第62章 终端

概述

Linux上，/dev/ttyn设备是系统上虚拟控制台，tty是teletype的缩写
传统终端和终端模拟器（如伪终端）都需要同终端驱动程序关联，其负责处理设备上的输入和输出，执行输入时，驱动程序可以在如下两种模式：

  • 规范模式：终端的输入按行处理，且可进行行编辑操作，这是默认的输入模式
  • 非规范模式：终端输入不会装配为行，如vi、more等，无需按回车键就能读取到单个字符

驱动程序可以对特殊字符做出解释，如中断字符Ctrl+C、文件结尾Ctrl+D，非范围模式下无法处理某些或所有这些特殊字符

获取和修改终端属性

  1. #include <termios.h>
  3. int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
  4. int tcsetattr(int fd, int opt_act, const struct termios *termios_p);
  5. // 两个函数返回值：若成功，返回0，若出错，返回-1，若fd不指向终端，返回失败，错误码ENOTTY
  6. // 如果任何一个属性的修改执行，则tcsetattr返回成功，只有所有属性修改请求都没有执行，才会返回失败
  8. struct termios
  9. {
  10.     tcflag c_iflag; /* 输入模式标志*/
  11.     tcflag c_oflag; /* 输出模式标志*/
  12.     tcflag c_cflag; /* 控制模式标志*/
  13.     tcflag c_lflag; /* 区域模式标志或本地模式标志或局部模式*/
  14.     cc_t c_line;    /* 行规程，一直设置为新规程：N_TTY */
  15.     cc_t c_cc[NCC]; /* 控制字符特性*/
  16.     speed_t c_ispeed; /* unused */
  17.     speed_t c_ospeed; /* unused */
  18. };
  20. opt_act的取值：
  21. TCSANOW: 修改立即生效
  22. TCSADRAIN: 所有当前处于排队的输出已经传送到终端后，修改生效
  23. TCSAFLUSH: 效果同TCSADRAIN，但是除此之外，该标志生效时仍然等待处理的输入数据都会丢弃

stty命令

以命令行的形式模拟函数tcgetattr和tcsetattr的功能

检视终端当前所有属性
  1. stty -a
  2. // 线速，终端大小
  3. speed 9600 baud; 36 rows; 128 columns; 
  4. // 标志前带连字符-表示当前被禁用
  5. // 控制终端输入的用户界面标志
  6. lflags: icanon isig iexten echo echoe -echok echoke -echonl echoctl
  7.     -echoprt -altwerase -noflsh -tostop -flusho pendin -nokerninfo
  8.     -extproc
  9. // 控制终端输入的标志    
  10. iflags: -istrip icrnl -inlcr -igncr ixon -ixoff ixany imaxbel iutf8
  11.     -ignbrk brkint -inpck -ignpar -parmrk
  12. // 控制终端输出的标志
  13. oflags: opost onlcr -oxtabs -onocr -onlret
  14. // 控制终端线速的硬件控制相关标志
  15. cflags: cread cs8 -parenb -parodd hupcl -clocal -cstopb -crtscts -dsrflow
  16.     -dtrflow -mdmbuf
  17. // 特殊字符    
  18. cchars: discard = ^O; dsusp = ^Y; eof = ^D; eol = <undef>;
  19.     eol2 = <undef>; erase = ^?; intr = ^C; kill = ^U; lnext = ^V;
  20.     min = 1; quit = ^\; reprint = ^R; start = ^Q; status = ^T;
  21.     stop = ^S; susp = ^Z; time = 0; werase = ^W;
修改中断字符为Ctrl + L
  1. skydeiMac:62-终端 sky$ sleep 30
  2. ^C
  3. skydeiMac:62-终端 sky$ stty intr ^L
  4. skydeiMac:62-终端 sky$ sleep 30
  5. ^C^C^C^L
  6. skydeiMac:62-终端 sky$ stty -a |grep intr
  7.     eol2 = <undef>; erase = ^?; intr = ^L; kill = ^U; lnext = ^V;
修改中断字符为非控制字符如q
  1. skydeiMac:62-终端 sky$ stty intr q
  2. skydeiMac:62-终端 sky$ sleep 30
  3. ^C^C^C^Lq
  4. skydeiMac:62-终端 sky$ stty -a |grep intr
  5.     eol2 = <undef>; erase = ^?; intr = q; kill = ^U; lnext = ^V;
启动/关闭某个终端标志
  1. skydeiMac:62-终端 sky$ stty -a |grep tostop
  2.     -echoprt -altwerase -noflsh -tostop -flusho pendin -nokerninfo
  4. skydeiMac:62-终端 sky$ stty tostop
  5. skydeiMac:62-终端 sky$ stty -a |grep tostop
  6.     -echoprt -altwerase -noflsh tostop -flusho pendin -nokerninfo
  8. skydeiMac:62-终端 sky$ stty -tostop
  9. skydeiMac:62-终端 sky$ stty -a |grep tostop
  10.     -echoprt -altwerase -noflsh -tostop -flusho pendin -nokerninfo
终端处于可以显示但不可用状态时

