[译]输入系统如何工作——键盘输入

本文是 How input works – Keyboard input 的翻译。

上一篇博文中,我[作者]解释了KWin中,输入设备是如何打开和处理的。在这篇博文中,我们将仔细关注下键盘设备和键盘事件。

键盘并不总是键盘

在Linux中,键盘是一个非常奇特的设备。你不会只有一个键盘,你肯定会有很多个。很多设备宣称自己是键盘,但是只支持一个键。比如,电源按钮或者带静音按钮、音量加减按钮的外置耳机。从输入系统的角度来看,这些设备也是键盘。

对于KWin,发现真正支持的键盘是很重要的。如果没有一个“真的”键盘连接(或者说开启),我们的虚拟键盘应该自动激活。比如,如果你从平板PC二合一设备上拔了键盘,它应该转换为平板模式,即有虚拟键盘的模式。如果连接上了键盘,虚拟键盘就不是主要的输入设备了。libinput提供了函数来检测键盘支持哪些键。我们使用这个功能来区分不同的键盘类型。

键盘事件

在这里,键盘是最简单的输入设备。libinput仅仅触发一个LIBINPUT_EVENT_KEYBOARD_KEY事件,并包含了被按下或者释放的键。KWin有一个专用线程,用来从libinput读取事件。所以这些事件现在仅仅是放在处理队列中,主线程同时也得到新事件通知。一旦主线程处理事件,事件就被转换成我们的输入重定向类。不管事件是通过哪种源头抵达,所有输入事件都会通过输入重定向。KWin不仅仅支持来自libinput的事件,并且支持嵌套会话(即KWin运行在X11之上,或者在另一个Wayland服务器之上),还有在集成测试中使用的模拟事件。这意味着一旦事件到达输入重定向,我们基本上就丢失了事件来自哪个设备这些信息。最近,我们扩展了内部API,可以在事件处理函数中包含设备源,这是可选的。可以在调试终端中使用,来显示哪些设备产生了哪些事件。

xkbcommon

现在,一个键的按下、释放事件到达了中心分发方法KeyboardInputRedirection::processKey。第一件也是重要的一件事就是在xbkcommon中更新键盘状态。xkbcommon被用将物理键为事件,转换过程根据键盘布局、键盘状态(比如激活的修饰符)来进行。比如:如果我按下了“y”键(键码是21)并且“Shift”键是按下的状态,在德语键盘布局下,就会创建“Z”按下的事件;但是在英语键盘布局下,它会是“Y”。

在KWin中,我们将所有需要的xkbcommon功能都封装到Xkb类中。这个类追踪活跃的键盘布局、执行键盘布局切换(当布局变换的时候展示OSD)。它知道上一次按键的符号,当前活跃的修饰符和快捷键相关的修饰符。

当xkb的状态更新的时候,我们也检查很多键盘状态变更。用户是不是激活了数字锁定?如果是这样,我们需要让键盘上的LED做对应的变化,所以我们的libinput代码能够更新物理键盘上LED的状态。修饰副是不是变掉了?如果是这样,我们要将新的修饰符集合通知给Wayland窗口。尽管实际上从key到符号的翻译发生在Wayland客户端,但刚刚讲的翻译过程也在Wayland服务端进行了。为什么KWin也要做这一层翻译呢?这是因为KWin也需要在很多地方使用键盘符号,比如在当前窗口中过滤按键,来实现全局快捷键。

调试终端中的键盘状态

Xkb状态更新功能也能够处理哪些只需要修饰符键就能触发的快捷键。实际上,在这儿处理是不对的,但我们的输入过滤代码没法保证能捕获到所有的输入事件。对于快捷键中的修饰符,看多所有的事件是很基础的需求。所以,唯一的处理地方只能在Xkb中了。这不是最优雅的解决方案,但是能工作。这个功能也被X11使用,我在之前的博文中讲过。

KWin的过滤

现在KWin有足够的信息来处理键盘事件。对于此,它创建自定义的QKeyEvent并将其送到输入过滤链。KWin的输入处理使用了输入过滤器组成的链。每个过滤器都能够对事件做一系列操作,并决定这个事件是不是应该被继续处理,或结束处理。

比如,我们有锁屏过滤器。如果屏幕是锁屏状态,这个过滤器就会过滤事件处理,确保事件只会被送到屏幕锁定程序,不会被其他窗口处理。或者这儿有一个过滤器,确保ctrl+alt+f1在锁屏情况下仍然能够工作。另一个过滤器用来处理全局快捷键,一个将事件传递给特效系统,比如窗口轮转。

