Шрифты в Linux (часть 1)


Kreativka - Posted on 17 Февраль 2012

Введение

Перед тем, как приступить собственно к рассказу о шрифтовых подсистемах, необходимо сказать несколько слов об архитектуре графической подсистемы в целом. Как показал опыт, очень много пользователей Linux имеют слабое представление о принципах архитектуры системы, которой они пользуются.

В UNIX-системах фактически стандартом стало использование графической системы X Window System (далее для краткости она обозначается просто как X или X11, по-русски часто говорят «иксы») для построения графических интерфейсов пользователя. X Window System обеспечивает базовые функции графической среды: отрисовку и перемещение окон на экране и взаимодействие с устройствами ввода: клавиатурой, мышью или тачпадом, например. X Window System не определяет конкретные элементы графического интефейса, этим должны заниматься сами программы. По этой причине разные приложения даже в одной сессии X Window System могут выглядеть совершенно по-разному. X не является частью ядра операционной системы и выполняется как рядовая программа, однако обеспечивает ещё один дополнительный уровень, на котором базируется множество других приложений.

X Window System является распределённой сетевой системой, построенной на базе клиент-серверной модели: для построения окружения графического интерфейса могут быть использованы аппаратные компоненты, физически находящиеся на другом компьютере в сети. Например, графические приложения могут выполняться на одной машине в сети, их интерфейс отображаться на мониторе на другой машине, а устройства ввода подключены на третьей. В контексте X термины «сервер» и «клиент» на первый взгляд отличаются от общепринятого представления: «клиент» — это программа, которая выполняется на некотором компьютере, а «сервер» — это, возможно, другой компьютер, на котором происходит взаимодействие с пользователем, в частности, где отрисовывается пользовательский интерфейс, X-сервер ещё называют «дисплеем» или «дисплейным сервером». Часто используются фразы «X-сервер» и «X-клиент», чтобы явно обозначить контекст, в котором употребляются данные термины. Более подробно об X Window System можно прочитать в Википедии.
?
Подавляющее большинство UNIX-десктопов совмещают X-сервер и X-клиент на одном и том же компьютере, однако разницу между X-клиентом и X-сервером нужно чётко уяснить, поскольку эти понятия активно используются при описании шрифтовых подсистем.

Официальной реализацией X Window System является X.Org Server, это бесплатное и свободное программное обеспечение, поддерживаемое и контролируемое организацией X.Org Foundation. Этот программный продукт входит практически во все современные дистрибутивы операционных систем GNU/Linux, поэтому на протяжении всей статьи я буду предполагать, что X-сервером является именно X.Org Server.

X-клиентом может выступать любое приложение, использующее Core Protocol, например, посредством библиотеки libX11. Простейшим примером такого приложения может служить X11 Xedit.
орматы шрифтов
Шрифт (а точнее, компьютерный шрифт) представляет собой компьютерный файл, содержащий набор глифов. Существует два основных вида шрифтов:

растровые шрифты, т.е. наборы точек или пикселей, представляющие изображение каждого глифа.
векторные шрифты, т.е. наборы инструкций (кривые Безье, например), описывающие форму глифов.

Растровые шрифты быстрее и проще обрабатываются компьютером, однако для каждого начертания и размера требуется новый растровый шрифт. Векторные шрифты можно произвольно масштабировать без потери качества, однако они требуют больше ресурсов компьютера для обработки. К растровым и векторным шрифтам можно применять те же правила сравнения, что и для растровых (.png, .gif, .tiff, .jpeg) и векторных (.svg, .wmf) изображений: качество растровых изображений при увеличении ухудшается, а при масштабировании векторных остаётся примерно на таком же уровне.

Из растровых форматов чаще всего встречается PCF (Portable Compiled Font, бинарный файл) и BDF (Bitmap Distribution Format, текстовый файл). Базовые шрифты из комплекта X.org Server поставляются именно в этих форматах.

Векторные шрифты чаще всего можно встретить в форматах TrueType, Type1, Type3, OpenType и METAFONT.
Встроенная шрифтовая подсистема X-сервера
В основе клиент-серверной модели X11 лежит так называемый X Window System core protocol, то есть Основной протокол X Window System. Именно им регулируется взаимодействие между различными компонентами системы. Основной протокол разрешает использование шрифтов на стороне X-сервера. X-сервер имеет либо непосредственный доступ к файлам шрифтов в файловой системе, либо через сеть, из программы, называемой сервером шрифтов. X-клиенты могут запрашивать у X-сервера список доступных шрифтов, какие-либо их атрибуты или размер, который займёт на экране строка текста, отрисованная определённым шрифтом.

?
X-сервер очень жёстко зависит от наличия некоторого набора базовых шрифтов, он просто не запустится, если в его распоряжении не будет достаточного набора шрифтов либо в виде файлов в файловой системе, либо в виде сервера шрифтов. Поэтому в любой операционной системе пакет с X-сервером он обязательно зависит от пакета с базовыми шрифтами.

