用了这么多年Linux,你清楚这些概念吗?

终端(Terminal)、控制台(Console)、tty和shell,这些概念是我们经常听到的概念。单独说一个概念,你可能七七八八说一大堆。但具体说到这几个概念的区别,估计很多人都说不上来。今天我们就一起了解一下这几个概念的差异。

历史渊源

我们先说一下控制台和终端,这些概念都有历史渊源,如果从历史上进行了解,会更加的清晰的明白这些概念的差异。

用了这么多年Linux,你清楚这些概念吗?


早期计算机精贵,一台主机,连很多终端,终端为主机提供了人机接口,很多人都通过终端使用主机的资源。终端有字符哑终端和图形终端两种。

控制台是另一种人机接口。 不通过串行线路与主机相连,直接安在主机上,这是人控制主机的第一人机接口。

可以想象成主机上有块面板,面板上方小灯闪,人得站着才能够着它(控制台),主机上面一些电缆延伸到很多人办公桌的屏幕和键盘上(终端)。

为了更加清晰的了解这些概念,我们给出一个老爷机的实物图,红色方框是具体的说明。

用了这么多年Linux,你清楚这些概念吗?


现在的情况

随着硬件技术的飞速发展,过去那种多人使用同一台计算机的时代已经过去。但如果我们连接数据中心的服务器的话,会出现多个人同时连接同一台服务器的情况。但此时我们并不是通过硬件终端连接的,而是通过xshell或者Eterm等软件进行连接的。

随着技术的发展,Linux操作系统在软件层面保留了对硬件的兼容,因此在操作系统内部出现了多种概念。下面本文逐个解释一下这些概念的差异。

1. 名词解释

  • -------tty-------:代指所有终端设备
  • -------pyt-------:没有实际设备的其他虚拟终端
  • --pts --ptmx--:两者结合,进而实现pty,是pty的实现方法

tty(teletype):电传打字机

ttyS(tty serial) :tty + 串行

pty(pseudo-tty):伪君子 + tty=伪终端

pts(pseudo-terminal slave):伪君子 + 终端 + 女仆=伪终端从端

ptmx(pseudo-terminal master):伪君子 + 终端 + 主人=伪终端主端

1> tty(终端设备的统称):

tty一词源于Teletypes,或teletypewriters,原来指的是电传打字机,是通过串行线用打印机键盘通过阅读和发送信息的东西,后来这东西被键盘和显示器取代,所以现在叫终端比较合适。

终端是一种字符型设备,他有多种类型,通常使用tty来简称各种类型的终端设备。

2> pty(虚拟终端):

但是假如我们远程telnet到主机或使用xterm时不也需要一个终端交互么?是的,这就是虚拟终端pty(pseudo-tty)

3> pts/ptmx(pts/ptmx结合使用,进而实现pty):

pts(pseudo-terminal slave)是pty的实现方法,和ptmx(pseudo-terminal master)配合使用实现pty。

2. 分类

用了这么多年Linux,你清楚这些概念吗?


3.类别解释

串行端口终端

历史上只有这些串口设备才被叫做终端,也即现在的串行端口终端。计算机把每个串行设备看作一个字符设备。如你所知,Linux把设备当作文件,对应的设备文件名是ttyS。

伪终端/模拟终端

通过X Windows(图形界面)、SSH、telnet等登入主机所用的终端。成对的逻辑终端设备,包含主端和从端。有两套伪终端接口:

  • BSD
  • master(主端)为 pty[p-za-e][0-9a-f],slave(从端)为 tty[p-za-e][0-9a-f]
  • 由于在编程时想找到合适的终端需要逐个尝试,所以使用逐渐减少
  • UNIX 98
  • ptmx作为master设备,每次打开获得master的信息,动态生成pts/n
  • 并不与实际物理设备相关,大多数系统选择这个接口作为pty实现

伪终端即假的,由模拟软件(gnome-terminal,urxvt,mlterm,xterm、konsole等)模拟出来的终端,ctrl + alt + T出来的那个小黑框就是其中一种

对master的操作会反应到slave上

控制终端

控制终端是指能够控制一个、一套设备或者几套设备的终端控制器;

/dev/tty是一个应用程序概念,面对进程;

/dev/tty会映射到当前使用的终端,使用命令tty查看其当前指向的“设备”

  • X Windows下(图形化界面):映射到pts,也即你开启的是伪终端
  • 哑字符界面下(alt + Fn):映射到tty1-6中的一个,也即控制台虚拟终端

tty(控制终端)会映射到你正在使用的任何类型的终端上,用tty命令查看

控制台终端/virtual consoles虚拟控制台

  • 控制台终端(/dev/ttyn)是在系统视频监视器上全屏的显示终端;
  • 其特殊性在于系统自动创建了64或6或10个(说法不一),且与cosloe关联;
  • tty0较特殊,指向当前控制台终端,即你正在使用的ttyn;有些ttyn,如tty1,tty2可能由图形化界面占用;
  • 图形界面下:alt + Fn(ttyn)切换
  • 哑终端下:ctrl + alt + Fn(ttyn)切换

4. 其他名称解释

哑终端(瘦客户端)

早期的计算机终端是通过串行RS-232通信的,它只能解释有限数量的控制码(CR,LF

等),但没有能力处理执行特殊的转义序列功能(如清行、清屏或控制光标的位置)。

总之就是很有限,很基本的终端;

X Windows下按ctrl + alt + Fn(n为特定数字时是X Windows),其他时候按alt + Fn;

