开源项目：【自动】绘图工具 Graphviz——《太子党关系网络》就是用它制作

2016-02-23 原文 #编程随想 的其它文章

开源项目：【自动】绘图工具 Graphviz——《太子党关系网络》就是用它制作

★先插播一个【安全通告】


一星期前（2月16日）曝光了一个高危漏洞。该漏洞存在于广泛使用的 glibc（GNU C Library）。Linux 和 BSD 上面有非常多的软件依赖了这个库。而且出漏洞的函数是 getaddrinfo——该函数被很多软件（比如：各种脚本语言引擎、SSH、cURL ......）用于 DNS 相关的功能。
这个漏洞是可以被远程利用的。攻击者可以通过好几种方式来利用该漏洞，俺认为可能性比较大的方式是“中间人攻击”。具体的技术细节就不多谈了，感兴趣的同学可以参见 Google 官方的安全博客（链接在“ 这里 ”）。
值得一提的是：
这个高危漏洞，又是 Google 的研究人员披露的。为啥俺要说【又】？因为最近几年，已经有好多个影响很广泛的高危漏洞是 Google 安全研究团队曝光的（还记得前些年那个 “心脏出血”漏洞 吗）。所以，俺把博客架设在 Google 的 Blogspot 平台上还是比较放心的。虽然 Blogspot 博客平台在全球博客市场排名老二，但是份额最大的 Wordpress 平台，出了太多的安全漏洞，令人实在不敢恭维（比如说：前几天 Linux Mint 官网被入侵，就是因为 WordPress 的漏洞）。

当某个高危漏洞曝光之后，到相关软件提供补丁，这中间有一个很危险的窗口期。
由于俺是高危险人士，所以前几天先保持静默（暂不使用“编程随想”这个身份进行网络活动）。


★引子


前段时间俺承诺把《 太子党关系网络 》开源到 俺的 GitHub 帐号 下。
对这个项目而言，“开源”只是一种手段而不是目的，开源的目的是：让更多人能够参与到其中，一起曝光天朝的权贵。
为了更好的达成此目的，今天发一篇博文，扫盲一下 Graphviz 这个牛逼的绘图工具。俺制作的《太子党关系网络》就是用它来【自动】生成各种复杂的网状关系图。


★Graphviz 是啥？


Graphviz 是洋文“Graph Visualization”的缩略词，是一个开源的，跨平台的自动绘图工具，其官网在“ 这里 ”，维基百科的介绍在“ 这里 ”。
这玩意儿诞生于上个世纪末，来自 AT&T 的实验室，属于名门正派出身。十多年来，它已经被广泛使用于各个领域。其 Mac OS 版本甚至还获得了2004年的苹果设计奖。
Graphviz 不但是开源软件，而且是自由软件。使用它完全【无需】付费，也【没有】任何注册码之类的恶心东西。

不见图 请翻墙
（这是 UNIX 操作系统的全家福，基于 Graphviz 绘制）


★Graphviz 能干啥？


“绘图工具”有很多种，Graphviz 主要是用来绘制【关系图】。所以它更类似于微软的 Visio。但是它与 Visio 有一个【本质上】的差异：
用 Visio 画图是【手动】的——你需要动用你的肉眼和手指头。
而用 Graphviz 画图是【自动】的——你只需要告诉 Graphviz 这张图包含哪些元素，元素之间有啥关系，然后 Graphviz 可以【自动】帮你画出来。
那么，你如何告诉 Graphviz 你要画的图形包含哪些元素捏？这就需要用到一个名叫 DOT 的描述语言（待会儿俺会简单介绍 DOT 语言）。


★为啥用 Graphviz 而不用 Visio 或类似的工具？


客观地讲，Graphviz 和 Visio 之类的工具，各有各的特长。因为本文介绍的是 Graphviz，所以下面聊一下：哪些场景是 Graphviz 胜过 Visio 类工具的。
简而言之，Graphviz 胜过 Visio 这类工具的关键在于【自动布局】。如果你要绘制的关系图非常复杂，这时候【手动】布局就变得极其繁琐。而 Graphviz 的自动布局功能，再复杂的关系图，也可以自动搞定。
请看下面几个例子（都是用 Graphviz 自动绘制的）

