Xorg 图形输出配置

在使用 QEMU 运行虚拟机需要客户（Guest）系统图形界面的时候，有多个图形选项：

1
2
3
4
5
6
7
8


$ qemu-system-amd64 -vga help

none                 no graphic card
std                  standard VGA (default)
cirrus               Cirrus VGA
vmware               VMWare SVGA
qxl                  QXL VGA
virtio               Virtio VGA

默认的 std 运行普通的图形环境已经足够，运行 1080p 显示也足以。但是如果想使用更高分辨率比如 2K 及以上，或者使用多显示器，则推荐使用 qxl。

使用 qxl 时虚拟机系统需要安装单独的 qxl 驱动，通常包名类似于 xserver-xorg-video-qxl。安装了这个驱动后再启动图形化环境，查看 lspci -v 的 VGA 设备就可以确认驱动已经加载使用。另外还可以查看 /var/log/Xorg.0.log 确认，非 root 用户查看 ~/.local/share/xorg/Xorg.0.log:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36


$ lspci -v |grep -A 10 VGA

00:02.0 VGA compatible controller: Red Hat, Inc. QXL paravirtual graphic card (rev 05) (prog-if 00 [VGA controller])
        Subsystem: Red Hat, Inc. QEMU Virtual Machine
        Flags: bus master, fast devsel, latency 0, IRQ 10
        Memory at 80000000 (32-bit, non-prefetchable) [size=128M]
        Memory at 88000000 (32-bit, non-prefetchable) [size=64M]
        Memory at 8c040000 (32-bit, non-prefetchable) [size=8K]
        I/O ports at c0a0 [size=32]
        Expansion ROM at 000c0000 [disabled] [size=128K]
        Kernel driver in use: qxl
        Kernel modules: qxl

$ grep "Load\|Unload" Xorg.0.log

[    14.484] (II) Loader magic: 0x564db2ff7ea0
[    14.591] (II) LoadModule: "glx"
[    14.592] (II) Loading /usr/lib/xorg/modules/extensions/libglx.so
[    14.597] (II) LoadModule: "qxl"
[    14.597] (II) Loading /usr/lib/xorg/modules/drivers/qxl_drv.so
[    14.598] (II) LoadModule: "modesetting"
[    14.598] (II) Loading /usr/lib/xorg/modules/drivers/modesetting_drv.so
[    14.599] (II) LoadModule: "fbdev"
[    14.599] (II) LoadModule: "vesa"
[    14.599] (II) Loading /usr/lib/xorg/modules/drivers/vesa_drv.so
[    14.600] (II) Loading sub module "fb"
[    14.600] (II) LoadModule: "fb"
[    14.600] (II) Loading sub module "ramdac"
[    14.600] (II) LoadModule: "ramdac"
[    14.602] (II) UnloadModule: "modesetting"
[    14.602] (II) Unloading modesetting
[    14.602] (II) UnloadModule: "vesa"
[    14.602] (II) Unloading vesa
[    14.681] (II) IGLX: Loaded and initialized swrast
[    14.707] (II) LoadModule: "libinput"
[    14.707] (II) Loading /usr/lib/xorg/modules/input/libinput_drv.so

这篇笔记就来自于此。看日志的时候可以看到类似于：

1
2
3
4
5


(II) LoadModule: "qxl"
(II) LoadModule: "modesetting"
(II) LoadModule: "vesa"
(II) UnloadModule: "modesetting"
(II) UnloadModule: "vesa"

的输出。表示 Xorg 会尝试加载很多驱动，在确定适合的之后再去载其他不需要的驱动。所以需要一种方式来显式地指定显示驱动，这样 Xorg 在启动时会根据配置直接加载它而不会再去一个个尝试可用的驱动。在日志的最开始就能看到 Xorg 尝试在哪些位置去找配置文件：

1
2


(==) Using config directory: "/etc/X11/xorg.conf.d"
(==) Using system config directory "/usr/share/X11/xorg.conf.d"

用过 Gentoo Linux 当桌面系统的人应该会对这一步无比熟悉，因为在配置 Xorg 的时候经常需要这些配置文件。所以首先我们按照文件格式配置 qxl 显示驱动。在 /etc/X11/xorg.conf.d 目录下新建文件 10.qxl.conf 写入以下内容：

1
2
3
4
5


Section "Device"                                                                                                      
        Identifier "QXL0"
        BusID       "PCI:0:2:0"
        Driver "qxl"
EndSection

这里就直接按照 lspci 的输出确定显卡地址，给它一个命名 QXL0，最后指定驱动为 qxl。这个时候如果在查看 Xorg.0.log 的话就会发现只有 qxl 显示驱动会被加载使用。简单看一下日志输出直接少了很多行：

1
2
3
4
5


$ wc -l Xorg.0.log
282 Xorg.0.log

$ wc -l Xorg.0.log.no_qxl_config 
308 Xorg.0.log.no_qxl_config

其实到这里很明显，系统如果安装了其他的显示驱动应该都是可以卸载的，因为已经知道只需要 qxl 就已经足够。

现在再看日志开头很早的地方会看到类似这样的输出：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11


(==) Using config directory: "/etc/X11/xorg.conf.d"                                                                                                      
(==) Using system config directory "/usr/share/X11/xorg.conf.d"                                                                                          
(==) No Layout section.  Using the first Screen section.                                                                                                 
(==) No screen section available. Using defaults.                                                                                                        
(**) |-->Screen "Default Screen Section" (0)                                                                                                             
(**) |   |-->Monitor "<default monitor>"                                                                                                                 
(==) No device specified for screen "Default Screen Section".                                                                                            
 the first device section listed.                                                                                                                        
(**) |   |-->Device "QXL0"                                                                                                                               
(==) No monitor specified for screen "Default Screen Section".                                                                                           
        Using a default monitor configuration.

