Overview

  • 参考文档：Arch Wiki — Wayland

  • Linux 桌面把"画面如何到屏幕"拆成了两层：显示协议定义应用与显示服务端如何对话，图形栈负责渲染与上屏：

    flowchart TD
    A["应用(浏览器/游戏/Android 容器...)"] -->|"Wayland 协议 / X11 协议"| B["合成器(显示服务端：mutter / KWin / Hyprland / sway ...)"]
    B -->|"EGL / Vulkan"| C["Mesa / NVIDIA 驱动"]
    C -->|"DRM/KMS"| D["屏幕"]

  • X11 是服役近四十年的老协议，Wayland 是现代替代者；如今主流发行版默认会话都是 Wayland，但两者仍长期共存

X11 与 Wayland

  • X11(X Window System)：
    • 客户端/服务端架构，X Server 集中管理输入与输出，应用通过套接字与之通信
    • 历史包袱：协议本身不支持的安全模型(任意应用可截获其他应用的输入与画面)、撕裂、HiDPI 与多显示器支持不力，都是 Wayland 出现的直接原因
  • Wayland：
    • 把"显示服务端"与"合成器"合为一体：每个 Wayland 合成器就是显示服务器，应用把各自渲染好的缓冲区提交给合成器，由合成器合成上屏
    • 安全性更好(应用只能看到自己的内容)、帧调度由合成器统一控制(撕裂可消除)、多显示器不同刷新率/缩放是协议一等公民
    • 代价是大量原本 X Server 全局提供的功能(截屏、屏幕录制、输入法、颜色管理等)需要逐个以协议扩展的形式补齐，这也是迁移期阵痛的来源

合成器(Compositor)

  • 合成器是 Wayland 协议的服务端程序，负责把各应用的画面缓冲合成到屏幕上，同时处理窗口管理、输入分发、多显示器布局
  • 生态分布：
    • 桌面环境自带：GNOME 的 mutter、KDE 的 KWin
    • 平铺式窗口管理器：Hyprland(动画与装饰)、sway(i3 的 Wayland 传承)
    • 特殊用途：cage(kiosk 单应用全屏)、gamescope(Valve 的嵌套游戏合成器)
  • 玩游戏最关心的两个能力：
    • VRR/可变刷新率(FreeSync/G-Sync)：mutter、KWin 均已支持，撕裂与卡顿感显著降低
    • 直通扫描(direct scan-out)：全屏独占时跳过合成直接上屏，降低延迟——但合成器介入的帧(如叠加层)会退回合成路径
  • HDR、多显示器不同刷新率等长期痛点在 Wayland 合成器上正逐步补齐，体验逐年变好
  • 嵌套合成器：合成器本身也可以作为另一个合成器的客户端运行(会话里套会话)，gamescope 与 cage 都以此方式嵌在桌面里单独服务某个游戏或容器

wlroots

  • wlroots 是一个实现 Wayland 合成器通用逻辑的库，可以理解为"造合成器的轮子库"：
    • 封装了 KMS/DRM(显示输出)、EGL/Vulkan 渲染、输入设备、XWayland 兼容层等脏活，让 sway、Hyprland、cage 这类独立合成器不必从零实现协议细节
    • 主流桌面(GNOME/KDE)的合成器不基于 wlroots，各自维护协议实现；wlroots 主要服务于轻量/平铺/特殊用途合成器生态

XWayland

  • XWayland 是运行在 Wayland 合成器内部的 X11 兼容服务：X11 应用照常连"X Server"，而它把绘制结果作为普通 Wayland 客户端提交合成
  • 它是过渡期不可或缺的胶水层：大量游戏(尤其 Wine 下仅支持 X11 全屏的老游戏)与遗留应用靠它活在 Wayland 会话里
  • 代价：XWayland 窗口走"应用渲染 → X 协议 → 合成"两跳，无法用到 Wayland 的部分原生能力(如无撕裂的帧调度)，wlroots 系合成器的 XWayland 支持质量直接影响这类应用的兼容性

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