1节 理解终端设备ttyptypts概念

简要描述:

  • 终端设备默认具有输入、输出功能。
  • 现代我们最常用的接入服务器端的方式(如:ssh通过tcp/ip的方式连接服务器端,作为服务器的终端设备)为服务的接入方式。
  • 但服务器端默认的连接终端为tty模式,(是以串口设备的接入方式,如我们的键盘、显示器),服务器默认提供tty1...tty6共6个终端接口,用Ctrl+Alt+F1...F6切换。
  • 所以在ssh通过tcp/ip连接服务器端的时候,服务器系统会将该服务转换为ptmx设备形态(可以理解为硬件链路)接入服务器端。
  • 同时将该ssh服务fork的子进程转换为pts设备(可以理解为输入输出设备),再用PTY驱动将两个设备绑定起来。

第2节 终端设备与文件描述符fd(file description)及重定向的关系

计算机3个组件 与文件描述 文件描述的数字表示 对应文件
存储器 磁盘相关 3 ~ 65535 (终端设备执行)程序所打开磁盘上的文件
输入设备 相关 0(符号:<或0<) /dev/stdin
输出设备 相关 1(符号:>或1>) /dev/stdout
  错误报告 2(符号:2>) /dev/stderr

简要描述:

  1. Linux中一切皆文件,所有的存在都以文件的形式展示出来,文件描述符专用于描述系统调用文件使用情况,为每个打开的文件都打上标识且占用一个文件描述符。
  2. 终端设备与文件描述符及重定向[ >,< ](注意不是追加重定向)不是单独存在,而是相辅相成。  
  3. 重定向主要的作用是数据源流从一个设备流向另一个设备中。(磁盘上的所有类型文件,在概念上都属于设备文件,因为文件都是保存在磁盘中,对文件的操作,其本质上就是对磁盘操作)。
  4. 终端设备一般含有计算机的3大部件中的输入设备和输出设备(这与计算机发展历史相关,输入设备可以是键盘或其他能输出数据的设备,输出设备可以是显示器或其他能接收数据的设备)。
  5. 每个终端设备接入Linux系统,系统为该终端的输入功能绑定为0的文件描述符,输出功能绑定为1的文件描述符,在处理终端设备发送过来的指令出现错误时,错误提示绑定为2的文件描述符。

第3节 终端设备与文件描述符及重定向的默认行为

3.1 终端设备与文件描述符及重定向的默认行为

  默认情况下:系统会帮用户默认补全输入及输出的重定向路径。所以一般情况下,手工写上重定向时,就是修改系统默认的输入与输出的路径。

比如:

  cat jeson.sh   # 等效 cat 0< jeson.sh 1> /dev/pts/0

  处理方法   输入设备负责为处理的方法提供数据源    处理完的结果交给输出设备(由输出设备将数据输出)
用户输入 cat     jeson.sh      
系统自动补全 cat 0 < jeson.sh 1 > /dev/pts/0
   

输入设备

可理解cpu获取数据入口

   数据源设备  发送设备

可理解cpu输出数据的出口

   接收设备

  磁盘上的所有类型文件,在概念上都属于设备文件,因为文件都是保存在磁盘中,对文件的操作,其本质上就是对磁盘操作。磁盘属于存储设备。

3.2 描述符与重定向;将数据重定向相应的设备中

pts/0  将echo输出的数据,定位到/dev/tty1 的输出设备

tty1  显示pts/0输入的数据

[jeson@mage-jump-01 ~/]# who
root     tty1         2018-10-02 17:57
jeson    pts/0        2018-10-02 20:12 (10.0.0.1)
[root@mage-jump-01 ~/]#ll /dev/fd/  # 查看自身的登录终端
总用量 0
lrwx------ 1 root root 64 10月  2 20:16 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 10月  2 20:16 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 10月  2 20:16 2 -> /dev/pts/0
lr-x------ 1 root root 64 10月  2 20:16 3 -> /proc/19301/fd
[root@mage-jump-01 ~/]# echo "how are you today?" >/dev/tty1
[jeson@mage-jump-01 ~/]# who
root     tty1         2018-10-02 17:57
jeson    pts/0        2018-10-02 20:12 (10.0.0.1)
[root@mage-jump-01 ~/]#ll /dev/fd/  # 查看自身的登录终端
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Oct  2 20:21 0 -> /dev/tty1
l-wx------ 1 root root 64 Oct  2 20:21 1 -> /root/test.txt
lrwx------ 1 root root 64 Oct  2 20:21 2 -> /dev/tty1
lr-x------ 1 root root 64 Oct  2 20:21 3 -> /proc/19376/fd
[root@mage-jump-01 ~/]#how are you today?

pts/0和tty1 终端登录后的PID号

[jeson@mage-jump-01 ~/]$ps aux|egrep "[p]ts|tty"
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root        0.0  0.3 116624  3408 tty1     Ss+  18:06   0:01 -bash
jeson       0.0  0.2 156676  2328 ?        S    20:32   0:00 sshd: jeson@pts/0
jeson       0.0  0.3 116616  3232 pts/0    Ss   20:32   0:00 -bash
jeson       0.0  0.1 155324  1864 pts/0    R+   20:36   0:00 ps aux
jeson       0.0  0.0 112720   992 pts/0    S+   20:36   0:00 grep -E --color=auto [p]ts|tty

