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当你在 Linux 系统上打开一个终端窗口时，你会看到一个命令提示符，你可以在这个提示符下输入命令并执行它们。在 Linux 中，终端窗口与终端设备相关联，并且由一个伪终端（pseudo-terminal，简称 pty）控制。

伪终端是一种在进程间通信中使用的特殊设备，用于模拟一个真实的终端设备。在 Unix/Linux 系统中，伪终端通常由一个 master 端和一个 slave 端组成。Master 端连接到一个应用程序，而 Slave 端则连接到一个终端窗口。当用户在终端窗口中输入命令时，Slave 端会将输入数据发送到 Master 端，Master 端再将数据发送到应用程序中进行处理。应用程序处理完毕后，Master 端将结果发送回 Slave 端，Slave 端再将结果显示在终端窗口中。

伪终端在很多情况下都很有用，比如在远程登录、虚拟终端、串口通信等场景下。在 Linux 系统编程中，我们可以使用伪终端来实现进程间通信，或者在程序中创建一个虚拟终端窗口。

在使用伪终端进行进程间通信时，我们可以使用管道（pipe）来将 Master 端和 Slave 端连接起来。管道是一种进程间通信的方式，它可以在两个进程之间传递数据。在使用伪终端时，我们需要创建一个管道，并将 Master 端的标准输入（stdin）和标准输出（stdout）重定向到管道的读写端，Slave 端的标准输入和标准输出也需要做相应的重定向。这样，在 Master 端和 Slave 端之间就可以通过管道进行数据交换了。

概述

伪终端是指，对于一个应用程序而言，它看上去像一个终端，但事实上它并不是一个真正的终端

             fork
    用户进程------>用户进程
       /|\   exec   /|\
        |            |  stdin,stdout,stderr
       \|/          \|/
    -----------------------------------
 |   读、写函数     读写函数              |
 |     |   /|\       |   /|\            |
 |     |    |        |    |             |
 |     |    |        |    |             |
 |    \|/  \|/      \|/   |             |
 |   伪终端主设备    终端行规程           | 内核
 |     |    |        |    |             |
 |     |    |       伪终端从设备         |
 |    \|/   |--------|     |            |
 |     |-------------------|            |
 |                                      |
 |                                      |
 ----------------------------------- ---

打开伪终端设备

伪终端设备是为了解决在一些特殊场景下，需要进行远程登录和数据传输的问题。在传统的终端模式下，只能通过物理终端进行输入和输出操作。但是，在一些场景下，比如需要进行远程登录或在进程间进行通信时，物理终端无法满足需求。此时，就需要一种虚拟的终端设备，来模拟物理终端的输入输出行为。这就是伪终端设备的作用。

伪终端设备有两个设备文件，一个是 Master 设备，另一个是 Slave 设备。Master 设备模拟了物理终端，可以接受用户输入，并将输入数据传输到 Slave 设备中。Slave 设备可以模拟远程终端，接受来自 Master 设备的输入，并将数据传输到相应的程序中。

伪终端设备在进程间通信、远程登录和数据传输等方面都有广泛的应用。比如，我们可以使用伪终端设备来实现 SSH 和 Telnet 等远程登录协议，还可以在编写一些网络程序时使用伪终端设备进行进程间通信，以及在编写一些 Shell 脚本时使用伪终端设备来模拟用户的输入。

posix_openpt

posix_openpt 函数是一个 POSIX 标准的函数，用于打开一个伪终端设备的主设备文件，也就是 Master 设备。该函数定义在 fcntl.h 头文件中。

#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
int posix_openpt(int flags);

参数 flags 指定了打开伪终端设备的方式，可以是以下三种值之一：

O_RDWR：以读写方式打开伪终端设备。
O_RDONLY：以只读方式打开伪终端设备。
O_WRONLY：以只写方式打开伪终端设备。
函数返回值是一个非负整数，表示打开的文件描述符。如果返回值为负数，则表示出现了错误，错误码可以通过 errno 变量获取。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>
#include <cstring>
#include <errno.h>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    if (-1 == posix_openpt(O_RDWR))
    {
        cerr << strerror(errno) << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else
    {
        cout << "open pty successful" << endl;
    }
    return 0;
}

grantpt

grantpt() 是一个用于在伪终端设备上设置访问权限的函数。伪终端是一种虚拟设备，可以用于模拟终端的行为，例如在一个程序中打开一个伪终端设备作为其标准输入或输出。grantpt() 函数会将伪终端的主设备号设置为当前进程的有效用户 ID，并将访问权限设置为可读写模式。这使得进程可以打开并使用伪终端设备。