当程序奔溃时，除了奢侈的关闭再重新打开一个窗口外，可以输入如下指令，将终端标志和特殊字符还原到一个合理的状态：

  1. // Ctrl + J才是真正的换行符，某些模式下可能换行符不再映射为Enter键
  2. Ctrl + J stty sane Ctrl + J
监视stty命令的终端属性
  1. su
  2. password: 
  4. stty -a -F /dev/ttyt3

终端特殊字符

c_cc下标都是字符的常量名添加V，除了CR和NL没有对应的c_cc下标

  1. 字符     c_cc下标    描述    默认设定
  2. CR        无        回车      ^M
  3. DISCARD  VDISCARD  丢弃输出    ^O
  4. EOF       VEOF     文件结尾    ^D
  5. EOL                行结尾
  6. EOL2              另一种行结尾
  7. ERASE               擦除字符   ^?
  8. INTR             中断(SIGINT) ^C
  9. KILL                擦除一行   ^U
  10. LNEXT   字面化下一个字符(一般是特殊字符) ^V
  11. NL                   换行      ^J
  12. QUIT             退出(SIGQUIT) ^\
  13. REPRINT          重新打印输入行  ^R
  14. START              开始输出     ^Q
  15. STOP               停止输出     ^S
  16. SUSP             暂停(SIGTSTP)  ^Z
  17. WERASE           擦除一个字符    ^W

终端标志

  1. c_iflag：
  2. BRKINT：接到BREAK时产生SIGINT；
  3. ICRNL：将输入的CR转换为NL；
  4. IGNBRK：忽略BREAK条件；
  5. IGNCR：忽略CR；
  6. IGNPAR：忽略奇偶错字符；
  7. IMAXBEL：在输入队列空时振铃；
  8. INLCR：将输入的NL转换为CR；
  9. INPCK：打开输入奇偶校验；
  10. ISTRIP：剥除输入字符的第8位；
  11. IUCLC：将输入的大写字符转换成小写字符(仅SVR4)；
  12. IXANY：使任一字符都重新起动输出；
  13. IXOFF：使起动/停止输入控制流起作用；
  14. IXON：使起动/停止输出控制流起作用；
  15. PARMRK：标记奇偶错；
  17. c_oflag：
  18. BSDLY：退格延迟屏蔽(仅SVR4)；
  19. CRDLY：CR延迟屏蔽(仅SVR4)；
  20. FFDLY：换页延迟屏蔽(仅SVR4)；
  21. NLDLY：NL延迟屏蔽(仅SVR4)；
  22. OCRNL：将输出的CR转换为NL(仅SVR4)；
  23. OFDEL：填充符为DEL，否则为NUL(仅SVR4)；
  24. OFILL：对于延迟使用填充符(仅SVR4)；
  25. OLCUC：将输出的小写字符转换为大写字符(仅SVR4)；
  26. ONLCR：将NL转换为CR-NL；
  27. ONLRET：NL执行CR功能(仅SVR4)；
  28. ONOCR：在0列不输出CR(仅SVR4)；
  29. ONOEOT：在输出中删除EOT字符(仅4.3+BSD)；
  30. OPOST：执行输出处理；
  31. OXTABS：将制表符扩充为空格(仅4.3+BSD)；
  32. TABDLY：水平制表符延迟屏蔽(仅SVR4)；
  33. VTDLY：垂直制表符延迟屏蔽(仅SVR4)；
  35. c_cflag：
  36. CCTS_OFLOW：输出的CTS流控制(仅4.3+BSD)；
  37. CIGNORE：忽略控制标志(仅4.3+BSD)；
  38. CLOCAL：忽略解制解调器状态行；
  39. CREAD：启用接收装置；
  40. CRTS_IFLOW：输入的RTS流控制(仅4.3+BSD)；
  41. CSIZE：字符大小屏蔽；
  42. CSTOPB：送两个停止位，否则为1位；
  43. HUPCL：最后关闭时断开；
  44. MDMBUF：经载波的流控输出(仅4.3+BSD)；
  45. PARENB：进行奇偶校；
  46. PARODD：奇校，否则为偶校；
  48. c_lflag：
  49. ALTWERASE：使用替换WERASE算法(仅4.3+BSD)；
  50. ECHO：进行回送；
  51. ECHOCTL：回送控制字符为^(char)；
  52. ECHOE：可见擦除符；
  53. ECHOK：回送kill符；
  54. ECHOKE：kill的可见擦除；
  55. ECHONL：回送NL；
  56. ECHOPRT：硬拷贝的可见擦除方式；
  57. FLUSHO：刷清输出；
  58. ICANON：规范输入；
  59. IEXTEN：使扩充的输入字符处理起作用；
  60. ISIG：使终端产生的信号起作用；
  61. NOFLSH：在中断或退出键后不刷清；
  62. NOKERNINFO：STATUS不使内核输出(仅4.3+BSD)；
  63. PENDIN：重新打印；
  64. TOSTOP：对于后台输出发送SIGTTOU；
  65. XCASE：规范大/小写表示(仅SVR4)；

