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 终端

内核中处理终端设备的模块包括硬件驱动程序线路规程(Line Discipline)
硬件驱动程序负责读写实际的硬件设备,比如从键盘读入字符和把字符输出到显示器,线路规
程像一个过滤器,对于某些特殊字符并不是让它直接通过,而是做特殊处理,比如在键盘上按
下Ctrl-Z,对应的字符并不会被用户程序的 read 读到,而是被线路规程截获,解释成 SIGTSTP 信
号发给前台进程,通常会使该进程停止。线路规程应该过滤哪些字符和做哪些特殊处理是可以配置的。

 终端设备的输入和输出队列缓冲区

以输入队列为例,从键盘输入的字符经线路规程过滤后进入输入队列,用户程序以先进先出的
顺序从队列中读取字符,一般情况下,当输入队列满的时候再输入字符会丢失,同时系统会响
铃警报。终端可以配置成回显(Echo)模式,在这种模式下,输入队列中的每个字符既送给用
户程序也送给输出队列,因此我们在命令行键入字符时,该字符不仅可以被程序读取,我们也
可以同时在屏幕上看到该字符的回显。

 虚拟终端和网络终端

虚拟终端或串口终端的数目是有限的,虚拟终端一般就是 /dev/tty1 ~ /dev/tty6 六个,串口终端
的数目也不超过串口的数目
网络终端或图形终端窗口的数目却是不受限制的,这是通过
伪终端(Pseudo TTY)实现的。一套伪终端由一个主设备(PTY Master)和一个从设备
(PTY Slave)组成。主设备在概念上相当于键盘和显示器,只不过它不是真正的硬件而是一个
内核模块,操作它的也不是用户而是另外一个进程。从设备和上面介绍的 /dev/tty1 这样的终端
设备模块类似,只不过它的底层驱动程序不是访问硬件而是访问主设备。伪终端的文件在 /dev/pts/0 、 /dev/pts/1 下面

 网络登录过程

1. 用户通过 telnet 客户端连接服务器。如果服务器配置为独立(Standalone)模式,则在服
务器监听连接请求是一个 telnetd 进程,它 fork 出一个 telnetd 子进程来服务客户端,父进
程仍监听其它连接请求。
另外一种可能是服务器端由系统服务程序 inetd 或 xinetd 监听连接请求, inetd 称为Internet
Super-Server,它监听系统中的多个网络服务端口,如果连接请求的端口号和 telnet 服务
端口号一致,则 fork / exec 一个 telnetd 子进程来服务客户端。 xinetd 是 inetd 的升级版本,
配置更为灵活。
2. telnetd 子进程打开一个伪终端设备,然后再经过 fork 一分为二:父进程操作伪终端主设
备,子进程将伪终端从设备作为它的控制终端,并且将文件描述符0、1、2指向控制终
端,二者通过伪终端通信,父进程还负责和 telnet 客户端通信,而子进程负责用户的登录
过程,提示输入帐号,然后调用 exec 变成 login 进程,提示输入密码,然后调用 exec 变
成Shell进程。这个Shell进程认为自己的控制终端是伪终端从设备,伪终端主设备可以看
作键盘显示器等硬件,而操作这个伪终端的“用户”就是父进程 telnetd 。
3. 当用户输入命令时, telnet 客户端将用户输入的字符通过网络发给 telnetd 服务器,
由 telnetd 服务器代表用户将这些字符输入伪终端。Shell进程并不知道自己连接的是伪终
端而不是真正的键盘显示器,也不知道操作终端的“用户”其实是 telnetd 服务器而不是真正
的用户
。Shell仍然解释执行命令,将标准输出和标准错误输出写到终端设备,这些数据最
终由 telnetd 服务器发回给 telnet 客户端,然后显示给用户看。

 作业控制

 Session与进程组

Shell分前后台来控制的不是进程而是作业(Job)或者进程组(Process Group)。一个前台作业可以由多个进程组成,一个后台作
业也可以由多个进程组成,Shell可以同时运行一个前台作业和任意多个后台作业,这称为作业控制(Job Control)。
例如用以下命令启动5个进程:

$ proc1 | proc2 &
$ proc3 | proc4 | proc5

其中 proc1 和 proc2 属于同一个后台进程组, proc3 、 proc4 、 proc5 属于同一个前台进程
组,Shell进程本身属于一个单独的进程组。这些进程组的控制终端相同,它们属于同一个Session

 登录和执行命令的过程(Session和进程组角度)

1. getty 或 telnetd 进程在打开终端设备之前调用 setsid 函数创建一个新的Session,该进程
称为Session Leader,该进程的id也可以看作Session的id,然后该进程打开终端设备作为
这个Session中所有进程的控制终端。在创建新Session的同时也创建了一个新的进程组,
该进程是这个进程组的Process Group Leader,该进程的id也是进程组的id。
2. 在登录过程中, getty 或 telnetd 进程变成 login ,然后变成Shell,但仍然是同一个进程,
仍然是Session Leader。
3. 由Shell进程 fork 出的子进程本来具有和Shell相同的Session、进程组和控制终端,但
是Shell调用 setpgid 函数将作业中的某个子进程指定为一个新进程组的Leader,然后调
用 setpgid将该作业中的其它子进程也转移到这个进程组中。如果这个进程组需要在前台
运行,就调用 tcsetpgrp 函数将它设置为前台进程组,由于一个Session只能有一个前台进
程组,所以Shell所在的进程组就自动变成后台进程组。
jobs 命令可以查看当前有哪些作业。fg 命令可以将某个作业提至前台运行,如果该作业的进程
组正在后台运行则提至前台运行,如果该作业处于停止状态,则给进程组的每个进程
发 SIGCONT 信号使它继续运行。