不见图 请翻墙
（这是美国本土48个州的比邻关系。不含2个海外的州）

可能有读者此图不以为然，觉得48个节点不算多。这张图如果【手工】绘制，难点之一在于：如何让所有联线的交叉最少（图中只有一处交叉）。单单这点就足够伤脑筋了。
而 Graphviz 的自动布局功能，【无需】人为干预就可以做到“最小化连线交叉”。

不见图 请翻墙
（这是俺整理的《 太子党关系网络 》其中一幅图。
注：原图太大，缩小4倍之后裁剪其中一部分）

如果你想看更复杂的关系图，可以去 Graphviz 官网。那上面收集了一些【超级复杂】的关系图（链接在“ 这里 ”）。


★Graphviz 软件的使用


◇下载、安装


想下载的同学，直接上 官网的这个页面
对于用 Linux 的同学，主流发行版的“软件仓库”应该都包含了 graphviz，你只需用发行版内置的软件包管理器，就可以把 graphviz 装好。
对于用 Mac OS 的同学，官方的 MacPorts 软件仓库已经包含 graphviz 啦。

◇DOT 命令行的使用


（如果你从来没有用过命令行，建议先了解“命令行”相关的基本概念，再来本看小节）
假设你已经用 DOT 语言写好了一个关系图的描述文件，假设这个文件名是 test.gv 那么你可以进入 test.gv 所在的目录，然后用如下命令生成【png图片】 
dot -Tpng -O test.gv
对于 Windows 用户的说明：
你可以把 graphviz 安装目录下的 bin 目录添加到 PATH 环境变量中，就可以在命令行中直接使用 dot 命令。否则的话，你需要用【全路径】方式来启动 dot 命令。

◇支持的输出格式


上述命令行中的 -Tpng 表示生成的文件类型是png图片。如果你需要生成其它格式，也可以。目前 Graphviz 支持很多种格式，
图片格式【至少】支持：png、jpg、gif、bmp、tiff、ico、svg
文档格式【至少】支持：pdf、ps/eps
完全的输出格式说明参见 官网这个页面 。

◇关于扩展名的说明


DOT 的描述文件有好几种扩展名，用得比较多的就是 .dot 扩展名。
但是这个扩展名与微软的 Word 模板的扩展名冲突了。所以俺在本文的示例，用的都是 .gv 这个扩展名。


★DOT 语言入门


◇概述


前面提到，你需要通过 DOT 语言来描述一个关系图，然后 Graphviz 根据这个 DOT 语言的描述来自动生成图形。
很多读者一听到“语言”就先望而生畏，其实这个 DOT 并不复杂。从原则上讲，它只描述三种东西，分别是：点（node）、线（edge）、图形（graph）。你可以通过 DOT 语言定义这三种东西的属性（比如：颜色、形状）。

◇两种图：有向图（digraph） VS 无向图（graph）


DOT 语言支持两种图形，分别是“有向图 和 无向图”。通俗地说，“有向图”里面的连线是有箭头（比如前面给出的那张“太子党关系图”）；反之，“无向图”里面的连线是没有箭头的，比如前面那张“48州的比邻关系图”。

定义一个无向图很简单，先看下面这段代码。 
graph simple
{
    a -- b -- c;
    b -- d;
}
// 这是个无向图

上述代码的效果图如下：
不见图 请翻墙

要定义一个有向图，也很简单，代码如下： 
digraph simple
{
    a -> b -> c;
    b -> d;
}
/* 这是个有向图 */

