当进程向屏幕请求输入或输出时，tty会做什么？

问题描述

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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