操作系统实现之路：GUI模块分层架构

作为操作系统的关键组成部分，GUI必须按硬件无关性设计，以便能够支持多种多样的显示硬件。如果不做任何抽象，按照VBE标准取得显卡的显存地址，直接进行显存写操作，这样的可移植性显然不高。毕竟VBE是基于PC的标准，其他的非PC硬件平台一般不支持这个标准。

把一个功能进行层次化划分，定义层次之间的接口，是实现可移植性的比较好的选择。但仅仅用层次化的方式隔离硬件实现和软件实现，也存在一些局限，比如不能同时支持多种硬件等。因此Hello China的GUI模块在设计的时候，综合利用了层次化的划分方法和面向对象的抽象方法，定义了一个名为Video的抽象对象，来实现对硬件的管理，同时实现软硬件的有效隔离。图11-1说明了这个架构。

图11-1 GUI模块的分层架构

每个层次的含义如下：

（1）显示卡等物理硬件层：这是纯粹的物理硬件设备，用于提供实际的显示和绘制服务

（2）Video对象层：系统中的每个显示设备，比如显示卡等，都会被抽象成一个Video对象，这样就可以适配系统中有多个显示设备的场景。由Video对象来实际操作对应的硬件，并向上层呈现统一的功能接口。Video对象层提供多个Video的管理功能，比如管理哪个Video对象是当前的默认输出对象，在有多个Video对象的时候，是采用镜像输出机制（每个Video对象输出相同的内容），还是采用拼接输出机制（每个Video输出部分内容，所有Video的输出，组成完整画面）。在V1.75的实现中，只能支持一个Video对象的输出，但后续版本可扩展到多个Video对象的同时输出和管理。(www.xing528.com)

（3）通用绘制层，该层是一个封装层，封装Video对象层的各个对象提供的功能，为核心窗口层提供统一的绘图服务。之所以增加这个层次，是因为在Video对象层中，可能存在许多个Video对象，而这些不同的Video对象所提供的服务可能不同。这样为了协调一致，对更上层呈现一个统一的调用界面，所以增加了这一层进行适配。

（4）核心窗口层，实现最核心的窗口机制。比如窗口的创建、绘制、销毁等操作，窗口消息的缺省处理、窗口的刷新等功能。这个层次是整个GUI部分的核心。

（5）通用控件层，即实现通用控件功能的层次。所谓的通用控件，就是组成GUI界面的按钮、菜单、编辑框、对话框等界面要素。这个层次基于核心窗口层功能，实现了很多预定义的通用控件，通过更加简洁的接口，提供给上层的应用使用。

（6）应用程序层，这就是具体的用户应用程序所在的层次。这个层次的代码，可以调用通用控件层提供的功能函数，来构筑基于应用的用户界面。这个层面完全是由应用程序实现的，严格来说，不算是操作系统GUI模块的一部分。

每个层次都是按照面向对象的思想，把相关功能划分为一个一个的对象来分别实现。比如核心窗口层，就通过一个WindowManager的核心对象来实现，统筹管理所有最底层的窗口功能。

接下来重点介绍Video对象层的功能和实现，其他层次会陆续展开描述。