TTY体系中设备节点的差别

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TTY体系中设备节点的差别

参考资料

1. 傻傻分不清

/dev/ttyS0、/dev/ttySAC0、/dev/tty、/dev/tty0、/dev/tty1、/dev/console,

它们有什么差别?

设备节点含义
/dev/ttyS0、/dev/ttySAC0串口
/dev/tty1、/dev/tty2、/dev/tty3、……虚拟终端设备节点
/dev/tty0前台终端
/dev/tty程序自己的终端,可能是串口、也可能是虚拟终端
/dev/console控制台,又内核的cmdline参数确定

TTY/Terminal/Console/UART,

它们有什么差别?

术语含义
TTY来自teletype,最古老的输入输出设备,现在用来表示内核的一套驱动系统
Terminal终端,暗含远端之意,也是一个输入输出设备,可能是真实设备,也可能是虚拟设备
Console控制台,含控制之意,也是一种Terminal,权限更大,可以查看内核打印信息
UART串口,它的驱动程序包含在TTY驱动体系之内

2. 要讲历史了

2.1 电传机teletype

teletype,更准确地说是teleprinter,是一种通信设备,可以用来发送、接收文本信息。

teletype是一家公司的名字,它生产的teleprinter实在太有名,结果公司名变成了这类产品的名字:teleprinter都被称为teletype了。

在这里插入图片描述

teletype被用来传输商业电报,想像一下:

  • 把两台teletype的线缆接在一起,或者使用无线技术连接两台teletype
  • 这边打字,另一边就可以接收到信息并通过纸张打印出来
  • 注意:这两台teletype可以离得很远

2.2 计算机需要控制

2.2.1 使用teletype

teletype的简称就是TTY。

最古老的计算机支持的是批处理模型:

  • 怎么编程?卡片打孔,然后喂给计算机。
  • 怎么得到输出信息?计算机根据结果在卡片上打孔,需要专人翻译这些卡片。

如果把两台teletype的其中一台,替换为计算机,不就更方便了吗?可以即时输入指令、即时看到结果。

于是teletype变成了计算机的终端、Terminal,远端之意。

teletype和计算机可以放在一个房间里,也可以放在很远很远的地方。

在这里插入图片描述

teletype是通过串口(UART)跟计算机相连的:

在这里插入图片描述

那时计算机很贵,发展出多用户系统,多个用户可以分时使用计算机,降低成本:

在这里插入图片描述

2.2.2 teletype被淘汰了

1960年代,CRT显示器+键盘,替代了teletype:

  • 显示器替代了纸张
  • 速度更快
  • 成本更低
  • 它仍然只是一个终端(terminal),通过线缆连接到计算机
  • 虽然不再是teletype,但是它的驱动程序仍然叫做TTY

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2.2.3 个人电脑和虚拟终端

上图长得像电脑,但是它只是一个终端,它要连接到计算机才能工作。

这才是电脑:计算单元(CPU、硬盘、内存等等)、终端(键盘、显示器)都齐全了:

在这里插入图片描述

硬件上只有一套键盘、显示器。

但是在Linux系统中,我们可以打开多个命令行程序(也叫terminal、shell),每个程序都对应一个"虚拟终端"。

3. 在Ubuntu上演示

按住键盘:Ctrl+Alt+F3启动一个虚拟终端,Ctrl+Alt+F4再启动一个虚拟终端。

在里面切换为root用户:

sudo passwd root // 如果su root不成功,就先设置root密码
su root

3.1 各类设备节点的差别

由于历史原因,下图中两条红线之内的代码被称为TTY子系统。

它既支持UART,也支持键盘、显示器,还支持更复杂的功能(比如伪终端)。

在这里插入图片描述

3.2 /dev/ttyN(N=1,2,3,...)

/dev/tty3、/dev/tty4:表示某个程序使用的虚拟终端

// 在tty3、tty4终端来回切换,执行命令

echo hello > /dev/tty3
echo hi    > /dev/tty4

3.3 /dev/tty0

/dev/tty0:表示前台程序的虚拟终端

  • 你正在操作的界面,就是前台程序

  • 其他后台程序访问/dev/tty0的话,就是访问前台程序的终端,切换前台程序时,/dev/tty0是变化的

    // 1. 在tty3终端执行如下命令
    // 2. 然后在tty3、tty4来回切换
    
    while [ 1 ]; do echo msg_from_tty3 > /dev/tty0; sleep 5; done
    

3.4 /dev/tty

/dev/tty表示本程序的终端,可能是虚拟终端,也可能是真实的中断。

程序A在前台、后台间切换,它自己的/dev/tty都不会变。

// 1. 在tty3终端执行如下命令
// 2. 然后在tty3、tty4来回切换

while [ 1 ]; do echo msg_from_tty3 > /dev/tty; sleep 5; done

3.5 Terminal和Console的差别

Terminal含有远端的意思,中文为:终端。Console翻译为控制台,可以理解为权限更大、能查看更多信息。

比如我们可以在Console上看到内核的打印信息,从这个角度上看:

  • Console是某一个Terminal
  • Terminal并不都是Console。
  • 我们可以从多个Terminal中选择某一个作为Console
  • 很多时候,两个概念混用,并无明确的、官方的定义

3.6 /dev/console

选哪个?内核的打印信息从哪个设备上显示出来? 可以通过内核的cmdline来指定, 比如: console=ttyS0 console=tty 我不想去分辨这个设备是串口还是虚拟终端, 有没有办法得到这个设备? 有!通过/dev/console! console=ttyS0时:/dev/console就是ttyS0 console=tty时:/dev/console就是前台程序的虚拟终端 console=tty0时:/dev/console就是前台程序的虚拟终端 console=ttyN时:/dev/console就是/dev/ttyN console有多个取值时,使用最后一个取值来判断

四、 行规程的引入

在这里插入图片描述

以下文字引用自参考资料解密TTY

大多数用户都会在输入时犯错,所以退格键会很有用。这当然可以由应用程序本身来实现,但是根据UNIX设计“哲学”,应用程序应尽可能保持简单。为了方便起见,操作系统提供了一个编辑缓冲区和一些基本的编辑命令(退格,清除单个单词,清除行,重新打印),这些命令在行规范(line discipline)内默认启用。高级应用程序可以通过将行规范设置为原始模式(raw mode)而不是默认的成熟或准则模式(cooked and canonical)来禁用这些功能。大多数交互程序(编辑器,邮件客户端,shell,及所有依赖curses或readline的程序)均以原始模式运行,并自行处理所有的行编辑命令。行规范还包含字符回显和回车换行(译者注:\r\n 和 \n)间自动转换的选项。如果你喜欢,可以把它看作是一个原始的内核级sed(1)。

另外,内核提供了几种不同的行规范。一次只能将其中一个连接到给定的串行设备。行规范的默认规则称为N_TTY(drivers/char/n_tty.c,如果你想继续探索的话)。其他的规则被用于其他目的,例如管理数据包交换(ppp,IrDA,串行鼠标),但这不在本文的讨论范围之内。

五、TTY驱动程序框架

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