Unix环境高级编程(二十)伪终端
1、综述
伪终端对于一个应用程序而言，看上去像一个终端，但事实上伪终端并不是一个真正的终端。从内核角度看，伪终端看起来像一个双向管道，而事实上Solaris的伪终端就是用STREAMS构建的。伪终端总是成对地使用的，就好像是个管道的两端。一端的设备称为"主设备"(master)，另一端的设备称为"从设备"(slave)，每一对伪终端设备，例如/dev/ptys0和/dev/ttys0，就好像是通过一个管道连在一起，其"从设备"一端与普通的终端设备没有什么区别，而"主设备"一端则跟管道文件相似。
伪终端的用途：
（1）构造网络登录服务器，例如telnetd和rlogind服务器。
（2）script程序，将终端会话的所有输入和输出信息复制到一个文件中，自己置于终端和登录shell的一个新调用之间。
（3）expect程序，伪终端可以在非交互模式中驱动交互程序的运行
（4）运行协同进程
（5）观看长时间运行程序的输出
2、打开伪终端设备
各种平台打开伪终端设备的方法有所不同，posix_openpt用来打开一个可用的伪终端主设备，该函数可移植的。伪终端从设备可被使用之前，必须设置它的权限，调用grantpt函数设置权限，使得应用程序可以访问它。unlockpt函数批准读伪终端从设备的访问，从而允许应用程序打开该设备。ptsname函数找到从伪终端设备的路径名。函数原型如下：
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
int posix_openpt(int oflag); //成功返回下一个可以用的PTY主设备的文件描述符，出错返回-1
int grantpt(int fildes); //更改从PTY设备的权限
int unlockpt(int fildes) //允许从PTY设备被打开
char *ptsname(int fildes); //成功返回指向PTY从设备名的指针，出错返回NULL
写个程序调用以上函数获取一个可用的PTY主设备描述符，然后获取该主设备的从伪终端的路径名。程序如下：
1 #define _XOPEN_SOURCE
2 #include <stdio.h>
3 #include <stdlib.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <fcntl.h>
6
7 int main()
8 {
9 int masterfd,slavefd;
10 char *slavedevice;
11 if((masterfd = posix_openpt(O_RDWR|O_NOCTTY)) == -1)
12 {
13 perror("posix_openpt() error");
14 exit(-1);
15 }
16 if(grantpt(masterfd) == -1)
17 {
18 perror("grantpt() error");
19 exit(-1);
20 }
21 if(unlockpt(masterfd) == -1)
22 {
23 perror("unlockpt() error");
24 exit(-1);
25 }
26 if((slavedevice=ptsname(masterfd)) == NULL)
27 {
28 perror("ptsname() error");
29 exit(-1);
30 }
31 printf("slave device is: %s\n", slavedevice);
32 exit(0);
33 }
程序执行结果如下：
打开一个终端，输入tty 这个命令来查看当前所使用的终端名。参考自http://blog.csdn.net/heron804/article/details/8144103
介绍另外两个函数ptym_open和ptys_open，前者用于打开下一个可用的PTY主设备，后者打开相应的从设备。这两个函数需要自己实现，函数声明如下所示：
int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz);
int pyts_open(char *pts_name);
3、基于STREAMS的伪终端
基于STREAMS的PTY主克隆设备是/dev/ptmx。打开该设备，其克隆open例程自动决定第一个未被使用的PTY主设备，并打开这个设备。ptym_open和ptys_open实现如下所示：
1 #define _XOPEN_SOURCE
2 #include <stdio.h>
3 #include <stdlib.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <fcntl.h>
6 #include <stropts.h>
7 #include <string.h>
8
9 int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz)
10 {
11 char *ptr;
12 int fdm;
13 strncpy(pts_name,"/dev/ptmx",pts_namesz);
14 pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
15 if((fdm = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
16 return -1;
17 if(grantpt(fdm) < 0)
18 {
19 close(fdm);
20 return -2;
21 }
22 if(unlockpt(fdm) < 0)
23 {
24 close(fdm);
25 return -3;
26 }
27 if((ptr = ptsname(fdm)) == NULL)
28 {
29 close(fdm);
30 return -4;
31 }
32 strncpy(pts_name,ptr,pts_namesz);
33 pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
34 return (fdm);
35 }
36 int ptys_open(char *pts_name)
37 {
38 int fds,setup;
39 if((fds = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
40 return -5;
41 return fds;
42 }
43 int main()
44 {
45 int fdm,fds;
46 char slave_name[20];
47 fdm = ptym_open(slave_name,sizeof(slave_name));
48 if(fdm<0)
49 {
50 perror("ptym_open() error");
51 exit(-1);
52 }
53 printf("open master device successfully.\n");
54 printf("slave device name is:%s\n",slave_name);
55 fds = ptys_open(slave_name);
56 if(fds < 0)
57 {
58 perror("ptys_open() error");
59 exit(-1);
60 }
61 printf("open slave device successfully.\n");
62 exit(0);
63 }
测试结果如下：
4、基于BSD的伪终端
需要自己确定第一个可用的PTY主设备，主设备名为/dev/ptyAX(/dev/ptys0)，这里的A表示16个字母"pqrstuvwxyQPRST"中的一个，X则为16个16进制数字(0~f)之一，这样一共可以256个伪终端主设备。从/dev/ptyp0开始不断尝试，直到成功打开一个可用的PTY主设备或试完了所有设备。ptym_open和ptys_open实现如下所示：