Конфигурация

Главным конфигурационным файлов X.org Server чаще всего является файл /etc/X11/xorg.conf. За шрифты в нём отвечает секция Files, вот как она может выглядеть:

Section "Files"
FontPath "/usr/share/fonts/X11/misc"
FontPath "/usr/share/fonts/X11/cyrillic"

RgbPath "/usr/X11R6/lib/X11/rgb"
ModulePath "/usr/lib/xorg/modules/extensions/nvidia"
ModulePath "/usr/lib/xorg/modules"
EndSection

Нас интересует директива FontPath, в которой указывается полный путь к каталогу, содержащему файлы шрифтов. Если этих директив нет или в них указаны неверные пути, или по указанным путям нет шрифтов, X-сервер не запустится. Внутри каталога шрифтов должны находиться непосредственно файлы шрифтов, а также несколько специальных служебных файлов: encodings.dir, fonts.alias, fonts.dir.

fonts.dir
список имён шрифтов в данном каталоге и файлов, в которых они содержатся. Из этого файла X-сервер берёт список шрифтов, которые будут использоваться;
fonts.alias
список псевдонимов для имён шрифтов, также читается X-сервером;
encodings.dir
список известных кодировок шрифтов, читается X-сервером при открывании шрифта с неизвестной кодировкой.

Перечисленные выше служебные файлы создаются при помощи команд mkfontdir и mkfontscale. mkfontdir сканирует указанные каталоги, индексирует найденные там файлы растровых шрифтов и создаёт файлы fonts.dir и encodings.dir. Кроме того, mkfontdir добавляет в файл fonts.dir содержимое файла fonts.scale, если такой обнаружится. Файл fonts.scale в свою очередь создаётся командой mkfontscale, которая индексирует файлы векторных шрифтов.
?
В старых руководствах можно встретить рекомендацию использовать программу ttmkfdir для индексирования шрифтов формата TrueType, однако последние версии mkfontscale сами способны выполнить эту работу, так что никакой необходимости в ttmkfdir больше нет.

Итак, чтобы подготовить каталог, содержащий файлы шрифтов для использования в X-сервере, необходимо последовательно выполнить две команды: mkfontscale и mkfontdir, чаще всего этого бывает достаточно. Теперь этот каталог можно прописать в файле xorg.conf и X-сервер при следующем запуске «увидит» новые шрифты.

Однако, можно обойтись и без перезагрузки, для этого нужно выполнить команду xset +fp путь-к-каталогу-со-шрифтами. Если вы изменили что-то в уже добавленном каталоге, или же в системном, выполните команду xset fp rehash, чтобы X-сервер обновил список загруженных шрифтов. Обратите внимание, что упомянутые программы работают в контексте X-сервера, поэтому их нужно запускать в терминале изнутри X-сессии.
?
Этот способ можно использовать, например, для загрузки в X-сервер пользовательких шрифтов без редактирования системных конфигурационных файлов. Для этого нужно прописать соответствующие команды в файл, который запускается при старте вашей графической оболочки или X-сервера.

Использование

Для именования шрифтов в Core Protocol используется специальная нотация, называемая X Logical Font Description, сокращённо XLFD, на русский можно примерно перевести как Описание Логического X-Шрифта. Главными целями и требованиями этой нотации являются:

Обеспечить уникальные, описательные имена шрифтов, которые бы позволяли выполнять поиск по образцу.
Поддержка множества производителей шрифтов, произвольных наборов символов и кодировок.
Поддержка векторных шрифтов.
Поддержка преобразований и выделений подмножества шрифта.
Реализация, независимая от X-сервера, операционной и файловой системы.
Поддержка произвольно сложного поиска и подмены шрифтов.
Расширяемость.

XLFD-запись о шрифте представляет собой четырнадцать полей, разделённых симоволом «-». Каждое поле описывает какую-либо характеристику шрифта (название, начертание, кодировку и т.д.). Вот пример полностью определённой XLFD-записи о шрифте:

-monotype-arial-bold-r-normal--12-120-75-75-p-0-koi8-r

Запись может быть и не полностью определённой, в этом случае вместо конкретного значения какой-либо части стоит символ «*», например, так:

-monotype-arial-*-*-*--12-120-75-75-p-0-koi8-r

Каждая XLFD-запись соответствует некоторому набору из списка известных X-серверу шрифтов. Для полностью определённой записи такой набор может состоять из одного элемента максимум либо же вовсе быть пустым. Для неполностью определённой набор может состоять из нескольких записей. Когда выполняется некоторое приложение (то есть X-клиент), оно передаёт X-серверу XLFD-запись о желаемом шрифте. Чем менее определённой является эта запись (то есть чем больше символов «*» в ней встретится), тем больше вероятность, что подходящий под неё шрифт будет обнаружен и предоставлен. То есть XLFD играет роль маски при выборе шрифта.
?
Ключевой момент шрифтовой подсистемы X-сервера — отрисовкой шрифта занимается X-сервер, а запущенное приложение (то есть X-клиент) оперирует исключительно XLFD-записями и за растеризацию, масштабирование и прочие графические операции над шрифтом не отвечает. Преимуществом этого является меньший объём данных, который необходимо передать от X-клиента к X-серверу, по сути приложение передаёт только строку текста, которую уже затем отрисовывает X-сервер.

