tty是什么，Linux中tty是什么意思

tty是什么，Linux中tty是什么意思

虽然Linux内核是由C语言写的，但处处体现面向对象的设计思想，这对很多只会C语言的朋友来说，理解比较困难，尤其是tty体系，涉及很多混乱的概念。

1. 上古时期的tty、terminal和console

在上古时期，tty和terminal和consle这三个概念都对应着各种的硬件

console:控制台

在早期的电脑上，往往具有带有大量开关和指示灯的面板，可以对电脑进行一些底层的操作，这个面板就叫做Console。一台电脑通常只能有一个Console，很多时候是电脑主机的一部分，和CPU共享一个机柜。

terminal:终端

控制台可以实现对计算机的完全操控，用来管理计算机，但不方便给用户服务。后来计算机技术发展，计算能力不断提升并出现了多用户操作系统（特别是UNIX），允许每个用户通过终端设备（Terminal）与主机连接，操作系统管理员给每个用户分配一个账户，“登录”到系统获得计算机使用权，这时计算机才算实现了服务用途。

terminal表示一台能够用来和电脑交互的设备——通常有显示器和键盘。

console和terminal关系：console在主机上，只有1个，terminal连接到主机，可以有好多个

 tty:teletypewriter

字面意思电传打字机。属于terminal的一种。Linux在内核中使用了这个名字（后面详解）。

插讲Shell

部分入门的朋友，可能把shell误认为是终端。

Shell是UNIX/Linux系统中最为重要的应用程序之一，负责解释执行用户指令，打印结果，和用户交互。

终端自身并不执行用户输入的命令，它只是负责把输入的内容传送到主机系统（键盘等输入设备），并把主机系统返回的结果呈现给用户（屏幕已经早期的打印纸）。负责解释执行用户输入的命令并返回结果的，正是Shell！它是沟通用户和系统内核的中间桥梁。

广义上的Shell可以是图形界面的也可以是命令行界面的。

2. tty抽象化

随着发展，terminal、tty、console这几个概念开始混乱了。

电传打字机已基本淘汰，控制台、终端不再是各自独立的外设，PC上的键盘、显示器被整合为控制台/终端。

terminal不止有电传打字机这一种，还有带屏幕等很多形式。

Linux为了屏蔽这些差异，引入了tty driver这一层：

硬件驱动程序-应用程序，变为硬件驱动程序-tty driver-应用程序,这是驱动涉及中常见的分离思想，把共性抽象出来。即，把原来的一个硬件驱动程序分为了两部分。

终端与内核的交互：

真正的重点来了：终端如何与程序交互？

例如：我们输入退格键，他本身只是个值，如何知道作用是退格？

linux引入了行规程（line discipline），相当于一个过滤器，或者叫解释器。

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），这些命令在行规程（line discipline）内默认启用。

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，也就是得到原始的值。

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。

即把硬件驱动程序-tty-应用程序中的tty又给拆分，变成行规程（line discipline）和tty driver

即：硬件driver-行规程（line discipline）-tty driver-应用程序

这里是一个比较容易混淆的地方，tty driver并不是一个真正的驱动，只是抽象出一些接口，对于应用程序而言，他就是个driver，对于应用程序，底层的差异是被屏蔽了的，相当于：

tty硬件-tty硬件driver-应用程序

所以其实也并不把他叫driver，而一般叫tty core核心

所以这种说法更加清晰：硬件-硬件drvier-行规程line disciple-tty core-应用程序

我们知道远古电传打字机是通过uart与主机相连。

人通过打字机（terminal）输入，uart与主机连，经过行规程（line discipline），到达tty，程序读取tty。

UART驱动，行规程和TTY驱动这个三元组就可以被称为TTY设备，即我们常说的TTY。

这其实也就是对应我们现在的tty驱动，行规程，tty核心三部分，共同组成tty设备。

3. 终端虚拟化

虚拟终端（Virtual Terminal）

一台PC通常只有一套键盘和显示器，也就是只有一套物理终端设备，Linux内核将这一套键盘和显示器映射为6个字符终端设备文件，即/dev/tty1~tty6，称为“虚拟终端（Virtual Terminal）”，可通过Ctrl-Alt-F1~F6切换。

