linux TTY devices

本文深入解析Linux系统中的终端设备,包括控制台Console、串行终端Serialterminal和伪终端Pseudoterminal三类,详细阐述了它们的功能、作用以及如何在系统中应用。

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  在Linux系统中,终端设备非常重要,没有终端设备,系统将无法向用户反馈信息,Linux中包含控制台Console、串行终端Serial terminal和伪终端Pseudo terminal3类终端设备。

终端设备

  tty一词源于Teletypes,或Teletypewriters,它是最早出现的一种终端设备,类似电传打字机,由Teletype公司生产。最初tty是指连接到Unix系统上的物理或者虚拟终端。终端是一种字符型设备,通常使用tty来统称各种类型的终端设备。随着时间的推移,当通过串行口能够建立起终端连接后,这个名字也用来指任何的串口设备。它还有多种类,例如串口(ttySn、ttySACn、ttyOn)、USB到串口的转换(ttyUSBn),还有需要特殊处理才能正常工作的调制解调器(比如传统的WinModem类设备)等。tty虚拟设备支持虚拟控制台,它能通过键盘及网络连接或者通过xterm会话登录到计算机上。

1. 控制台终端
  • 系统控制台 /dev/console
      是与操作系统交互的设备。系统所产生的信息会发送到该设备上。 平时我们看到的PC只有一个屏幕和键盘,它其实就是控制台。目前只有在单用户模式下,才允许用户登录控制台 /dev/console。(可以在单用户模式下输入tty命令进行确认)。
      在UNIX系统中,计算机显示器通常被称为控制台终端(Console)。它仿真了类型为Linux的一种终端(TERM=Linux),并且有一些设备 特殊文件与之相关联:tty0、tty1、tty2等。当用户在控制台上登录时,使用的是tty1。使用Alt+[F1—F6]组合键时,我们就可以切换到tty2、tty3等上面去。tty1–tty6等称为虚拟终端,而tty0则是当前所使用虚拟终端的一个别名,系统所产生的信息会发送到该终端上。因 此不管当前正在使用哪个虚拟终端,系统信息都会发送到控制台终端上。用户可以登录到不同的虚拟终端上去,因而可以让系统同时有几个不同的会话期存在。只有 系统或超级用户root可以向/dev/tty0进行写操作。
      在Linux 中,可以在系统启动命令行CMD中指定当前的输出终端,格式如下:
    console=device, options
    其中device 指代的是终端设备,可以是tty0(前台的虚拟终端)、ttyX(第X个虚拟终端)、ttySX(第X个串口)、lp0(第一个并口)等。options 指代对device进行的设置,它取决于具体的设备驱动。对于串口设备,参数用来定义为:波特率、校验位、位数,格式为BBBBPN,其中BBBB表示波 特率,P表示校验(n/o/e),N表示位数,默认options是9600n8。
      用户可以在内核命令行中同时设定多个终端,这样输出将会在所有的终端上显示,而当用户调用open()打开/dev/console时,最后一个终端将会返回作为当前值。例如:
    console=ttyS1, 9600 console=tty0
    定义了2个终端,而调用open()打开/dev/console时,将使用虚拟终端tty0。但是内核消息会在tty0 VGA虚拟终端和串口ttyS1上同时显示。

  • 当前控制台 /dev/tty
      这是应用程序中的概念,如果当前进程有控制终端(Controlling Terminal),那么/dev/tty就是当前进程控制台的设备文件。对于你登录的shell,/dev/tty就是你使用的控制台,设备号是(5,0)。不过它并不指任何物理意义上的控制台,/dev/tty会映射到当前设备(使用命令“tty”可以查看它具体对应哪个实际物理控制台设备)。输出到/dev/tty的内容只会显示在当前工作终端上(无论是登录在ttyn中还是pty中)。你如果在控制台界面下(即字符界面下)那么dev/tty就是映射到dev/tty1-6之间的一个(取决于你当前的控制台号),但是如果你现在是在图形界面(Xwindows),那么你会发现现在的/dev/tty映射到的是/dev/pts的伪终端上。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接。
      可以使用命令“ps –ax”来查看进程与哪个控制终端相连使用命令“tty”可以查看它具体对应哪个实际终端设备。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接。

