92、BSD 打印系统架构与操作指南

BSD 打印系统架构与操作指南

1. 系统问题处理

在使用打印机时，若创建的打印机让系统产生混淆，最佳解决办法是彻底移除该打印目标，然后重新设置。有时系统混乱程度严重，甚至连移除打印机都变得困难。此时可采用以下强力方法解决：

$ sudo lpshut
$ sudo lpadmin -xhoser
$ sudo find /usr/spool/lp -name hoser | xargs rm -rf
# remove queued jobs
$ sudo lpsched
$ sudo lpstat -t

上述命令中，前两条命令用于关闭打印假脱机程序，并尝试按照规定方法移除打印机。若系统混乱， lpadmin -x 可能会失败。 find 命令用于移除打印机的所有接口程序和假脱机目录。 lpsched 用于重启假脱机程序， lpstat 则会显示打印系统中不再有对该打印机的引用。

2. BSD 打印系统概述

2.1 系统历史与特点

BSD 打印系统最初是为老式行式打印机设计的，但因其设计优良，如今已能支持更多现代打印机和打印语言。其网络部分还可扩展到大型异构网络，允许多台计算机共享打印机。曾有一段时间，BSD 打印假脱机程序 lpd 被广泛接受，甚至出现在一些网络打印机的固件中。

2.2 系统架构

• lpd 守护进程 ：控制对打印机的访问，接收用户或其他（远程） lpd 发送的打印作业，处理后将其发送到实际打印机。它从 /etc/printcap （系统的打印机信息数据库）中读取打印机配置信息。
• lpr 程序 ：用户使用 lpr 程序向 lpd 提交打印作业，二者通过 UNIX 域套接字 /dev/printer 进行通信。 lpr 确定打印目标的顺序为：先查看命令行中的 -Pprinter 参数；若未指定，则检查环境变量 PRINTER ；若仍未找到，则将作业提交给系统默认打印机（名为 “lp” 的打印机，若不存在则为 /etc/printcap 文件中描述的第一台打印机）。
• 打印作业处理流程 ：
  1. lpr 确定目标打印机后，在 /etc/printcap 中查找该打印机信息，获取假脱机目录（通常为 /var/spool/lpd/printername ）。
  2. 为每个作业在假脱机目录中创建两个文件：以 cf 开头的控制文件，包含作业的引用和处理信息；以 df 开头的数据文件，包含实际要打印的数据。
  3. lpr 完成文件假脱机后，通知 lpd 作业的存在。
  4. lpd 接收通知后，根据 /etc/printcap 判断打印机是本地还是远程。若是本地打印机，检查相应队列上的打印守护进程是否运行，必要时创建一个；若是远程打印机，打开与远程机器 lpd 的连接，传输数据和控制文件，并删除本地副本。
  5. 打印作业按先进先出原则调度，但系统管理员可使用 lpc 对单个作业进行调整。
  6. 作业准备打印时， lpd 在假脱机文件和打印硬件之间创建一系列 UNIX 管道，并在中间安装过滤进程，用于在数据到达打印机前审查和编辑数据流。

2.3 打印环境控制命令

日常维护打印系统通常只需使用三个命令： lpq 、 lprm 和 lpc 。
| 命令 | 位置 | 功能 |
| ---- | ---- | ---- |
| lpc | /usr/sbin | 控制打印机或队列 |
| lpd | /usr/sbin | 调度和打印作业 |
| lpq | /usr/bin | 显示打印队列内容和状态 |
| lpr | /usr/bin | 排队打印文件 |
| lprm | /usr/bin | 取消排队或正在打印的作业 |
| lptest | /usr/bin | 生成 ASCII 测试图案 |

2.4 各命令详细介绍

• lpd ：使用 -l 标志启动 lpd 时，它会通过 syslog 在 “lpr” 设施下记录打印请求；不使用该标志时，仅记录错误。访问控制基于主机粒度，只有 /etc/hosts.lpd 文件中列出的主机才能假脱机打印作业。
• lpr ：是 BSD 风格系统中唯一可对文件进行打印排队的程序。其他导致文件打印的程序（如 enscript 或浏览器）必须通过调用 lpr 来实现。常用标志包括 -#num （打印 num 份副本）和 -h （取消页眉页）。例如，要打印名为 thesis 的文件两份到名为 howler-lw 的打印机，可运行：

