add: linux guide graghical interface
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aa59aa07ff
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ecbd0f27a3
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@ -0,0 +1,251 @@
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title: "开源世界旅行手册：图形界面"
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date: 2020-01-06 10:28:00
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author: "Viletyy"
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- Linux
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## 图形界面
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### 简介
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Xwindow是工作站图形系统的工业标准，它有多种不同的实现，多数Linux系统中使用Xorg。
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当然，Xwindow有悠久的历史和传统，不过那不在我们讨论的范围。您要注意的有两点。
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- Xwindow和Xbox中的X意义是不同的，X只是W之后的一个字母，差不多应该这样理解，Xwindow是Window的接班人（注意，Window不是Windows）
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- 同样，也不要吧Xwindow说成是Xwindows，那是一种亵渎！一切伟大的创造，都应得到应有的理解和尊重。
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### 架构及原理
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Xwindow使用服务器-客户端架构。无论本地图形界面还是远程图形界面，都以同样的流程工作。这样便不需要分别进行设计和维护。
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```shell
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本地X客户端┐ ┌键盘
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远程X客户端┼ X协议 - X服务器 - 驱动程序 ┼鼠标
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远程X客户端┘ └显示器
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```
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#### Xserver
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Xwindow系统服务器端，通过驱动程序（硬件规范）来管理硬件资源。
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例如：当我们移动鼠标时，通过驱动程序，向Xserver发送信息：
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“向右移动200点，向上移动100点”（向右上移动）；“按下左键”......
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Xserver作出如下响应：
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1. 上一次鼠标停止的坐标为600，500
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2. 向右200，向上100。现在鼠标位于坐标800，600
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3. 坐标800，600处，为窗口Firefox的“关闭”按钮
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4. 根据预设动作，将“点击Firefox窗口的关闭按钮”翻译为“关闭窗口Firefox”
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5. 向X客户端Firefox发送一个“退出”消息
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6. Xserver通过显示子系统（显卡、显示器），全程显示鼠标的位置和移动
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事实上，向程序发送“退出”信号，通常窗口管理器完成。为了描述方便，这里暂不区分。
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#### Xclient
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Xwindow系统客户端，通过X协议，实现与Xserver的交互。例如：
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1. Xclient（假设Firefox）接收Xserver的消息：输入焦点在地址栏的范围内，“linuxtoy.org”，回车
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2. Firefox根据预设动作，将这些消息识别为“打开链接linuxtoy.org”
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3. Firefox向域名服务器请求链接“linuxtoy.org”。域名服务器将这个请求转换为“http://linuxtoy/org/”和IP地址211.148.131.7，发送回Firefox
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4. Firefox将"http://linuxtoy.org/"显示在地址栏（向Xserver发送请求，在地址栏位置显示这个位置）
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5. Firefox向地址211.148.131.7请示显示页面
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6. Firefox将服务器发送回的页面显示在主窗口中
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#### Xprotocal
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Xwindow系统协议，Xserver和Xclient之间进行通信的规则。
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### 窗口管理器
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Window Manager是一种特殊的Xclient
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使用窗口管理器时，Xserver并不直接与其他Xclient通信，而是通过WM中转，当一些消息被定义为WM指令时，它们会被拦截。例如Alt+F4关闭窗口、拖动标题栏......