/dev/tty0则指向用户当前正在使用的虚拟终端，如用户切换到/dev/tty4，那么/dev/tty0就指向/dev/tty4。

串口终端（Serial Port Terminal）

后来计算机发展出串行端口（Serial Port），彼时串口的最大用途就是连接终端，计算机就把连接到串口的外设看作字符设备，外设称为“串口终端（Serial Port Terminal）”，串口在Linux系统中对应着设备/dev/ttyS1、/dev/ttyS2......等。

上文中的虚拟终端其实也是真实终端，只不过是1化6，下面真正的虚拟来了：

终端模拟器（Terminal Emulator）

基于系统中已有的键盘、显示驱动而构建的图形界面程序，其根本用途只有一个——模拟真实终端的功能。例如我们在windows上通过MobaXterm软件连接到linux主机，MobaXterm就是个终端模拟器。在Linux桌面版系统中也有自带的终端模拟器。

终端模拟器为啥叫模拟器呢? 因为真正的终端是全屏显示的黑乎乎的不带窗口的那种（按ctrl+alt+f1），这里带了窗口，是基于linux的X窗口系统上模拟出来的终端设备。

伪终端：pseudo terminal

伪终端（pseudo tty，缩写为pty），是UNIX/Linux内核中一对双向互联的设备，分为主设备（pty master）和从设备（pty slave），也称作“伪终端对（pty pair）”。

终端模拟器(terminal emulator) 是运行在内核的模块，我们也可以让终端模拟程序运行在用户区。运行在用户区的终端模拟程序，就被称为伪终端（pseudo terminal, PTY）。

我们在Linux系统中按住ctrl+alt+t打开一个terminal

终端模拟器模拟出一个terminal，这个terminal通过 伪终端：pseudo terminal，再通过行规程，再通过tty，再与程序交互。

Linux 中为什么要提出伪终端这个概念呢？shell 等命令行程序不可以直接从显示器和键盘读取数据吗？

可以，但那就是真实的tty了，但是我们只有一个屏幕啊，想要开多个终端怎么办。

如果是远程登陆，终端虽然通过基于TCP/IP协议的socket接口与主机连接了，但远程主机上的程序的标准输入、标准输出、标准错误无法关联到socket上。（程序结果依然在本地显示，除非在程序中实现回传，这就增加了程序的复杂度）

为了同屏运行多个终端模拟器、并实现远程登录，就有了伪终端，实现了多路复用，也实现了脱离主机的硬件。

伪终端本质上是运行在用户态的终端模拟器创建的一对字符设备。主设备名为/dev/ptmx ，从设备名为/dev/pts0、/dev/pts1.../dev/ptsN等。

/dev/ptmx 是一个字符设备文件，当进程打开 /dev/ptmx 文件时，进程会同时获得一个指向 pseudoterminal master(ptm)的文件描述符和一个在 /dev/pts 目录中创建的 pseudoterminal slave(pts) 设备。（就像管道的两端）

通过打开 /dev/ptmx 文件获得的每个文件描述符都是一个独立的 ptm，它有自己关联的 pts，ptmx(可以认为内存中有一个 ptmx 对象)在内部会维护该文件描述符和 pts 的对应关系，对这个文件描述符的读写都会被 ptmx 转发到对应的 pts。

我们可以通过 lsof 命令查看 ptmx 打开的文件描述符：

$ sudo lsof /dev/ptmx

归纳：

终端分为真终端（tty1-6，ttySn等）和伪终端

真终端中的tty1-6又称虚拟终端，因为实际上只有一套输入输出。

console：用来显示系统消息的终端，终端可以成为console

tty driver最初是用来抽象出tty硬件设备，后来发展成行规程+tty core，tty driver一词用来表示硬件部分驱动。

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