$ lpr -Phowler-lw -#2 thesis

• lpq ：通常使用 -P 选项选择打印机， -l 标志可提供更详细的输出。示例输出如下：

$ lpq
anchor-lj is ready and printing
Rank    Owner    Job    Files           Total Size
active  garth    314    domain.2x1.ps   298778 bytes
1st     kingery  286    standard input  17691 bytes
2nd     evi      12     appendices      828 bytes
…

• lprm ：最常见的形式是 lprm jobid ，用于删除指定作业； lprm user 用于删除指定用户的所有作业；不带参数的 lprm 删除当前活动作业； lprm - 删除自己提交的所有作业（若为根用户，则删除队列中的所有作业）。普通用户无法删除他人的作业，只有超级用户可以。需要注意的是，尝试删除活动作业可能会导致某些打印机出现问题，若出现问题，可使用 ps 识别过滤进程并手动终止，也可杀死并重启 lpd 的主副本，手动从假脱机目录中删除作业。
• lpc ：可执行多种功能，如启用或禁用特定打印机的排队、启用或禁用特定打印机的打印、移除打印机队列中的所有作业、将作业移到打印机队列顶部、启动、停止或重启 lpd 守护进程以及获取打印机状态信息。不过，当打印系统出现小问题时， lpc 可能会出现故障，甚至有时声称已解决问题但实际并未执行任何操作。 lpc 不能跨网络使用，必须登录到拥有要操作打印机的机器上使用。其常用命令如下：
  • help [command] ：不带参数时显示所有可用 lpc 命令的简短列表；带参数时显示特定命令的单行描述。
  • enable printer 和 disable printer ：启用或禁用向指定打印机的作业假脱机。
  • start printer 和 stop printer ：启用或禁用指定打印机的打印。
  • abort printer ：类似于 stop ，但不允许当前活动作业完成，重新启用打印时作业将重新打印。
  • down printer message 和 up printer ：影响打印机的假脱机和打印功能， down 用于在打印机出现问题或需要长时间离线时使用，可提供一条描述信息； up 用于恢复打印机。
  • clean printer ：移除打印机队列中的所有排队作业，但允许当前作业完成。
  • topq printer jobid 和 topq printer username ：将指定作业或指定用户的所有作业移到打印机队列顶部。
  • restart printer ：重启神秘死亡的打印守护进程。
  • status printer ：显示打印机的四个方面信息：是否启用假脱机、是否启用打印、队列中的条目数以及打印机守护进程的状态。

3. /etc/printcap 文件

3.1 文件概述

/etc/printcap 是 BSD 打印系统的主数据库，包含打印到本地和远程打印机所需的信息。在向打印机提交作业之前，必须在该文件中描述该打印机。

3.2 文件格式

其格式与 /etc/termcap 和 /etc/remote 相同。每个条目的第一项是打印机的名称列表，用竖线分隔；后面是一系列用冒号分隔的配置设置。配置选项的形式为 xx 、 xx=string 或 xx#number ，其中 xx 是参数的双字符名称， string 和 number 是要分配给它的值。若未分配值，该变量为布尔型，其存在表示 “true”。允许使用空语句，可在每行开头和结尾添加冒号以方便后续修改。注释以井号 # 开头，条目可跨多行，中间行以反斜杠结尾，后续行按惯例缩进。

3.3 示例

以下示例定义了一台连接到 anchor 机器的远程打印机：

anchor-lj|cer|1-56|LaserJet 5M in lab:\
:lp=/var/spool/lpd/anchor-lj/.null:\
:sd=/var/spool/lpd/anchor-lj:\
:lf=/var/adm/lpd-errs:\
:rw:mx#0:rm=anchor:rp=anchor-lj:

