《unix环境高级编程》--- 伪终端
讲解：https://www.cnblogs.com/zzdyyy/p/7538077.html
伪终端对于一个应用程序而言，看上去像一个终端，但事实上伪终端并不是一个真正的终端。从内核角度看，伪终端看起来像一个双向管道，而事实上Solaris的伪终端就是用STREAMS构建的。伪终端总是成对地使用的，就好像是个管道的两端。一端的设备称为”主设备”(master)，另一端的设备称为”从设备”(slave)，每一对伪终端设备，例如/dev/ptys0和/dev/ttys0，就好像是通过一个管道连在一起，其”从设备”一端与普通的终端设备没有什么区别，而”主设备”一端则跟管道文件相似。
master端是更接近用户显示器、键盘的一端，slave端是在虚拟终端上运行的CLI（Command Line Interface，命令行接口）程序。Linux的伪终端驱动程序，会把“master端（如键盘）写入的数据”转发给slave端供程序输入，把“程序写入slave端的数据”转发给master端供（显示器驱动等）读取。
使用伪终端时的关键点：
1、通常一个进程打开伪终端主设备，然后调用fork。子进程建立了一个新的会话，打开一个相应的伪终端从设备，将其文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准出错，然后调用exec。伪终端从设备成为子进程的控制终端。
2、对于伪终端从设备上的用户进程来说，其标准输入、标准输出和标准出错都是终端设备。对于这些文件描述符，用户进程可调用所有输入/输出函数，但无意义的函数调用（改变波特率、发送中断符、设置奇偶校验）将被忽略。
3、任何写到伪终端主设备的东西都会作为从设备的输入，反之亦然。所有设备端的输入都来自于伪终端主设备上的用户进程。类似于双向管道，但从设备上的终端行规程拥有普通管道没有的其他处理能力。
伪终端的用途：
（1）构造网络登录服务器，例如telnetd和rlogind服务器。
（2）script程序，将终端会话的所有输入和输出信息复制到一个文件中，自己置于终端和登录shell的一个新调用之间。
（3）expect程序，伪终端可以在非交互模式中驱动交互程序的运行
（4）运行协同进程
（5）观看长时间运行程序的输出
基于STREAMS的伪终端打开函数
#include "apue.h"
#include pty_fork函数
用fork调用打开主设备和从设备，创建作为会话首进程的子进程并使其具有控制终端。
返回值：子进程中返回0，父进程中返回子进程的进程ID，出错返回-1。
打开PTY主设备后，调用fork。子进程先调用setsid建立新的会话，然后调用ptys_open。
当调用setsid时，子进程还不是一个进程组的首进程，因此执行以下3个步骤：
1、为子进程创建一个新的会话，它是该会话首进程
2、为子进程创建一个新的进程组
3、子进程断开与以前可能有的控制终端的关联，于是不再有控制终端
Linux和Solaris中，调用pyts_open时，从设备成为新会话的控制终端。在FreeBSD和Mac OS X中，必须调用ioctl并使用参数TIOCSCTTY分配一个控制终端。
然后在termios和winsize这两个结构在子进程中被初始化。
最后从设备的文件描述符被复制到子进程的标准输入、标准输出和标准出错中。意味着不管子进程以后调用
exec执行何种进程，它都具有同PTY从设备（其控制终端）联系起来的上述三个描述符。
调用fork后，父进程返回PTY主设备的描述符及子进程ID。
#include "apue.h"
#include pty程序的main函数
getopt分析命令行参数。
调用pty_fork前，取termios和winsize结构的当前值，将其作为参数传递给pty_fork，使得PTY从设备具有和当前终端相同的初始状态。
从pty_fork返回后，子进程可选择地关闭PTY从设备的回送，并调用execvp执行命令行指定的程序。所有余下的命令行参数成为该程序的参数。
父进程可选地将用户端设置为原始模式。这种情况下，父进程也设置退出处理程序，使得在调用exit时复原终端状态。
接下来，父进程调用loop。该函数仅仅将从标准输入接收到的所有内容复制到PTY主设备，并将PTY主设备接收到的所有内容复制到标准输出。
#include "apue.h"
#include loop函数
子进程将从标准输入接收到的所有内容复制到PTY主设备，父进程将PTY主设备接收到的所有内容复制到标准输出。
当使用两个进程时，如果一个终止，必须通知另一个。本例用SIGTERM信号通知。
#include "apue.h"
#define BUFFSIZE 512
static void sig_term(int);
static volatile sig_atomic_t sigcaught; /* set by signal handler */
void loop(int ptym, int ignoreeof)
{
pid_t child;
int nread;
char buf[BUFFSIZE];
if((child = fork()) < 0)
{
err_sys("fork error");
}
/* child copies stdin to ptym */
else if(child == 0)
{
for(;;)
{
if((nread = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFSIZE)) < 0)
err_sys("read error from stdin");
else if(nread == 0)
break;
if(writen(ptym, buf, nread) != nread)
err_sys("writen error to master pty");
}
/* We always terminate when we encounter an EOF on stdin
but we notify the parent only if ignoreeof is 0 */
if(ignoreeof == 0)
kill(getpid(), SIGTERM); /* notify parent */
exit(0); /* and terminate; child can't return */
