快速理解 X server, DISPLAY 与 X11 Forwarding

X server

X server是X Window System （简称X11或者X）系统中的显示服务器（display server），用于监听X client发送来的图形界面显示请求，并且将图形界面绘制并显示在屏幕（screen）上。

概念解释

X client：X客户端。通常是各类GUI应用，如Firefox浏览器、xterm、xclock等等
screen：逻辑概念上的屏幕。可以是一台物理显示器、多台物理显示器或者是VNC虚拟显示器
X client与X server的通信方式有三种：TCP，unix socket和通过内存通信。后两种方式仅限于X client与X server都位于同一机器的情况，通信效率更高。

概念关系

一台电脑上可以运行多个X server
一个X server可以管理多个screen
一个screen可以对应单个或多个物理显示器（多个显示器合成一个逻辑screen）

X server

DISPLAY

DISPLAY变量用于控制“在哪里绘制和显示图形界面”。

DISPLAY变量值的格式：

X client与X server都位于同一机器，通过unix socket或内存通信
:<机器运行的第几号X server>.<该X server管理的第几号screen>
如:0.0，:0.1，:1.0
X client与X server位于不同机器，通过TCP协议通信
<机器的IP或主机名>:<该机器运行的第几号X server>.<该X server管理的第几号screen>
如192.168.1.2:0.0，127.0.0.1:1.0，localhost:10.0

注意：

:0.0，127.0.0.1:0.0和localhost:0.0效果上都是在同一机器绘图，但是:0.0走的是unix socket或内存通信，后两者则是TCP协议通信。
localhost是一个特殊的主机名，特指机器自身。在IPV4语境下，localhost主机名经过查表后会被翻译为IP地址127.0.0.1。因此，127.0.0.1:0.0和localhost:0.0表意相同。

使用场景

我需要在树莓派的Linux系统里运行火狐浏览器，然后把浏览器的图形界面展现在我的笔记本电脑上。

我有一台笔记本电脑，IP为192.168.31.200，仅有一块显示屏。
笔记本电脑的系统里运行着一个0号X server。该X server管理着一个0号screen。0号screen的内容会展现在笔记本的显示屏中。
我还有一块树莓派Linux开发板。树莓派和笔记本电脑处于同一局域网，并且树莓派没有连接显示屏。
我在笔记本电脑上，通过SSH登录树莓派系统的Shell，然后运行了如下命令

# 树莓派的Shellexport DISPLAY=192.168.31.200:0.0
firefox

上述命令的含义为

给变量DISPLAY赋值192.168.31.200:0.0并将其设置为当前Shell的环境变量。

在Shell中运行”火狐浏览器“。

在执行以上命令后，主要经历了下面几个步骤：

前提条件：我的笔记本电脑上运行着0号X server，它会监听本机所有IP（包括127.0.0.1，192.168.31.200等）上来自6000 + 该服务器运行的第几号X server（即6000）TCP端口的绘图请求。

我在树莓派的Shell中运行了火狐浏览器。火狐浏览器是一个图形用户界面（GUI）程序，必须找到一个地方显示图形界面。
火狐浏览器此刻的身份是X client。X client为了找到自己应该“在哪里绘制和显示图形界面”，首先会获取当前Shell中DISPLAY变量的值192.168.31.200:0.0。
X client解析完DISPLAY的值后，会把GUI绘图请求通过TCP协议发送至192.168.31.200机器的6000 + 0（即6000）端口，请求“将绘制结果显示在该X server管理的第0号screen上”。
在192.168.31.200机器上，负责监听6000端口的0号X server收到请求。X server解析绘图指令，并在指定的0号screen中绘图。
火狐浏览器的图形界面出现在0号screen对应的显示器中，也就是出现在了我笔记本电脑的屏幕上。

X11 Forwarding

What You Need to Know About X11 Forwarding

# 本地机器的Shell# 配置本地机器的DISPLAY环境变量
export DISPLAY=127.0.0.1:0.0# 开启X11 Forwarding功能的SSH连接
ssh -X 远程机器用户名@远程机器IP地址# 登录远程机器的Shell后
# Shell的DISPLAY环境变量会被SSH server自动设置为localhost:10.0

在远程机器的Shell中运行一个GUI程序：

远程机器的X client解析Shell环境变量DISPLAY的值localhost:10.0，通过TCP协议向远程机器自身的第10号X server发送绘图请求。
远程机器上的SSH server会充当第10号X server，接收这个请求。
SSH server把请求通过加密隧道传输给本地机器的SSH client。
本地机器的SSH client接受到绘图请求后，会充当X client，解析本地Shell环境变量DISPLAY的值127.0.0.1:0.0，然后向对应的X server发送绘图请求。
本地机器的第0号X server接收到绘图请求，在指定的0号screen中绘图。
图形界面出现在本地机器的0号screen对应的显示器中。