上述代码的效果图如下：
不见图 请翻墙

这2段代码中， graph 用来表示一个无向图； digraph 用来表示一个有向图。
示例中的 simple 表示图的名称。图的名称可以是【英文字母、下划线、数字、中文】。最好【不要包含】其它英文的标点符号（也就是【半角符号】），可能会导致一些语法错误。但是中文标点符号（也就【全角符号】）没有关系。
花括号/大括号 里面的语句表示【图的定义】——这张图包含哪些内容。每一条语句以【分号】结尾（类似于 C、C++、Java 的语法）。
顺便提一下 DOT 语言的注释（其注释的语法与 C、C++、Java 类似），包括如下两种：
单行注释
以 // 表示——【该行】后续的内容为注释
多行注释
以 /* 和 */ 包含起来的内容为注释

◇节点（node）


通过上面两个例子，你应该已经获得了感性的认识。OK，下面来讨论“节点”（node）的概念。
在上面两个例子中， a b c d 都是【节点名】，分别代表节点。在图的定义中，相同名称就代表同一个节点。当 DOT 编译器碰到一个新的名称，就认为这是一个新的节点。
节点的命名规范类似于图的命名规范，此次不再罗嗦。如果某个节点没有设置 label 属性（关于【属性】，下面会聊到），那么图形中就用节点名作为该节点的标题——就好比前面两幅简单的示意图。

◇节点（node）的属性


在节点名之后可以使用 方括号/中括号 来定义该节点的属性，属性之间用【半角】逗号分隔。
属性的定义采用如下形式：
属性名 = 属性值
（如果属性值包含空格，需用【半角】引号把属性值引用起来）

常用的【属性名】包括如下：
label——标题
color——颜色
style——样式
shape——形状
（还有更多属性，可以参见官网“ 这个链接 ”）

给一个示例代码及效果图，你一看就明白了： 
digraph node_attr
{
    shape1 [shape=box, label="编程随想注：\n矩形节点"];
    shape2 [shape=circle, label="编程随想注：\n圆形节点"];
    shape3 [shape=ellipse, label="编程随想注：\n椭圆形节点"];
    shape4 [shape=polygon, sides=4, skew=0.4, label="编程随想注：\n平行四边形节点"];
    shape5 [shape=none, label="编程随想注：\n无边框节点"];
    shape1 -> shape2 -> shape3 -> shape4 -> shape5

    color1 [color="blue", label="编程随想注：\n蓝色边框"]
    color2 [color="green", style=filled, label="编程随想注：\n绿色填充"]
    color3 [color="#ff0000", style=filled, fillcolor="yellow", label="编程随想注：\n红色边框+黄色填充"]
    color4 [color="#0000FF" style=filled, fillcolor="green:red", label="编程随想注：\n蓝色边框+从绿色到红色渐变填充"]
    /* 上面两个节点采用 HTML 的颜色语法，dot 支持 这种语法 */
    color1 -> color2 -> color3 -> color4

    text1 [shape=box, fontsize=12, label="编程随想注：\n小字体"]
    text2 [shape=box, fontsize=24, label="编程随想注：\n大字体"]
    text3 [shape=box, fontcolor="blue", label="编程随想注：\n蓝色文字"]
    text4 [shape=box, label=<编程随想注：<br/><b>粗体</b> <i>斜体</i><u>下划线</u>>]
    // 注意：text4 使用 HTML 风格的 label，无需引号，但必须用尖括号
    text1 -> text2 -> text3 -> text4
}
不见图 请翻墙

补充说明：
在上述示例，俺刻意用到了 HTML 的颜色语法。关于这种语法的说明可以参见维基百科的 这个链接 。

◇连线（edge）


聊完【节点/node】，再来聊【连线/edge】。
如前面所示，无向图的连线用 -- 表示，有向图的连线用 -> 表示，非常形象。定义连线的语句也是以分号结尾。
连线与节点的关键差异之处在于——节点有名称而【连线没有名称】。

◇连线（edge）的属性


连线也可以设置属性，其属性写在定义连线的语句末尾，语法类似节点属性。
常用的【属性名】包括如下：
label——标题
color——颜色
style——线条的样式
dir——连线的方向（仅用于有向图，可设置：正向箭头、反向箭头、双向箭头）
arrowhead——前端的样式
arrowtail——末端的样式
（还有更多属性，可以参见官网“ 这个链接 ”）

