伪终端概述
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2022-07-01 09:27:45
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伪终端就是指，一个应用程序看上去像一个终端，但事实上它并不是个真正的终端。下图显示了使用伪终端时相关进程的典型安排。
图中的关键点如下。
1、通常，一个进程打开伪终端主设备，然后调用 fork。子进程建立一个新的会话，打开一个相应的伪终端从设备，并将其文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准错误，然后调用 exec。伪终端从设备成为子进程的控制终端。
2、对于伪终端从设备上的用户进程来说，其标准输入、标准输出和标准错误都是终端设备。用户进程可以通过这些描述符来处理类似 tcgetattr 等的终端 I/O 函数。但因为伪终端从设备不是真正的终端设备，所以无意义的函数调用（如改变波特率、发送中断符、设置奇偶校验等）将被忽略。
3、任何写到伪终端主设备的都会作为从设备的输入，反之亦然。事实上，所有从设备端的输入都来自于伪终端主设备上的用户进程。这类似于一个双向管道，只是从设备上的终端行规程(见终端 I/O 综述)使之拥有普通管道没有的其他处理能力。
下面来看看伪终端的某些典型用途。为了简化图示，下面各图中不再画出上图中的“读函数和写函数”，同时使用缩写“PTY”来表示伪终端。
一、网络登录服务器
伪终端可用于构造提供网络登录的服务器。典型的例子是 telnetd 和 rlogind 服务器。一旦登录 shell 运行在远端主机上，即可得到类似下图中所示 rlogind 服务器的进程安排。
图中在 rlogind 服务器和登录 shell 之间有两个 exec 调用，这是因为 login 程序通常是在两个 exec 之间检验用户是否合法。另一个关键点是，驱动 PTY 主设备的进程通常同时在读写另一个 I/O 流，图中的另一个 I/O 流是 TCP/IP 框。这表示该进程必然使用了某种形式的诸如 select 或 poll 这样的 I/O 多路转接，或者被分成两个进程或线程。
二、窗口系统终端模拟
窗口系统通常提供一个终端模拟器，它作为 shell 和窗口管理器之间的媒介。每个 shell 在自己的窗口中执行。这种情况的进程安排如下图所示。
shell 将自己的标准输入、标准输出、标准错误连接到 PTY 的从设备端。终端模拟器程序打开 PTY 的主设备，它除了作为窗口子系统的接口，还要负责模拟一种特殊的终端。这意味着它需要根据它所模拟的设备类型来响应返回码。这些码列在 termcap 和 terminfo 数据库中（见终端窗口大小和 termcap）。
当用户改变终端模拟器窗口的大小时，窗口管理器会通知终端模拟器。终端模拟器在 PTY 的主设备端发出 TIOCSWINSZ ioctl 命令来设置从设备的窗口大小。如果新的窗口大小和当前的不同，内核会发送一个 SIGWINCH 信号给前台 PTY 从设备的进程组。如果应用程序在窗口大小改变时需要重绘屏幕，它就会捕捉该信号，然后发出 TIOCSWINSZ ioctl 命令来获得新的屏幕尺寸并重绘屏幕。
三、script 程序
script(1)程序会将终端会话期间的所有输入和输出信息复制到一个文件中。为此，它将自己置于终端和一个新调用的登录 shell 之间。script 程序通常是从登录 shell 启动的，该 shell 还要等待 script 程序的终止。下图描述了和 script 程序有关的交互。
script 程序运行时，位于 PTY 从设备上的终端行规程的所有输出都将复制到脚本文件中（通常称为 typescript）。注意，由于击键通常由该行规程模块回显，所以该脚本文件中也包括了输入的内容（不过键入的口令一般不回显，因此通常不会包含口令）。
四、expect 程序
伪终端可以用来在非交互模式中驱动交互式程序的运行。expect 程序就可以通过一个脚本来驱动交互式程序，并且它还提供了一种编程语言用于检查运行程序的输出，以确定用什么作为输入发送给该程序。当一个源自脚本的交互式的程序正在运行时，不能仅仅是将脚本中的所有内容复制到程序中去，或者将程序的输出送至脚本，而是必须要向程序发送某个输入，检查它的输出，并决定下一步发送给程序的内容。
五、观看长时间运行程序的输出
标准 shell 可以将一个需要长时间运行的程序放到后台运行，但如果该程序的标准输出重定向到一个文件，并且它产生的输出又不多，那么就不能方便地监控程序的进展，因为标准 I/O 库将完全缓冲它的标准输出，导致看到的只是标准 I/O 库函数写到输出文件中的成块输出。
如果有源程序，则可以加入 fflush 调用强制标准 I/O 缓冲区在某些节点冲洗或者使用
setvbuf 函数（流和缓冲）把缓冲模式改成行缓冲。而如果没有源程序，则可以考虑编写一个程序 pty 来运行该程序，这个 pty 程序可以让标准 I/O 库认为标准输出是终端，以此达到设置行缓冲的目的。下图显示的就是利用伪终端运行一个缓慢输出的程序 slowout 的进程安排情况。其中用虚线表示从登录 shell 到 pty 进程的 fork/exec 箭头是为了强调 pty 进程是作为后台任务运行的。