在调试终端中,一个输入事件过滤器显示被按下的键

最后一个过滤器是我们的转发过滤器。这个过滤器的任务是转发事件到窗口。它将事件从当前活动的Wayland平面,传递到KWayland::Server。

获得键盘输入焦点的Wayland表面

Wayland服务器需要获取了键盘焦点的平面。在获取了键盘焦点的情况下,KWin相比而言微不足道。KWin有一个叫活动窗口的概念。在转发事件之前,KWin会检查哪个是键盘焦点窗口。如果有一个活动窗口,则该窗口平面被标记为KWayland::Server中的键盘焦点平面。

我们的KWayland::Server库关注发送丢失键盘焦点和获取键盘焦点事件到窗口,所以KWin不需要关注这些。这是我们有一个KWayland::Server抽象层的优势——和混成器无关的一切都在库中被处理了。

Wayland中键盘事件的处理

之前提到的转发过滤器更新键盘平面,并且将当前键盘事件发送到Wayland客户端。对于所有在keysymbol中的处理,都不需要了。key code已经送到了客户端。

客户端从回调中得到键盘事件,现在也将其送到xkbcommon。在Wayland中,keymap从服务端送到客户端,以便服务端和客户端有同样的keymap。客户端现在将key code转换成key symbol,和之前KWin做的一样。

接下来的事件处理在客户端完成。比如在QT中,这一步会产生QKeyEvent,然后送到当前输入焦点的widget。

重复输入键

键盘输入也有一些特殊的模式:重复键。当一些键被按下,产生重复的键输入。KWin使用来自键盘模块的配置来决定什么时候、什么频率来产生重复的按键。一个重复的键不会被转发到KWayland客户端。而是KWin通过Wayland键盘协议告诉键重复的设定,而不是被客户端直接处理。

不幸的是,QT中这个是不能工作的,使用的是硬编码。所以当前在Plasma Wayland的会话中,根据使用的GUI库不同,对重复键的支持很破碎。如果运行在Wayland上的话,KWin支持是正常的,X11程序是对的,GTK程序是对的,QT程序是错的。


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[译]输入系统如何工作——创建设备

本文是How input works – creating a Device的翻译。

最近,我[作者]在KWin/Wayland输入栈上做了一些工作,比如实现了鼠标手势和鼠标限制协议(pointer constraints protocol),并且想写一些系列博客来描述输入事件是如何从设备传递到应用的。在第一篇博文中,我将关注于创建和配置输入设备,以及与此相关的其他事情。

evdev

Linux内核通过evdev API来产生输入事件。如果你对evdev如何工作感兴趣,我推荐你读一读Peter Hutterer写的优秀的博文。对于我们关注的层面来说,输入事件API太底层了,我们仅仅想用对它的一个抽象。

libinput 和设备文件

对输入事件API的抽象叫做libinput。它允许我们得到通知,不论何时添加、删除输入设备、不论何时产生输入事件。但是别急,我们首先需要打开输入设备,这是我们的第一个挑战。

正常情况下,设备文件不能被用户读取。这有好的一面,否则每个程序都能够读取所有的键盘事件。这种情况下,键盘记录器太容易实现了。

但是如果KWin以普通用户的方式运行,普通用户又无法读取设备文件,那KWin如何获取输入?为了让KWin获取输入,我们需要特殊的支持。libinput就是为这种情况准备的,它自己不会尝试打开文件,它会使用用户提供的open_restricted函数。KWin就是这么干的,并将打开文件的任务交给了logind。logind允许一个进程控制当前登录会话。并且这个登录会话的控制进程可以打开一些设备文件。所以KWin和logind的dbus API交互,成为登录会话的控制进程,通过logind的API打开设备文件,并将其传递回libinput。

这也是为什么对于整个Wayland会话,KWin在运行时依赖logind的DBus接口。请注意,这并不意味着你需要使用logind或者sysemd。这仅仅意味着需要一个进程来同logind的DBus接口通讯。

KWin中的设备

现在libinput已经准备好打开设备文件,并且为每个设备触发了LIBINPUT_EVENT_DEVICE_ADDED事件。KWin为每一种设备类型创建了一个小的门面类,来应用设备的配置。KWin支持读取Plasma的鼠标配置模块中的配置选项。并且KWin打开了LED灯,如果设备支持LED灯的话,比如数字锁定灯和大写锁定灯,这也是设备配置过程的一部分。

所有的输入设备都被KWin创建,并且可以在调试终端显示(打开KRunner,输入“KWin”)。KWin从libinput中读取了很多关于设备的信息,并展示在调试终端中。在输入事件选项卡中,每种事件都包含了设备产生该事件的一些信息。

所有的设备也通过DBus暴露出来,和KWin的调试终端信息一样。这意味着可以通过DBus来动态修改配置。不过,KWin在成功应用配置后,会将其保存,以确保你在重启系统、或者重新插拔外部设备后,你的设置能够被恢复。这是一个很重要的特性,用来支持触摸板配置模块。

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