  • 虚拟控制台 /dev/ttyn
      dev/ttyn是进程虚拟控制台,他们共享同一个真实的物理控制台。tty0, tty1-6。
      比较特殊的是/dev/tty0,他代表当前虚拟控制台,是当前所使用虚拟控制台的一个别名。因此不管当前正在使用哪个虚拟控制台(注意:这里是虚拟控制台,不包括伪终端),系统信息都会发送到/dev/tty0上。只有系统或超级用户root可以向/dev/tty0进行写操作。tty0是系统自动打开的,但不用于用户登录。在Framebuffer设备没有启用的系统中,可以使用/dev/tty0访问显卡。

2. 串行端口终端(/dev/tty*)

  是使用计算机串行端口连接的终端设备。计算机把每个串行端口都看作是一个字符设备。有段时间串行端口设备通常被称为终端设备,那时它的最大用途就是用来连接终端,所以这些串行端口所对应的设备名称是/dev/tts/0(或/dev/ttyS0)、/dev/tts/1(或/dev /ttyS1)等,设备号分别是(4,0)、(4,1)等(对应于win系统下的COM1、COM2等)。若要向一个端口发送数据,可以在命令行上把标准输出重定向到这些特殊文件名上即可。

3. 伪终端 Pseudo Terminal

  是成对的逻辑终端设备,并存在成对的设备文件,如/dev/ptyp3和/dev/ttyp3,它们与实际物理设备并不直接相关。如果 一个程序把ttyp3看作是一个串行端口设备,则它对该端口的读/写操作会反映在该逻辑终端设备对应的ptyp3上,而ptyp3则是另一个程序用于读写 操作的逻辑设备。这样,两个程序就可以通过这种逻辑设备进行互相交流,使用ttyp3的程序会认为自己正在与一个串行端口进行通信。
  是终端的发展,为满足现在需求(比如网络登陆、xwindow窗口的管理)。它多用于模拟终端程序,是远程登陆(telnet、ssh、xterm等)后创建的控制台设备。
  历史上,有两套伪终端软件接口:

  • BSD接口:较简单,master为/dev/pty[p-za-e][0-9a-f] ;slave为 /dev/tty[p-za-e][0-9a-f] ,它们都是配对的出现的。例如/dev/ptyp3和/dev/ttyp3。但由于在编程时要找到一个合适的终端需要逐个尝试,所以逐渐被放弃。
  • Unix 98接口:使用一个/dev/ptmx作为master设备,在每次打开操作时会得到一个master设备fd,并在/dev/pts/目录下得到一个slave设备(如 /dev/pts/3和/dev/ptmx),这样就避免了逐个尝试的麻烦。由于可能有好几千个用户登陆,所以/dev/pts/*是动态生成的,不象其他设备文件是构建系统时就已经产生的硬盘节点(如果未使用devfs、udev、mdev等) 。第一个用户登陆,设备文件为/dev/pts/0,第二个为/dev/pts/1,以此类推。它们并不与实际物理设备直接相关。现在大多数系统是通过此接口实现pty。
      我们在X Window下打开的终端或使用telnet 或ssh等方式登录Linux主机,此时均通过pty设备。例如,如果某人在网上使用telnet程序连接到你的计算机上,则telnet程序就可能会打开/dev/ptmx设备获取一个fd。此时一个getty程序就应该运行在对应的/dev/pts/*上。当telnet从远端获取了一个字符时,该字符就会通过ptmx、pts/传递给 getty程序,而getty程序就会通过pts/、ptmx和telnet程序往网络上返回“login:”字符串信息。这样,登录程序与telnet程序就通过“伪终端”进行通信。

在这里插入图片描述借鉴博客:
https://blog.youkuaiyun.com/huchuan1985/article/details/46699037
https://blog.youkuaiyun.com/titan_max/article/details/51329218
https://blog.youkuaiyun.com/dog250/article/details/78766716
https://blog.youkuaiyun.com/dog250/article/details/78818612

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