从 X11 到 Wayland，迈出这一步为何如此艰难？

在 IT 世界中，Linux 系统无处不在。从嵌入式系统到手机、桌面和服务器，Linux 扮演着不可或缺的角色。在嵌入式领域，Linux 系统几乎独占市场；在手机领域，基于 Linux 内核的 Android 与 iOS 分庭抗礼；在服务器领域，Linux 早已确立了绝对统治地位。然而，唯独在桌面领域，尽管 Linux 发行版种类繁多，却始终未能撼动 Windows 的地位。甚至连 Mac OS 都不如。

Linux 桌面系统的短板不仅仅是生态匮乏，还有其图形系统框架长期以来的不尽如人意，这使得用户体验难以与主流系统媲美。即便作为一名资深 Linux 用户，也不得不承认，Linux 桌面系统的稳定性和一致性仍与 Windows 存在显著差距。

X 系统和 X11

在 Linux 世界， X 系统一直占据着图形窗口系统的主导地位。X 系统（X Window System）是一个开源的图形窗口系统，主要用于类 Unix 操作系统（如 Linux 和 BSD）。它提供了 图形用户界面（GUI） 的基本支持，包括：

• 绘制窗口。
• 渲染图形。
• 处理用户输入（如鼠标、键盘事件）。

X 系统的核心设计理念是客户端-服务器架构，即图形应用程序（客户端）和显示服务器分离，使其能够支持远程显示和多用户操作。

X11 是 X 系统的第 11 个主要版本，全称 X Version 11，最早发布于 1987 年。在 X 系统的发展历史中，X11 是一个具有里程碑意义的版本，它定义了一系列稳定的协议，使 X 系统能够长期维持兼容性，成为 Unix 和类 Unix 系统的图形标准。X11 之后并没有推出新的主版本。

X11 的协议设计体现了当时的需求：一个分布式的、灵活的显示服务器系统。它可以通过网络远程显示图形界面，支持多种硬件和窗口管理器，成为开源操作系统的核心组件。

X11 的技术特性：

• 客户端-服务器架构：
  • 服务器（X Server）负责处理显示硬件、键盘和鼠标输入。
  • 客户端（应用程序）通过 X 协议与服务器通信。
  • 独立于硬件和操作系统：
• X11 是一个协议，可以在不同操作系统和硬件上实现。
• 窗口管理器支持： -X11 本身不管理窗口的布局或样式，这些功能由 窗口管理器（如 GNOME、KDE）实现。

然而，时代的车轮滚滚向前，X11 的架构也暴露出越来越多的问题。

• 复杂的架构：
  • X11 的客户端-服务器架构导致通信开销较大，影响性能。
  • 在本地使用时，部分功能显得冗余。
• 历史包袱：
  • X11 的设计初衷是支持远程图形显示，这一需求在现代桌面环境中已不常见。
  • 许多功能（如图形加速）需要通过扩展实现，增加了复杂性。
• 性能问题：
  • X11 在高分辨率显示、动画渲染等方面性能有限，难以满足现代 GUI 的需求。
• 安全性较低：
  • 由于 X11 的协议允许客户端访问服务器上的所有资源，可能导致应用程序之间的隔离性不足。

Wayland

Wayland 作为 X11 的潜在替代者，目标是简化图形栈，直接连接客户端和显示服务器，避免 X11 的遗留问题。自 2008 年提出以来，Wayland 一直备受关注。它的优势包括：

1. 简化架构：Wayland 将窗口管理、合成和显示功能整合到一个更高效的架构中，消除了中间层，降低延迟。
2. 现代化设计：Wayland 为 GPU 优化，支持直接合成和现代显示技术，能够更好地适应当代需求。
3. 安全性提升：通过更严格的权限管理和隔离方式，Wayland 提高了系统的安全性。

然而，Wayland 也面临一系列现实问题。作为一个全新的协议，它并不完全兼容 X11 的功能，这给开发者和用户带来了迁移成本。同时，Wayland 的实现细节依赖于各种工具和协议，如 Weston、KWin 和 Mutter，这些工具的成熟度和稳定性在早期并不理想。

