「Mac&Linux」一次基於X和蒲公英組網的遠端桌面嘗試

Leviaton發表於2024-07-17
MacLinux

因為某些原因我必須在遠端條件下使用帶圖形環境的Ubuntu工作。雖然說有向日葵和ToDesk這種遠端控制工具，但是後者經常莫名其妙蹦個錯誤告訴我連不上網路（指的是Mac上的這個軟體連不到它公司自己的網路，連我這個賬號在ToDesk上有哪些線上裝置都不知道），前者怎麼說呢... 我已經受夠遠端桌面那模糊的畫質和時長時短的操作時延了！

我打算試試用VNC或X這種遠端視窗方案。

ssh登入

網路拓撲是這樣的：

（Macbook筆記本） —— （Windows筆記本） —— （Ubuntu 22.04 虛擬機器）

其中Ubuntu是Windows上基於VMware執行的虛擬機器，而且Macbook和Windows分別在兩個大內網裡，沒法直連，這裡採用貝銳蒲公英提供的遠端組網方案（內網穿透好幫手），分別在Macbook和Windows上安裝並執行蒲公英，具體的教程就不需要展示了。

為了描述方便，下面Macbook簡稱Mac，Windows簡稱Win，Ubuntu簡稱VM。

總之，透過蒲公英兩邊都得到了一個虛擬區域網的IP，暫定為Mac得到了172.111.1.14而Win是172.111.1.15。同時Win和VM處於同一個由VMware構成的虛擬網路中，在這個網路中假定Win是192.168.168.1，VM是192.168.168.136。透過實驗可以確認Mac和Win、Mac和Ubuntu、Win和VM都是具有網路可達性的（可以互Ping成功），說明蒲公英組網之後可以正確地修改路由表，使得虛擬區域網中的Mac和虛擬區域網外的VM都能互相發現。

好，抽象的事情要來了。我們先試試能不能從Mac用ssh連線VM：（所有涉及使用者名稱的地方都用gua代替）

~/ $ ssh gua@192.168.168.136
kex_exchange_identification: read: Connection reset by peer
Connection reset by 192.168.168.136 port 22

我的第一個想法是：莫非VM設定出了問題，不允許連線？挨個排查：

  1. Mac和Win之間的網路可達性：互Ping有應答，沒問題
  2. Win和VM之間的網路可達性：互Ping有應答，沒問題
  3. Mac和VM之間的網路可達性：互Ping有應答，沒問題
  4. VM自身的sshd網路設定：從Win用ssh登入VM成功，沒問題
  5. 蒲公英鏈路不允許ssh：從Mac用ssh登入Win成功，不太像是主動的限制
  6. Win本身對ssh鏈路的影響：從Mac用ssh把Win作為跳板登入VM成功，不太像是Win的鍋

顯然，我覺得各個環節都不太可能有問題，除非：蒲公英虛擬組網本身有缺陷，或者Win作為網路節點會對ssh鏈路產生影響。

考慮到蒲公英之前在Linux上的服務端做得實在是太爛了，我傾向於是前者。

那麼，現在就只能用這種指令訪問了。

~/ $ ssh -J gua@172.111.1.15 gua@192.168.168.136

然後它成功了，難評蒲公英。

設定X遠端顯示

X是一套歷史悠久的視窗顯示體系，現在主流的版本號是11，因此也叫X11。在X11裡面：

  • X Server是提供顯示資源的一端，即提供顯示器、鍵鼠輸入訊號的一端。
  • X Client是需要顯示資源的一端，通常指的是應用程式，因為是應用程式有顯示畫面、接受輸入訊號的需求。
  • X Protocol是所用的X協議，體系裡有這麼個概念，但是我們在此不用傾注過多關注。

在一般的使用場景裡，通常是使用者需要讓遠端服務主機上的應用程式（遠端主機通常配置很強效能更好，因此跑計算任務都在遠端主機上）在本地主機上顯示畫面（在本地主機上繪製Python跑出來的曲線圖之類的）。在這個場景中，遠端主機上輸出畫面的應用程式是X Client，而本地主機則需要執行X Server。