}
/* Parent copies ptym to stdout */
if(signal_intr(SIGTERM, sig_term) == SIG_ERR)
err_sys("signal_intr error for SIGTERM");
for(;;)
{
if((nread = read(ptym, buf, BUFFSIZE)) <= 0)
break;
if(writen(STDOUT_FILENO, buf, nread) != nread)
err_sys("writen error to stdout");
}
/* There are three ways to get here: sig_term() below caught the SIGTERM
from the child, we read an EOF on the pty master (which means we have
to signal the child to stop), or an error */
if(sigcaught == 0) /* tell child if it didn't send us the signal */
kill(child, SIGTERM);
/* Parent returns to caller */
}
/* The child sends us SIGTERM when it gets EOF on the pty slave or when read() fails.
We probably interrupted the read() of ptym. */
static void sig_term(int signo)
{
sigcaught = 1; /* jusg set flag and return */
}pty程序的do_driver函数
从shell脚本驱动交互式程序。使用选项-d使pty程序的输入和输出与驱动进程连接起来。该驱动进程的标准输出是pty的标准输入，反之亦然。有点像协同进程，只是在pty的“另一边”。pty完成驱动进程的fork和exec。在pty和驱动进程之间使用一个双向的流管道，而不是两个半双工管道。
在使用-d选项时，以下函数被pty的main调用。
#include "apue.h"
void do_driver(char *driver)
{
pid_t child;
int pipe[2];
/* Create a stream pipe to communicate with the driver */
if(fd_pipe(pipe) < 0)
err_sys("can't create stream pipe");
if((child = fork()) < 0)
err_sys("can't create stream pipe");
else if(child == 0) /* child */
{
close(pipe[1]);
/* stdin for driver */
if(dup2(pipe[0], STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)
err_sys("dup2 error to stdin");
/* stdout for driver */
if(dup2(pipe[0], STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
err_sys("dup2 error to stdout");
if(pipe[0] != STDIN_FILENO && pipe[0] != STDOUT_FILENO)
close(pipe[0]);
/* leave stderr for driver alone */
execlp(driver, driver, (char *)0);
err_sys("execlp error for: %s", driver);
}
close(pipe[0]);
if(dup2(pipe[1], STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)
err_sys("dup2 error to stdin");
if(dup2(pipe[1], STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
err_sys("dup2 error to stdout");
if(pipe[1] != STDIN_FILENO && pipe[1] != STDOUT_FILENO)
close(pipe[1]);
/* Parent returns, but with stdin and stdout connected to the driver */
}以上函数之间的关系：
PROGS = pty
all: $(PROGS)
pty: main.o loop.o driver.o $(LIBAPUE)
$(CC) $(CFLAGS) -o pty main.o loop.o driver.o $(LDFLAGS) $(LDLIBS)使用
1、作业控制交互
pyt cat
2、检查长时间运行程序的输出
忽略来自标准输入的文件结束符。遇到文件结束符时，子进程终止，但子进程不会告诉父进程也终止。相反，父进程一直在将PTY从设备的输出复制到标准输出（本例的file.out)
./pty -i slowout < /dev/null > file.out &3、script程序
执行以下脚本：
#！bin/sh
./pty "${SHELL:-bin/sh}" | tee typescriptscript仅仅是将新的shell（和它调用的所有的子进程）的输出复制处理，但因为PTY从设备上的行规程
模块通常允许回送，所以绝大多数键入都被写入typescript文件中。
4、运行协同进程
将if(execl("./add2", "add2", (char *)0) < 0)
替换为if(execl("./pty", "pty", "-e", "add2", (char *)0) < 0)
在pty下运行协同进程，即使协同进程使用了标准I/O，仍可正确执行。