善用 XShm Extension 加速貼圖

如今的 Xorg 千變萬化，發展出各種（DRI/DRI2/EAA/EXA/UXA/AIGLX）等加速機制，更有極絢麗的 3D 視窗技術，一點也不讓 Mac OS 和 Windows 上的 3D 視窗特效專美於前。話雖如此，很多人們早已遺忘 X Window System 的歷史原由，我們反觀當年的 XFree86 就有如醜小鴨般，其為 Networking 考量的 Client/Server 架構，就是舊 Unix 終端機時代所留下的東西。到目前為止，隨著硬體速度越來越快，Client/Server 的界限雖被 DRI/DRI2/AIGLX 等技術逐漸打破，但無論如何，Xorg 大底上還是維持著 Client/Server 的本質。只不過應用程式層的軟體，因為經過各種 GTK/GDK/Qt 等 Graphical Toolkits 包裝後，多數開發者和使用者已經不會再看到 X 底層的運作模式。

這裡記載著一個簡單的範例程式，用來說明 X 如何利用 XImage 做貼圖運算，其主要是將 buffer（100x100x32bits 的影像）畫在視窗上，該 buffer 可以是讀取圖檔或是使用各種資料來源，為一塊記憶體。此程式將會用 XCreateImage() 建立一組 Structure，然後使用 XPutImage() 將該 Structure 和影像資料吃從 XClient 透過 X Protocol(Socket)傳送到 X Server，X Server 再依 XImage 的敘述將圖形畫在視窗上。

XImage 範例程式：

void main(void)
{
    Window win;
    Display display = XOpenDisplay(getenv("DISPLAY"));    XImage *ximage;
    unsigned char *buffer;

    /* Initial Window */
    win = XCreateSimpleWindow(display, RootWindow(display, DefaultScreen(display)),
                                                        0, 0, 100, 100, 0,
                                                        BlackPixel(display, DefaultScreen(display)),
                                                        BlackPixel(display, DefaultScreen(display)));

    XMapWindow(display, win);
    XSync(display, False);

    /* Allocate image memory for 100x100x32bits */
    buffer = (unsigned char *)malloc(sizeof(char) * 100 * 100 * 4);

    /* Create XImage structure and map image memory on it */
    ximage = XCreateImage(display, DefaultVisual(display, 0), DefaultDepth(display, 0), ZPixmap, 0, buffer, 100, 100, 32, 0);

    /* Put XImage into X Server to display */
    XPutImage(display, window, DefaultGC(display, 0), ximage, 0, 0, 0, 0, 100, 100);

    /* Loop */
    while(1) {};

    /* Release */
    XDestroyImage(ximage);
    XCloseDisplay(display);
}

不過，眼尖的人或許已經注意到，此程式完全曝露出 X Client/Server 架構所存在的缺陷，無論要貼什麼圖，都必需先透過 X Protocol 傳送至 X Server，如此大量的資料複製，當然取而代之的就是效能低落。一種改善效能的方法就是使用 Shm(Shared Memory)，使 X Client 和 X Server 共享一塊記憶體，讓原先的大量複製資料，改由傳記憶體位置取代，為此，X 就支援了 XShm Extension 來實作此種方法。

XShm Extension 所提供能函式與原生的 XImage 相關函式相差不大，這邊用另一個範例程式做說明：

void main(void)
{
    Window win;
    Display display = XOpenDisplay(getenv("DISPLAY"));    XImage *ximage;
    unsigned char *buffer;
    XShmSegmentInfo shminfo;

    /* XShm */
    XShmQueryExtension(display);

    /* Initial Window */
    win = XCreateSimpleWindow(display, RootWindow(display, DefaultScreen(display)),
                                                        0, 0, 100, 100, 0,
                                                        BlackPixel(display, DefaultScreen(display)),
                                                        BlackPixel(display, DefaultScreen(display)));

    XMapWindow(display, win);
    XSync(display, False);

    /* Allocate image memory for 100x100x32bits */
    buffer = (unsigned char *)malloc(sizeof(char) * 100 * 100 * 4);

    /* Create XImage structure and map image memory on it */
    ximage = XShmCreateImage(display, DefaultVisual(display, 0), DefaultDepth(display, 0), ZPixmap, 0, &shminfo, 100, 100);

    /* Setting SHM */
    shminfo.shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 100 * 100 * 4, IPC_CREAT | 0777);
    if (shminfo.shmid < 0)
        exit(-1);

    shminfo.shmaddr = ximage->data = (unsigned char *)shmat(shminfo.shmid, 0, 0);
    if(shminfo.shmaddr == (char *) -1)
        exit(-1);

    shminfo.readOnly = False;
    XShmAttach(display, &shminfo);

    /* Put XImage into X Server to display */
    XShmPutImage(display, win, DefaultGC(display, 0), ximage, 0, 0, 0, 0, 100, 100, False);
    XFlush(display);
    /* Loop */
    while(1) {};

    /* Release */
    XDestroyImage(ximage);
    XCloseDisplay(display);
}

大體上，主要就是 XCreateImage 換成 XShmPutImage，XPutImage 換成 XShmPutImage，更多資料可以參考 XFree86 MIT-SHM 文件：
http://www.xfree86.org/current/mit-shm.html