从第一行可知，“anchor - lj”、“cer”、“1 - 56” 和 “LaserJet 5M in lab” 都是同一台打印机的等效名称。建议为打印机提供至少三种主要名称形式：
- 全名：主机名和打印机类型（如 “anchor - lj”）。
- 短名称：三到四个字符，易于输入（如 “cer”）。
- 描述性名称：其他信息（如 “LaserJet 5M in lab”）。

后续行包含设备名称（ lp ）、假脱机目录（ sd ）和错误日志文件（ lf ）的配置设置，最后一行指定与打印机的读写连接（ rw ）、最大文件大小（ mx ，此处无限制）、远程机器名称（ rm ）和远程打印机名称（ rp ）。

3.4 常用变量

名称	类型	含义	示例
sd	字符串	假脱机目录	sd=/var/spool/lpd/howler-lw
lf	字符串	错误日志文件	lf=/var/log/lpr
lp	字符串	设备名称	lp=/dev/lp0
rw	布尔型	以读写方式打开设备	rw
af	字符串	会计文件	af=/usr/adm/lpr.acct
mx	数字	最大文件大小	mx#0
rm	字符串	远程机器名称	rm=beast.xor.com
rp	字符串	远程打印机名称	rp=howler-lw
of	字符串	输出过滤器	of=/usr/libexec/lpr/lpf
if	字符串	输入过滤器	if=/usr/sbin/stylascii
sh	布尔型	取消页眉	sh

3.5 各变量详细介绍

• sd（假脱机目录） ：每个打印机应有自己的假脱机目录，通常位于 /var/spool/lpd 下，名称与打印机全名相同。即使打印机位于不同机器上，也需要本地假脱机目录，因为假脱机文件会先存储在本地，直到可以传输到远程系统进行打印。安装新打印机时，必须手动创建其假脱机目录，权限应为 775，所有者和组均为 daemon 。该目录还包含两个状态文件： status 和 lock ，分别用于记录打印机状态和防止多个 lpd 实例在单个队列上活动。
• lf（错误日志文件） ：打印过滤器产生的错误会记录到该变量指定的文件中。一个错误日志可以供所有打印机共享，可放置在任意位置。记录日志时会包含出错打印机的名称，远程打印机也应设置日志文件，以防与远程机器通信出现问题。需要注意的是， lpd 会通过 syslog 以 “lpr” 设施发送错误消息，部分过滤器也会将错误消息发送到 syslog ，因此出现问题时需检查这两个位置。
• lp（设备名称） ：若打印机为本地打印机，必须指定其设备名称，通常是 /dev 目录中代表打印机连接端口的文件。 lpd 使用 lp 文件上的建议锁来确定打印机是否正在使用，即使打印机通过网络连接访问，也应提供 lp 变量的值，可指定一个为该目的创建的唯一虚拟文件，该文件应存在于本地磁盘上。
• rw（设备打开模式） ：若打印机可通过其设备文件向主机发送状态信息，应指定布尔变量 rw ，以请求以读写方式打开设备。读写模式对会计和状态报告很有用，部分过滤器也需要该模式。
• af（会计文件） ：在打印机物理连接的机器上指定会计文件即可启用会计功能。会计记录在作业实际打印后才会写入，因此在远程打印机的 printcap 条目中指定会计文件没有意义。可使用 pac 命令查看会计信息摘要，打印机会计数据文件通常名为 /var/adm/printer - acct ，记录每个作业的打印页数（通常不准确）、作业发起的主机名和作业所有者的用户名。打印机的输入过滤器负责生成会计记录，除非过滤器在作业前后实际查询打印机的页数，否则页数记录非常不可靠。
• mx（文件大小限制） ： mx 变量限制一次可以假脱机的数据量。在某些系统中， mx 默认值不为 0（无限制），若要允许大作业，必须显式指定 mx#0 。
• rm 和 rp（远程访问信息） ：在大多数情况下，希望从网络上的多台机器访问打印机。应选择一台机器负责与打印机通信，其他机器将作业转发给该机器。远程机器的 printcap 条目中， rm 指定作业应发送到的机器， rp 指定该机器上的打印机名称。为了在多台机器之间共享一个 printcap 文件，可使打印机的本地和远程名称不同，例如 howler - lw - local 和 howler - lw ，但使用 lpc 命令时必须使用本地名称。
• of 和 if（打印过滤器） ：过滤器有多种用途，默认打印过滤器（通常为 /usr/lib/lpf ）可修复各种非打印序列，并在适当情况下写入会计记录。不过，过滤器没有标准化，不同供应商的过滤器可能不同。过滤器通常是调用一系列翻译程序的 shell 脚本，必须接受标准输入的打印作业，将作业转换为适合设备的格式，并将结果发送到标准输出。若用户在执行 lpr 时未指定过滤器，则使用 if （输入过滤器）或 of （输出过滤器）。需要注意的是，这两个名称具有欺骗性，实际上它们都将数据发送到打印机。不同过滤器配置的处理方式如下：
  • 若 printcap 条目列出输入过滤器但未指定输出过滤器，设备将为每个作业打开一次，过滤器应将一个作业发送到打印机后退出。
  • 若指定输出过滤器但未指定输入过滤器， lpd 将打开设备一次并调用过滤器程序一次，将队列中的所有作业作为一个大组发送。这种方式适用于连接时间较长的设备，但此类设备非常罕见。
  • 若同时指定输入过滤器和输出过滤器，横幅页将发送到输出过滤器，即使关闭横幅页也会调用输出过滤器，输入过滤器用于处理作业的其余部分，这种组合选项较为复杂，应尽量避免。
  • 若需要编写新的过滤器，建议使用输入过滤器，因为它们更容易调试。输入过滤器会接收许多参数，其中最有用的是用户名、发起主机和会计文件名称。若要为打印机进行会计记录，输入过滤器必须生成会计记录并追加到会计文件中；若要限制对打印机的访问，输入过滤器也必须处理该功能，因为 lpd 没有内置的方法来阻止个别用户打印。以下是一个连接到本地串行线路的 PostScript 打印机的输入过滤器脚本示例：

