使用Wayland-Weston運行Qt程序

一、開篇

前不久，寫了篇《經驗 | 如何破Qt窗體的“卡頓”》一文，那篇文章中描述的Qt啟動方式是基于linuxfb的，在構建編譯Qt源碼的時候，會自動創(chuàng)建與linuxfb相關的插件。該插件是通過linux的fbdev子系統(tǒng)直接寫入framebuffer去實現(xiàn)圖形顯示的，它只支持軟件渲染的內容。

在本文中描述另外一種顯示方案：Wayland，并簡單描述Wayland的典型合成器：Weston（下文會寫到）。

下圖為小生使用Wayland-Weston運行Qt程序的Demo效果：

【開五個進程的效果，每個進程為一個窗體】

【開六個窗體的效果】

二、Wayland簡介

Wayland是一個顯示服務協(xié)議，用于創(chuàng)建多進程系統(tǒng)。使用該協(xié)議，多個客戶機應用程序(下文簡稱：客戶端)可以將它們自己的圖形內容呈現(xiàn)到屏幕外緩沖區(qū)，然后，使用Wayland協(xié)議將這些緩沖區(qū)傳遞給顯示服務器(通常稱為合成器)，最后，合成器將合成內容并將其定位在物理顯示器上。

總而言之，可以理解成為多個應用程序的運行提供了一種類似于桌面的環(huán)境。

三、單進程系統(tǒng)和多進程系統(tǒng)

在單進程系統(tǒng)中，關于UI的所有東西運行在一個單一的進程中。在多進程系統(tǒng)中，所有客戶端則在它們自己的專用進程中運行。

單進程系統(tǒng)是這樣一種場景：在設備系統(tǒng)上電啟動后，直接進入我們設計的應用程序，而沒有其他的軟件窗體進程運行，在整個設備系統(tǒng)的完整運行周期里，這種狀態(tài)將一直維持。如下圖所示：

多進程系統(tǒng)是這樣一種場景：這個與桌面環(huán)境類似，支持多個進程的窗體顯示，而且彼此之間不會受到任何影響。如下圖所示：

在嵌入式設備系統(tǒng)中，由于其特殊性，單進程系統(tǒng)和多進程系統(tǒng)都會涉及到。

四、使用多進程系統(tǒng)的優(yōu)點

（4-1）穩(wěn)定性提高了

當客戶端掛起或崩潰后更容易恢復。如果我們設計的軟件UI比較復雜，這時候可考慮選擇多進程系統(tǒng)，因為如果UI的一部分崩潰了，它不會影響整個系統(tǒng)

多進程系統(tǒng)可以防止可能的內存泄露。在多進程系統(tǒng)中，如果一個客戶端發(fā)生了內存泄漏并消耗了大量內存，那么當客戶端退出時，該內存將被恢復。與單進程相比，內存泄漏將會一直持續(xù)到整個系統(tǒng)重新啟動。

（4-2）安全性提高了

在單進程系統(tǒng)中，都可以訪問彼此的內存。例如，對敏感數據傳輸是沒有隔離的。在多進程系統(tǒng)中，會進行內存隔離，從而提高系統(tǒng)的安全性。

（4-3）性能提高了

如果我們硬件板卡上的CPU有多個核，那么多進程系統(tǒng)可以幫我們將負載均勻地分布到不同的核上，從而更有效地利用CPU，從而提高性能。

（4-4）提高互操作性

我們可以在多進程系統(tǒng)中與非Qt客戶端進行交互，只要客戶端能解析Wayland或X11。例如，如果我們將gstreamer用于視頻，或者如果想使用另一個UI工具包構建的應用程序，那么在多進程系統(tǒng)中，可以將這些客戶端與基于Qt的客戶端一起運行。

為什么使用wayland替代X11

X11是上世紀80年代的桌面協(xié)議，現(xiàn)在已經不太適合如今的圖形硬件。且X11很大、很復雜，缺少可定制性。用X11在不撕裂圖形的情況下達到60幀/秒運行客戶端幾乎很難。相比之下，Wayland則更容易實現(xiàn)，且具有更好的性能，并且可在現(xiàn)代圖形硬件上高效運行。對于linux上的嵌入式多進程系統(tǒng)，Wayland是一個標準可靠的選擇。

然而在下列三種情況中，不太適合選擇wayland：

（1）硬件或平臺太老了，只支持X11的情況。

（2）必須運行Wayland協(xié)議中不存在特性的應用程序。

（3）應用程序使用的UI工具包不能在Wayland上運行的情況。

在嵌入式系統(tǒng)中，由于硬件資源的限制和對Wayland的一些影響，在選擇wayland作為窗體系統(tǒng)還需要折衷考慮：

（1）會增加顯存消耗

在多進程中，每個客戶端都需要有自己的圖形緩沖區(qū)，并將其發(fā)送到合成器。因此，與單進程系統(tǒng)相比，將使用更多的顯存：在單進程情況下，所有內容都是一次性繪制的，不需要將不同的部分存儲在中間緩沖區(qū)中。

（2）會增加主內存消耗

除了操作系統(tǒng)級的一些額外開銷外，運行多個客戶端還可能使用更多主內存，因為每個客戶端需要重復一些部件。例如：如果運行QML，每個客戶端都需要一個單獨的QML引擎。因此，如果我們運行一個使用Qt Quick Controls的客戶端，它只加載一次。如果將這個客戶端拆分為多個客戶端，那么將多次加載Qt Quick Controls，初始化客戶端的啟動成本將變得很高。

（3）會重復存儲圖形資源

在單進程系統(tǒng)中，如果我們在多個地方使用相同的紋理、背景或圖標，這些圖像只會存儲一次。相反，如果在多進程系統(tǒng)中使用這些資源，則必須將它們存儲多次。在這種情況下，一種解決方案是：在客戶端之間共享圖形資源（Qt已經允許在不涉及Wayland的情況下跨進程共享主存中的映像資源）。

五、Weston

Weston是一個Wayland 合成器的參考實現(xiàn)。它開箱即用，提供一個功能齊全的桌面環(huán)境?？捎糜诜亲烂媸褂玫沫h(huán)境，例如：汽車、嵌入式、飛行、工業(yè)、機頂盒和電視。它還提供了一個庫允許其他項目在Weston的基礎上構建自己的運行環(huán)境。

如果我們將Qt運行在嵌入式linux平臺上，且選擇Weston作為了桌面環(huán)境，我們也可以單進程的方式運行Qt程序：將Weston桌面的狀態(tài)欄取消，且將背景設置為透明的，然后設置Qt應用程序為開機自啟動。這也是一種比較好的方式解決《經驗 | 如何破Qt窗體的“卡頓”》一文中出現(xiàn)的現(xiàn)象。

審核編輯：劉清