如何解决当进程向屏幕请求输入或输出时,tty会做什么?
我读了很多关于tty的文章。它们都是从tty名称的历史原因开始的。请忽略此内容,仅描述当前的tty系统。然后,他们讨论tty是如何文件的,并将在终端中启动的进程的stdin,stdout和sterr都映射到该文件。 三个文件如何映射到单个文件?
有人说tty允许在按下回车键之前进行行编辑,并进行其他行规整。有一个blog post表示每个tty都有自己的stdin和stdout。我仍在努力解决的Linus Akesson的blog post解释说,内核和 tty设备文件中实际上存在一个tty驱动程序。然后是控制终端,会话,终端仿真器,原始模式和熟模式,pty以及其他什么。
为了更好地了解tty是什么,有人可以向我解释一下在这种简单情况下会发生什么: 打开一个终端,它运行默认外壳程序。从外壳运行一个进程,并要求输入。
- 拨打电话scanf会怎样?
- 终端如何知道scanf被调用?
- 我们随后在终端中看到的编辑缓冲区(输入文本的行)-它来自何处?该缓冲区是否存在于tty设备文件中,并像打印stdout文件一样被输出?
- 哪个进程正在控制此缓冲区? tty驱动程序?
- 当我们按Enter键时会发生什么? tty驱动程序是否将线路“提交”到tty设备的stdin部分?
- 流程如何知道输入已提交。
输出部分:当同一进程输出某些内容时,是否将其写入tty设备?但是tty是否已经输出了当前的编辑缓冲区行?
如果有更好的方法来描述tty所做的事情而没有回答上述问题,那么请这样做。如果我错过了一些关键部分,请按您认为的必要填写。
解决方法
结果很长,所以请做好准备...
TTY设备
您正在将TTY看成是划分为例如80x24的图块。 但是TTY是一个控制台:它包含一个输入设备(通常连接到键盘)和一个输出设备(通常连接到屏幕)。
TTY抽象
虽然TTY连接到(物理或模拟)设备,但是Unix进程看不到设备,而是看到了抽象。这种抽象由输入流,输出流和控制接口组成。
控制界面可以打开/关闭某些“精美”功能,例如不仅将接收到的输入发送到使用终端的过程,还发送到自己的输出流(该功能称为“回声”,并且可以控制) stty echo
),但是您在终端输出上看到的东西并不意味着它已连接到任何形式的stdout。
此抽象由TTY驱动程序和线路规范在内核中实现。您可以将生产线学科视为策略设计模式。
此抽象必须可用于用户空间,Unix驱动程序将任何内容导出到用户空间的方式是通过创建特殊文件(例如/dev/tty
)。
TTY文件允许您read()
输入流,write()
输出流,并通过ioctl()
打开/关闭功能
TTY文件
通常,每次启动新终端时,驱动程序都会创建一个新的TTY文件。
任何进程都可以打开tty文件,无论该文件是进程的stdin,stdout,stderr,全部还是全部都不是。
您可以自己看到:打开一个终端,然后输入tty
。假设它打印了/dev/pts/3
。
现在打开另一个终端并运行:
exec 10>/dev/pts/3 # open /dev/pts/3 as file descriptor 10
echo hello >&10 # write "hello" through file descriptor 10
这将导致echo
将hello
写入文件描述符10,这是第一个终端。因此,第一终端将打印hello
。
标准流
Unix实现了3个标准流,即stdin,stdout和stderr。这些都不受终端驱动程序或线路规范的任何特殊对待,并且它们的大多数实现在外壳中。
启动终端仿真器时,它会打开一个tty文件,例如/dev/pts/3
。然后,它创建一个新进程(fork()
),打开/dev/pts/3
作为文件描述符0(stdin),1(stdout)和2(stderr),然后执行外壳程序。
这意味着当shell启动时,它将具有终端文件以及其流和控制接口。当Shell写入stdin或stderr时,两个写入都将进入TTY的输出流。
当Shell执行另一个进程时,除非Shell进行重定向或执行的程序更改了这些文件描述符,否则该进程继承/dev/pts/3
作为其文件描述符0、1、2。
具体答案
现在我们准备回答您的问题:
拨打电话scanf会怎样?
