在Linux中使用OpenGL而无需X.org

Question

我希望在Linux系统中不依赖X环境打开OpenGL上下文。是否有任何方法可以实现？

我知道对于集成了英特尔显卡的硬件来说，这是可能的，但大多数人的系统都配备了Nvidia显卡。我希望能找到适用于Nvidia显卡的解决方案。

如果没有其他方法，只能通过集成了英特尔硬件来实现，那么我想知道如何使用这些硬件进行操作。

X11协议本身过于庞大和复杂。它提供的鼠标/键盘/触控板输入复用功能对于现代程序来说太过简单了。我认为这是阻碍Linux桌面系统改进的最大障碍，因此我正在寻找替代方法。

- Cheery

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@nos：libSDL采用与X11相同的限制。例如：Wacom平板电脑被限制在显示分辨率内，而该平板电脑本身的分辨率比显示器高十倍！我听说大dpi鼠标也有类似的问题。 - Cheery

@Cheery：关于你的问题，看这里：http://superuser.com/questions/115330/on-linux-can-i-get-3d-acceleration-with-a-nvidia-card-w-o-x。如果你想尝试制作桌面环境，我建议使用SDL制作游戏GUI系统。它会非常接近“真实的东西”，而且不会有很多麻烦。请记住，即使你制作了一个不错的X替代品，也需要几年时间才能被采用。 - SigTerm

透明网络是大多数人永远不需要的一个领域。如果你真的需要这样的东西，你会使用Plan9。 - Cheery

在我看来，如果您只是分开透明网络和帧缓存处理的关注点，那会更好。如果您确实需要一个网络透明的GUI，请在该帧缓存上创建自己的GUI！这样，您可以同时使用多个。 - Cheery

Qt 4有一个名为“QWS”的虚拟帧缓冲区，它不需要X11并支持OpenGL。我想值得一试。 - bparker

Answer 1

更新（2017年9月17日）：

NVIDIA最近发布了一篇文章详细介绍了如何在无头系统上使用OpenGL，这与问题描述的用例非常相似。

总结如下：

• 链接到libOpenGL.so和libEGL.so，而不是libGL.so。（因此您的链接器选项应为-lOpenGL -lEGL）
• 调用eglGetDisplay，然后调用eglInitialize来初始化EGL。
• 调用具有配置属性EGL_SURFACE_TYPE的eglChooseConfig，然后跟随EGL_PBUFFER_BIT。
• 调用eglCreatePbufferSurface，然后调用eglBindApi(EGL_OPENGL_API);，然后调用eglCreateContext和eglMakeCurrent。

从那时起，像往常一样进行OpenGL渲染，您可以在任何地方复制您的像素缓冲区表面。NVIDIA的这篇补充文章包括一个基本示例和多个GPU的示例。根据应用程序需求，PBuffer表面也可以被替换为窗口表面或像素图表面。

我很遗憾之前在我的编辑中没有做更多的研究，但是好吧。更好的答案就是更好的答案。

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自2010年回答以来，Linux图形空间发生了许多重大变化。因此，更新的答案如下：

今天，nouveau和其他DRI驱动程序已经成熟到使OpenGL软件在一般情况下稳定并且性能合理。随着在Mesa中引入EGL API，现在甚至可以在Linux桌面上编写OpenGL和OpenGL ES应用程序。

您可以编写应用程序，以针对EGL进行目标设置，而无需存在窗口管理器或复合器。要做到这一点，您将调用eglGetDisplay、eglInitialize，最终调用eglCreateContext和eglMakeCurrent，而不是通常使用GLX调用来完成相同的操作。

我不知道在没有显示服务器的情况下如何工作的具体代码路径，但EGL接受X11显示和Wayland显示，并且我知道它可以在没有显示服务器的情况下运行。您可以创建GL ES 1.1、ES 2.0、ES 3.0 (如果您有Mesa 9.1或更高版本)和OpenGL 3.1 (Mesa 9.0或更高版本)上下文。截至2013年9月，Mesa尚未实现OpenGL 3.2核心。

值得注意的是，在Raspberry Pi和Android上，默认支持EGL和GL ES 2.0（Android < 3.0时为1.1）。在树莓派上，我认为Wayland尚未起作用（截至2013年9月），但您可以使用附带的二进制驱动程序获取不带显示服务器的EGL。如果您感兴趣，您的EGL代码也应该是可移植的（需要最少修改）到iOS。

