Linux 终端与进程

有趣的问题

Linux 中的 终端，控制台，TTY，PTY 究竟是什么？它们与进程有什么关系？

历史回顾：控制台 (Console)

控制台是一个直接控制设备的面板 (属于设备的一部分)

计算机设备的控制台：按键 & 指示灯 (键盘 & 显示器)

早期的电子计算机必然有一个控制台

历史回顾：终端 (Terminal)

终端是一台独立于计算机的机器，是能够和计算机进行交互的设备

TTY -- 即：TeleType Writer 电传打字机，一种终端设备

以前 TTY 是电传打字机；现在 TTY 已经成为一种标准，其他终端想要和计算机进行交互，就需要遵守 TTY 标准

历史发展进程

电传打字机已经淘汰

计算机上的输入设备和显示设备从主机独立出来

控制台与终端的物理表现形式逐渐趋近

计算机开始支持多任务处理

终端与进程

TTY 演变为 Linux 中的抽象概念，对于进程而言 TTY 是一种输入输出设备

用户进程通过系统调用访问 TTY 设备来获取输入、展示输出；而 TTY 设备运行于内核模式，可以与外设进行交互，而外设为了成功的被进程使用，就需要在驱动层面满足 TTY 标准

各种终端类型

Linux 有两种工作界面模式，一种是图形界面模式，使用的终端是伪终端；另一种是 命令行(文本)模式，使用的终端是虚拟终端

内核终端模拟器

伪终端模型

伪终端 (gnome-terminal)

gnome-terminal 是一个进程，对接 PTY 主设备，可以操控键盘和显卡，bash 也是一个进程，是 shell 的一种类型，对接 PTY 从设备；主设备发送数据后，从设备可以接收到主设备发送的消息，从设备发送数据后，主设备也可以接收到从设备发送的消息，这是一种进程间通信的方法

当我们在命令行中输入 ls 后，bash 去执行 ls 后得到结果，然后将结果发送给 gnome-terminal，gnome-terminal 接收到结果后，会去操控显卡，在命令行中显示结果，这就是使用图形界面的命令行

我们通过 pstree 来查看图形化界面命令行中的进程树，可以看出图形化界面命令行使用的是伪终端

虚拟终端和伪终端的工作模式有较大的差别。但对于shell 进程而说，虚拟终端和伪终端没什么区别，它们都是 tty 设备

伪终端程序设计 (master)

创建 PTY 主从设备：master = posix_openpt(O_RDWR);

创建主设备权限：

• grantpt(master);  // 获取设备使用权限
• unlockpt(master); // 解锁设备，为读写做准备

读写主设备

• c = read(master, &rx, 1);
• len = write(master, txbuf, strlen(txbuf));

伪终端程序设计 (slave)

打开 PTY 从设备：slave = open(path_to_slave, O_RDWR);

读写从设备：

• write(slave, "Delphi\r", 7);
• read(slave, buf, sizeof(buf) - 1);

伪终端程序设计

master.c

#define _XOPEN_SOURCE  600
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
    char rx = 0;
    char rxbuf[128] = {0};
    char txbuf[256] = {0};
    int master = 0;
    int c = 0;
    int i = 0;
    
    master = posix_openpt(O_RDWR); // gnome-terminal
    
    if( master > 0 )
    {
        grantpt(master);
        unlockpt(master);
        
        printf("Slave: %s\n", ptsname(master));
        
        while( (c = read(master, &rx, 1)) == 1 )
        {
            if( rx == '\r' )
            {
                rxbuf[i] = 0;
                sprintf(txbuf, "from slave: %s\r", rxbuf);   // show on screen
                write(master, txbuf, strlen(txbuf));   // keyboard input
                i = 0;
            }
            else
            {
                rxbuf[i++] = rx;
            }
        }
        
        close(master);
    }
    else
    {
        printf("create pty error...\n");
    }
    
    return 0;
}

slave.c

 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    int slave = open(argv[1], O_RDWR);   // shell
    
    if( slave > 0 )
    {
        char buf[256] = {0};
        char* data = "D.T.Software\r";
        int len = strlen(data);
        
        write(slave, data, len);
        
        sleep(1);
        
        len = read(slave, buf, sizeof(buf)-1);
        buf[(len > 0) ? len : 0] = 0;
        
        printf("Read: %s\n", buf);   // system(...)
        
        close(slave);
    }
    
    
    return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

通过打印可以看出，PTY 主从设备可以收到对方发过来的消息

思考

终端必然与进程关联才有意义！那么进程之间除了父子关系，是否还有其他关系？