终端的IO模式

规范模式

通过设定ICANON标记打开，可通过以下几点确定是否为规范模式的输入

  • 输入被装配为行，通过几种行结束符来终结：NL、EOL、EOL2（IEXTEN标记）、EOF、CR（ICRNL标记），除了EOF之外，其他行结束符都会传递给读取的进程
  • 打开了行编辑功能，这样就可以修改当前行的输入，因此ERASE、KILL字符可用，WERASE可用（IEXTEN标记）
  • REPRINT和LNEXT字符可用（IEXTEN标记）

当存在一行完整的输入时，终端上的read才会返回

非规范模式

一些应用如vi、less在用户没有提供行终止符时也需要从终端读取字符，此模式下，会关闭ICANON标记

  • 输入不再装配为行，相反会立刻对应用程序可见
  • read会在特定时间内TIME或读取了特定数量MIN的字符后完成
  • MIN0 TIME0（轮询读取）：有数据，read返回可用的字节数和请求的字节数中较小值，没数据，read立刻返回0
  • MIN>0 TIME==0（阻塞式读取）：read阻塞直到请求的字节数得到满足或读取到了MIN个字节，返回较小值，如less会将MIN设为1，TIME设为0
  • MIN==0 TIME>0（超时的读取）：至少一个字节或经历了TIME个十分之一秒，read返回
  • MIN>0 TIME>0（既有超时又有最小值字节的读取）：每次接收一个字符就重启定时器，如果读到了MIN个字节或请求的字节数已读取完毕，read返回较小值，或者连续接收的字节超TIME个十分之一秒，read返回0
加工模式、cbreak模式、原始模式
  1. 功能特性                 加工模式    cbreak模式    原始模式
  2. 输入处理                   按行        按字符      按字符
  3. 行编辑                     是          否           否
  4. 对产生信号的字符做解释        是          是           否
  5. 是否解释START/STOP字符      是          是           否
  6. 是否解释其他的特殊字符        是          否           否
  7. 是否执行其他的输入处理        是          是           否
  8. 是否执行其他的输出处理        是          是           否
  9. 是否回显输入                是          可能          否
  • 加工模式：本质上是带有处理默认特殊字符功能的规范模式
  • 原始模式：与加工模式恰好相反，所有的输入输出都不能做任何处理，而且不能回显
  • cbreak模式：介于加工模式和原始模式之间，输入按照非规范方式处理，产生信号的字符会被解释

    终端线速（比特率）

    不同的终端传输和接收的速率不同，准确的说，波特（baud）是线路中信号每秒可以变化的频率，和每秒传送的位数不是一回事 ``` // 获取给定终端的输入线速 speed_t cfgetispeed(const struct termios temios_p); // 获取给定终端的输出线速 speed_t cfgetospeed(const struct termios temios_p); // 设置给定终端的输入线速 int cfsetispeed(struct termios temios_p, speed_t speed); // 设置给定终端的输出线速 int cfsetospeed(struct termios temios_p, speed_t speed);
  1. 尽管输入和输出线速是分开的，但在许多终端两个速率应该保持一致，Linux中，非标准字段c_ispeed和c_ospeed未被使用
  2. ### 终端的行控制

int tcsendbreak(int fd, int duration); // 通过传输连续的0比特流产生break状态，duration为0，持续0.25秒（SUSv3规定至少0.25秒，最多0.5秒），不为0，则表示多少毫秒

int tcdrain(int fd); // 刷新（丢弃）终端输入队列、终端输出队列或两者的数据

int tcflush(int fd, int queue_selector); // 刷新（丢弃）终端输入队列（由终端驱动程序接收还没被任何进程读取的数据）、终端输出队列（已经写入终端驱动程序但是还没传递给设备的数据）或两者的数据，如丢弃提示输入密码之前就已经输入的数据 queue_selector的取值： TCIFLUSH: 刷新输入队列 TCOFLUSH: 刷新输出队列 TCIOFLUSH: 刷新输入输出队列

int tcflow(int fd, int action); // 控制数据在计算机和终端之间的数据流方向，其中TCIOFF和TCION只有在终端可以解释STOP和START字符时才有效 action的取值： TCOOFF: 暂停终端的输出 TCOON: 恢复终端的输出 TCIOFF: 传送一个STOP字符给终端 TCION: 传送一个START字符给终端

  1. ### 终端窗口大小
  2. 处理屏幕的应用程序应该可以监控终端窗口的大小，内核提供了两种方式：
  4. - 终端窗口大小改变后发送一个SIGWINCH信号给前台进程组，默认情况下，该信号被忽略
  5. - 任意时刻，通常收到SIGWINCh信号后，进程可以使用ioctl的TIOCGWINSZ获取终端窗口的当前大小
  6. ### 终端标识
  7. ctermid可以返回进程控制终端的名称，UNIX下通常为/dev/tty，而isatty可以判断fd是否与一个终端关联

include

int isatty(int fd); // 如果fd与终端关联，返回1，否则返回0

  1. ttyname返回与之相关的终端设备名称

include

char *ttyname(int fd); // 成功则返回一个静态分配的字符串，否则返回NULL

``` /dev目录包含了有关虚拟控制台的条目如/dev/tty1和BSD伪终端，/dev/pts目录包含了System V风格的伪终端从设备