《APUE》读书笔记-第十九章伪终端

2021-07-17 03:08:10

1、综述

　　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。

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

2、打开伪终端设备

　　各种平台打开伪终端设备的方法有所不同，posix_openpt用来打开一个可用的伪终端主设备，该函数可移植的。伪终端从设备可被使用之前，必须设置它的权限，调用grantpt函数设置权限，使得应用程序可以访问它。unlockpt函数批准读伪终端从设备的访问，从而允许应用程序打开该设备。ptsname函数找到从伪终端设备的路径名。函数原型如下：

#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
int posix_openpt(int oflag); //成功返回下一个可以用的PTY主设备的文件描述符，出错返回-1
int grantpt(int fildes); //更改从PTY设备的权限
int unlockpt(int fildes) //允许从PTY设备被打开
char *ptsname(int fildes); //成功返回指向PTY从设备名的指针，出错返回NULL

写个程序调用以上函数获取一个可用的PTY主设备描述符，然后获取该主设备的从伪终端的路径名。程序如下：

 1 #define _XOPEN_SOURCE
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <fcntl.h>
 6 
 7 int main()
 8 {
 9     int masterfd,slavefd;
10     char *slavedevice;
11     if((masterfd = posix_openpt(O_RDWR|O_NOCTTY)) == -1)
12     {
13         perror("posix_openpt() error");
14         exit(-1);
15     }
16     if(grantpt(masterfd) == -1)
17     {
18         perror("grantpt() error");
19         exit(-1);
20     }
21     if(unlockpt(masterfd) == -1)
22     {
23         perror("unlockpt() error");
24         exit(-1);
25     }
26     if((slavedevice=ptsname(masterfd)) == NULL)
27     {
28         perror("ptsname() error");
29         exit(-1);
30     }
31     printf("slave device is: %s\n", slavedevice);
32     exit(0);
33 }

程序执行结果如下：

打开一个终端，输入tty 这个命令来查看当前所使用的终端名。参考自http://blog.csdn.net/heron804/article/details/8144103

介绍另外两个函数ptym_open和ptys_open，前者用于打开下一个可用的PTY主设备，后者打开相应的从设备。这两个函数需要自己实现，函数声明如下所示：

int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz);

int pyts_open(char *pts_name);

3、基于STREAMS的伪终端

　　基于STREAMS的PTY主克隆设备是/dev/ptmx。打开该设备，其克隆open例程自动决定第一个未被使用的PTY主设备，并打开这个设备。ptym_open和ptys_open实现如下所示：

View Code
#define _XOPEN_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stropts.h>
#include <string.h>

int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz)
{
   char    *ptr;
   int     fdm;
   strncpy(pts_name,"/dev/ptmx",pts_namesz);
   pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
   if((fdm = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
       return -1;
   if(grantpt(fdm) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -2;
   }
   if(unlockpt(fdm) < 0)
   {
       close(fdm);
       return  -3;
   }
   if((ptr = ptsname(fdm)) == NULL)
   {
       close(fdm);
       return -4;
   }
   strncpy(pts_name,ptr,pts_namesz);
   pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
   return (fdm);
}
int ptys_open(char *pts_name)
{
   int     fds,setup;
   if((fds = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
       return -5;
   return fds;
}
int main()
{
   int     fdm,fds;
   char    slave_name[20];
   fdm = ptym_open(slave_name,sizeof(slave_name));
   if(fdm<0)
   {
       perror("ptym_open() error");
       exit(-1);
   }
   printf("open master device successfully.\n");
   printf("slave device name is:%s\n",slave_name);
   fds = ptys_open(slave_name);
   if(fds < 0)
   {
       perror("ptys_open() error");
       exit(-1);
   }
   printf("open slave device successfully.\n");
   exit(0);
}

测试结果如下：

4、基于BSD的伪终端

　　需要自己确定第一个可用的PTY主设备，主设备名为/dev/ptyAX(/dev/ptys0)，这里的A表示16个字母"pqrstuvwxyQPRST"中的一个，X则为16个16进制数字(0~f)之一，这样一共可以256个伪终端主设备。从/dev/ptyp0开始不断尝试，直到成功打开一个可用的PTY主设备或试完了所有设备。ptym_open和ptys_open实现如下所示：

