation and finds the parent of the
824 left container, that is, the workspace. Afterwards, it runs the code branch
825 commented with "the easy case": it calls TAILQ_NEXT to get the container right
826 of the current one and swaps both containers.
827
828 === Case 2: Move a container into a split container
829
830 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
831 containers. The right container is a v-split with two containers. Focus is on
832 the left container (1).
833
834 [width="15%",cols="^,^"]
835 |========
836 1.2+^.^| 1 | 2
837 | 3
838 |========
839
840 When moving to the right (command +move right+), i3 will work like in case 1
841 ("the easy case"). However, as the right container is not a leaf container, but
842 a v-split, the left container (1) will be inserted at the right position (below
843 2, assuming that 2 is focused inside the v-split) by calling +insert_con_into+.
844
845 +insert_con_into+ detaches the container from its parent and inserts it
846 before/after the given target container. Afterwards, the on_remove_child
847 callback is called on the old parent container which will then be closed, if
848 empty.
849
850 Afterwards, +con_focus+ will be called to fix the focus stack and the tree will
851 be flattened.
852
853 === Case 3: Moving to non-existent top/bottom
854
855 Like in case 1, the reference layout for this case is a single workspace in
856 horizontal orientation with two containers on it. Focus is on the left
857 container:
858
859 [width="15%",cols="^,^"]
860 |========
861 | 1 | 2
862 |========
863
864 This time however, the command is +move up+ or +move down+. tree_move will look
865 for a container with vertical orientation. As it will not find any,
866 +same_orientation+ is NULL and therefore i3 will perform a forced orientation
867 change on the workspace by creating a new h-split container, moving the
868 workspace contents into it and then changing the workspace orientation to
869 vertical. Now it will again search for parent containers with vertical
870 orientation and it will find the workspace.
871
872 This time, the easy case code path will not be run as we are not moving inside
873 the same container. Instead, +insert_con_into+ will be called with the focused
874 container and the container above/below the current one (on the level of
875 +same_orientation+).
876
877 Now, +con_focus+ will be called to fix the focus stack and the tree will be
878 flattened.
879
880 === Case 4: Moving to existent top/bottom
881
882 The reference layout for this case is a vertical workspace with two containers.
883 The bottom one is a h-split containing two containers (1 and 2). Focus is on
884 the bottom left container (1).
885
886 [width="15%",cols="^,^"]
887 |========
888 2+| 3
889 | 1 | 2
890 |========
891
892 This case is very much like case 3, only this time the forced workspace
893 orientation change does not need to be performed because the workspace already
894 is in vertical orientation.
895
896 === Case 5: Moving in one-child h-split
897
898 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
899 containers having a v-split on the left side with a one-child h-split on the
900 bottom. Focus is on the bottom left container (2(h)):
901
902 [width="15%",cols="^,^"]
903 |========
904 | 1 1.2+^.^| 3
905 | 2(h)
906 |========
907
908 In this case, +same_orientation+ will be set to the h-split container around
909 the focused container. However, when trying the easy case, the next/previous
910 container +swap+ will be NULL. Therefore, i3 will search again for a
911 +same_orientation+ container, this time starting from the parent of the h-split
912 container.
913
914 After determining a new +same_orientation+ container (if it is NULL, the
915 orientation will be force-changed), this case is equivalent to case 2 or case
916 4.
917
918
919 === Case 6: Floating containers
920
921 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
922 containers plus one floating h-split container. Focus is on the floating
923 container.
924
925 TODO: nice illustration. table not possible?
926
927 When moving up/down, the container needs to leave the floating container and it
928 needs to be placed on the workspace (at workspace level). This is accomplished
929 by calling the function +attach_to_workspace+.
930
931 == Click handling
932
933 Without much ado, here is the list of cases which need to be considered:
934
935 * click to focus (tiling + floating) and raise (floating)
936 * click to focus/raise when in stacked/tabbed mode
937 * floating_modifier + left mouse button to drag a floating con
938 * floating_modifier + right mouse button to resize a floating con
939 * click on decoration in a floating con to either initiate a resize (if there
940   is more than one child in the floating con) or to drag the
941   floating con (if it’s the one at the top).
942 * click on border in a floating con to resize the floating con
943 * floating_modifier + right mouse button to resize a tiling con
944 * click on border/decoration to resize a tiling con
945
946 == Gotchas
947
948 * Forgetting to call `xcb_flush(conn);` after sending a request. This usually
949   leads to code which looks like it works fine but which does not work under
950   certain conditions.
951
952 * Forgetting to call `floating_fix_coordinates(con, old_rect, new_rect)` after
953   moving workspaces across outputs. Coordinates for floating containers are
954   not relative to workspace boundaries, so you must correct their coordinates
955   or those containers will show up in the wrong workspace or not at all.
956
957 == Using git / sending patches
958
959 === Introduction
960
961 For a short introduction into using git, see
962 http://web.archive.org/web/20121024222556/http://www.spheredev.org/wiki/Git_for_the_lazy
963 or, for more documentation, see http://git-scm.com/documentation
964
965 Please talk to us before working on new features to see whether they will be
966 accepted. A good way for this is to open an issue and asking for opinions on it.
