TTY体系中设备节点的差别

Posted 2021-12-08 Heavy sea

一、设备节点及有关术语的含义

设备节点	含义
/dev/ttyS0、/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，又内核的cmdline参数确定

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

teletype的简称就是TTY，teletype(电传机)，更准确地说是teleprinter，是一种通信设备，使用两台teletype可以用来发送、接收文本信息。
teletype可以与计算机相连，即可即时输入指令，看到结果。于是teletype变成了计算机的终端、Terminal，远端之意。操作系统对这类设备的驱动程序命名为TTY。
随着显示器和键盘的出现，teletype被淘汰了，但驱动程序的命名仍然保留了TTY。

Console可以理解为权限更大的终端设备。

串口也是一种输入输出设备，跟我们所使用的显示器和键盘属于同一种设备，故它的驱动程序也被归为TTY体系当中。

二、ubuntu演示

1.启动虚拟终端

在Linux系统中，我们可以打开多个命令行程序(也叫terminal、shell)，每个程序都对应一个"虚拟终端"。
在Ubuntu下，Ctrl+Alt+F3启动一个虚拟终端，Ctrl+Alt+F4再启动一个虚拟终端。

虚拟终端界面

2.设备节点

1. /dev/ttyN(N=1,2,3,…) 表示某个程序使用的虚拟终端

/dev/tty3、/dev/tty4：

// 在tty3 界面输入以下指令，第一条指令会在当前界面打印。
//第二条会在tty4界面打印出来（Ctrl+Alt+F4切换至tty4界面）
echo hello > /dev/tty3
echo hi > /dev/tty4

2. /dev/tty0：表示前台程序的虚拟终端

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也会随着变化

// 1. 在tty3终端执行如下命令
// 2. 然后在tty3、tty4来回切换
while [ 1 ]; do echo msg_from_tty3 > /dev/tty0; sleep 5; done

上面代码是在tty3终端下执行，因为此时tty3就是前台程序的虚拟终端，但切换至tty4后，前台程序虚拟终端便是tty4,执行结果便显示在了tty4上。

3. /dev/tty：表示本程序的终端

程序A在前台、后台间切换，它自己的/dev/tty都不会变。

// 1. 在tty3终端执行如下命令
// 2. 然后在tty3、tty4来回切换
while [ 1 ]; do echo msg_from_tty3 > /dev/tty; sleep 5; done

与 /dev/tty0不同的是，执行结果只会在本程序的终端tty3下显示，切换至tty4终端是没有任何显示结果的。

4. 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

5. /dev/console

console可以通过内核的cmdline来指定，
比如: console=ttyS0 console=tty
console=ttyS0时：/dev/console就是ttyS0
console=tty时：/dev/console就是前台程序的虚拟终端
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

// 查看内核的cmdline
cat /proc/cmdline

如果内核的cmdline没有指定console(如上图)，那么/dev/console对应第一个TTY设备。
如果内核先安装串口驱动，那么/dev/console就对应第1个串口，如果内核先安装虚拟终端的驱动，那么/dev/console就对应/dev/tty0也就是前台终端。

三、TTY驱动程序框架

TTY I/O这一层替我们屏蔽了不同输入输出设备的差别
驱动程序从键盘获取数据后保存在某个vitual console中，应用程序也会把要显示的数据存在某个vitual console的缓冲区中，等到终端位于前台时，才从缓冲区把数据显示在显示器上。

假设arm板与PC端口连接使用串口登录，需要在PC端的串口连接终端上显示字符。
PC端通过串口把要显示的字符发送至arm板，arm板的串口驱动程序接收后会把字符上传至line discipline(行规程)，行规程会分析该字符。
若只是一个普通的字符便会把字符返回至驱动程序，再通过串口发送到PC端的串口，此时PC端再进行显示，这也叫回显。
若行规程发现接收到的字符是删除，便会把行规程的缓冲区（保留原先字符）的字符删除掉，然后会把删除字符也会返回给PC端，PC端通过软件把字符删除。因此“删除"只是显示的效果，实际上串口工具仍然接收到了数据。
若行规程发现接收到的字符是回车命令，代表要执行某个指令，则行规程会上传至应用程序，应用程序把得到的信息再次返回到行规程，再通过驱动程序、串口让PC端显示信息。