进栈不排队 - proj340 - Wayland 平铺式桌面管理器

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目录

• 进栈不排队 - proj340 - Wayland 平铺式桌面管理器
  • 目录
  • 基本信息
  • 项目简介
  • 项目演示
  • 项目运行
  • 项目结构
  • 项目进度
• 性能分析
• 参考文件
• 贡献者

基本信息

• 比赛类型：OS功能赛道
• 学校名称：杭州电子科技大学
• 队伍编号：T202510336995660
• 队伍名称：进栈不排队
• 队伍成员：
  • 林灿
  • 吴悦怡
  • 陈序
• 指导老师：周旭，王俊美

项目简介

本项目的详细技术文档目录在 wiki 中，其中包含了详细的模块设计，解释，测试评估等内容。

本项目基于 Smithay 使用 Rust 开发了一个使用 Wayland 协议的平铺式桌面显示系统。项目能够在裸机终端中自行初始化 DRM/KMS 图形管线，并通过 GBM 和 EGL 建立 GPU 渲染上下文，使用 OpenGLES 进行硬件加速合成显示。启动后该 Compositor 接管系统图形输出，并成为客户端程序（如终端模拟器、浏览器）的 Wayland 显示服务。

项目文档

ppt与视频链接：https://pan.baidu.com/s/1rbNUo9MPMoF6pzZGAx5mGw?pwd=51vr

• 设计哲学

  “Beauty is the promise of happiness.” — Stendhal

  • 本项目秉持 “优雅即力量” 的设计哲学，力求在系统结构与用户体验之间取得和谐平衡。无论是内部代码逻辑还是外部交互呈现，都追求简洁、清晰而富有韵律的表达。

• 代码体量

  • 新增 10,000+ 行 Rust 代码，配套有 markdown 文档与基础 config 配置文件。

• 全栈实现

  • 实现双后端架构：winit 支持桌面环境，tty 支持裸机直启，图形界面无需登录管理器，直接运行于 GPU 设备之上。

• 数据结构与算法

  • 引入改造后的 容器式二叉树布局方案，实现灵活的平铺与窗口变换；结合 SlotMap 实现节点的 常数时间 复杂度插入、删除与查找，极大提升动态性能。

• 开箱即用，可编程式定制

  • 适配大部分 linux 发行版，部署操作简单，提供默认桌面模板，同时支持通过配置文件与自定义 Shell 脚本进行深度定制。

• 动画与渲染

  • 自定义过渡动画与渲染逻辑，配合手写 GLSL shader，实现流畅、响应式的交互体验，视觉层次统一且精致。

项目演示

项目运行

Wayland 基础协议配置：

# for nixos 
nix develop --impure

# else linux version:
# base depends
libwayland
libxkbcommon
libudev
libinput
libgbm
libseat
xwayland

# ubuntu
# wayland
sudo apt install wayland-protocols
# lib
sudo apt install libseat-dev libinput-dev libxkbcommon-dev libgbm-dev
# opengl
sudo apt install libgl1 mesa-utils libgl1-mesa-dev libdrm-dev libgl1-mesa-dri libegl-mesa0 

# add video groups
sudo usermod -aG video $USER

# extra
# fcitx5 输入法安装
sudo pacman -S fcitx5-im fcitx5-chinese-addons fcitx5-rime

# kitty 终端安装
sudo pacman -S kitty

项目运行：

# 获取源代码
git clone https://github.com/Linermao/Mondrian.git

cd /Mondrian

# 初始化配置
./set_up.sh

# 初始化配置文件
cargo build

# 直接执行
cargo run

# 导出可执行文件
cargo build --release

项目结构

📦 项目结构
├── 📁 src                  # Rust 源代码目录
│   ├── backend/                # 后端初始化与设备管理
│   ├── config/                 # 键盘快捷键与其他配置文件
│   ├── input/                  # 输入监听相关模块
│   ├── layout/                 # 布局模块
│   ├── manager/                # 二级模块管理
│   ├── protocol/               # Wayland 协议实现模块
│   ├── render/                 # 渲染相关模块
│   ├── utils/                  # 工具函数
│   ├── state.rs                # 全局状态结构体定义
│   └── main.rs                 # 程序入口
├── 📁 resource             # 外部资源文件，如图标、字体等
├── 📁 wiki                 # 技术文档与开发记录
├── 📄 Cargo.toml           # Rust 配置文件，包含依赖与元信息
├── 📄 flake.lock           # nix 版本控制文件
├── 📄 flake.nix            # nix flake 文件，一键复原开发环境
├── 📄 README.md            # 项目英文说明
└── 📄 README_zh-CN.md      # 项目中文说明与竞赛背景