你得到的虚拟控制台终端,就是模仿的字符哑终端。

智能终端(胖客户端)

智能终端就是有能力处理转义序列,也就是说处理能力较强的终端机。

虚拟终端

本质上现代的终端都虚拟化了,但虚拟终端可特指伪终端,或者说模拟终端

  • 串行端口终端需要外接一个真的物理上的终端,一般个人PC很少用到
  • 控制终端比较特殊,是对其他的终端映射和管理,指的是当前用到的那个终端
  • 控制台终端也叫虚拟控制台,可以理解为虚拟终端的高权限版本
  • 所以,一般人在PC上会打开的都属于虚拟终端

虚拟控制台

与控制台终端同义,注意不要混淆虚拟终端与虚拟控制台,虚拟终端广义上包含虚拟控制台。

现代控制台


1. 控制台与终端区别

  • 控制台:直接连到机器上的物理主终端(primary teminal)
  • 终端:文本的输入输出环境
  • console:/dev/console是系统控制台,必須打開支持控制台的物理实际设备;本质上是一种访问内核的方式;一边基于PC的显示器键盘等物理控制台,一边面向用户。

在一些操作系统(比如Linux和FreeBSD)中console有多个tty(用特定的组合键能够在这些tty之间切换)。有时他们的命名很混乱,操作系统文档可能把那些tty叫做”console“ ”virtual console“ ”virtual terminal“等

/dev/console类似一个一个缓冲结果,用来实现对内核的打印,比如内核把要打印的内容装入缓冲区,然后由console来决定打印到哪里吧(如tty0或单用户模式)。所以说/dev/console是用来外接控制台的。

2. Linux控制台

  • 过去

/dev/console默认是到/dev/tty0的链接(而tty0又指当前虚拟控制台,即atl+Fn切换到哪);

即console -> tty0 -> ttyn;

/dev/console的指向可以改变,取决于系统配置,指向tty0,ttyn,或串行设备;

  • 现在(Linux 2.1.71开始)

/dev/console仍然默认映射到/dev/tty0;

但已完全由内核管理,控制它的映射;

如果一个终端设备要实现console功能,必须在单用户模式才能登入console,才可以向内核注册一个struct console结构(内核命令console=);

Ubuntu 18.04基于Linux内核v4.15,属于后一种,现在的情况

控制终端、tty0、console都是指向,但指向的范围和顺序不同

什么是Shell

Shell,壳,与Linux的核kernel对应。顾名思义就是机器的核心外面的一层壳,用于人机交互,只要是人与电脑之间交互的接口,就可以称为 Shell;

Shell=解释器,那解释什么呢?

  • 交互式:等待你的命令,执行你提交的命令(不止是命令行下的键盘输入,还有图形界面下的鼠标输入)
  • 非交互式:不与你交互,直接读取放在文件中的命令并执行,这种放在文件中的命令,也被叫做脚本

误解1:常见的对Shell 这个概念的误解,认为一定要是命令行的 Shell 才叫 Shell。其实 ,我们熟悉的 GNOME、KDE 等图形界面也都是 Shell,只不过是 GUI(图形化) Shell。

误解2:混同Shell与CLI(命令提示符),尽管指的是命令行下的Shell,这也是错的。对于命令行下的Shell,CLI命令提示符是Shell的核心,也是Shell负责交互的那一部分,但不是Shell的全部。对于图形化的Shell,这一负责交互的部分,当然由GUI,图形界面来取代了。

GUI和CLI都是shell,shell既不属于系统内核,也与一般应用程序不同,它属于系统工具,可以算作操作系统的一部分,主要用来管理文件和运行程序,并提供与用户的交互。

用户 > (<) Shell > (<) 操作系统内核

2. Shell有哪些

  • Windows 9X下:

核是DOS,图形化的壳叫Windows Explorer,命令行的壳叫command

  • Linux下:

核是Linux内核

命令行的壳有bash(Linux一般默认) 、sh 、csh 、ksh......

图形化的壳有KDE、GNOME、CDE、 XFCE......

3. Shell与tty的关系

  • tty是与计算机的输入输出相关的
  • Shell是与内核相关的

也即你向终端输入命令(或GUI下点击鼠标),终端自己是不会解释这些命令的,它只负责输入输出,而计算机是大爷,它只认二进制,不认你的命令。真正把这些命令解释成计算机明白的语言的是shell;

shell把一些信息适当的输送到终端设备,也接收来自终端设备的输入;

你每打开一个终端,都会启动一个shell进程与之关联

在除了GUI占用的控制台终端以外的字符哑终端上:shell进程在用户登陆之后才启动

shell进程也可以没有终端与之关联

对前面内容的实验

“在Ubuntu 18.04中,他們已經改變了一些東西,你無法訪問tty1,它總是顯示登錄屏幕。如果您已登錄,則無法訪問tty2,因為它將成為第一個登錄用戶的GUI。在tty7上顯示的兩個GUI的傳統已經結束。”

1. ctrl + alt + T(被图形化界面占用的tty2下的伪终端)

输入tty

输出/dev/pts/1

输入echo "hello" > /dev/tty

输出hello

输入echo “hello” > /dev/tty0

输出无

关机见hello

输入echo “hello”> /dev/console

输出无

关机见hello

2. ctrl + alt + F3(编号为tty3的虚拟控制台)

输入tty

输出tty3

输入echo "hello" > /dev/tty

输出hello

输入echo “hello” > /dev/tty0

输出hello

输入echo “hello”> /dev/console

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