這裡Mac上執行X Server，接收來自VM上的X Client們的畫面訊號。

選擇合適的X Server程式

帶有X Server的程式有很多，在Windows上有MobaXterm（內建X Server）和PuTTY、VcXsrv（用X Launch啟動）等。其中以VcXsrv最為經典，可以設定X Server所使用的Display號和Screen號。由於我是在Mac上執行X Server，這裡用的是XQuartz。

有個小坑點，這裡如果用 brew install --cask XQuartz 如果網路變化的話會安裝一個殘缺的XQuartz，而你重新用 brew 安裝並不會告訴你有什麼異常，也不會重新給你裝好，因此建議去官網下載 .pkg 包進行安裝。

在X體系裡，最重要的環境變數是 $DISPLAY ，這個變數決定了X應用程式會往哪個方向建立X連線。在我們所要進行的整個過程中，你都沒有任何必要手動修改這個變數。這是因為：XQuartz會自動修改你在Mac上的 $DISPLAY；而如果你使用 ssh -Y 連線遠端主機， ssh 會自動幫你修改遠端主機上的 $DISPLAY 數值。

# 在Mac上，當你從Launch Pad直接執行完XQuartz，會得到...
~/ $ echo $DISPLAY
/private/tmp/com.apple.launchd.57Nwhjt3kp/org.xquartz:0
# 得到形如上一行的文字

# 在遠端主機上，當你直接使用ssh連線而不配置任何X轉發選項時，會得到...
~/ $ echo $DISPLAY

# 得到空白，說明沒有設定

# 在遠端主機上，當你使用 ssh -Y 連線時，會得到...
~/ $ echo $DISPLAY
localhost:10.0
# 得到這個，說明ssh -Y主動設定了DISPLAY變數

# 當你用VMware直接在有圖形介面的Ubuntu裡執行終端時，會得到...
~/ $ echo $DISPLAY
:0
# 得到這個，這是因為用了預設的本地顯示器，在本地進行顯示

當X Server所在的本地主機和X Client所在的遠端主機的 $DISPLAY 變數都被正確設定時，X方面就沒什麼太大的問題了。

Mac：使用X Quartz實現遠端視窗

Mac上的X Quartz的使用具有比較鮮明的特色。怎麼說呢... 用起來感覺像“訪達”。XQuartz自己是一個程式，而遠端的X Client所產生的視窗則是屬於這個程式的子視窗。

使用X Quartz在Mac上實現遠端視窗的基本步驟如下：

  1. 啟動XQuartz，它應該在“應用程式” -> “其他”或者“實用工具” 裡。如果XQuartz很快就退出了，建議重灌一個。
  2. 在XQuartz中啟動終端
    在XQuartz中啟動終端
  3. 在終端中使用 ssh -Y gua@192.168.168.136 連線所需要的遠端主機
  4. 在終端中執行需要X Server的命令，這時候就會在你的本地主機建立視窗了
    執行X程式效果

值得注意的是，其中的 ssh -Y 在man手冊中被指出是 “Trusted”。我一開始以為是透過 -Y 的話要額外經過身份驗證之類的，後來細究了一下發現 -Y 類似裸奔模式： -X 只允許部分X Client的操作，而 -Y 則沒有這種限制。因此比較正經的教程通常會告訴你應該多用 -X 避免安全問題，而網上的文章通常都會建議你用 -Y 避免在奇怪的地方被莫名其妙地攔住。

這樣的步驟只是讓讀者快速瞭解實現遠端視窗的全部流程，細究起來還是有很多問題，比如：

  1. XQuartz的終端非常難看，不能正確地顯示我的Powerline字型。
  2. 在 .ssh/config 中為目標主機配置快捷啟動和 ForwardX11Trusted yes 好像沒有起到和 -Y 一樣的用處，有待研究。

此外，這樣做的延時是比較恐怖的。雖然繪製的效果不錯，但是上面那個示意圖中xeyes對滑鼠的跟蹤效果的延時高達800ms；我透過終端啟動QtCreator之後，有關操作的延時可以高達13.92s。這樣的延時多少有點不可接受了。

有機會再做個對比實驗，看看網路鏈路在其中的影響有多大。

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