修改虚拟控制台一开始，我的打算是 vc_screenbuf 修改为 unsigned long long* 类型，32bit 给字符属性，分别表示 16bit 终端前景色和背景色。glyph 则拥有 31bit 的空间 , 因为汉字的宽度为双倍的英文字母 ，其中 1 bit 用来表示双字符宽度。比如 '我' 会表达为 两个 '我'，第二个'我'的最高位为 1：绘制任何字形的时候，只绘制字形的左半部分；如果发现最高位为 1 则绘制字体位图中的右半部分。这样同样的绘制代码可以适应英文字母和汉字。写入 vc_screenbuf 的时候， 如果是双倍宽度的字符，需要同时写入两份，第二份的最高位置 1 就可以。但是 vc_screenbuf 的格式已经被到处假定为每字符两个字节。如此修改导致牵一发动全身。许多艰涩难懂的代码都依赖 vc_screenbuf 是 每字符两个字节的设定，直接修改定义后，光是编译器能直接检测出来的就有百余个地方需要修改，还有更多的逻辑并不能被编译器检测出来。如此修改的后果就是会出现许多隐晦的错误，非常难于调式。挣扎后，为最终选择了另一条道路 :
为汉字重新分配一块 vc_unicode_screenbuf vc_unicode_screenbuf 紧挨着 vc_screenbuf , 事实上 vc_screenbuf 在分配空间的时候，多分配了一倍的空间，多分配的空间充作 vc_unicode_screenbuf，因此 struct vc_data 里并没有添加 vc_unicode_screenbuf 成员。 vc_unicode_screenbuf 同样为每字符 2 个字节，并不包含字符属性，所以 2 个字节如数用来保存 glyph。vc_screenbuf 格式未变，所以 vgacon 不需要修改，这就减少了大量的工作量。向 vc_screenbuf 写入字符的时候，同时写入一份到 vc_unicode_screenbuf 。如果是汉字，由于其 glyph 大于 254 , 所以 vc_screenbuf 的那两个字符 ( 汉字双倍宽度 ) 实际写入的是 0xff 和 0xfe ( 故而上文提到是 glyph 大于 254 的字符 ,0xfe 被保留它用了 )。0xff 表示该字符的 glyph 要到 vc_unicode_screenbuf 提取，然后绘制左半部分；0xfe 表示该字符的 glyph 要到 vc_unicode_screenbuf 提取，然后绘制右半部分。对于 glyph 大于 254 但是又不是双倍宽度的字符，就不需要 0xfe 作陪了。比如屏幕上显示的文字是黑底白字的 “牛 B” , vc_screenbuf 的内容就是 “0x00ff, 0x0ffe, 0x0f42 ” , vc_unicode_screenbuf 的内容则是 “牛 , 牛 ,b” 。这是因为一个汉字为两倍的英文字母宽度。在屏幕文字缓冲区上也必须占用两个字符的位置。并且必须有一种机制能知道应该绘制左半部分和右半部分，我使用的就是 0xff 和 0xfe。
修改图形控制台绘制代码要修改的地方只有 3 个。
- struct console_font 添加 charcount 成员。将主线内核的字体设置为 charcount = 255。 主线内核带的字体都是 255 个 glyph 的，所以没有添加字符个数的必要。不过我们即将要添加的字体会有数万字符。
- 添加一个新的字体，复盖 UNICODE BMP 基本区域的所有符号。
- 修改字符绘制代码，添加 vc_unicode_screenbuf 的支持。
字符绘制代码的修改比较繁琐，代码分布在 drivers/video/console/ 下的多个文件中。fbcon_putc(s) 由由 vc->vc_sw->con_putc(s) 调用， fbcon_putc(s) 转而调用分散于 drivers/video/console/ 的多个 puts 实现。因为终端要支持 console_rotate , decoration , timing , 故而每种模式下的绘制实现都是不同的。我拿 drivers/video/console/bitblt.c 最常用的不倾斜、不加装饰等的终端模式为例来讲解绘图部分的修改。由于中文字体为 16x16 点阵，是对齐的字体，故而其绘制代码为 bit_putcs_aligned() 原先的代码以 glyph 为下标到 vc->vc_font->data 获得字体数据，然后调用 fb_pad_aligned_buffer 执行块拷贝操作。我的修改很简单，原来获得字体数据的代码修改后放入 font_bits() 辅助函数。 在 font_bits 里，要判断 glyph 是否为 0xff 或者 0xfe, 如果不是，使用 glyph 为下标获得字体的左半部分后并返回。 如果是，则从 vc_unicode_screenbuf 获得真正的 glyph 数值，然后再依据现有的 glyph 是 0xff 还是 0xfe 去获得字体的右半部分还是左半部分返回。font_bits 获得字体数据后执行 fb_pad_aligned_buffer 块拷贝。需要修改的地方还有 drivers/video/console/fbcon_ccw.c fbcon_cw.c fbcon_ub.c 。依原理进行修改即可。