View Code
#define _XOPEN_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stropts.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include<grp.h>
#include <sys/types.h>

#ifndef _HAS_OPENPT
int posix_openpt(int oflag)
{
   int     fdm;
   char    *ptr1,*ptr2;
   char    ptm_name[16];

   strcpy(ptm_name,"/dev/ptyXY");
   for(ptr1="pqrstuvwxyzPQRST"; *ptr1 != 0; ptr1++)
   {
       ptm_name[8] = *ptr1;
       for(ptr2="0123456789abcdef";*ptr2 != 0;ptr2++)
       {
           ptm_name[9] = *ptr2;
           //try to open the master
           if((fdm = open(ptm_name,oflag)) < 0)
           {
               if(errno == ENOENT)
                   return -1;
               else
                   continue;
           }
           return fdm;
       }
   }
   errno = EAGAIN;
   return -1;
}
#endif

#ifndef _HAS_PTSNAME
char *ptsname(int fdm)
{
   static char pts_name[16];
   char    *ptm_name;
   ptm_name = ttyname(fdm);
   if(ptm_name == NULL)
       return NULL;
   strncpy(pts_name,ptm_name,sizeof(pts_name));
   pts_name[sizeof(pts_name)-1] = '\0';
   if(strncmp(pts_name,"/dev/pty",9) == 0)
       pts_name[9] = 's';
   else
       pts_name[5] = 't';
   return pts_name;
}
#endif

#ifndef _HAS_GRANTPT
int grantpt(int fdm)
{
   struct group    *grptr;
   int gid;
   char *pts_name;

   pts_name = ptsname(fdm);
   if((grptr = getgrnam("tty")) != NULL)
       gid = grptr->gr_gid;
   else
       gid = -1;
   if(chown(pts_name,getuid(),gid) < 0)
       return -1;
   return chmod(pts_name,S_IRUSR | S_IWUSR | S_IWGRP);
}
#endif

#ifndef _HAS_UNLOCKPT
int unlockput(int fdm)
{
   return 0;
}
#endif
int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz)
{
   char    *ptr;
   int     fdm;
   strncpy(pts_name,"/dev/ptyXX",pts_namesz);
   pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
   if((fdm = posix_openpt(O_RDWR)) < 0)
       return -1;
   if(grantpt(fdm) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -2;
   }
   if(unlockput(fdm) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -3;
   }
   if((ptr = ptsname(fdm)) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -4;
   }
   strncpy(pts_name,ptr,pts_namesz);
   pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
   return fdm;
}
int ptys_open(char *pts_name)
{
   int     fds,setup;
   if((fds = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
       return -5;
   return fds;
}

5、基于Linux的伪终端

　　Linux支持访问伪终端的BSD方法，也支持使用/dev/ptmx的克隆风格的伪终端接口。在Linux中PTY从设备以为组tty所拥有，ptym_open和ptys_open实现如下所示：

View Code
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stropts.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <asm/ioctl.h>

#define TIOCGPTN    _IOR('T',0x30,  unsigned int) /* Get Pty Number (of pty-mux device) */
#define TIOCSPTLCK    _IOW('T',0x31, int)  /* Lock/unlock Pty */

#ifndef _HAS_OPENPT
int posix_openpt(int oflag)
{
   int     fdm;
   fdm = open("/dev/ptmx",oflag);
   return fdm;
}
#endif

#ifndef _HAS_PTSNAME
char *ptsname(int fdm)
{
   static char     pts_name[16];
   int             sminor;
   if(ioctl(fdm,TIOCGPTN,&sminor) < 0)
       return NULL;
   snprintf(pts_name,sizeof(pts_name),"/dev/pts/%d",sminor);
   return pts_name;
}
#endif

#ifndef _HAS_GRANTPT
int grantpt(int fdm)
{
   char *pts_name;
   pts_name = ptsname(fdm);
   return chmod(pts_name,S_IRUSR | S_IWUSR | S_IWGRP);
}
#endif