//grant access to the slave pseudoterminal
#include <stdlib.h>
int grantpt(int fd);

参数 fd 是打开的伪终端从设备的文件描述符。如果成功，函数返回 0。否则，返回-1，并设置 errno 来指示错误原因。

unlockpt

unlockpt() 是一个用于解锁伪终端从设备的函数。在使用伪终端设备之前，必须先解锁伪终端从设备，以便可以打开并使用它。当调用 unlockpt() 函数时，伪终端的从设备将被解锁并准备好供其他进程使用。

#include <stdlib.h>
int unlockpt(int fd);

参数 fd 是打开的伪终端从设备的文件描述符。如果成功，函数返回 0。否则，返回-1，并设置 errno 来指示错误原因。

一般情况下，grantpt() 和 unlockpt() 两个函数会被一起使用。先使用 grantpt() 来设置伪终端主设备的访问权限，然后再使用 unlockpt() 来解锁伪终端从设备，最后使用打开的伪终端从设备文件描述符进行输入和输出。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>
#include <cstring>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    if ((fd = posix_openpt(O_RDWR)) == -1)
    {
        cerr << strerror(errno) << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else
    {
        cout << "open pty successful" << endl;
    }
    grantpt(fd);
    unlockpt(fd);//解锁从设备
    return 0;
}

ptsname

ptsname() 是一个用于获取伪终端从设备名的函数。在打开伪终端设备后，可以使用 ptsname() 函数来获取从设备的路径名，然后使用这个路径名来打开从设备并进行读写操作。

#include <stdlib.h>
char *ptsname(int fd);
int ptsname_r(int fd, char *buf, size_t buflen);

参数 fd 是已打开的伪终端主设备的文件描述符。如果成功，函数返回从设备的路径名，否则返回 NULL，并设置 errno 来指示错误原因。

请注意，ptsname() 函数返回的路径名只在当前进程的上下文中有效。如果需要在另一个进程中打开从设备，必须使用 ioctl() 系统调用来获取从设备的路径名。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>
#include <cstring>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    if ((fd = posix_openpt(O_RDWR)) == -1)
    {
        cerr << strerror(errno) << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else
    {
        cout << "open pty successful" << endl; // open pty successful
    }
    grantpt(fd);
    unlockpt(fd);
    cout << ptsname(fd) << endl; /// dev/pts/6 从设备名
    return 0;
}

关于伪终端属性设置

pty fork

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>
#include <cstring>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    int fdm;
    if ((fdm = posix_openpt(O_RDWR)) == -1)
    {
        cerr << strerror(errno) << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else
    {
        cout << "open pty successful" << endl; // open pty successful
    }
    grantpt(fdm);
    unlockpt(fdm);
    char sname[20] = {0};
    ptsname_r(fdm, sname, 20);
    int pid;
    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        close(fdm);
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0)
    { // 子进程
        // 打开从设备
        int fds;
        if ((fds = open(sname, O_RDWR)) == -1)
        {
            exit(1);
        }
        if (dup2(fds, STDIN_FILENO) < 0)
        {
            exit(1);
        }
        if (dup2(fds, STDOUT_FILENO) < 0)
        {
            exit(1);
        }
        if (dup2(fds, STDERR_FILENO) < 0)
        {
            exit(1);
        }
        /*在下面编程完全可以忽略什么伪终端 正常的使用输入输出即可 标准输入输出已经由伪终端接管了*/
        cout << "hello world" << endl;
        exit(0);
    }
    // 父进程
    char buffer[1024];
    int len = read(fdm, buffer, 1024);
    if (len > 0)
    {
        cout << buffer;
    }
    int ret_pid = wait(nullptr);
    return 0;
}
/*
程序输出
open pty successful
hello world
*/

高级特性

总结

看得懂看不懂，总之都有有些收获。温故而知新，在实践中磨炼成长。

第 17 章 伪终端

伪终端

概述