虚拟终端的不足之处虽然费尽心机添加了中文支持，那只是一个 workaround , 并不能算真正的支持。要真正的支持必须彻底重写虚拟终端和控制台。而要支持中文，就需要更进一步，全面支持 UNICODE , 包括支持从右向左的书写习惯。在内核里实现一个全面支持 UNICODE 的控制台并不是一件容易的事情，何况内核的政策也不允许将如此庞大的字库装入内核。于是乎，这里出现了死胡同。KMS 和 Wayland 的出现让这死胡同似乎有了个完美的解。
KMS:
KMS 是内核模式设置 （Kernel Mode Setting）的缩写。传统上内核使用 VGA 模式，该模式由 BIOS 或者 bootloader 设置。如果启动 Xorg, 则 Xorg 使用自己的驱动将显示模式进行切换。这导致内核并不知道显卡的当前工作状态，虚拟终端切换必须依赖 X 进行。X 锁死会导致整个终端被锁定无法进行切换。待机、休眠等功能必须依靠 X 和内核双方进行深度合作才能实现。让一个用户程序搞垮内核是不可以接受的，故有 KMS , 希望通过把模式设置代码移入内核，减少内核对 X 的依赖。
如果不使用 X , KMS 对于控制台来说就是支持了显示器的本地本分辨率。KMS 优势并不显着。但是 Wayland 的介入使事情发生了变化。有关于 Wayland 的详细文档请参考 freedesktop.org 上的 项目首页。Wayland 并不只是对桌面带来了福音，同时也为控制台带来了福音，因为 Wayland 可以代替内核自身的虚拟终端和控制台实现。而这个代替者就是 System Compositor
System Compositor？ System Compositor 是一个 wayland compositor，只是运行于系统全局范围。
为了懒人我这里稍微讲解一下 wayland compositor 吧。 Wayland 不同于 X , 在 wayland 的世界里，只有 compositor 和 client。Client 利用各种 API (wayland 给出的示例使用的是 OpenGL ES, 但其实 wayland 并不限制使用的绘图 API 类型 ) 进行窗口绘图，然后将窗口的绘制结果直接提交给 compositor 合成到屏幕上。这样 wayland 本身就不包含绘图 API 而大大简化了 wayland 的设计。Wayland compositor 可以同 X 一样操作显卡向屏幕输出合成后的结果，也可以作为另一个 wayland compositor 的 client。
对于多账户同时登录的实现，固然可以让每一个本地 GUI 会话开启一个 wayland compositor，但是存在更好的办法就是固定开启一个 system compositor。而让所有用户会话的 wayland compositor 再作为 system compositor 的 client. 藉由 system compositor 的合成效果，进行快速用户切换也可以进行一些视觉效果。而且 Xorg 本身也已经支持作为 wayland client 运行，这样可以使用传统的 X 提供桌面，而让 wayland system compositor 实现终端切换。这还有一个好处，只有 wayland system compositor 是以 root 运行的，而用户会话的 compositor 或 X 就不必以 root 权限运行。因为 Wayland 非常轻量，所以 system compositor 可以作为系统级服务常驻内存运行。而因为有了 system compositor , 内核也不再需要实现虚拟终端了：只需要实现终端模拟器作为 system compositor 的 client 。由于是在用户空间实现的，所有可以加入 UNICODE，矢量字体，国际化的书写习惯等等的支持，再也不用受限于内核啦。 Wayland 还是一个非常年轻的项目，Wayland system compositor 目前还只是设想中的概念，需要更多的人关注参与。笔者相信不久的将来 wayland 一定能大有作为。
写在最后本篇简要介绍了 Linux 虚拟终端的工作原理和依赖的硬件细节实现，然后使用了不太优雅的办法让虚拟终端在帧缓存模式下实现汉字的显示。让大家对虚拟终端有了一点点更多的了解，希望本文能对想了解 Linux 的人有所帮助。也再次感谢 IBM DevelopWorks， 它让我有机会把自己的知识共享给更多的人知道。 |