scanf()
调用read(STDIN)
,它调用TTY驱动程序对read()
的实现。
在煮熟模式下,它将阻塞直到输入流缓冲了整行为止。在原始模式下,它将阻塞,直到读取至少一个字符为止。
然后将TTY输入缓冲区复制到scanf的缓冲区。
终端如何知道scanf被调用了?
不是。如果您在程序运行时不等待输入内容而在终端中键入内容,它将被缓冲在终端的输入流中。
然后,每当调用scanf时(如果有的话),它将读取该缓冲区。如果未调用scanf,则程序结束,控制权返回到Shell。然后外壳读取该缓冲区。您可以通过运行sleep 30
来查看它,并在运行时键入另一个命令并按Enter。 sleep
完成后,shell将执行它:
bash-4.3$ sleep 30
echo hello
bash-4.3$ echo hello
hello
bash-4.3$
我们随后在终端中看到的编辑缓冲区(输入文本的行)-它来自哪里?该缓冲区是否存在于tty设备文件中,并像打印stdout文件一样输出?
缓冲区存在于内核中,并附加到TTY文件。
如果启用了终端的回显功能,则线路规则不仅将输入流发送到输入缓冲区,还将发送到输出流。
如果终端处于煮熟(默认)模式,则行规则将给出特殊的处理字符,例如退格键(是的,退格键是字符,ASCII 8)。对于退格键,它将删除输入缓冲区中的最后一个字符,并向输出流发送一个控制序列,以删除屏幕上的最后一个字符。
请注意,缓冲区与屏幕上显示的内容分开管理。
哪个进程正在控制此缓冲区? tty驱动程序?
缓冲区位于内核中,而不是由进程控制,而是由受TTY驱动程序控制的行规程控制。
按Enter键会发生什么? tty驱动程序是否将线路“提交”到tty设备的stdin部分?
当您按“ enter”键时,会将换行符(\n
)添加到缓冲区中,并且,如果有任何进程在等待终端输入,则将输入缓冲区复制到该进程的缓冲区中,该进程将变为畅通无阻,并继续运行。
更有趣的问题是,当您按下非“输入”的内容时会发生什么。在原始模式下,是否“输入”都没有关系,因为\n
没有得到任何特殊处理。但是,在熟模式下,不会复制输入缓冲区,并且不会通知读取过程。
流程如何知道输入已提交。
该过程调用例如scanf()
中的read(STDIN)
,它将阻塞该过程,直到输入可用为止。输入可用时,TTY驱动程序将取消阻止被阻止的进程(即唤醒它)。
请注意,这对于TTY文件或STDIN并不特殊,它适用于所有文件,这就是read()
的工作方式。
还要注意scanf()
不知道STDIN是否是TTY文件。
当同一进程输出某些内容时,是否将其写入tty设备?
当您调用printf()
之类的内容时,它会调用write(STDOUT)
,后者调用TTY驱动程序的write()
实现,该实现将写入TTY的输出流。
同样,请注意printf()
不知道STDOUT是否是TTY文件。
但是tty是否已经输出了当前的编辑缓冲区行?
在Unix中,一个文件(任何文件,而不仅仅是TTY文件)可以由多个作者打开和写入,并且不能保证它们之间的同步。
正如您在上面的echo hello >&10
示例中所看到的,在终端中运行的进程不是唯一可以写入TTY输出流的东西,而是即使一个不相关的进程也可以写入TTY输出流。
启用回显后,线路规则也可以写入TTY的输出流。
所有这些写入将被交错,驱动程序将不会尝试使其同步或使它们变得有意义。
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