使用Wayland-Weston运行Qt程序

一、开篇

前不久，写了篇《经验 | 如何破Qt窗体的“卡顿”》一文，那篇文章中描述的Qt启动方式是基于linuxfb的，在构建编译Qt源码的时候，会自动创建与linuxfb相关的插件。该插件是通过linux的fbdev子系统直接写入framebuffer去实现图形显示的，它只支持软件渲染的内容。

在本文中描述另外一种显示方案：Wayland，并简单描述Wayland的典型合成器：Weston（下文会写到）。

下图为小生使用Wayland-Weston运行Qt程序的Demo效果：

【开五个进程的效果，每个进程为一个窗体】

【开六个窗体的效果】

二、Wayland简介

Wayland是一个显示服务协议，用于创建多进程系统。使用该协议，多个客户机应用程序(下文简称：客户端)可以将它们自己的图形内容呈现到屏幕外缓冲区，然后，使用Wayland协议将这些缓冲区传递给显示服务器(通常称为合成器)，最后，合成器将合成内容并将其定位在物理显示器上。

总而言之，可以理解成为多个应用程序的运行提供了一种类似于桌面的环境。

三、单进程系统和多进程系统

在单进程系统中，关于UI的所有东西运行在一个单一的进程中。在多进程系统中，所有客户端则在它们自己的专用进程中运行。

单进程系统是这样一种场景：在设备系统上电启动后，直接进入我们设计的应用程序，而没有其他的软件窗体进程运行，在整个设备系统的完整运行周期里，这种状态将一直维持。如下图所示：

多进程系统是这样一种场景：这个与桌面环境类似，支持多个进程的窗体显示，而且彼此之间不会受到任何影响。如下图所示：

在嵌入式设备系统中，由于其特殊性，单进程系统和多进程系统都会涉及到。

四、使用多进程系统的优点

（4-1）稳定性提高了

当客户端挂起或崩溃后更容易恢复。如果我们设计的软件UI比较复杂，这时候可考虑选择多进程系统，因为如果UI的一部分崩溃了，它不会影响整个系统

多进程系统可以防止可能的内存泄露。在多进程系统中，如果一个客户端发生了内存泄漏并消耗了大量内存，那么当客户端退出时，该内存将被恢复。与单进程相比，内存泄漏将会一直持续到整个系统重新启动。

（4-2）安全性提高了

在单进程系统中，都可以访问彼此的内存。例如，对敏感数据传输是没有隔离的。在多进程系统中，会进行内存隔离，从而提高系统的安全性。

（4-3）性能提高了

如果我们硬件板卡上的CPU有多个核，那么多进程系统可以帮我们将负载均匀地分布到不同的核上，从而更有效地利用CPU，从而提高性能。

（4-4）提高互操作性

我们可以在多进程系统中与非Qt客户端进行交互，只要客户端能解析Wayland或X11。例如，如果我们将gstreamer用于视频，或者如果想使用另一个UI工具包构建的应用程序，那么在多进程系统中，可以将这些客户端与基于Qt的客户端一起运行。

为什么使用wayland替代X11

X11是上世纪80年代的桌面协议，现在已经不太适合如今的图形硬件。且X11很大、很复杂，缺少可定制性。用X11在不撕裂图形的情况下达到60帧/秒运行客户端几乎很难。相比之下，Wayland则更容易实现，且具有更好的性能，并且可在现代图形硬件上高效运行。对于linux上的嵌入式多进程系统，Wayland是一个标准可靠的选择。

然而在下列三种情况中，不太适合选择wayland：

（1）硬件或平台太老了，只支持X11的情况。

（2）必须运行Wayland协议中不存在特性的应用程序。

（3）应用程序使用的UI工具包不能在Wayland上运行的情况。

在嵌入式系统中，由于硬件资源的限制和对Wayland的一些影响，在选择wayland作为窗体系统还需要折衷考虑：

（1）会增加显存消耗

在多进程中，每个客户端都需要有自己的图形缓冲区，并将其发送到合成器。因此，与单进程系统相比，将使用更多的显存：在单进程情况下，所有内容都是一次性绘制的，不需要将不同的部分存储在中间缓冲区中。

（2）会增加主内存消耗

除了操作系统级的一些额外开销外，运行多个客户端还可能使用更多主内存，因为每个客户端需要重复一些部件。例如：如果运行QML，每个客户端都需要一个单独的QML引擎。因此，如果我们运行一个使用Qt Quick Controls的客户端，它只加载一次。如果将这个客户端拆分为多个客户端，那么将多次加载Qt Quick Controls，初始化客户端的启动成本将变得很高。

（3）会重复存储图形资源

在单进程系统中，如果我们在多个地方使用相同的纹理、背景或图标，这些图像只会存储一次。相反，如果在多进程系统中使用这些资源，则必须将它们存储多次。在这种情况下，一种解决方案是：在客户端之间共享图形资源（Qt已经允许在不涉及Wayland的情况下跨进程共享主存中的映像资源）。

五、Weston

Weston是一个Wayland 合成器的参考实现。它开箱即用，提供一个功能齐全的桌面环境。可用于非桌面使用的环境，例如：汽车、嵌入式、飞行、工业、机顶盒和电视。它还提供了一个库允许其他项目在Weston的基础上构建自己的运行环境。

如果我们将Qt运行在嵌入式linux平台上，且选择Weston作为了桌面环境，我们也可以单进程的方式运行Qt程序：将Weston桌面的状态栏取消，且将背景设置为透明的，然后设置Qt应用程序为开机自启动。这也是一种比较好的方式解决《经验 | 如何破Qt窗体的“卡顿”》一文中出现的现象。

审核编辑：刘清