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