Wayland

Wayland是一个通信协议，规定了显示服务器与其客户机之间的通信方式，而使用这个协议的显示服务器称为Wayland Compositor。它由Kristian Høgsberg于2008年发起，目标是用更简单的现代化视窗系统取代X Window System。Wayland协议的参考实现称为Weston，由Wayland项目组使用C语言开发。

Wayland与X Window System的最大不同在于，它规定由客户机自身负责窗口边框和装饰的绘制，并且客户机能够通过EGL以及一些Wayland特定的EGL扩充元件直接在显示内存中算绘自己的缓冲区。窗口管理器简化成显示管理服务，专门负责算绘那些屏幕上的程序。这比X Window System中的窗口管理器要更简单、高效。

Wayland项目的源码使用MIT许可证释出。现有的Compositor例如Compiz，KWin和Mutter对Wayland都有着不同程度的支持。

## 历史

Wayland的创始人Kristian Høgsberg是X.Org Server开发者，曾参与过AIGLX和DRI2的开发。他在2008年供职于红帽时发起了Wayland作为业余项目，目标是让“每一个帧都完美无瑕，也就是说应用程序要能充分地控制图形的渲染，使我们完全无法察觉任何的撕裂、延迟、重画及闪烁”。这一灵感浮现时他正开车经过马萨诸塞州的韦兰，也就由此决定了项目的名字。

2010年10月，Wayland加入了Freedesktop.org项目。在迁移过程中，邮件列表wayland-devel代替了原先的Google group邮件组，用于讨论项目的开发。

Wayland是自由软件，它的库(libwayland-server和libwayland-client)以MIT License授权，示例程序和Compositor一开始以GPLv2授权。现在整个项目都是以MIT License授权。直到2010年11月份，Wayland还仅仅只能在Intel、Nvidia和AMD的开源驱动上运行。

## 设计

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Wayland运用既有的Linux核心技术，像是Direct Rendering Manager（DRM），Kernel Mode-Setting（KMS）以及Graphics Execution Manager（GEM）以提供一个最小化的显示管理服务。Wayland混合器（compositor）在2010年6月已从桌面常用的OpenGL改为OpenGL ES。这个专案也开发支援Wayland显示的Qt，而不需要X。大部分应用程序都有望获得透过函式库，无需修改程式即可支援Wayland。

近些年来，GNU/Linux桌面图形开发者将许多与渲染有关的接口从X server移动到内核中。现在，已经有许多功能被移入内核（内存管理、任务调度、模式设置（KMS）等等）或是程序库（cairo、pixman、freetype、fontconfig、pango等等），所以窗口系统需要做的事情大大减少了。但是X11协议十分巨大、庞杂，并且它包括了许多已经过时的模块。虽然开发者们为了使X server适应现代化的计算机体系结构而开发出了XRandR、XRender、Composite等一些额外扩展，但这终究是治标不治本，同时这也会增加维护的难度。

Wayland是一款协议，但与X server不同的是，Wayland只做它必须要做的事情。下面以“鼠标点击按钮引发按钮更新动作”为例来说明一下Wayland和X server的区别：

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在X中：

- 内核捕获鼠标点击事件并发送给X server。
- X server会计算该把这一事件发送给哪个窗口（事实上，窗口位置是由Compositor控制的，X server并不能够正确的计算Compositor做过特效变化之后的按钮的正确位置）。
- 应用程序对此事件进行处理（将引发按钮更新动作）。但是，在此之前它得向X server发送绘制请求。
- X server接收到这条绘制请求，然后把它发给视频驱动来渲染。X还计算了更新区域，并且这条“垃圾信息”发送给了Compositor。
- 这时，Compositor知道它必须要重新合成屏幕上的一块区域。当然，这还是要向X server发送绘制请求的。
- 开始绘制。但是X server还会去做一些不必要的本职工作（窗口重叠计算、窗口剪裁计算等）。

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在Wayland中：

- 内核捕获鼠标点击事件并发送给Wayland Compositor。
- 由于是直接发给Wayland Compositor的，所以Wayland Compositor会正确地计算出按钮的位置。同时它会把这一事件发送给按钮所在的应用程序来处理。
- 应用程序直接渲染，无需向Wayland Compositor请求。只需在绘制完成之后向Wayland Compositor发送一条信息表明这块区域被更新了。
- Wayland Compositor收到这条信息后，立即重新合成整个桌面。

目前，Wayland使用OpenGL ES而不是传统的OpenGL。“从长远来看，我们需要完整的OpenGL支持，但问题是libGL会带来X的依赖性......”另一方面，使用OpenGL ES会使得Wayland更容易支持移动设备。Wayland目前并不支持网络透明性，但未来可能会支持。

## 媒体关注

Phoronix于2008年11月发表了一篇标题为“Wayland: A New X Server For Linux”的文章，披露Wayland这项新的项目。Kristian透过他的网志对此关注作出回应，他告示大众Wayland并非一个新的X server而是一个显示服务器，并声明这个新兴的专案尚处于未成熟的阶段。