图中的关键点如下。
1、通常，一个进程打开伪终端主设备，然后调用 fork。子进程建立一个新的会话，打开一个相应的伪终端从设备，并将其文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准错误，然后调用 exec。伪终端从设备成为子进程的控制终端。
2、对于伪终端从设备上的用户进程来说，其标准输入、标准输出和标准错误都是终端设备。用户进程可以通过这些描述符来处理类似 tcgetattr 等的终端 I/O 函数。但因为伪终端从设备不是真正的终端设备，所以无意义的函数调用（如改变波特率、发送中断符、设置奇偶校验等）将被忽略。
3、任何写到伪终端主设备的都会作为从设备的输入，反之亦然。事实上，所有从设备端的输入都来自于伪终端主设备上的用户进程。这类似于一个双向管道，只是从设备上的终端行规程(见终端 I/O 综述)使之拥有普通管道没有的其他处理能力。
下面来看看伪终端的某些典型用途。为了简化图示，下面各图中不再画出上图中的“读函数和写函数”，同时使用缩写“PTY”来表示伪终端。
一、网络登录服务器
伪终端可用于构造提供网络登录的服务器。典型的例子是 telnetd 和 rlogind 服务器。一旦登录 shell 运行在远端主机上，即可得到类似下图中所示 rlogind 服务器的进程安排。
图中在 rlogind 服务器和登录 shell 之间有两个 exec 调用，这是因为 login 程序通常是在两个 exec 之间检验用户是否合法。另一个关键点是，驱动 PTY 主设备的进程通常同时在读写另一个 I/O 流，图中的另一个 I/O 流是 TCP/IP 框。这表示该进程必然使用了某种形式的诸如 select 或 poll 这样的 I/O 多路转接，或者被分成两个进程或线程。
二、窗口系统终端模拟
窗口系统通常提供一个终端模拟器，它作为 shell 和窗口管理器之间的媒介。每个 shell 在自己的窗口中执行。这种情况的进程安排如下图所示。
shell 将自己的标准输入、标准输出、标准错误连接到 PTY 的从设备端。终端模拟器程序打开 PTY 的主设备，它除了作为窗口子系统的接口，还要负责模拟一种特殊的终端。这意味着它需要根据它所模拟的设备类型来响应返回码。这些码列在 termcap 和 terminfo 数据库中（见终端窗口大小和 termcap）。
当用户改变终端模拟器窗口的大小时，窗口管理器会通知终端模拟器。终端模拟器在 PTY 的主设备端发出 TIOCSWINSZ ioctl 命令来设置从设备的窗口大小。如果新的窗口大小和当前的不同，内核会发送一个 SIGWINCH 信号给前台 PTY 从设备的进程组。如果应用程序在窗口大小改变时需要重绘屏幕，它就会捕捉该信号，然后发出 TIOCSWINSZ ioctl 命令来获得新的屏幕尺寸并重绘屏幕。
三、script 程序
script(1)程序会将终端会话期间的所有输入和输出信息复制到一个文件中。为此，它将自己置于终端和一个新调用的登录 shell 之间。script 程序通常是从登录 shell 启动的，该 shell 还要等待 script 程序的终止。下图描述了和 script 程序有关的交互。
script 程序运行时，位于 PTY 从设备上的终端行规程的所有输出都将复制到脚本文件中（通常称为 typescript）。注意，由于击键通常由该行规程模块回显，所以该脚本文件中也包括了输入的内容（不过键入的口令一般不回显，因此通常不会包含口令）。
四、expect 程序
伪终端可以用来在非交互模式中驱动交互式程序的运行。expect 程序就可以通过一个脚本来驱动交互式程序，并且它还提供了一种编程语言用于检查运行程序的输出，以确定用什么作为输入发送给该程序。当一个源自脚本的交互式的程序正在运行时，不能仅仅是将脚本中的所有内容复制到程序中去，或者将程序的输出送至脚本，而是必须要向程序发送某个输入，检查它的输出，并决定下一步发送给程序的内容。
五、观看长时间运行程序的输出
标准 shell 可以将一个需要长时间运行的程序放到后台运行，但如果该程序的标准输出重定向到一个文件，并且它产生的输出又不多，那么就不能方便地监控程序的进展，因为标准 I/O 库将完全缓冲它的标准输出，导致看到的只是标准 I/O 库函数写到输出文件中的成块输出。
如果有源程序，则可以加入 fflush 调用强制标准 I/O 缓冲区在某些节点冲洗或者使用
setvbuf 函数（流和缓冲）把缓冲模式改成行缓冲。而如果没有源程序，则可以考虑编写一个程序 pty 来运行该程序，这个 pty 程序可以让标准 I/O 库认为标准输出是终端，以此达到设置行缓冲的目的。下图显示的就是利用伪终端运行一个缓慢输出的程序 slowout 的进程安排情况。其中用虚线表示从登录 shell 到 pty 进程的 fork/exec 箭头是为了强调 pty 进程是作为后台任务运行的。
