linux：终端（Terminal）基本概念&终端登录过程详解

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ForeWord

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本文主要介绍了终端的基本概念和终端在系统中登录的过程。

Key Point：

1. 基本概念及访问终端的方法（Code）
2. 终端登录过程详解

……Expand - Knowledge……

处理终端设备的模块：硬件驱动程序&线路规程(Line Discipline)

~tips：全文阅读需要3min~

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Terminal

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在UNIX/LINUX系统中，用户通过终端登录系统后得到一个Shell进程，这个终端就成为Shell进程的控制终端(ControllingTerminal)。
同时，进程的PCB中同样也保存着对应终端的信息。由于子进程会继承父进程的PCB信息，所以Shell的控制终端自然也是它启动的其它进程的控制终端。

linux下一切皆文件，所以终端本质上也是一个文件。

因此我们可以通过访问文件的方式来查看进程对应的控制终端。⼀个进程要访问它的控制终端主要有以下2种方式：

1. 通过特殊设备文件/dev/tty访问控制终端 2. 调用ttyname函数直接访问控制终端所对应的设备文件

1. 通过/dev/tty访问进程控制终端：

如果当前进程有控制终端的话，/dev/tty就是当前进程控制终端的特殊设备文件，使用ps -ax命令查看进程与哪个控制终端相连：

以上编写了一个死循环程序，在另一终端使用ps -ax查看其对应的控制终端设备文件。

对于shell而言，/dev/tty就是其对应的控制终端，使用“tty”命令可以查看它具体对应的实际终端设备：

2. 调用ttyname函数来查看终端对应的设备：

ttyname函数：由文件描述符查出对应的文件名，该文件描述符指向一个终端设备。

返回值如下：

下面我们调用ttyname函数来查看终端对应的设备，先编写源代码：

接着运行程序：

如果我们打开更多终端，运行程序就可以看到终端文件的变化：

因此每个终端设备都对应一个不同的设备文件。换句话来说：进程与终端相关联。

还可以通过改变进程关联的终端设备文件，使某终端的进程运行在另一个终端：

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Terminal Log in …

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在Linux中， 终端登录的过程实际上就是从系统刚开启到登录成功的过程

具体登录过程如下：

Step1：系统启动时,init进程根据配置文件/etc/inittab确定需要打开哪些终端

配置文件某行功能举例：

Step2：getty完成任务

getty根据命令行参数打开终端设备作为它的控制终端，把文件描述符0、1、2都指向控制终端，然后提示用户输入账号。用户输入账号之后，getty的任务就完成了,

它再执行login程序:

execle('/bin/login', 'login', '-p', username, NULL, envp);

Step3：login程序运行

login程序提示用户输入密码，且在输入密码期间关闭终端的回显，因此我们在linux下输入密码时是看不到的，然后验证账号密码的正确性。

如果密码不正确，login进程终止。init会重新fork/exec一个getty进程。如果密码正确，login程序设置⼀些环境变量，设置当前工作⽬录为该⽤户的主目录，然后执行Shell:

execl('/bin/bash', '-bash', NULL);

注意argv[0]参数的程序名前面加了⼀个‘-’，这样bash就知道自己是作为登录Shell启动的。然后执行登录Shell的启动脚本。

总结：

整个登陆过程可以总结为下图：

从getty开始exec到login，然后exec到bash，其实都是同一个进程,因此控制终端没变。文件描述符0、1、2也仍然指向控制终端。由于fork会复制PCB信息，所以由Shell启动的其它进程也自动打开这些文件描述符。

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同样从键盘输入ctrl+c和ab，前者识别为信号，后者则可以正确的显示到显示器上，为什么：

这正是内核当中线路规程的作用(Line Discipline)。

实际上，内核中处理终端设备的模块包括硬件驱动程序和线路规程，示意图如下：

其中， 硬件驱动程序负责读写实际的硬件设备，比如从键盘读入字符和把字符输出到显示器；

线路规程则像一个过滤器，对于某些特殊字符并不是让它直接通过，而是做特殊处理：比如在键盘上按下Ctrl+C，对应的字符并不会被用户程序的read读到，而是被线路规程截获，解释成SIGINT信号发给前台进程，使该进程停止。

线路规程应该过滤哪些字符和做哪些特殊处理是可以配置的。