1 #define _XOPEN_SOURCE
2 #include <stdio.h>
3 #include <stdlib.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <fcntl.h>
6 #include <stropts.h>
7 #include <string.h>
8 #include <errno.h>
9 #include<grp.h>
10 #include <sys/types.h>
11
12 #ifndef _HAS_OPENPT
13 int posix_openpt(int oflag)
14 {
15 int fdm;
16 char *ptr1,*ptr2;
17 char ptm_name[16];
18
19 strcpy(ptm_name,"/dev/ptyXY");
20 for(ptr1="pqrstuvwxyzPQRST"; *ptr1 != 0; ptr1++)
21 {
22 ptm_name[8] = *ptr1;
23 for(ptr2="0123456789abcdef";*ptr2 != 0;ptr2++)
24 {
25 ptm_name[9] = *ptr2;
26 //try to open the master
27 if((fdm = open(ptm_name,oflag)) < 0)
28 {
29 if(errno == ENOENT)
30 return -1;
31 else
32 continue;
33 }
34 return fdm;
35 }
36 }
37 errno = EAGAIN;
38 return -1;
39 }
40 #endif
41
42 #ifndef _HAS_PTSNAME
43 char *ptsname(int fdm)
44 {
45 static char pts_name[16];
46 char *ptm_name;
47 ptm_name = ttyname(fdm);
48 if(ptm_name == NULL)
49 return NULL;
50 strncpy(pts_name,ptm_name,sizeof(pts_name));
51 pts_name[sizeof(pts_name)-1] = '\0';
52 if(strncmp(pts_name,"/dev/pty",9) == 0)
53 pts_name[9] = 's';
54 else
55 pts_name[5] = 't';
56 return pts_name;
57 }
58 #endif
59
60 #ifndef _HAS_GRANTPT
61 int grantpt(int fdm)
62 {
63 struct group *grptr;
64 int gid;
65 char *pts_name;
66
67 pts_name = ptsname(fdm);
68 if((grptr = getgrnam("tty")) != NULL)
69 gid = grptr->gr_gid;
70 else
71 gid = -1;
72 if(chown(pts_name,getuid(),gid) < 0)
73 return -1;
74 return chmod(pts_name,S_IRUSR | S_IWUSR | S_IWGRP);
75 }
76 #endif
77
78 #ifndef _HAS_UNLOCKPT
79 int unlockput(int fdm)
80 {
81 return 0;
82 }
83 #endif
84 int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz)
85 {
86 char *ptr;
87 int fdm;
88 strncpy(pts_name,"/dev/ptyXX",pts_namesz);
89 pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
90 if((fdm = posix_openpt(O_RDWR)) < 0)
91 return -1;
92 if(grantpt(fdm) < 0)
93 {
94 close(fdm);
95 return -2;
96 }
97 if(unlockput(fdm) < 0)
98 {
99 close(fdm);
100 return -3;
101 }
102 if((ptr = ptsname(fdm)) < 0)
103 {
104 close(fdm);
105 return -4;
106 }
107 strncpy(pts_name,ptr,pts_namesz);
108 pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
109 return fdm;
110 }
111 int ptys_open(char *pts_name)
112 {
113 int fds,setup;
114 if((fds = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
115 return -5;
116 return fds;
117 }
5、基于Linux的伪终端
Linux支持访问伪终端的BSD方法，也支持使用/dev/ptmx的克隆风格的伪终端接口。在Linux中PTY从设备以为组tty所拥有，ptym_open和ptys_open实现如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <stropts.h>
6 #include <string.h>
7 #include <errno.h>
8 #include <sys/types.h>
9 #include <asm/ioctl.h>
10
11 #define TIOCGPTN _IOR('T',0x30, unsigned int) /* Get Pty Number (of pty-mux device) */
12 #define TIOCSPTLCK _IOW('T',0x31, int) /* Lock/unlock Pty */
13
14 #ifndef _HAS_OPENPT
15 int posix_openpt(int oflag)
16 {
17 int fdm;
18 fdm = open("/dev/ptmx",oflag);
19 return fdm;
20 }
21 #endif
22
23 #ifndef _HAS_PTSNAME
24 char *ptsname(int fdm)
25 {
26 static char pts_name[16];
27 int sminor;
28 if(ioctl(fdm,TIOCGPTN,&sminor) < 0)
29 return NULL;
30 snprintf(pts_name,sizeof(pts_name),"/dev/pts/%d",sminor);
31 return pts_name;
32 }
33 #endif
34
35 #ifndef _HAS_GRANTPT
36 int grantpt(int fdm)
37 {
38 char *pts_name;
39 pts_name = ptsname(fdm);
40 return chmod(pts_name,S_IRUSR | S_IWUSR | S_IWGRP);
41 }
42 #endif
43
44 #ifndef _HAS_UNLOCKPT
45 int unlockput(int fdm)