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消息“打开链接linuxtoy.org”，具体内容如下：
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输入焦点在地址栏的范围内，“linuxtoy.org”，回车
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Xserver并不能直接判断焦点，而是这样：
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1. Xserver向WM发送位置和点击的信息，WM根据当前的“焦点策略”确定激活（最上层）的窗口为Firefox
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2. Xserver将Firefox显示在最上层，高亮显示它的标题栏
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3. 在窗口Firefox内点击地址栏，或者Ctrl+L，Xserver将位置信息发送给WM，WM再发送给Firefox
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4. Firefox判断当前焦点后，显示一个闪动的文字输入光标
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5. Firefox将输入光标通过WM发送给Xserver，Xserver在屏幕相应位置进行显示
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那么，“窗口管理器”到底能做些什么呢？其实它所做的只有一件事——管理窗口。例如：
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- 最上层的窗口会把其他窗口挡住
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- 它通常是一个“已激活窗口”，根据不同的“焦点策略”，窗口管理器确定被激活的窗口。激活窗口标题栏高亮显示，接收大部分的 键盘消息和窗口内的鼠标点击信息
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- 为了美观和容易分辨，大多数窗口都要有标题栏和边框。为了方便，标题栏上还要有一些按钮，比如：最小化，最大化，关闭（这些按钮是窗口管理器请求的小窗口）
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- 一个窗口可以在另一个窗口旁边显示，而不一定完全被遮挡。为了实现这一点，就要控制窗口显示的位置
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- 为了控制窗口的显示位置，需要将整个屏幕用坐标描述，最好的办法是绘制一个填充整个屏幕的窗口，也就是根窗口。
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- 因为根窗口是最大的，所以它可以严严实实的遮挡任何窗口，为了避免这一点，根窗口永远在最底层。这很形象的说明了为什么它叫作“根窗口”
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- 根窗口不一定只有一个，大多数的窗口管理器可以使用“工作区”，来切换显示多个根窗口
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- 根窗口固定位置上通常放置一些其他Xclient的窗口，例如底部面板，顶部面板，侧面板，程序启动图标
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- 面板上又可以放一些其他的Xclient窗口，如任务条，启动栏，菜单......任务条可以以图表显示正在运行的任务，还可以作其他的杂活，像自动挂载USB设备......
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### 启动流程
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我们知道init是linux的根进程，是所有进程的父进程。同样，xinit是所有Xwindow进程的根进程。
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#### Startx
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startx可以在命令行下启动图形界面。执行startx命令时，实际执行这一命令：
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```shell
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xinit /etc/X11/xinit/xinitrc -- /etc/X11/xinit/xserverrc
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```
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根据脚本/etc/X11/xinit/xserverrc 启动Xserver，同时根据脚本/etc/X11/xinit/xinitrc 启动指定Xclient进程，例如窗口管理器
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/etc/X11/xinit/xserverrc 以预设的参数运行程序 /usr/bin/X11/X
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/etc/X11/xinit/xinitrc 脚本则指向/etc/X11/Xserssion，依次启动/etc/X11/Xsession.d目录中的脚本
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- 您可以在在用户配置文件～/.Xsession中定义使用WM，它的优先级高于全局配置文件（对于GDM会话不起作用）
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- startx启动时，并不会再进行身份认证。因为它启动的是/etc/X11/Xsession.d/gnome-session，而不是GDM会话
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#### GDM会话
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许多Linux系统启动时自动进入图形界面，不需要运行startx命令
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在某些启动级别中，包含了gdm的启动脚本，例如：/etc/rc2.d/S13gdm
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1. 指向/etc/gdm/gdm-cdd.conf文件，加载预设视觉主题，启动/usr/lib/gdm/gdmgreeter（登录屏幕）
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2. 用户身份认证完成后，启动/etc/X11/default-display-manager这个文件中设定的默认窗口管理器/usr/sbin/gdm
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gdm在启动时，会要求用户名和密码，也就是我们看到的登录屏幕（gdmgreeter）
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/usr/share/xsessions目录下为所有可用登录会话的脚本
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### 配置文件
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#### X服务器
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X服务器的主要配置文件为/etc/X11/xorg.conf
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```shell
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Section "ServerLayout" #布局
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Identifier "Xorg Configured" #布局标识
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Screen 0 "Default Screen" 0 0 #屏幕标识
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InputDevice "Generic Keyboard" #键盘标识
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InputDevice "Configured Mouse" #鼠标标识
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EndSection
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Section "Module"
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Load "ddc"
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Load "dbe"
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Load "dri"
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Load "extmod"
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Load "glx"
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```
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默认分辨率为默认色深下的第一个分辨率
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#### 配置文件内部结构
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```shell
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/
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├/ "ServerLayout" 布局
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|├ "InputDevice" keyboard 键盘