以下是过时的、先前接受的帖子：

我想在Linux中打开一个不带X的OpenGL上下文。有没有任何办法可以做到这一点？

我相信Mesa提供了framebuffer目标。如果它提供了任何硬件加速，那只能是使用已经适应支持这种用途的开源驱动程序的硬件。

Gallium3D也不成熟，据我所知，它甚至没有在路线图上支持此功能。

我想找到与Nvidia卡兼容的解决方案。

并没有这样的解决方案。没得商量。

NVIDIA只提供X驱动程序，而Nouveau项目仍不成熟，并且不支持您正在寻找的那种用途，因为它们目前仅专注于X11驱动程序。

- greyfade

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我认为这不是一个好的答案，因为它已经不再正确，并且没有提供解决方案。 Weston/wayland 可以与 nouveau 一起使用，因此 opengl 可以在 NVIDIA 显卡上无需 X 运行。而对于正在努力发展的项目的评论往往也会很快过时。 - elmarco

@elmarco 我会在今天稍后有时间时修改我的回答。你是对的；我的回答相当过时。但公平起见，我是在2010年中期发布的，那时Wayland还只是一个原型。 - greyfade

Answer 2

你可能对一个名为Wayland的项目感兴趣。它是一个显示服务器，可以替代X Window System。想了解更多信息，请访问http://en.wikipedia.org/wiki/Wayland_%28display_server%29。

- Havoc P

Answer 3

https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube/ 是一个优秀的参考实现，用于在没有依赖 X11 或 Wayland 的情况下进行 OGL（或 OGLES）硬件加速渲染。

- cqcallaw

Answer 4

您看过这个页面吗？ http://virtuousgeek.org/blog/index.php/jbarnes/2011/10/31/writing_stanalone_programs_with_egl_and_

这个页面可能有点过时。我还没有尝试过，但我希望能有更多类似的文档。

今天的一个好主意可能是遵循Wayland compositor-drm.c实现： http://cgit.freedesktop.org/wayland/weston/tree/src/compositor-drm.c

- elmarco

Answer 5

您可以查看Android如何解决这些问题。请参见Android-x86项目。

Android使用具有EGL和OpenGLES的Mesa。 Android有自己简单的Gralloc组件用于模式设置和图形分配。在此基础上，他们还拥有SurfaceFlinger组件，它是一个合成引擎，使用OpenGLES进行加速。

看不出为什么不能以类似的方式使用这些组件，甚至重用Android粘合剂代码。

- user377178

Answer 6

你可以使用SRM库（Simple Rendering Manager），这是一个专为在KMS/DRM环境中使用OpenGL ES 2.0进行渲染而设计的C库（无需Xorg或Wayland）。它的一个重要优势是为您简化了所有DRM/KMS配置。此外，它还方便了在多GPU设置中从单个分配中共享OpenGL纹理。

它已在Intel GPU（i915驱动程序）、Nvidia GPU（nouveau和nvidia-drm驱动程序）以及Mali GPU（Lima驱动程序）上进行了测试。

以下是一个基本示例，它仅使用glClear()函数更改所有连接屏幕的屏幕颜色：

#include <SRMCore.h>
#include <SRMDevice.h>
#include <SRMConnector.h>
#include <SRMConnectorMode.h>
#include <SRMListener.h>

#include <SRMList.h>
#include <SRMLog.h>

#include <GLES2/gl2.h>

#include <math.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

float color = 0.f;

/* Opens a DRM device */
static int openRestricted(const char *path, int flags, void *userData)
{
    SRM_UNUSED(userData);

    // Here something like libseat could be used instead
    return open(path, flags);
}

/* Closes a DRM device */
static void closeRestricted(int fd, void *userData)
{
    SRM_UNUSED(userData);
    close(fd);
}

static SRMInterface srmInterface =
{
    .openRestricted = &openRestricted,
    .closeRestricted = &closeRestricted
};

static void initializeGL(SRMConnector *connector, void *userData)
{
    SRM_UNUSED(userData);

    /* You must not do any drawing here as it won't make it to
     * the screen. */

    SRMConnectorMode *mode = srmConnectorGetCurrentMode(connector);

    glViewport(0, 
               0, 
               srmConnectorModeGetWidth(mode), 
               srmConnectorModeGetHeight(mode));

    // Schedule a repaint (this eventually calls paintGL() later, not directly)
    srmConnectorRepaint(connector);
}

static void paintGL(SRMConnector *connector, void *userData)
{
    SRM_UNUSED(userData);

    glClearColor((sinf(color) + 1.f) / 2.f,
                 (sinf(color * 0.5f) + 1.f) / 2.f,
                 (sinf(color * 0.25f) + 1.f) / 2.f,
                 1.f);

    color += 0.01f;

    if (color > M_PI*4.f)
        color = 0.f;