46 {
47 int lock = 0;
48 return (ioctl(fdm,TIOCSPTLCK,&lock));
49 }
50 #endif
51 int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz)
52 {
53 char *ptr;
54 int fdm;
55 strncpy(pts_name,"/dev/ptmx",pts_namesz);
56 pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
57 if((fdm = posix_openpt(O_RDWR)) < 0)
58 return -1;
59 if(grantpt(fdm) < 0)
60 {
61 close(fdm);
62 return -2;
63 }
64 if(unlockput(fdm) < 0)
65 {
66 close(fdm);
67 return -3;
68 }
69 if((ptr = ptsname(fdm)) < 0)
70 {
71 close(fdm);
72 return -4;
73 }
74 strncpy(pts_name,ptr,pts_namesz);
75 pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
76 return fdm;
77 }
78 int ptys_open(char *pts_name)
79 {
80 int fds,setup;
81 if((fds = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
82 return -5;
83 return fds;
84 }
85 int main()
86 {
87 int fdm,fds;
88 char slave_name[20];
89 fdm = ptym_open(slave_name,sizeof(slave_name));
90 if(fdm<0)
91 {
92 perror("ptym_open() error");
93 exit(-1);
94 }
95 printf("open master device successfully.\n");
96 printf("slave device name is:%s\n",slave_name);
97 fds = ptys_open(slave_name);
98 if(fds < 0)
99 {
100 perror("ptys_open() error");
101 exit(-1);
102 }
103 printf("open slave device successfully.\n");
104 exit(0);
105 }
执行结果如下所示：
6、pty_fork函数
函数功能：用fork调用打开主设备和从设备，创建作为会话首进程的子进程并使其具有控制终端。函数声明如下：
#include <termios.h>
#include <sys/ioctl.h>
pid_t
ptt_fork(int *ptrfdm,char *slave_name,int slave_names,const struct
termiosz *slave_termios,const struct winsize *slave_winsize);
函数实现如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <stropts.h>
6 #include <string.h>
7 #include <errno.h>
8 #include <sys/types.h>
9 #include <asm/ioctl.h>
10 #include <termios.h>
11 #ifndef IIOCGWINSZ
12 #include <sys/ioctl.h>
13 #endif
14 pid_t ptt_fork(int *ptrfdm,char *slave_name,int slave_namesz,
15 const struct termios *slave_termios,
16 const struct winsize *slave_winsize)
17 {
18 int fdm,fds;
19 pid_t pid;
20 char pts_name[20];
21
22 if((fdm=ptym_open(pts_name,sizeof(pts_name))) < 0)
23 {
24 perror("ptym_open()error");
25 exit(-1);
26 }
27 if(slave_name != NULL)
28 {
29 strncpy(slave_name,pts_name,slave_namesz);
30 slave_name[slave_namesz-1] = '\0';
31 }
32 if((pid = fork()) < 0)
33 {
34 perror("fork() error");
35 exit(-1);
36 }
37 else if(pid == 0)
38 {
39 if(setsid() < 0)
40 {
41 perror("setsid() error");
42 exit(-1);
43 }
44 if((fds = ptys_open(pts_name)) < 0)
45 {
46 perror("ptys_open() error");
47 exit(-1);
48 }
49 close(fdm);
50 #if defined (TIOCSCTTY)
51 if(ioctl(fds,TIOCSCTTY,(char *)0) < 0)
52 {
53 perror("TIOCSCTTY error");
54 exit(-1);
55 }
56 #endif
57 if(slave_termios != NULL)
58 {
59 if(tcsetattr(fds,TCSANOW,slave_termios) < 0)
60 {
61 perror("tcsetattr error on slave pty");
62 exit(-1);
63 }
64 }
65 if(slave_winsize != NULL)
66 {
67 if(ioctl(fds,TIOCSWINSZ,slave_winsize) < 0)
68 {
69 perror("TIOCSWINSZ error on slave pty");
70 exit(-1);
71 }
72 }
73
74 if(dup2(fds,STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)
75 {
76 perror("dups error to stdin");
77 exit(-1);
78 }
79 if(dup2(fds,STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
80 {
81 perror("dups error to stdout");
82 exit(-1);
83 }
84 if(dup2(fds,STDERR_FILENO) != STDERR_FILENO)
85 {
86 perror("dups error to stderr");
87 exit(-1);
88 }
89 if(fds != STDIN_FILENO && fds != STDOUT_FILENO && fds != STDERR_FILENO)
90 close(fds);
91 return 0;
92 }
93 else
94 {
95 *ptrfdm = fdm;
96 return pid;
97 }
98 }
