三言两语聊Kernel：该怎么理解Terminal

TL;DR

对于unix系的操作系统而言，即使是看起来很酷的MacOS，都有Terminal这个东西.

那么Terminal到底是什么，该怎么来理解它？
    Terminal是一种设备，它具备输入输出能力，通常我们在程序里会使用reguler files，pipe，socket来用作输入输出，但是他们远不具备terminal那么强大的输入输出能力。 Terminal设计的目的是为了让我们与电脑的交互更容易。

Terminal

当你在Terminal里运行一个程序的时候，你可以通过Ctrl-C来给它发送一个interrrupt信号（SIGINT）；如果该程序是从文件里面读的\x03字符，显然它不会收到SIGINT信号。当你在Terminal里运行一个程序，如果它产生了一个G字符(\x07)，那么，你就会听到一个beep声；如果该程序是从文件里面读取到的该字符，或者将该字符写入到一个文件中，显然不会产生beep声。举个例子，在终端里面运行下面这段代码，你会不停的听到beep声。Yeah,it is so easy,but so funny.And, don’t forget to ask why.

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    unsigned int usec = 100;
    while (1) {
        printf(“\x07”);
        usleep(usec);
    }
    return 0;
}

当你在终端里执行ls -G (至少Mac是这样，FreeBSD也这样，SUSE也这样，例外的是Redhat，它是ls --color),你会看到当前目录里的文件和子目录会有颜色的显示。不过，如果该目录里的东西要被写入到一个文件中，well，你不能在一个文本文件中显示出颜色来，can U now？

好吧，这到底是怎么一回事，它是怎么个工作原理哪？ 当程序与一个文件交互时，最终会通过kernel driver。如果你在一个ext2分区上open/read/write，ext2 filesystem的drivder就会被调用；如果你open一个FIFO，它会使用pipe driver(Linux:fs/pipe.c;  FreeBSD: TBD); 如果你open一个terminal设备节点，terminal设备驱动就会处理这个请求。

Terminal driver控制的设备稍微多一些。 ext2 driver只需要和磁盘进行通信；pipe driver则不涉及任何硬件；而terminal driver需要监控keyboard／mouse，将字符打印到屏幕上，以及将beep声发送到speaker。从这个角度来看，terminal可以认为是个抽象化的东西，它代表了人机交互所有用到的东西。当然，X系统也是运行在一个terminal上，对linux系统而言，它对应的设备是/dev/tty7, 这也是为什么使用Alt+Ctrl+F7可以切换到X系统的原因。

对于一个典型的PC而言，在任何时间，某一个终端会运行在前台，其他的终端则是在后台。 位于前台的终端会接收keyboard／mouse的输入，同样也会独占的访问在monitor上显示的东西。比如，当你按下某个键比如‘K’，terminal driver会将该字符显示到屏幕上，并且将它存在一个buffer里面，因此，当接下来某个进程从终端设备来读取数据的时候会接收到这个字符。 terminal也会对一些功能键作出反应，比如Ctrl-A，terminal将其显示为A,并且在process获取它之前将其编码为\x01。当一个process往terminal上写字符时，这些字符会被显示到屏幕上;但对于一些控制序列，比如以ESC开始的control sequences ，terminal不会将其显示到屏幕上，而是会作出一些特殊的行为，比如移动cursor，或者改变当前的文本颜色，等等，当然process是不能直接看到这些行为的，它是为了给你看的。另外，BEL字符会产生一个beep音，而不是通常的可视化输出。

Terminal也会用来控制任务，比如，Ctrl-C来打断一个process group，Ctrl-Z来挂起一个process group，对于terminal driver而言就是发动SIGINT或者SIGSTP给在前台运行的process group。 任务控制是基于这个原理：运行在一个控制终端（/dev/tty）上的process通常是受该控制终端控制的。例如，terminal driver会纪录它控制了哪些session以及哪个process group在前台。/dev/tty是指向控制终端的一种特殊设备，具体是指向哪个设备可以通过它提供的ioctl接口来获取。

所有前面说到的这些很cool的功能都是在terminal driver里面来实现的，可以概括为下图所示：
(sorry, I can’t find the image now)

shell

与Terminal相关容易把人搞糊涂的一个概念是shell。shell是一个应用程序，它用来提示你输入，并且执行你的命令。shell是不感知到字符显示以及处理按键事件的，这是terminal要为它处理好的，因此terminal是对shell的一个封装，给它提供了一个人机交互的桥梁。 通常我们使用较多的shell是bash。 对应到上图，“foregroud process group”基本上都会有一个shell进程，它要么在读写字符，要么在等待它的子进程（这个子进程在读或者写字符）退出。 这个前台进程组的”stdin”会得到控制终端发送给它的字符，这些字符可能是你输入的，也可能是程序产生的。 这个前台进程组的“stdout”是控制终端输入以显示到屏幕上的ASCII码流。

console

还有个东西叫做console(/dev/console), console是terminal的一种类型。 对于我们而言，console比较直观的一个理解是，它是系统日志输出的地方，那么从这个角度看，console可以认为是用来管理系统的。

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