Разработка приложений в среде Linux. Второе издание - Майкл Джонсон

Интерфейс tty прост концептуально, но сложен в реализации. Будучи гибким и мощным, он может записывать приложения, не знающие, сколько входных и выходных данных они получают, а также работать в сети, на локальном экране либо через модем. Приложения можно даже запускать без их ведома под управлением другой программы.

К сожалению, разработчикам Unix пришлось предпринять несколько попыток совершенствования интерфейса. Они оставили пользователям три разных интерфейса для соединения с устройствами tty. Интерфейсы sgtty (BSD) и termio (System V) теперь вытеснены интерфейсом termios (POSIX), который представляет собой супермножество команд интерфейса termio. Так как все существующие системы поддерживают интерфейс termios, и поскольку это самый мощный интерфейс, мы документируем только termios, а не ранние интерфейсы. (Ради поддержки унаследованного исходного кода Linux поддерживает termio, а также termios. Ранее он также ограниченно поддерживал интерфейс sgtty, но эта поддержка впоследствии была изъята, поскольку этот интерфейс никогда не был идеален, и в нем уже не было существенной потребности.)

Интерфейс termios должен поддерживать не только интерактивное использование программ, но и другие виды трафика. Последовательный канал, по которому осуществляется вход в сеть через модем, можно также использовать для дозвона через модем и связи с последовательным принтером либо другим специализированным элементом оборудования.

Устройство tty имеет два конца. Если рассуждать упрощенно, один конец присоединяется к программе, а второй — к аппаратному устройству. Это верно для последовательного порта; в данном случае драйвер последовательного устройства присоединяет последовательный порт (и, таким образом, терминал или модем) к оболочке, редактору или другой программе. Это также верно для консоли; драйвер консоли соединяет клавиатуру и экран с такими же типами программ. Но в некоторых случаях на каждом конце находится по программе; при этом один из концов занимает место оборудования.

Например, при сетевом подключении один конец устройства tty соединяется с программой, предоставляющей сетевое подключение, а второй — с оболочкой, редактором или другой потенциально интерактивной программой. Если программы находятся на каждом конце, вы должны ясно понимать, на каком конце эмулируется оборудование; при сетевом подключении к сети подключается аппаратная сторона.

Устройства tty с программным обеспечением на обоих концах называются псевдотерминалами (pseudo-tty, или же просто pty). В первой части главы они рассматриваться не будут, поскольку программный конец pty обрабатывается так же, как и любое другое устройство tty. Позже мы поговорим о программировании аппаратного конца pty.

16.1. Операции tty

Устройства tty предоставляют огромное количество опций обработки данных; они относятся к наиболее сложным устройствам ядра. Настраивать можно опции обработки входных и выходных данных, а также потока данных. Также можно контролировать ограниченное манипулирование данными на уровне драйвера устройства.

Интерфейсы tty работают в двух основных режимах: неформатируемый режим и режим обработки. Неформатируемый режим передает данные в приложение без изменений. Режим обработки, известный также как канонический режим, поддерживает ограниченный построчный редактор внутри драйвера устройства и пересылает отредактированные входные данные в приложение по одной строке за раз. Этот режим изначально произрастает из универсальных систем, в которых специализированные устройства обработки входных данных предоставляли режим обработки без прерывания ЦП.

Режим обработки обрабатывает определенные управляющие символы; например, по умолчанию ^U уничтожает (стирает) текущую строку, ^W стирает текущее слово, забой (^Н) или Delete — предыдущий символ, a ^R стирает и затем повторно набирает текущую строку. Каждое из этих управляющих действий может быть повторно назначено другом символу. Например, на многих терминалах символу DEL (код 127) назначается действие забоя.

16.1.1. Служебные функции терминалов

Иногда невозможно узнать, соответствует ли файловый дескриптор tty. Чаще всего это связано со стандартным дескриптором выходного файла. Программы, выводящие текст на стандартные устройства, часто форматируются иначе при записи в канал, чем при отображении информации для пользователей. Например, в случае применения команды ls для получения списка файлов, она отобразит несколько колонок при простом запуске (удобнее читать человеку), но когда вы перенаправите ее вывод в другую программу, она отобразит по одному файлу в строке (удобнее читать программе). Запустите ls и ls | cat и почувствуйте разницу.