967 Even for accepted features, this can be a good way to refine an idea upfront. However,
968 we don't want to see certain features in i3, e.g., switching window focus in an
969 Alt+Tab like way.
970
971 When working on bugfixes, please make sure you mention that you are working on
972 it in the corresponding bug report at https://github.com/i3/i3/issues. In case
973 there is no bug report yet, please create one.
974
975 After you are done, please submit your work for review as a pull request at
976 https://github.com/i3/i3.
977
978 Do not send emails to the mailing list or any author directly, and don’t submit
979 them in the bugtracker, since all reviews should be done in public at
980 https://github.com/i3/i3. In order to make your review go as fast as possible, you
981 could have a look at previous reviews and see what the common mistakes are.
982
983 === Which branch to use?
984
985 Work on i3 generally happens in two branches: “master” and “next” (the latter
986 being the default branch, the one that people get when they check out the git
987 repository).
988
989 The contents of “master” are always stable. That is, it contains the source code
990 of the latest release, plus any bugfixes that were applied since that release.
991
992 New features are only found in the “next” branch. Therefore, if you are working
993 on a new feature, use the “next” branch. If you are working on a bugfix, use the
994 “next” branch, too, but make sure your code also works on “master”.
995
996 == Thought experiments
997
998 In this section, we collect thought experiments, so that we don’t forget our
999 thoughts about specific topics. They are not necessary to get into hacking i3,
1000 but if you are interested in one of the topics they cover, you should read them
1001 before asking us why things are the way they are or why we don’t implement
1002 things.
1003
1004 === Using cgroups per workspace
1005
1006 cgroups (control groups) are a linux-only feature which provides the ability to
1007 group multiple processes. For each group, you can individually set resource
1008 limits, like allowed memory usage. Furthermore, and more importantly for our
1009 purposes, they serve as a namespace, a label which you can attach to processes
1010 and their children.
1011
1012 One interesting use for cgroups is having one cgroup per workspace (or
1013 container, doesn’t really matter). That way, you could set different priorities
1014 and have a workspace for important stuff (say, writing a LaTeX document or
1015 programming) and a workspace for unimportant background stuff (say,
1016 JDownloader). Both tasks can obviously consume a lot of I/O resources, but in
1017 this example it doesn’t really matter if JDownloader unpacks the download a
1018 minute earlier or not. However, your compiler should work as fast as possible.
1019 Having one cgroup per workspace, you would assign more resources to the
1020 programming workspace.
1021
1022 Another interesting feature is that an inherent problem of the workspace
1023 concept could be solved by using cgroups: When starting an application on
1024 workspace 1, then switching to workspace 2, you will get the application’s
1025 window(s) on workspace 2 instead of the one you started it on. This is because
1026 the window manager does not have any mapping between the process it starts (or
1027 gets started in any way) and the window(s) which appear.
1028
1029 Imagine for example using dmenu: The user starts dmenu by pressing Mod+d, dmenu
1030 gets started with PID 3390. The user then decides to launch Firefox, which
1031 takes a long time. So they enter firefox into dmenu and press enter. Firefox
1032 gets started with PID 4001. When it finally finishes loading, it creates an X11
1033 window and uses MapWindow to make it visible. This is the first time i3
1034 actually gets in touch with Firefox. It decides to map the window, but it has
1035 no way of knowing that this window (even though it has the _NET_WM_PID property
1036 set to 4001) belongs to the dmenu the user started before.
1037
1038 How do cgroups help with this? Well, when pressing Mod+d to launch dmenu, i3
1039 would create a new cgroup, let’s call it i3-3390-1. It launches dmenu in that
1040 cgroup, which gets PID 3390. As before, the user enters firefox and Firefox
1041 gets launched with PID 4001. This time, though, the Firefox process with PID
1042 4001 is *also* member of the cgroup i3-3390-1 (because fork()ing in a cgroup
1043 retains the cgroup property). Therefore, when mapping the window, i3 can look
1044 up in which cgroup the process is and can establish a mapping between the
1045 workspace and the window.
1046
1047 There are multiple problems with this approach:
1048
1049 . Every application has to properly set +_NET_WM_PID+. This is acceptable and
1050   patches can be written for the few applications which don’t set the hint yet.
1051 . It does only work on Linux, since cgroups are a Linux-only feature. Again,
1052   this is acceptable.
1053 . The main problem is that some applications create X11 windows completely
1054   independent of UNIX processes. An example for this is Chromium (or
1055   gnome-terminal), which, when being started a second time, communicates with
1056   the first process and lets the first process open a new window. Therefore, if
1057   you have a Chromium window on workspace 2 and you are currently working on
1058   workspace 3, starting +chromium+ does not lead to the desired result (the
1059   window will open on workspace 2).
1060
1061 Therefore, my conclusion is that the only proper way of fixing the "window gets
1062 opened on the wrong workspace" problem is in the application itself. Most
1063 modern applications support freedesktop startup-notifications  which can be
1064 used for this.