下面给几个示例，你自己去揣摩（以【有向图】作示范） 
digraph edge_attr
{
    style0[label="编程随想注：\n以下是样式的示例"];
    style1[label=""] style2[label=""] style3[label=""] style4[label=""];

    style0 -> style1 [style=solid, label="实线"];
    style1 -> style2 [style=bold, label="粗线"];
    style2 -> style3 [style=dashed, label="短划线"];
    style3 -> style4 [style=dotted, label="虚线"];

    arrow0[label="编程随想注：\n以下是箭头的示例"];
    arrow1[label=""] arrow2[label=""] arrow3[label=""] arrow4[label=""] arrow5[label=""] arrow6[label=""];
    arrow0 -> arrow1 [dir=both, label="双向箭头"];
    arrow1 -> arrow2 [arrowsize=2.0, label="大箭头"];
    arrow2 -> arrow3 [arrowhead="open", label="带倒钩的箭头"];
    arrow3 -> arrow4 [arrowhead="halfopen", label="单边倒钩"];
    arrow4 -> arrow5 [arrowhead="ediamond", label="菱形箭头"];
    arrow5 -> arrow6 [arrowhead="dot", label="圆形箭头"];

    color0[label="编程随想注：\n以下是颜色的示例"];
    color1[label=""] color2[label=""] color3[label=""];
    color0 -> color1 [color="blue", label="蓝色"];
    color1 -> color2 [color="red:blue", label="双色"];
    color2 -> color3 [color="green:red;0.4:blue", label="颜色分段"];
}
不见图 请翻墙

◇图的属性


说完了“节点”和“连线”，最后稍微聊一下“图”本身的属性。
常用的【属性名】包括如下：
label——标题
bgcolor——颜色
fontname——字体名称（【不】影响节点和连线）
fontsize——字体大小（【不】影响节点和连线）
fontcolor——字体颜色（【不】影响节点和连线）
center——是否居中绘制
（还有更多属性，可以参见官网“ 这个链接 ”） 

digraph graph_attr
{
    graph[bgcolor="cadetblue" label="图的标题" fontsize=24 fontcolor="green"];

    node0 -> node1;
    node0 -> node2;
}
不见图 请翻墙

◇进阶


前面俺讲的都是 DOT 最基本的概念和使用。DOT 语言还有一些更高级的用法，感兴趣的同学可以参考下一个章节（★相关资源）给出的“dotguide.pdf”。


★相关资源


◇官网的资源


以下是官网上的若干在线文档：
http://www.graphviz.org/doc/Dot.ref
http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html
http://www.graphviz.org/doc/info/shapes.html
http://www.graphviz.org/doc/info/arrows.html
http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html

官方提供的 DOT 语言完整的指南（dotguide.pdf）

Graphviz 官方的 GitHub 帐号

◇编辑器


自带的编辑器

Graphviz 软件包中自带了 gvedit 和 vimdot。

Emacs 的 mode

https://github.com/ppareit/graphviz-dot-mode
俺平时用这个 mode 来编辑 dot 数据文件。它可以实现“所见即所得”——每次修改完，直接在 Emacs 另一个窗口预览图片。
其作者提供的效果图如下：
不见图 请翻墙

VI/VIM 的插件

https://github.com/wannesm/wmgraphviz.vim

◇编程语言的整合


JavaScript

https://github.com/mdaines/viz.js

https://github.com/gyuque/livizjs

Python

https://pypi.python.org/pypi/graphviz

Ruby

https://github.com/glejeune/Ruby-Graphviz

Java

http://jgraphviz.sourceforge.net/


俺博客上，和本文相关的帖子（需翻墙） ：
《 如何选择开源项目 》
《 曝光天朝权贵——《太子党关系网络》2.2 版本发布 》
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