#ifndef _HAS_UNLOCKPT
int unlockput(int fdm)
{
   int lock = 0;
   return (ioctl(fdm,TIOCSPTLCK,&lock));
}
#endif
int ptym_open(char *pts_name,int pts_namesz)
{
   char    *ptr;
   int     fdm;
   strncpy(pts_name,"/dev/ptmx",pts_namesz);
   pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
   if((fdm = posix_openpt(O_RDWR)) < 0)
       return -1;
   if(grantpt(fdm) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -2;
   }
   if(unlockput(fdm) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -3;
   }
   if((ptr = ptsname(fdm)) < 0)
   {
       close(fdm);
       return -4;
   }
   strncpy(pts_name,ptr,pts_namesz);
   pts_name[pts_namesz-1] = '\0';
   return fdm;
}
int ptys_open(char *pts_name)
{
   int     fds,setup;
   if((fds = open(pts_name,O_RDWR)) < 0)
       return -5;
   return fds;
}
int main()
{
   int     fdm,fds;
   char    slave_name[20];
   fdm = ptym_open(slave_name,sizeof(slave_name));
   if(fdm<0)
   {
       perror("ptym_open() error");
       exit(-1);
   }
   printf("open master device successfully.\n");
   printf("slave device name is:%s\n",slave_name);
   fds = ptys_open(slave_name);
   if(fds < 0)
   {
       perror("ptys_open() error");
       exit(-1);
   }
   printf("open slave device successfully.\n");
   exit(0);
}

执行结果如下所示：

6、pty_fork函数

　　函数功能：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。函数声明如下：

#include <termios.h>
#include <sys/ioctl.h>
pid_t ptt_fork(int *ptrfdm,char *slave_name,int slave_names,const struct termiosz *slave_termios,const struct winsize *slave_winsize);

函数实现如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stropts.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <asm/ioctl.h>
#include <termios.h>
#ifndef IIOCGWINSZ
#include <sys/ioctl.h>
#endif
pid_t    ptt_fork(int *ptrfdm,char *slave_name,int slave_namesz,
              const struct termios *slave_termios,
              const struct winsize *slave_winsize)
{
   int     fdm,fds;
   pid_t   pid;
   char    pts_name[20];

   if((fdm=ptym_open(pts_name,sizeof(pts_name))) < 0)
   {
       perror("ptym_open()error");
       exit(-1);
   }
   if(slave_name != NULL)
   {
       strncpy(slave_name,pts_name,slave_namesz);
       slave_name[slave_namesz-1] = '\0';
   }
   if((pid = fork()) < 0)
   {
       perror("fork() error");
       exit(-1);
   }
   else if(pid == 0)
   {
       if(setsid() < 0)
       {
           perror("setsid() error");
           exit(-1);
       }
       if((fds = ptys_open(pts_name)) < 0)
       {
           perror("ptys_open() error");
           exit(-1);
       }
       close(fdm);
   #if defined (TIOCSCTTY)
       if(ioctl(fds,TIOCSCTTY,(char *)0) < 0)
       {
           perror("TIOCSCTTY error");
           exit(-1);
       }
   #endif
       if(slave_termios != NULL)
       {
           if(tcsetattr(fds,TCSANOW,slave_termios) < 0)
           {
               perror("tcsetattr error on slave pty");
               exit(-1);
           }
       }
       if(slave_winsize != NULL)
       {
           if(ioctl(fds,TIOCSWINSZ,slave_winsize) < 0)
           {
               perror("TIOCSWINSZ error on slave pty");
               exit(-1);
           }
       }

       if(dup2(fds,STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)
       {
           perror("dups error to stdin");
           exit(-1);
       }
       if(dup2(fds,STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
       {
           perror("dups error to stdout");
           exit(-1);
       }
       if(dup2(fds,STDERR_FILENO) != STDERR_FILENO)
       {
           perror("dups error to stderr");
           exit(-1);
       }
       if(fds != STDIN_FILENO && fds != STDOUT_FILENO && fds != STDERR_FILENO)
           close(fds);
       return 0;
   }
   else
   {
       *ptrfdm = fdm;
       return pid;
   }
}

码农公寓

相关文章