转载tty 文章

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TTY 是 Teletype 或 Teletypewriter 的缩写，原来是指电传打字机，后来这种设备逐渐键盘和显示器取代。不管是电传打字机还是键盘显示器，都是作为计算机的终端设备存在的，所以 TTY 也泛指计算机的终端(terminal)设备。为了支持这些 TTY 设备，Linux 实现了一个叫做 TTY 的子系统。所以 TTY 既指终端，也指 Linux 的 TTY 子系统，当然 TTY 还有更丰富(混乱)的含义，本文试图把它们解释清楚。本文中演示部分使用的环境为 ubuntu 18.04。

硬件终端 terminal(TTY)

早期的终端(terminal) 是一台独立于计算机的机器(teletype 即, TTY)，大概像下面的样子：

它终端通过线缆与计算机连接，并完成计算机的输入输出功能：

现在物理终端实际上已经灭绝了，我们看到的所有 TTY 都是模拟视频终端，即软件仿真出来的终端。可以通过 toe -a 命令查看系统支持的终端类型，不要奇怪，这是一个挺长的列表。

控制台 console

提到终端就不能不提控制台 console。控制台的概念与终端含义非常相近，其实现在我们经常用它们表示相同的东西，但是在计算机的早期时代，它们确实是不同的东西。一些数控设备(比如数控机床)的控制箱，通常会被称为控制台，顾名思义，控制台就是一个直接控制设备的面板，上面有很多控制按钮。 在计算机里，把那套直接连接在电脑上的键盘和显示器就叫做控制台。而终端是通过串口连接上的，不是计算机自身的设备，而控制台是计算机本身就有的设备，一个计算机只有一个控制台。计算机启动的时候，所有的信息都会显示到控制台上，而不会显示到终端上。这同样说明，控制台是计算机的基本设备，而终端是附加设备。计算机操作系统中，与终端不相关的信息，比如内核消息，后台服务消息，都可以显示到控制台上，但不会显示到终端上。比如在启动和关闭 Linux 系统时，我们可以在控制台上看到很多的内核信息(下图来自 vSphere Client 中的 "Virtual Machine Console")：

现在终端和控制台都由硬件概念，逐渐演化成了软件的概念。简单的说，能直接显示系统消息的那个终端称为控制台，其他的则称为终端(控制台也是一个终端)。或者我们在平时的使用中压根就不区分 Linux 中的终端与控制台。

下面的例子是通过 /dev/console 文件向控制台发送消息，这个这个例子我们可以看到控制台与终端的一点点不同之处。打开 vSphere Client 中的 "Virtual Machine Console"(即控制台)，默认显示的是 tty1：

通过其他的终端向 /dev/console 中写入字符串 "hello world"：root@esearch:~# echo "hello world" > /dev/console

字符串显示在了控制台中。然后通过 Ctrl + Alt + F2 把控制台中的终端切换到 tty2，再次向 /dev/console 写入字符串：root@esearch:~# echo "hello world" > /dev/console

这次字符串写到了 tty2 中，这说明 Linux 总是把写入 /dev/console 的内容会显示在控制台中当前的虚拟终端(tty1-tty6)里。

TTY 设备

从历史上看，终端刚开始就是终端机，配有打印机，键盘，带有一个串口，通过串口传送数据到主机端，然后主机处理完交给终端打印出来。电传打字机(teletype)可以被看作是这类设备的统称，因此终端也被简称为 TTY(teletype 的缩写)。如下图所示(下图来自互联网)：

UART 驱动如上图所示，物理终端通过电缆连接到计算机上的 UART(通用异步接收器和发射器)。操作系统中有一个 UART 驱动程序用于管理字节的物理传输。

行规范上图中内核中的 Line discipline(行规范)用来提供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)，主要用来支持用户在输入时的行为(比如输错了，需要退格)。