Определить, соответствует ли файловый дескриптор tty, можно с помощью функции isatty(), принимающей файловый дескриптор в качестве своего аргумента и возвращающей 1, если дескриптор соответствует tty, и 0 в противном случае.

#include <unistd.h>

int isatty(int fd);

Функция ttyname() предоставляет каноническое имя для терминала, ассоциированное с файловым дескриптором. В качестве аргумента она принимает любой файловый дескриптор, возвращая указатель в поток символов.

#include <unistd.h>

char *ttyname(int fd);

Поскольку поток символов расположен в статическом пространстве, потребуется сделать копию возвращенной строки перед повторным вызовом ttyname(); эта функция не реентерабельна. ttyname() возвращает NULL при любой ошибке, включая случай передачи файлового дескриптора, не ассоциированного с tty.

16.1.2. Управляющие терминалы

Каждый сеанс (см. главу 10) привязан к терминалу, с которого процессы сеанса получают свои входные данные и в который пересылают свои выходные данные. Этот терминал может быть локальной консолью машины, терминалом, подключенным через последовательный канал, либо псевдотерминалом, устанавливающим соответствия во внешнем окне или по всей сети (подробнее о псевдотерминалах читайте в конце этой главы). Терминал, к которому относится сеанс, называется управляющим терминалом (или управляющим tty) сеанса. Терминал может быть управляющим терминалом только в одном сеансе за раз.

Нормальные процессы не могут менять свои управляющие терминалы; это может делать только лидер сеанса. В Linux изменение управляющего терминала лидера сеанса не распространяется на другие процессы того же сеанса. Лидеры сеансов почти всегда устанавливают управляющий терминал при запуске до создания каких-либо дочерних процессов, чтобы гарантировать, что все процессы сеанса совместно используют один управляющий терминал.

Существуют два интерфейса для смены управляющего tty лидера сеанса. Первый реализуется с помощью нормальных системных вызовов open() и close().

1. Закройте все файловые дескрипторы, относящиеся к текущему управляющему терминалу.

2. Откройте новый терминал без установки флага O_NOCTTY.

Второй метод включает вызовы ioctl() на отдельных файловых дескрипторах, ссылающихся на старые и новые терминалы.

1. Установите флаг TIOCNOTTY на файловый дескриптор, привязанный к исходному управляющему tty (обычно ioctl(0, TIOCNOTTY, NULL) нормально работает). Это разрывает соединение между сеансом и tty.

2. Установите флаг TIOCSCTTY на файловый дескриптор, привязанный к новому управляющему tty. Это устанавливает новый управляющий tty.

Терминал, используемый сеансом, отслеживает то, какая группа процессов считается группой процессов переднего плана. Процессам в этой группе разрешается читать и записывать в терминал, в то время как процессам в другой группе это не разрешено (более подробно о том, что происходит, когда фоновые процессы пытаются читать и производить запись в управляющий терминал, рассказывается в главе 15).

Функция tcsetpgrp() позволяет процессу, работающему на терминале, сменить группу процессов переднего плана для этого терминала[108].

int tcsetpgrp(int ttyfd, pid_t pgrp);

Первый параметр определяет tty, управляющая группа процессов которого изменяется, a pgrp является группой процессов, которую необходимо переместить на передний план. Процессы могут менять группу процессов переднего плана только для своего управляющего терминала. Если процесс, совершающий изменение, не принадлежит к группе процессов переднего плана на этом терминале, генерируется сигнал SIGTTOU, если только он не игнорируется или заблокирован[109].

16.1.3. Принадлежность терминала

Существуют две системные базы данных, используемые для отслеживания зарегистрированных пользователей; utmp применяется для пользователей, зарегистрированных в данный момент, a wtmp является записью всех предыдущих регистраций со времени создания файла. Команда who использует базу данных utmp для отображения списка зарегистрированных пользователей, а команда last — базу данных wtmp для отображения списка пользователей, зарегистрированных в системе после регенерации базы данных wtmp. В системах Linux база данных utmp хранится в файле /var/run/utmp, а база данных wtmp — в файле /var/log/wtmp.