## 使用

### Arch Linux

Arch Linux本身不具有Wayland。但实际上，安装 Enlightenment 或 KDE 等桌面环境时，可以选用Wayland安装作为显示服务器。

### Ubuntu

马克·沙特尔沃思于2010年11月4日宣布Wayland将作为Ubuntu未来某一未定版本Unity界面的显示服务器。但是2013年3月份，Canonical确认他们将开发一个新的显示服务Mir而不是使用Wayland来替代X。2017年4月份，Canonical宣布放弃Unity与Mir，并于Ubuntu 17.10开始使用Wayland。但在18.04LTS版本中因为Wayland无法支持屏幕共享，远程桌面服务以及GNOME Shell崩溃的可恢复性更换为X.Org Server。

### Fedora

Fedora 25整合了GNOME桌面最新版本 3.22，并将GNOME桌面的版本的显示后端切换至预设为Wayland。

### RHEL

RHEL 8整合了Wayland。

### Qt

Qt 5.x提供了QtWayland模块以支持Wayland协议，借由-platform命令列选项，Qt应用程序可以在运行时切换图形后端，如X与Wayland。2011年1月，Wayland支持进入上游Qt版本库的Lighthouse分支。

### KDE

KWin，KDE的视窗管理器加入支持OpenGL ES输出，已在KDE SC 4.7发布。目前，KWin已经完成Wayland的初步移植。在2012年1月发布的KDE SC 4.8，KDE将支援X下执行Wayland。在2012年夏天发布的KDE SC 4.9，将可以直接执行Wayland，主要用于支援行动设备，也就是Plasma Active。

### GNOME

GNOME从3.10开始支持Wayland。

### Compiz

Compiz开发者们已经把它对X的依赖部分变成了一个可选插件。同时，Canonical正在为Compiz添加OpenGL ES的支持。众所周知，目前Wayland正是使用OpenGL ES，这使将得Compiz能够更容易迁移到Wayland。

注:compiz此项目的主要作者已经离开Canonical，使得此项目进入停止开发的状态，当然迁移到wayland的计划也就更遥遥无期。

### Sailfish OS

Jolla的第一款装置搭载的Sailfish OS使用Wayland。

## Wayland 合成器

实作 Wayland 显示服务器协定的显示服务器也称为 Wayland 合成器，因为它们也执行合成视窗管理器的任务。

- Hyprland – 一个用C++ 编写的基于wlroots 的平铺Wayland 合成器，Hyprland 值得注意的功能包括动态平铺、选项卡式视窗、干净且可读的C++ 程式码库以及提供视窗动画、圆角和Dual-Kawase模糊的自订渲染器。
- Weston – Wayland 合成器的参考实现，实现客户端装饰。
- Enlightenment - 声称自 0.20 版本以来完全支援 Wayland，但目前正在进行工作以实现完整的 Wayland 合成器。
- KWin - 截至 2021 年，KWin 几乎拥有完整的 Wayland 支援。
- Mutter - Mutter 为 GNOME 3.9 的 Wayland 整合维护了一个单独的分支（2013 年 9 月）；54 在 2014 年的 3.13.1 版本中，Wayland 分支被合并到主储存库中。
- Clayland – 使用 Clutter 的 Wayland 合成器的简单范例。
- Sway – 平铺 Wayland 合成器和 X11 i3 视窗管理器的直接替代品。

### Weston

Weston 是Wayland 合成器的参考实作，它也是由Wayland 专案开发的，使用C 语言编写，并在MIT 许可证下发布，由于Weston 依赖Linux 操作系统的某些功能，因此Weston只提供对Linux 操作系统的官方支援。其处理依赖evdev，虽然缓冲区的处理依赖于通用缓冲区管理 (GBM)，但是，2013 年宣布了 Weston 到 FreeBSD 的原型移植。

Weston 支援高带宽数位内容保护 (HDCP)。

Weston 依靠 GEM 在合成器和应用程序之间共用应用程序缓冲区。对于渲染，Weston 可以使用OpenGL ES 或pixman 函式库进行软件渲染。支援库作为依赖项。

Weston 的远端存取界面由 RealVNC 员工于 2013 年 10 月提出。

### Maynard

Maynard 是一个图形 shell，被写为 Weston 的插件，就像 GNOME Shell 被写为 Mutter 的插件一样。

Raspberry Pi 基金会与 Collabora 合作发布了 Maynard，致力于提高效能和降低内存消耗。

## 工具包

- Clutter 对 Wayland 已经有完整的支持。
- EFL 对 Wayland 通常情况下有完整支持。
- Enlightenment Foundation Libraries 对Wayland已经有完整的支持。
- QT 5 除了对 client 有一些改动之外，对Wayland已经有完整的支持。
- GTK+3.4.0，发布于2012年3月26日，对 Wayland 的支持有一些缺陷。不过过随着3.4.1更新版本的发布，这个问题得到了缓解。
- SDL自 2.0.2 发布以来开始支持 Wayland，自 2.0.4 开始默认启用。
- GLFW 自 3.2 开始支持。
- FreeGLUT 已开始支持。

## 基本资料

- 作者：Kristian Høgsberg
- 发行日期：2008年9月30日
- 软件版本周期：Wayland: 1.23, Weston: 14.0.1
- 软件版本周期：2024年5月30日
- 编程语言：C
- 操作系统：类Unix系统
- 类型：显示服务
- 许可协议：MIT许可证