表明 Xorg 这个时候会在配置文件里查找 Monitor 和 Screen 的定义。依照 Xorg 文档来写一个加给 QXL0：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14


Section "ServerLayout"
  Identifier   "SLayout"
  Screen       "Screen0"
EndSection

Section "Monitor"
    Identifier  "Monitor0"
EndSection

Section "Screen"
    Identifier  "Screen0"                                                                                                                                 
    Device      "QXL0"
    Monitor     "Monitor0"                                                   
EndSection

这里按照逻辑顺序先定义一个顶层的 ServerLayout 命名为 SLayout，往下层定义一个 Monitor 命名为 Virtual-1，这个输出设备来自 xrandr 的显示的系统输出设备：

1
2
3
4
5
6
7
8


Virtual-1 connected primary 1024x768+0+0 0mm x 0mm
   1024x768      60.00*+
   4096x2160     60.00    59.94  
   ...
   640x480       59.94  
Virtual-2 disconnected
Virtual-3 disconnected
Virtual-4 disconnected

这里因为是虚拟机所以使用的输出设备的名称是 Virtual-1，在配置文件里就是把这个设备和 Monitor 对应起来。接着再往下最后定义 Screen 命名为 Screen0 并且把它和前面已有的 QXL0 和 Virtual-1 结合起来。再看日志就可以确认配置生效：

1
2
3
4
5
6


(==) Using config directory: "/etc/X11/xorg.conf.d"
(==) Using system config directory "/usr/share/X11/xorg.conf.d"
(==) ServerLayout "SLayout"
(**) |-->Screen "Screen0" (0)
(**) |   |-->Monitor "Virtual-1"
(**) |   |-->Device "QXL0"

这里从 xrandr 输出还可以看到这个虚拟机会默认把输出设备分辨率设置为 1024x768，但是设备支持从 4096x2160 到 640x480 多种分辨率。如果想把分辨率改为 1600x900，最简单的就是直接 xrandr --output 'Virtual-1' --mode 1600x900。但是这个方法需要每次都手动设置，或者自己把它添加到启动配置比如 ~/.xinitrc，这当然不够优雅。既然已经在通过配置文件设置各种输入输出设备选项了，不如就在文件里设置好需要的分辨率：

1
2
3
4


Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-1"
    Option "PreferredMode" "1600x900"
EndSection

非常简洁，在已有的输出设备里加上一个 PreferredMode 的选项，就可以设置默认分辨率。现在每次启动图形界面的时候，分辨率设置都会读取这个选项。

到这里，已经完全依赖配置文件，把 Xorg 设置为使用 qxl 驱动，并且启动时读取文件得到预先设置的分辨率。

最后，还有一个小小的设置可以改进。由于 qxl 支持多输出设备，从上面的 xrandr 输出和日志都可以发现，现在虚拟机默认配置了 Virtual-1 ~ Virtual-4 多个图形输出设备。这个虚拟机当然没有这么多输出设备可用，不如直接从配置文件里把它们关掉。在：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12


Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-2"
    Option "Ignore" "true"
EndSection
Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-3"
    Option "Ignore" "true"
EndSection
Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-4"
    Option "Ignore" "true"
EndSection

然后启动图形界面查看日志里面会出现类似以下内容：

1
2
3
4
5
6
7
8
9


(II) qxl(0): Output Virtual-1 using monitor section Virtual-1
(II) qxl(0): Output Virtual-2 has no monitor section
(II) qxl(0): Output Virtual-3 has no monitor section
(II) qxl(0): Output Virtual-4 has no monitor section
(II) qxl(0): Output Virtual-1 connected
(II) qxl(0): Output Virtual-2 disconnected 
(II) qxl(0): Output Virtual-3 disconnected 
(II) qxl(0): Output Virtual-4 disconnected 
(II) qxl(0): Output Virtual-1 using initial mode 1600x900 +0+0

可以看到其他的输出设备断开连接，现在再查看 xrandr 也不再也这些不需要的设备了。

最后，现在配置文件 /etc/X11/xorg.conf.d/10.qxl.conf 全部内容：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48


Section "Device"
        Identifier "QXL0"
        BusID       "PCI:0:2:0"
        Driver "qxl"
        Option     "Virtual-1" "M1"
EndSection

Section "ServerLayout"
  Identifier   "SLayout"
  Screen       "Screen0"
EndSection

Section "Monitor"
    Identifier "M1"
    Option "PreferredMode" "1600x900"
EndSection

Section "Screen"
    Identifier "Screen0"
    Device "QXL0"
    Monitor "M1"
    #SubSection "Display"
    #    Modes "1600x900" "1440x900" "1280x960"
    #EndSubSection
EndSection

#Section "ServerFlags"
#    Option "DontZap" "false"
#EndSection
#
Section "InputClass"
    Identifier      "Keyboard Defaults"
    MatchIsKeyboard "yes"
    Option          "XkbOptions" "terminate:ctrl_alt_bksp"
EndSection

Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-2"
    Option "Ignore" "true"
EndSection
Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-3"
    Option "Ignore" "true"
EndSection
Section "Monitor"
    Identifier "Virtual-4"
    Option "Ignore" "true"
EndSection

Xorg 图形输出配置

参考