一行密码背后的世界：深入理解 Linux 登录系统的原理与实现

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开机第一件事是什么？输入密码！你可能习以为常，但在这简单的敲击回车背后，Linux 已经悄悄启动了一整套严密的登录体系。今天，我们一起走进这个看似普通却至关重要的流程。

一、前言：从一串密码说起

作为一名程序员，每次打开电脑，首先面对的就是登录界面。Windows 的图形界面大家都熟悉，而 Linux 的终端登录界面，简洁而纯粹，深得我心。

最初我也曾疑惑：这个黑乎乎的界面靠谱吗？登录是怎么运作的？安全性又如何保障？直到深入源码，才发现原来这背后，是一整套严密、模块化的设计。

本篇文章将带你一步步揭开 Linux 登录系统的面纱，从界面启动、用户验证到 shell 启动，全面解析其运行机制和背后的源码实现。

二、第一道门：登录界面的出现

Linux 系统启动后，首先出现的就是我们熟悉的终端登录界面。这一界面，最经典的就是由 mingetty 程序负责。

🎯 `mingetty` 是什么？

mingetty 是一个轻量级的终端登录管理器，它的核心职责包括：

初始化终端设备（如 /dev/tty1、/dev/tty2）
设置终端属性（比如关闭密码回显）
显示登录提示，等待用户输入用户名

📌 示例源码：

int tty_fd = open("/dev/tty1", O_RDWR | O_NOCTTY);
if (tty_fd == -1) {
    perror("Failed to open tty");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

接着，它会设置终端属性，关闭回显功能：

struct termios new_termios;
tcgetattr(tty_fd, &new_termios);
new_termios.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO);
tcsetattr(tty_fd, TCSANOW, &new_termios);

此时，你看到的“login:”提示，就来自它！

三、核心大脑：`login` 程序的验证机制

用户输入用户名之后，系统会将控制权交给 login 程序，它是登录系统的核心组件。

1. 检查用户名有效性

如果是普通用户，而且系统中存在 /etc/nologin 文件，系统会直接拒绝登录，并显示该文件的内容。这通常用于维护期间，防止用户干扰系统操作。

if (strcmp(username, "root") != 0 && access("/etc/nologin", F_OK) == 0) {
    FILE *nologin_file = fopen("/etc/nologin", "r");
    if (nologin_file) {
        char buffer[1024];
        while (fgets(buffer, sizeof(buffer), nologin_file) != NULL) {
            write(STDOUT_FILENO, buffer, strlen(buffer));
        }
        fclose(nologin_file);
    }
    exit(EXIT_FAILURE);
}

2. root 用户登录控制

Linux 对 root 用户的登录限制更严：

只有 /etc/securetty 文件中列出的终端，root 才能登录；
如果该文件不存在，root 可在任意终端登录。

判断逻辑如下：

int is_secure_terminal(const char *tty_name) {
    FILE *securetty_file = fopen("/etc/securetty", "r");
    if (securetty_file) {
        char buffer[1024];
        while (fgets(buffer, sizeof(buffer), securetty_file) != NULL) {
            buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;
            if (strcmp(buffer, tty_name) == 0) {
                fclose(securetty_file);
                return 1;
            }
        }
        fclose(securetty_file);
    }
    return 0;
}

四、密码验证：加密算法保障安全

验证用户名之后，下一步是密码验证。Linux 系统通常使用 /etc/shadow 文件存储加密后的密码。

验证流程包括：

读取用户密码的哈希值；
对用户输入的密码进行加密；
比对是否一致。

示例代码：

#include <shadow.h>
#include <crypt.h>

int verify_password(const char *username, const char *password) {
    struct spwd *sp = getspnam(username);
    if (sp == NULL) return 0;

    char *encrypted = crypt(password, sp->sp_pwdp);
    if (encrypted != NULL && strcmp(encrypted, sp->sp_pwdp) == 0) {
        return 1;
    }
    return 0;
}

大部分现代系统使用的是 SHA-512 加密方式，兼顾安全性和性能。

五、会话管理与 Shell 启动

通过验证后，login 会为用户创建一个新的会话，并启动用户的默认 shell（如 /bin/bash）。

创建会话：

pid_t pid = setsid();
if (pid == -1) {
    perror("Failed to create new session");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

启动 shell：

struct passwd *pw = getpwnam(username);
if (pw == NULL) {
    perror("Failed to get user information");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
char *shell_path = pw->pw_shell;
char *args[] = {shell_path, NULL};
execve(shell_path, args, environ);

此时，熟悉的命令提示符出现，用户就真正“进入系统”了。