#!/bin/bash
/usr/local/bin/textps $* | /usr/local/bin/psreverse

该脚本中， textps 程序检查输入是否为 PostScript 格式，若不是则进行转换，并根据接收到的参数生成会计记录； psreverse 程序用于反转页面顺序，使打印结果按正确顺序堆叠。

3.6 printcap 扩展

lpr/lpd 系统的一个优点是，它不介意用户为非标准的 printcap 变量提供值。当特定打印机需要比基本系统定义更多的配置信息时，可以在 printcap 中为打印机的过滤器添加额外变量。例如，网络打印机的输出过滤器可能需要知道设备的网络名称，打印机的 printcap 条目可能包含如下内容：

:nn=laser.colorado.edu:\ 

使用 printcap 扩展可将打印机的所有配置信息存储在一个方便的位置。若在 printcap 文件中看到未在 printcap 手册页中讨论的变量，可查看打印机过滤器的文档以确定其含义。

综上所述，BSD 打印系统虽然历史悠久，但通过合理配置和使用相关命令及文件，仍能有效地满足各种打印需求。在实际使用过程中，需要根据具体情况灵活运用这些知识，以确保打印系统的稳定运行。

4. 打印系统操作流程总结

为了更清晰地展示 BSD 打印系统的操作流程，下面通过 mermaid 格式的流程图进行总结：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([用户发起打印请求]):::startend --> B{指定打印机?}:::decision
    B -- 是 --> C(使用 -P 参数指定目标打印机):::process
    B -- 否 --> D{环境变量 PRINTER 定义?}:::decision
    D -- 是 --> E(使用 PRINTER 变量值作为目标打印机):::process
    D -- 否 --> F(使用系统默认打印机):::process
    C --> G(lpr 查找 /etc/printcap 中的打印机信息):::process
    E --> G
    F --> G
    G --> H(确定假脱机目录):::process
    H --> I(创建控制文件和数据文件):::process
    I --> J(lpr 通知 lpd 作业存在):::process
    J --> K{打印机本地或远程?}:::decision
    K -- 本地 --> L(lpd 检查守护进程并按需创建):::process
    K -- 远程 --> M(lpd 连接远程 lpd 并传输文件):::process
    M --> N(删除本地文件副本):::process
    L --> O(按先进先出调度作业):::process
    N --> O
    O --> P{作业准备打印?}:::decision
    P -- 是 --> Q(lpd 创建管道和过滤进程):::process
    Q --> R(数据传输到打印机):::process
    R --> S([打印完成]):::startend