TTY 驱动TTY 驱动用来进行会话管理，并且处理各种终端设备。

UART 驱动、行规范和 TTY 驱动都位于内核中，它们的一端是终端设备，另一端是用户进程。因为在 Linux 下所有的设备都是文件，所以它们三个加在一起被称为 "TTY 设备"，即我们常说的 TTY。

从软件仿真终端到伪终端

后来的终端慢慢演变成了键盘 + 显示器。如果我们要把内容输出到显示器，只要把这些内容写入到显示器对应的 TTY 设备就可以了，然后由 TTY 层负责匹配合适的驱动完成输出，这也是 Linux 控制台的工作原理(下图来自互联网)：

上图中，TTY 驱动和行规范的行为与前面的示例类似，但不再有 UART 或物理终端。相反，软件仿真出视频终端，并最终被渲染到 VGA 显示器。注意，这里出现了软件仿真终端，它们是运行在内核态的。显示器和 vSphere Client "Virtual Machine Console" 中的 tty1-tty6 都是软件仿真终端：

/dev/tty1-/dev/tty6 是这些仿真终端在文件系统中的表示，程序通过对这些文件的读写实现对仿真终端的读写。

如果我们在用户空间也进行终端仿真，情况会变得更加灵活，下图是 xterm 及其克隆的工作方式(下图来自互联网)：

为了便于将终端仿真移入用户空间，同时仍保持 TTY 子系统(TTY 子系统指 TTY 驱动和行规范)的完整，伪终端被发明了出来(pseudo terminal 或 pty)。伪终端在内核中分为两部分，分别是 master side 和 在 TTY 驱动中实现的 slave side。注意上图中的 xterm，这是一个运行在用户态的终端仿真程序，比如 Ubuntu Desktop 中的 GNOME Terminal：

当创建一个伪终端时，会在 /dev/pts 目录下创建一个设备文件：

如果是通过 PuTTY 等终端仿真程序通过 SSH 的方式远程连接 Linux，那么终端仿真程序通过 SSH 与 PTY master side 交换数据。

终端与伪终端的区别

至此我们可以得出这样的结论：现在所说的终端已经不是硬件终端了，而是软件仿真终端(终端模拟软件)。关于终端和伪终端，可以简单的理解如下：

真正的硬件终端基本上已经看不到了，现在所说的终端、伪终端都是软件仿真终端(即终端模拟软件)一些连接了键盘和显示器的系统中，我们可以接触到运行在内核态的软件仿真终端(tty1-tty6)通过 SSH 等方式建立的连接中使用的都是伪终端伪终端是运行在用户态的软件仿真终端

总结

通过本文我们可以了解到，真正的硬件终端基本上已经看不到了。在一些连接了键盘和显示器的系统中(当然也包括一些 vsphere 等虚拟环境)，我们可以接触到运行在内核态的软件仿真终端。而我们使用最多的则是伪终端。

PS：

1.tty概念分析

在Linux系统中，终端是一类字符型设备，它包括多种类型，通常使用tty来简称各种类型的终端设备。由于串口也是一种终端，因此这里引入终端这个概念串口终端（/dev/ttyS*）

串口终端是使用计算机串口连接的终端设备。Linux把每个串行端口都看作是一个字符设备。这些串行端口所对应的设备名称是 /dev/ttySAC0;/dev/ttySAC1……控制台终端（/dev/console）在Linux系统中，计算机的输出设备通常被称为控制台终端(Console)，这里特指printk信息输出到的设备。/dev/console是一个虚拟的设备，它需要映射到真正的tty(物理终端)上，比如通过内核启动参数” console=ttySAC0”就把console映射到了串口0。虚拟终端（/dev/tty*）

当用户登录时，使用的是虚拟终端。使用Ctcl+Alt+[F1—F6]组合键时，我们就可以切换到tty1、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。

在Linux内核中printk函数处理是交给控制台终端的，控制台终端又把它映射到串口终端或者屏幕终端上。而虚拟终端更多是在应用程序中使用。

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