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    srmConnectorRepaint(connector);
}

static void resizeGL(SRMConnector *connector, void *userData)
{
    /* You must not do any drawing here as it won't make it to
     * the screen.
     * This is called when the connector changes its current mode,
     * set with srmConnectorSetMode() */

    // Reuse initializeGL() as it only sets the viewport
    initializeGL(connector, userData);
}

static void pageFlipped(SRMConnector *connector, void *userData)
{
    SRM_UNUSED(connector);
    SRM_UNUSED(userData);

    /* You must not do any drawing here as it won't make it to
     * the screen.
     * This is called when the last rendered frame is now being
     * displayed on screen.
     * Google v-sync for more info. */
}

static void uninitializeGL(SRMConnector *connector, void *userData)
{
    SRM_UNUSED(connector);
    SRM_UNUSED(userData);

    /* You must not do any drawing here as it won't make it to
     * the screen.
     * Here you should free any resource created on initializeGL()
     * like shaders, programs, textures, etc. */
}

static SRMConnectorInterface connectorInterface =
{
    .initializeGL = &initializeGL,
    .paintGL = &paintGL,
    .resizeGL = &resizeGL,
    .pageFlipped = &pageFlipped,
    .uninitializeGL = &uninitializeGL
};

static void connectorPluggedEventHandler(SRMListener *listener, SRMConnector *connector)
{
    SRM_UNUSED(listener);

    /* This is called when a new connector is avaliable (E.g. Plugging an HDMI display). */

    /* Got a new connector, let's render on it */
    if (!srmConnectorInitialize(connector, &connectorInterface, NULL))
        SRMError("[srm-basic] Failed to initialize connector %s.",
                 srmConnectorGetModel(connector));
}

static void connectorUnpluggedEventHandler(SRMListener *listener, SRMConnector *connector)
{
    SRM_UNUSED(listener);
    SRM_UNUSED(connector);

    /* This is called when a connector is no longer avaliable (E.g. Unplugging an HDMI display). */

    /* The connnector is automatically uninitialized after this event (if initialized)
     * so calling srmConnectorUninitialize() is a no-op. */
}

int main(void)
{
    SRMCore *core = srmCoreCreate(&srmInterface, NULL);

    if (!core)
    {
        SRMFatal("[srm-basic] Failed to initialize SRM core.");
        return 1;
    }

    // Subscribe to Udev events
    SRMListener *connectorPluggedEventListener = srmCoreAddConnectorPluggedEventListener(core, &connectorPluggedEventHandler, NULL);
    SRMListener *connectorUnpluggedEventListener = srmCoreAddConnectorUnpluggedEventListener(core, &connectorUnpluggedEventHandler, NULL);

    // Find and initialize avaliable connectors

    // Loop each GPU (device)
    SRMListForeach (deviceIt, srmCoreGetDevices(core))
    {
        SRMDevice *device = srmListItemGetData(deviceIt);

        // Loop each GPU connector (screen)
        SRMListForeach (connectorIt, srmDeviceGetConnectors(device))
        {
            SRMConnector *connector = srmListItemGetData(connectorIt);

            if (srmConnectorIsConnected(connector))
            {
                if (!srmConnectorInitialize(connector, &connectorInterface, NULL))
                    SRMError("[srm-basic] Failed to initialize connector %s.",
                             srmConnectorGetModel(connector));
            }
        }
    }

    while (1)
    {
        /* Udev monitor poll DRM devices/connectors hotplugging events (-1 disables timeout).
         * To get a pollable FD use srmCoreGetMonitorFD() */

        if (srmCoreProccessMonitor(core, -1) < 0)
            break;
    }

    /* Unsubscribe to DRM events
     *
     * These listeners are automatically destroyed when calling srmCoreDestroy()
     * so there is no need to free them manually.
     * This is here just to show how to unsubscribe to events on the fly. */

    srmListenerDestroy(connectorPluggedEventListener);
    srmListenerDestroy(connectorUnpluggedEventListener);

    // Finish SRM
    srmCoreDestroy(core);

    return 0;
}

1. 首先，创建一个SRMCore实例。
2. 然后，遍历每个SRMDevice（GPU）。每个GPU都有一个SRMConnectors（显示器）列表。
3. 使用srmConnectorInitialize()初始化所需的连接器。
4. 库为每个连接器创建一个渲染线程，并调用典型的OpenGL事件，如initializeGL()，paintGL()，resizeGL()等。
5. 要在连接器中安排新的重绘，请使用srmConnectorRepaint()。
6. 如果需要创建OpenGL纹理，请参考SRMBuffer文档。

希望你能发现这个图书馆对你的特定使用场景有用。

- ehopperdietzel