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《unix高级环境编程》终端 I/O——终端 IO 基本概述
终端基本概念
终端 IO 是一种字符型设备，终端特殊设备文件一般有以下几种：
- 串行端口终端：是使用计算机串行端口连接的设备，计算机把每个串行端口都看作是一个字符设备。串行端口所对应的设备名称 /dev/ttySn（n表示从0开始的整数）；
- 伪终端：是成对的逻辑终端设备，例如 /dev/ptyp3 和/ dev/ttyp3（在设备文件系统中分别是 /dev/pty/m3 和/ dev/pty/s3 ）,它们与实际物理设备并不直接相关；
- 控制终端：是当前进程的控制终端的设备特殊文件 /dev/tty。可以使用命令”ps –ax”来查看进程与哪个控制终端相连使用命令”tty”可以查看它具体对应哪个实际终端设备。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接；
- 控制台终端：计算机显示器通常被称为控制台终端（Console），它仿真了类型为Linux的一种终端（TERM=Linux），并且有一些设备特殊文件与之相关联：tty0、tty1、tty2等；
终端 IO 有两种不同的工作模式：
- 规范模式输入处理：在这种模式下，终端输入以行为单位进行处理，对于每个读要求，终端驱动程序最多返回一行；
- 非规范模式输入处理：输入字符不以行为单位进行处理；
终端设备是由一般位于内核中的终端驱动程序控制，每个终端设备有一个输入队列和一个输出队列，如下图所示：
大多数 UNIX 系统在一个称为终端行规程的模块中进行规范处理。它位于内核通用读、写函数和实际设备驱动程序之间的模块，如下图所示：
操作终端的结构定义如下：
/* 终端IO */
/* 终端IO的数据结构 */
#include <termios.h>
struct termios
{
tcflag_t c_iflag; /* input flag */
tcflag_t c_oflag; /* output flag */
tcflag_t c_cflag; /* control flag */
tcflag_t c_lflag; /* local flag */
cc_t c_cc[NCCS]; /* control characters */
};
该数据结构的输入标志由终端设备驱动程序用来控制字符的输入（剥除输入字节的第8位，允许输入奇偶校验等）；输出标志则控制终端设备驱动的输出（执行输出处理、将换行符映射为 CR/LF 等）；控制标志影响到 RS-232串行线（忽略调制解调器的状态线、每个字符的一个或两个停止位等）；本地标志影响驱动程序和用户之间的接口（回送的开或关、可视的擦除字符、终端产生的信号的启用以及后台输出的作业控制停止信号等）；有关各个标志的取值可以参考书上的表格。
特殊输入字符
终端设备操作函数
以下先给出终端的操作函数：
/*_______________________________________ * 函数 说明 *_______________________________________ * tcgetattr 获取属性 * tcsetattr 设置属性 *_______________________________________ * cfgetispeed 得到输入速度 * cfgetospeed 得到输出速度 * cfsetispeed 设置输入速度 * cfsetospeed 设置输出速度 *_______________________________________ * tcdrain 等待所有输出都被传输 * tcflow 挂起传输或接收 * tcflush 刷清未决输入和/或输出 * tcsendbreak 送BREAK字符 *_______________________________________ * tcgetpgrp 得到前台进程组ID * tcsetpgrp 设置前台进程组ID * tcgetsid 得到控制TTY的会话首进程的进程组ID *_______________________________________ * */
针对这些终端操作函数进行分类讨论：
终端属性
可以通过以下两个函数获取和设置终端属性，该属性结构是 termios 结构，有了终端属性方便进一步的操作，其定义如下：
/* * 函数功能：获取和设置终端属性； * 返回值：若成功则返回0，出错则返回-1； * 函数原型： */ #include <termios.h> int tcgetattr(int filedes, struct termios *termptr);/* 获取终端属性 */ int tcsetattr(int filedes, int opt, const struct termios *termptr);/* 设置终端属性 */ /* * 说明： * filed是终端设备描述符； * * opt参数可以指定为以下的值： * TCSANOW 更改立即生效； * TCSADRAIN 发送所有输出后更改才发生，若更改输出参数则应该使用此选项； * TCSAFLUSH 发送所有输出后更改才发生，更进一步，在更改发生时未读的所有输入数据都被删除； */
测试程序：
#include "apue.h"
#include <termios.h>
int main()
{
struct termios term;
//获取termios结构
if(tcgetattr(STDIN_FILENO,&term) < 0)
err_sys("tcgetattr error");
switch(term.c_cflag & CSIZE)
{
case CS5:
printf("5 bits/byte\n");
break;
case CS6:
printf("6 bits/byte\n");
break;
case CS7:
printf("7 bits/byte\n");
break;
case CS8:
printf("8 bits/byte\n");
break;
default:
printf("Unknown bityes/byte\n");
}
term.c_cflag &= ~CSIZE; //字符长度清0
term.c_cflag |= CS5; //设置为8 bites/byte
if(tcsetattr(STDIN_FILENO,TCSANOW,&term) < 0)
err_sys("tcsetattr error");
exit(0);
}
输出结果：8 bits/byte
波特率函数
/* * 函数功能：获取和设置终端波特率； * 函数原型： */ #include <termios.h> /* 返回值：若成功则返回波特率值 */ speed_t cfgetispeed(const struct termios *termptr);/* 获取输入波特率 */ speed_t cfgetospeed(const struct termios *termptr);/* 获取输出波特率 */ /* 返回值：若成功则返回0，出错则返回-1；*/ int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);/* 设置输入波特率 */ int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);/* 设置输出波特率 */
行控制函数