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|├ "InputDevice" mouse 鼠标
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|└/ "Screen" 显示子系统
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│ ├ "Monitor" 显示器
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│ ├ "Device" videocard 显卡
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├ "Files" 字体
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└ "Module" 模块
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```
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#### X客户端
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在/etc/X11/Xsession文件中可以发现下列内容
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```shell
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OPTIONFILE=/etc/X11/Xsession.options①
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②
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SYSRESOURCES=/etc/X11/Xresources
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USRRESOURCES=$HOME/.Xresources
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③
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SYSSESSIONDIR=/etc/X11/Xsession.d
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USERXSESSION=$HOME/.xsession
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ALTUSERXSESSION=$HOME/.Xsession
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ERRFILE=$HOME/.xsession-errors
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```
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① 设定X进程的启动参数。例如运行用户进程allow-user-xsession
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② X资源文件。许多程序保留了X接口，允许X服务器管理一些视觉选项，例如窗口内的字体，配色等
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③ X进程。可以设置一些启动时自动运行的程序，也可以用来设定自己的窗口管理器（窗口管理器和桌面环境或者登录管理器是无关的）
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### 字体
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#### freetype 渲染引擎
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作为Xorg服务器的一个模块，freetype的功能包括读取Truetype字体信息，如大小、分辨率、编码等，并以之为依据渲染字体-freetype2.x相对于freetype1.x增加了抗锯齿等功能-(/etc/X11/xorg.conf 的Module字段中，可以选择字体渲染模块)
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freetype只负责渲染字体。而查找字体，则可以由X服务器、X客户端或者字体服务器来完成。找到字体后，使用freetype引擎进行渲染
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**X核心字体**X服务器根据X客户端的请求（字符编码），查找字体并进行渲染，然后显示
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**Xft字体**X客户端自行查找字体并进行渲染，X服务器只负责显示。由于Xft字体的渲染在客户端完成，所以它可以动态的加载，而不需要随同X服务器一同启动
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**字体服务器**当客户端请求字体时，X服务器将请求转发到字体服务器，由字体服务器查找字体，并使用freetype引擎渲染，将结果传回X服务器，X服务器进行显示
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#### X核心字体
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/etc/X11/xorg.conf中可以配置X核心字体的搜索路径
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```shell
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Section "Files"
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FontPath "/usr/X11R6/lib/X11/fonts/misc/"
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FontPath "/usr/X11R6/lib/X11/fonts/Type1/"
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FontPath "/usr/X11R6/lib/X11/fonts/Speedo/"
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FontPath "/usr/X11R6/lib/X11/fonts/100dpi/"
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FontPath "/usr/X11R6/lib/X11/fonts/75dpi/"
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EndSection
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```
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- 当X客户端向X服务器请求显示文字的时候，X服务器会按上面列表的先后顺序查找字体。显示中文时，如果第一个路径中的字体不包含中文，则查找下面的路径，直到发现中文字体
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- 请将您便好的字体放在靠前的位置
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要使安装的字体能够作为X核心字体使用，将字体的安装路径添加到上面的列表中，使用mkfontscale、mkfontdir扫描文件夹中的字体，并生成索引，就可以了（建议使用ttmkfdir生成fonts.scale，将其复制为fonts.dir）
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字体的选择及显示风格，可以修改GTK1的配置文件，或者在Xresources文件中对程序单独进行定义
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事实上，在我们的日常应用中，X核心字体环境并不常见，使用GTK1图形库的程序、某些类型的终端......
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**XFT字体**
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Xft字体相关选项在/etc/fonts/fonts.conf文件中配置
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```shell
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<dir>/usr/share/X11/fonts</dir>
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<dir>/usr/share/fonts</dir>
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<dir>/usr/local/share/fonts</dir>
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<dir>~/.fonts</dir>
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```
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可以使用fc-cache命令，递归扫描上面目录中的字体（包括子文件夹中的字体），建立字体缓存
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多数支持GTK2或者Qt图形库的X客户端能够使用Xft字体渲染技术
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安装字体，只要将字体拷贝到以上任意目录，fc-cache -fv刷新字体缓存即可（选项：-f强制刷新；-v显示过程）
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使用命令fc-list列出所有可用字体。字体的选择及显示风格，可以修改GTK2或者Qt的配置文件，建议使用图形界面配置
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参考资料：
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- [开源世界旅行手册](https://i.linuxtoy.org/docs/guide/)
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