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 Language              Files        Lines         Code     Comments       Blanks
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
 CSS                       1          126          100           10           16
 Fish                      1           32           20            5            7
 GLSL                      7         2172         1633          162          377
 Nix                       1           82           61           10           11
 Shell                     4          109           68           15           26
 Plain Text                1           21            0           17            4
 TOML                      1           58           54            0            4
 Typst                     1         2068         1506           36          526
─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
 Markdown                  5          710            0          407          303
 |- BASH                   1           35           15           11            9
 |- Rust                   1          129          101           14           14
 (Total)                              874          116          432          326
─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
 Rust                     41         9193         7555          373         1265
 |- Markdown               4           21            0           18            3
 (Total)                             9214         7555          391         1268
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
 Total                    63        14756        11113         1078         2565

项目进度

🗿 里程碑事件

日期	功能实现
2025.3.25	基础 compositor 开发，实现 client 与 compositor 的简单通信。
2025.3.29	输入设备交互逻辑实现完成。
2025.4.16	优化布局算法，使用 slotmap 实现高效动态平铺。
2025.5.20	完成 tty 裸机模式下的直连启动
2025.6.6	实现窗口动画效果
2025.6.19	完成 layer-shell 协议
2025.7.15	更新动态平铺二叉树的算法，优化了通信 cache
2025.7.21	完成 Xwayland 协议，现在支持打开 steam 玩游戏了

🎯 项目启动与协议实现

• 实现 winit 后端启动

• 实现 tty 后端启动

• 实现无 GPU 渲染（基于 CPU software rendering）

• 实现 xdg_shell 基本协议支持

• 实现 layer_shell 基本协议支持

• 实现 xwayland 基本协议支持

🧩 输入设备管理

• 实现鼠标，键盘的监听与管理

• 实现键盘快捷键响应

• 实现 keybindings.conf 自定义键盘快捷键

• 实现使用键盘控制窗口的移动与布局

• 实现使用鼠标进行窗口的移动与缩放

• 实现拓展设备的输入监听 - 触摸板，手写板，VR设备等

• 实现多套输入设备的处理机制，避免冲突

🪟 窗口与布局管理

• 实现基本的平铺式布局（跟随鼠标 focus）

  • 实现 二叉容器树 数据结构，实现插入，删除基本窗口操作

  • 实现 全局邻接表 数据结构，实现对邻居窗口的方向感知

• 实现多种平铺算法的热切换与自定义调整

  • 动态平铺算法（NeighborGraph）

  • 添加 Spiral 布局方案

  • 切换与自定义机制

• 实现多显示器（output）的输出逻辑

  • 自动发现输出设备

  • 独立管理每个 output 的 layout / workspace

• 优化工作区（workspace）的切换逻辑

  • 每个 output 绑定一个默认 workspace

  • 跨 output 的 window 移动逻辑

• 实现 tiled 与 floating 窗口的互换与共存

• 优化 popups 管理逻辑，允许其成为 floating 窗口

🎨 美化效果

• 实现动画效果（窗口动画 / 过渡效果）

• 实现更好的 focus 边框效果（呼吸状态 / 颜色渐变）

• 实现 swww 壁纸设置

• 实现 waybar 状态栏设置

🧠 状态与记忆功能

• 实现软件组布局记忆功能

  • 支持软件 ID 分组（如 terminal + browser）

  • 保存并恢复各窗口位置、大小、浮动状态

🧭 性能测试与优化

• 使用 tracing 进行事件信息追踪

• 使用 tracing 进行事件耗时追踪

• 实现 GPU 渲染优化

参考文件

• https://github.com/Smithay/smithay
• https://github.com/YaLTeR/niri
• https://docs.rs/smithay
• https://wayland-book.com/
• https://wayland.freedesktop.org/docs/html/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Windowing_system
• https://wayland.app/protocols/
• https://support.touchgfx.com/docs/basic-concepts/framebuffer

贡献者

• 林灿：Linermao