/* * 函数功能：终端设备的行控制； * 返回值：若成功则返回0，若出错则返回-1； * 函数原型： */ #include <termios.h> int tcdrain(int filedes); int tcflow(int filedes, int action); int tcflush(int filedes, int queue); int tcsendbreak(int filedes, int duration); /* * 说明： * action参数取值如下： * TCOOFF 输出被挂起； * TCOON 重新启动以前被挂起的输出； * TCIOFF 系统发送一个STOP字符，将使终端设备暂停发送数据； * TCION 系统发送一个START字符，将使终端设备恢复发送数据； * * queue参数取值如下： * TCIFUSH 刷清输入队列； * TCOFUSH 刷清输出队列； * TCIOFUSH 刷清输入、输出队列； */
终端标识
下面是一些对控制终端操作的函数，其定义如下：
/* 终端标识 */ /* * 函数功能：确定控制终端的名字； * 返回值：若成功则返回指向控制终端名的指针，出错则返回指向空字符串的指针； * 函数原型： */ #include <stdio.h> char * ctermid(char *ptr); /* * 说明： * ptr非null，且指向长度至少为L_ctermid字节的数组，进程的控制终端名存放在该数组中； * ptr为null，则该函数为数组分配空间，进程的控制终端名也放在该数组中； */ /* * 函数功能：控制终端的操作； * 函数原型： */ #include <unistd.h> int isatty(int filedes); /* 返回值：若为终端设备则返回1（真），否则返回0（假）*/ char *ttyname(int filedes); /* 返回值：指向终端路径名的指针，若出错则返回NULL */下面程序是测试控制终端的信息：
#include "apue.h"
#include <termios.h>
static char ctermid_name[L_ctermid];
char *Mctermid(char *str)
{
if(str == NULL)
str = ctermid_name;
return (strcpy(str,"/dev/tty"));
}
int main()
{
char tername[50];
char *name;
ctermid(tername);
printf("terminate name is: %s\n", tername);
Mctermid(tername);
printf("Mterminate name is: %s\n", tername);
printf("Test isatty...\n");
printf("fd 0 is: %s\n",isatty(0)? "tty" : "not a tty");
printf("fd 1 is: %s\n",isatty(1)? "tty" : "not a tty");
printf("fd 2 is: %s\n",isatty(2)? "tty" : "not a tty");
printf("Test ttyname...\n");
if(isatty(0))
{
name = ttyname(0);
if(name == NULL)
name ="undefined";
}
else
name = "not a tty";
printf("fd 0 :%s\n", name);
if(isatty(1))
{
name = ttyname(1);
if(name == NULL)
name ="undefined";
}
else
name = "not a tty";
printf("fd 1 :%s\n",name);
if(isatty(2))
{
name = ttyname(2);
if(name == NULL)
name ="undefined";
}
else
name = "not a tty";
printf("fd 2 :%s\n",name);
exit(0);
}
输出结果：./tty < /dev/console 2> /dev/null terminate name is: /dev/tty Mterminate name is: /dev/tty Test isatty... fd 0 is: tty fd 1 is: tty fd 2 is: not a tty Test ttyname... fd 0 :/dev/console fd 1 :/dev/pts/1 fd 2 :not a tty
终端的窗口大小
内核为每个终端和伪终端保存了一个窗口大小结构 winszie，
- 用 ioctl 函数的 TIOCGWINSZ 命令可以获取此结构的当前值；
- 也可以通过 ioctl 的 TIOCSWINSZ 命令可以将此结构体的新值存放到内核中，如果新值与存放在内核中的当前值不同，则会向前台进程组发送 SIGWINCH 信号，系统对此信号的默认处理是忽略该信号；
- 当前终端窗口大小发生变化时，也会产生 SIGWINCH 信号；
/* 终端的窗口大小 */
/* 窗口大小的结构体 */
struct winsize
{
unsigned short ws_row; /* row, in characters */
unsigned short ws_col; /* columns, in characters */
unsigned short ws_xpixel; /* horizontal size, pixels (unused) */
unsigned short ws_ypixel; /* vertical size, pixels (unused) */
};
下面程序实现打印当前终端的窗口大小：#include "apue.h"
#include <termios.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <signal.h>
static void pr_winsize(int fd)
{
struct winsize size;
if(ioctl(fd,TIOCGWINSZ,(char *)&size) < 0)
err_sys("ioctl error");
printf("%d rows, %d columns\n", size.ws_row, size.ws_col);
}
static void sig_winch(int signo)
{
printf("SIGWINCH received\n");
pr_winsize(STDIN_FILENO);
}
int main()
{
if(isatty(STDIN_FILENO) == 0)
{
printf("STDIN_FILENO is not terminate device.\n");
exit(1);
}
if(signal(SIGWINCH, sig_winch) == SIG_ERR)
err_sys("signal error");
pr_winsize(STDIN_FILENO);
for( ; ;)
pause();
}
输出结果：/* 改变终端的窗口大小时会发送信号 SIGWINCH */ 24 rows, 80 columns SIGWINCH received 24 rows, 79 columns ^C
参考资料：
《UNIX高级环境编程》
《unix高级环境编程》终端 I/O——终端 IO 基本概述
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