这个流程图展示了从用户发起打印请求到最终打印完成的整个过程，涵盖了打印机选择、文件创建、作业调度和打印执行等关键步骤。

5. 常见问题及解决方法

5.1 打印机混淆问题

当创建的打印机使系统混淆时，可按以下步骤解决：
1. 停止打印假脱机程序：

$ sudo lpshut

2. 尝试移除打印机：

$ sudo lpadmin -xhoser

若此步骤失败，可能是系统过于混乱。
3. 手动移除打印机相关的接口程序和假脱机目录：

$ sudo find /usr/spool/lp -name hoser | xargs rm -rf

4. 重启打印假脱机程序：

$ sudo lpsched

5. 检查打印系统状态：

$ sudo lpstat -t

5.2 删除活动作业导致系统卡住问题

在某些打印机上，尝试使用 lprm 删除活动作业可能会使系统卡住。此时可按以下步骤解决：
1. 使用 ps 命令识别过滤进程：

$ ps -ef | grep [过滤进程关键字]

2. 手动终止过滤进程：

$ kill -9 [过滤进程 ID]

3. 杀死并重启 lpd 的主副本：

$ sudo killall lpd
$ sudo lpsched

4. 手动从假脱机目录中删除作业：

$ sudo rm -rf /var/spool/lpd/[打印机名称]/*

5.3 lpc 命令失效问题

当打印系统出现小问题时， lpc 可能会出现故障，甚至声称已解决问题但实际未执行任何操作。此时可尝试以下方法：
1. 手动检查和修改打印机状态文件，如 /var/spool/lpd/[打印机名称]/status 和 /var/spool/lpd/[打印机名称]/lock 。
2. 若问题严重，可尝试重启打印机设备和相关服务。
3. 若以上方法都无效，可考虑重启系统，但这是最后的手段。

6. 打印系统的安全与优化建议

6.1 安全方面

• 访问控制 ：使用 /etc/hosts.lpd 文件控制允许假脱机打印作业的主机，避免使用已弃用的 /etc/hosts.equiv 文件，以增强系统安全性。
• 过滤进程安全 ：确保过滤进程的脚本和程序来源可靠，避免因过滤进程漏洞导致系统安全问题。
• 日志监控 ：定期检查 lpd 通过 syslog 记录的错误和打印请求日志，以及 printcap 中指定的错误日志文件，及时发现异常情况。

6.2 优化方面

• 文件大小限制 ：根据实际需求合理设置 mx 变量，避免因文件大小限制过严影响大作业的打印，或因限制过松导致系统资源过度占用。
• 过滤进程优化 ：选择高效的过滤程序，或根据打印机特点编写自定义过滤脚本，提高打印作业处理效率。
• 假脱机目录管理 ：定期清理假脱机目录中的过期文件，避免磁盘空间被大量占用。可使用定时任务（如 cron ）实现自动清理：

0 2 * * * find /var/spool/lpd -type f -mtime +7 -exec rm -f {} \;

此定时任务将在每天凌晨 2 点删除假脱机目录中 7 天前的文件。

通过以上对 BSD 打印系统的架构、操作命令、 /etc/printcap 文件、常见问题解决方法以及安全优化建议的介绍，希望能帮助用户更好地理解和使用该打印系统，确保打印工作的顺利进行。在实际应用中，还需根据具体的硬件环境和业务需求进行灵活调整和优化。