巧用 XQuartz 实现在 macOS 下显示 Linux X11 图形化程序

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在 Windows 中相信大家已经很熟悉使用 Xmanager(Xshell), MobaXterm, SecureCRT 通过 X11 实现 Linux 图形化界面显示，我的需求是在 macOS 下使用 iTerm2 作为 Terminal 实现 X11 图形化界面显示，网上大部分教程只提到安装 Xquartz 但并没有结合实际问题给出完整的解决步骤，我把实践过程做了详细的记录方便大家按照最简单的步骤实现 Linux 图形化显示效果。

1. X11 介绍

有些 Linux 服务器出于性能和效率的考虑，通常都是没有安装图形化界面的，那么图形化程序在服务器上压根儿就跑不起来，或者无法直接显示出来，这就很尴尬了！那么如何解决这个问题呢？可以基于 X11 Forwarding 技术 + MobaXterm/Xshell/SecureCRT/XQuartz 等第三方工具，就可以轻松搞定，是不是很简单？

X 协议

Linux 本身是没有图形化界面的，所谓的图形化界面系统只不过是 Linux 下的应用程序。这一点和 Windows 不一样。Windows 从 Windows 95 开始，图形界面就直接在系统内核中实现了，是操作系统不可或缺的一部分。Linux 的图形化界面，底层都是基于 X 协议。

X 协议由 X server 和 X client 组成：

X server 管理主机上与显示相关的硬件设置（如显卡、硬盘、鼠标等），它负责屏幕画面的绘制与显示，以及将输入设置（如键盘、鼠标）的动作告知 X client。
X client (即 X 应用程序) 则主要负责事件的处理（即程序的逻辑）。

举个例子，如果用户点击了鼠标左键，因为鼠标归 X server 管理，于是 X server 就捕捉到了鼠标点击这个动作，然后它将这个动作告诉 X client，因为 X client 负责程序逻辑，于是 X client 就根据程序预先设定的逻辑（例如画一个圆），告诉 X server 说：“请在鼠标点击的位置，画一个圆”。最后，X server 就响应 X client 的请求，在鼠标点击的位置，绘制并显示出一个圆。

X11 Forwarding

这么绕，有啥意义呢？当然有！

许多时候 X server 和 X client 在同一台主机上，这看起来没什么。但是， X server 和 X client 完全可以运行在不同的机器上，只要彼此通过 X 协议通信即可。于是，我们就可以做一些 “神奇” 的事情，比如像本文开头谈到的，在本地显示 (X server)，运行在服务器上的 GUI 程序 (X client)。这样的操作可以通过 SSH X11 Forwarding (转发) 来实现。

X11 中的 X 指的就是 X 协议，11 指的是采用 X 协议的第 11 个版本。

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2. macOS 实现 X11 图形化界面显示

# macOS 安装 xquartz
$ brew cask install xquartz

# 启动 xquartz，实测 `Allow connections from clients` 选项非必须条件
Run Applications > Utilities > XQuartz.app

# 设置 DISPLAY 环境变量
$ export DISPLAY=:0

# 没有使用 xquartz 中 terminal 的话不会自动设置 DISPLAY 环境变量，可能会出现以下错误
$ [root@VM-2-11-centos ~]# firefox
Failed to open connection to "session" message bus: Unable to autolaunch a dbus-daemon without a $DISPLAY for X11
Running without a11y support!
Error: no DISPLAY environment variable specified

# ssh 添加 - Y flag 登录远程主机
$ ssh -Y user@host

# 登录成功后可能出现以下错误，安装 xauth 即可解决
$ ssh -Y root@192.168.117.148
X11 forwarding request failed on channel 0

# 远程主机安装 xauth，以 centos 为例，使用 xclock 可以测试图形化效果
$ yum install -y xauth xclock
$ xclock

# 如果需要浏览器支持安装 firefox 或者 chrome 即可
$ yum install firefox
$ firefox

$ yum install https://dl.google.com/linux/direct/google-chrome-stable_current_x86_64.rpm
$ /usr/bin/google-chrome-stable %U --no-sandbox

3. FAQ

Why do I need to install Xquartz?

From https://stackoverflow.com/a/50182736/6769366

XQuartz is standard. It used to come bundled with the OS, but Apple removed it back around Mavericks.
Why do I have to add environment DISPLAY?

Please see https://askubuntu.com/a/432257/745885^[1]
Why do I have to use -Y instead of -X?

I got the following error when trying to run a python script which draws some curves using matplotlib:

X Error of failed request:  BadAccess (attempt to access private resource denied)
Major opcode of failed request:  18 (X_ChangeProperty)
Serial number of failed request:  12
Current serial number in output stream:  15

This problem is sovled when using -Y instead of -X. Haven’t got enough time to find exact explanation, just post a link for those who are curious:

Can’t run “ssh -X” on MacOS Sierra^[2]