TTY体系中设备节点的差别--- (二)

文章代码分析基于linux-5.19.13，架构基于aarch64（ARM64）。

1. 容易混淆的设备节点和专业术语

1.1 TTY/Terminal/Console/UART

术语	含义
TTY	来自teletype，最古老的输入输出设备，现在用来表示内核的一套驱动系统
Terminal	终端，暗含远端之意，也是一个输入输出设备，可能是真实设备，也可能是虚拟设备
Console	控制台，含控制之意，也是一种Terminal，权限更大，可以查看内核打印信息
UART	串口，它的驱动程序包含在TTY驱动体系之内

1.2 /dev/ttyS0、/dev/ttySAC0、/dev/tty、/dev/tty0、/dev/tty1、/dev/console**

设备节点	含义
/dev/ttyS0、/dev/ttySAC0、/dev/ttySAC0	串口
/dev/tty1、/dev/tty2、/dev/tty3、……	虚拟终端设备节点
/dev/tty0	前台终端
/dev/tty	程序自己的终端，可能是串口、也可能是虚拟终端
/dev/console	控制台，内核的cmdline参数确定
/dev/ptmx和/dev/pts0、/dev/pts1、……	ptmx与pts配合实现pty（伪终端）

1.3 虚拟终端和伪终端的区别

都是计算机终端的一种形式，但它们在实现方式和应用场景上存在一些区别。
（1）虚拟终端是指在计算机操作系统中通过软件模拟出来的终端，它们在物理机上使用软件虚拟出来，而不是通过硬件实现。例如，Linux系统中默认有7个虚拟终端(其中，第1至6个虚拟终端重视字符界面，而第7个虚拟终端则总是图形化用户界面，并且必须在启动图形化用户界面后才存在)，可以使用快捷键（Ctrl + Alt + F1~F6）切换。虚拟终端使用tty（teletypewriter）显示，它的数量是有限制的。
（2）伪终端则是另一种概念，它也被称作为终端模拟器，一般是指在操作系统上运行的一个应用程序，用来模拟建立一个“输入和输出的功能界面”。伪终端使用pts（pseudo-terminal slave）来表示。它常用于在图形界面下打开的命令行接口，或者通过SSH或者Telnet远程连接Linux系统等场景。伪终端的数量是不受限的。

1. devpts文件系统
 devpts文件系统(Device Pseudo Terminal Slave)为伪终端提供了一个标准接口，它的标准挂接点是/dev/pts。只要pty的主复合设备/dev/ptmx被打开，就会在/dev/pts下动态的创建一个新的pty设备文件。挂接时，UID、GID及其工作模式会指定给devpts文件系统的所有pty文件，这样可以保证伪终端的安全性。

2. linux支持的两种pty

• UNIX98 pseudoterminal，使用的是devpts文件系统，挂载在/dev /pts目录
• 在UNIX98 pseudoterminal之前，master pseudoterminal名字为/dev/ptyp0,…，slave pseudoterminal名字为/dev/ttyp0,…，这个方法需要预先分配好很多的设备节点。

3. /dev/ptmx与/dev/pts/0 、/dev/pts/1 、...的关系
 只有在open /dev/ptmx程序不退出的情况下，/dev/pts/目录下才会有对应的设备节点
在程序执行"open /dev/ptmx"的时候会在/dev/pts/目录下生成一个设备节点，比如0，1…，但是当程序退出的时候这个设备节点就消失了。

可以通过如下一个例子演示在"open /dev/ptmx"的时候在/dev/pts目录下生成的设备节点：

4. 伪终端详解
Linux35_TTY和伪终端

5. 使用SSH登录
 当有ssh客户端连接后，sshd会fork一个进程，然后在子进程中打开一个叫做/dev/pts/1(或者2,3,4,5…)的设备，然后和sshd进程的/dev/ptmx配对，这样在ptmx与pts之间就构成了一条管道，数据可以顺利被导入到sshd，然后通过TCP/IP封装发往ssh client所在的机器

备注：上图摘自参考文档：彻底理解Linux的各种终端类型以及概念

2. 各类设备节点的差别详解

2.1 TTY子系统架构

 由于历史原因，下图中两条红线之内的代码被称为TTY子系统。它既支持UART，也支持键盘、显示器，还支持更复杂的功能(比如伪终端)。

2.2 /dev/ttyN(N=1,2,3,...)

/dev/tty[0-N]只是一个虚拟控制台，如果您运行的是N代表TTY号码的 GUI 系统，您可以从主终端切换到它。默认情况下，/dev/tty0是默认的虚拟控制台。/dev/ttyN(N=1,2,3,...)：表示某个程序使用的虚拟终端

// 在tty2、tty3终端来回切换(UBUNTUN系统上)，执行命令
echo msg_to_tty2  > /dev/tty2
echo msg_to_tty3  > /dev/tty3

2.3 /dev/tty0

/dev/tty0：表示前台程序的虚拟终端。由于我的开发板暂时不支持GUI，因此只能在UBUNTUN系统上测试：

• 你正在操作的界面，就是前台程序

• 其他后台程序访问/dev/tty0的话，就是访问前台程序的终端，切换前台程序时，/dev/tty0是变化的

  // 1. 在tty2终端执行如下命令
  // 2. 然后在tty2、tty3来回切换
  
  while [ 1 ]; do echo msg_from_tty2 > /dev/tty0; sleep 5; done
  

2.4 /dev/tty

/dev/tty表示本程序的终端，可能是虚拟终端，也可能是真实的终端。

程序A在前台、后台间切换时，它自己的/dev/tty都不会变。

// 1. 在tty2终端执行如下命令
// 2. 然后在tty2、tty3来回切换

while [ 1 ]; do echo msg_from_tty2 > /dev/tty; sleep 5; done

2.5 Terminal和Console的差别

Terminal含有远端的意思，中文为：终端。Console翻译为控制台，可以理解为权限更大、能查看更多信息。

比如我们可以在Console上看到内核的打印信息，从这个角度上看：

• Console是某一个Terminal
• Terminal并不都是Console。
• 我们可以从多个Terminal中选择某一个作为Console
• 很多时候，两个概念混用，并无明确的、官方的定义

2.6 /dev/console

选哪个？内核的打印信息从哪个设备上显示出来？
可以通过内核的cmdline来指定，
比如: console=ttyS0 console=tty

我不想去分辨这个设备是串口还是虚拟终端，
有没有办法得到这个设备？
有！通过/dev/console！
console=ttyS0时：/dev/console就是ttyS0
console=tty时：/dev/console就是本程序的虚拟终端
console=tty0时：/dev/console就是前台程序的虚拟终端
console=ttyN时：/dev/console就是/dev/ttyN

console有多个取值时，使用最后一个取值来判断

参考文档

• 解密TTY
• 彻底理解Linux的各种终端类型以及概念
• Linux终端和Line discipline图解
• What Are Teletypes, and Why Were They Used with Computers?
  ptmx/pts