Сначала поэкспериментируем с именами шрифтов. В состав X-сервера входит утилита xfontsel, которая позволяет наглядно представить процесс выбора шрифта по заданным критериям. Просто запустите программу без параметров и попробуйте повыставлять различные значения компонентам XLFD. По мере выставления значений меняется количество шрифтов, под них подпадающих (в верхнем правом углу). Чтобы скопировать XLFD-запись в буфер, нажмите кнопку «select».

А теперь несколько примеров, чтобы проиллюстрировать сказанное. Попробуем запустить программу xterm и укажем ей использовать любой шрифт:

$ xterm -fn '-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*'
$

Мы используем полностью определённую XLFD-запись, так что программа запустится с первым попавшим под маску именем шрифта. Теперь попробуем использовать заведомо несуществующее имя шрифта, например, зададим имя производителя FAKENAME.

$ xterm -fn '-FAKENAME-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*'
xterm: unable to open font "-FAKENAME-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*", trying "fixed"....
$

Как мы видим, X-сервер не смог обнаружить такого шрифта и поэтому xterm использует некий «шрифт по умолчанию», в данном случае «fixed».

Теперь создадим XLFD-запись, выбирающую все шрифты наклонного начертания, имеющие кодировку «iso8859-1». Для этого запустим xfontsel и выставим значение XLFD-компонента slant в «i», rgstry в «iso8859», encdng в «1»; получим примерно такой результат:

Изображение:LinuxFonts-xfontsel-select-1.png

И запустим xterm с только что выбранным шрифтом:

$ xterm -fn '-*-*-*-i-*-*-*-*-*-*-*-*-iso8859-1'
$

Помимо xfontsel существует несколько полезных программ для работы со встроенной в X-сервер шрифтовой подсистемой:

xlsfonts
выдаёт список шрифтов, удовлетворяющих заданному образцу. Запуск без параметров выдаёт просто список всех шрифтов.
xfd
Позволяет просмотреть все глифы указанного шрифта на одном экране. Например, так:
$ xfd -fn '-*-*-*-i-*-*-*-*-*-*-*-*-iso8859-1'

Ограничения

Встроенная шрифтовая подсистема X-сервера очень старая и не позволяет использовать многие современные возможности отрисовки шрифтов, например, сглаживание; также она имеет очень серьёзные проблемы с юникодом и многобайтовыми кодировками, что ещё больше сужает возможность использования. Практически все современные программы не используют встроенный механизм отрисовки шрифтов на стороне X-сервера и предпочитают использовать более гибкие и богатые на возможности способы отрисовки на стороне X-клиента. Именно об этом я и буду говорить дальше, а на рассказе о встроенной в X-сервер шрифтовой подсистеме ставлю точку и больше не буду к этой теме возвращаться.

Отрисовка шрифтов на стороне X-клиента

К началу 2000 года стало очевидно, что рендеринг шрифтов исключительно на стороне X-сервера имеет множество серьёзных ограничений, которые препятствуют дальнейшему развитию многих видов приложений. Очевидное решение — полностью перенести отрисовку шрифтов на сторону X-клиента и передавать X-серверу уже готовые растровые изображения — крайне неэффективно. Поэтому был выбран промежуточный вариант, включающий в себя как рендеринг на стороне X-сервера, так и на стороне X-клиента. Избранный подход зависит от нескольких ключевых технологий, о которых я хочу рассказать подробнее.
Небольшой экскурс в историю

В классическом X-мире шрифты являются серверными ресурсами и непосредственное отображение текста производится X-сервером. Главное преимущество такого подхода заключается в том, что работающее с текстом X-приложение должно передавать на сервер относительно небольшой объём данных. Тем не менее, выбранный подход вызвал большое недовольство среди разработчиков. Программам для просмотра PDF или PostScript, например, необходимо иметь возможность рендерить внедрённые в документы шрифты, чтобы их отобразить. И более того, приложениям нужен доступ к более детальным характеристикам шрифта, чем просто растровые картинки. Все попытки расширить серверную модель рендеринга шрифтов и решить эти проблемы провалились.

C удовольствием прочитал статью, буду читать еще.

Отправить комментарий

Google Friend Connect (leave a quick comment)
loading...
Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.