演进之路：为何如此艰难？

从 X11 迁移到 Wayland 的过程，比人们预想的要漫长和复杂。这不仅仅是技术问题，还有生态系统和用户习惯的挑战：

1. 广泛的采用与生态系统的依赖：
   • 自 1987 年 X11 发布以来，X 系统成为 Unix 和类 Unix 系统的默认图形协议，积累了庞大的应用程序和工具生态。
   • 许多开发工具、GUI 库（如 GTK、Qt）和桌面环境都基于 X 系统开发，形成了技术上的锁定效应。
2. 缺乏强有力的替代品（直到 Wayland 出现）：
   • 尽管 X 系统存在一些性能问题和设计缺陷，但长时间内没有成熟的替代方案。Wayland 的开发虽然早已启动，但其稳定性和生态系统的建立用了较长时间。
3. 可靠性与成熟度：
   • 经过几十年的发展，X 系统已经非常稳定，并能满足大部分用户的需求。
   • 在企业和科研领域中，可靠性比创新更重要，这使 X 系统成为这些场景中的首选。
4. 开发者的取舍：Wayland 的理念是尽可能简化核心协议，这意味着许多高级功能需要额外开发。例如，远程桌面和屏幕共享功能在 Wayland 上的实现较 X11 更为复杂。
5. 用户体验：Wayland 的早期版本在性能和兼容性方面存在问题，用户对这些问题的容忍度较低，从而延缓了普及。
6. 社区分裂：不同的桌面环境（如 GNOME 和 KDE）对 Wayland 的支持程度和实现方式不尽相同，这导致用户体验的不一致。

deepin Treeland

从 X11 到 Wayland 的演进，展现了技术变革中前进与妥协的平衡。在这个过程中，社区需要在推动创新和保留兼容性之间找到最佳方案。Wayland 的未来，不仅是一个技术协议的成功，更是一种生态系统的重塑。

目前，各开源社区和厂商都在积极推动 Wayland 的普及，这其中就有中国团队的身影。deepin 团队正在开发一种名为 Treeland 的新桌面架构，目的是在现有技术基础上优化桌面环境的性能和用户体验。。

Treeland 在底层使用 wlroots 作为 Wayland 基础库，不修改 wlroots 代码，可随时同步上游进度，获得新的功能和修复。上层使用 Qt，使技术栈更统一。它专为满足 DDE 需求而设计，避免了使用第三方窗口管理器时常见的破坏性调整、同步问题和维护成本。

图1 Treeland 结构图

deepin Treeland 的核心理念：

1. 轻量化与高性能 deepin Treeland 采用最小化的核心协议设计，尽量减少中间层和冗余逻辑，显著降低了系统资源开销。通过更高效的 GPU 渲染支持，deepin Treeland 提供流畅的高帧率显示体验。
2. 模块化与灵活性 deepin Treeland 将图形显示功能拆分为独立的子模块，包括输入管理、窗口合成、渲染优化等。模块化的设计不仅便于维护，还允许用户根据需求对不同功能进行定制和优化。
3. 深度生态整合 deepin Treeland 与 deepin 桌面环境（DDE）深度整合，提供无缝的系统体验。
4. 硬件优化与未来适配 深度优化了对国产芯片（如龙芯、飞腾、兆芯等）的支持，充分利用国产 GPU 和嵌入式硬件的能力。

随着 deepin 系统在全球的推广，Treeland 可以作为 deepin 的一大技术亮点，为国际用户提供轻量化、高性能的图形显示体验。这不仅有助于提升 deepin 系统的国际竞争力，还为国产技术出海铺平道路。

结语

Wayland 的普及正在稳步推进，尽管还有许多挑战，但它已经为 Linux 桌面图形栈的未来奠定了坚实基础。在这个过程中，国产系统迎来了前所未有的机遇。

在国产芯片与操作系统加速发展的浪潮下，deepin Treeland 的潜力无疑将逐步显现。通过社区合作、生态整合和技术创新，deepin Treeland 有望成为国产图形显示架构的标杆，甚至引领全球图形显示领域的新趋势。