只要有PID号,/proc就会为其pid建立一个目录,该目录放该pid相关的数据文件

[jeson@mage-jump-01 ~/]$ls /proc/ | grep -E '[1-9]+' | column
1 17 221 242 27 30 492 501 665
10 18 222 243 270 342 493 502 7
11 18024 19636 224 263 271 365 494 503 743
1164 229 264 272 38 495 505 8
1166 18891 231 265 273 40 496 57 88
13 19 19670 233 266 274 41 497 650 9
14 19398 2 236 267 28 42 498 651
15 19413 20 237 268 29 44 499 653
16 19489 21 239 269 3 476 5 658

3.3 终端设备接入系统,系统为终端设备设置对应文件描述符的操作方式(0,1,2)

系统为每一个接入终端都配备默认的文件描述符
[jeson@mage-jump-01 ~/]$ll /dev/std*
lrwxrwxrwx 1 root root 15 10月 1 18:38 /dev/stderr -> /proc/self/fd/2
lrwxrwxrwx 1 root root 15 10月 1 18:38 /dev/stdin -> /proc/self/fd/0
lrwxrwxrwx 1 root root 15 10月 1 18:38 /dev/stdout -> /proc/self/fd/1
系统为pts/0接入终端默认绑定的文件描述符操作
[jeson@mage-jump-01 ~/]$ll /proc/self/fd
总用量 0
lrwx------ 1 jeson jeson 64 10月 2 21:12 0 -> /dev/pts/0 # stdin与pts/0远程终端关联
lrwx------ 1 jeson jeson 64 10月 2 21:12 1 -> /dev/pts/0 # stdout与pts/0远程终端关联
lrwx------ 1 jeson jeson 64 10月 2 21:12 2 -> /dev/pts/0 # stderr与pts/0远程终端关联
lr-x------ 1 jeson jeson 64 10月 2 21:12 3 -> /proc/19778/fd
得出系统设备、特殊文件描述符、终端的链接关系为
/dev/stderr   ->  /proc/self/fd/2  -> /dev/pts/0
/dev/stdin -> /proc/self/fd/0 -> /dev/pts/0
/dev/stdout -> /proc/self/fd/1 -> /dev/pts/0

3.4 打开文件描述符

  1. 打开文件描述符有程序自动指定和人为手动指定编号两种方式
  2. 程序在打开文件描述符的时候,有三种可能的行为:从描述符中读、向描述符中写、可读也可写。
  3. 从lsof的FD列可以看出程序打开这个文件是为了从中读数据,还是向其中写数据,亦或是既读又写。

  例如:以下实例就是打开文件从中读、写、读写数据的(3r的r是read,w是write,u是read and write)。

窗口1

窗口2

程序自动指定编号 人为手动指定编号
 只读模式;命令行执行如下命令 
[jeson@mage-jump-01 ~/]$lsof -n | grep 'read.txt'|column -t
  tail 2135 jeson 3r REG 8,2 0 41054766 /home/jeson/read.txt
tail -f read.txt exec 3<read.txt
只写模式;命令行执行如下命令
[jeson@mage-jump-01 ~/]$lsof -n | grep 'write.txt'|column -t
  cat 2099 jeson 1w或3w REG 8,2 0 41054756 /home/jeson/write.txt  
cat > write.txt exec 3>read.txt
可读可写模式;命令行执行如下命令
[jeson@mage-jump-01 ~/]$lsof -n | grep 'read_write.txt'|column -t
  vim 2197 jeson 4u REG 8,2 12288 41054769 /home/jeson/.read_write.txt.sap
vim read_write.txt exec 4<>read.txt

3.5 复制、关闭文件描述符

  文件描述符的复制(duplicate),文件描述符的复制表示当前操作的文件描述符被(作用或者理解为移动)到另一个文件描述符中。

  [n]>&digit- :将文件描述符digit代表的输出文件移动到n上,并关闭digit值的描述符。

  [n]<&digit- :将文件描述符digit代表的输入文件移动到n上,并关闭digit值的描述符。

  [n]<&- :直接关闭n描述符。

实例 1:

[jeson@mage-jump-01 ~/]$lsof -n | grep "read.txt" | column -t
bash 19492 jeson 3r REG 8,2 0 41054753 /home/jeson/read.txt
[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec 4<&3- 
[jeson@mage-jump-01 ~/]$lsof -n | grep "read.txt" | column -t
bash 19492 jeson 4r REG 8,2 0 41054753 /home/jeson/read.txt
[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec 4<&-
[jeson@mage-jump-01 ~/]$lsof -n | grep "read.txt" | column -t
[jeson@mage-jump-01 ~/]$

可见:fd=3移动到fd=4后,原本与fd=3关联的read.txt已经关闭,并且关联到fd=4上; 最后把fd=4直接关掉了。

实例 2:

[jeson@mage-jump-01 ~/]$echo "I am a boy"
I am a boy
[jeson@mage-jump-01 ~/]$echo "I am a boy" >/dev/null 2>&1
[jeson@mage-jump-01 ~/]$

画图说明:

第4节 文件描述符的高阶使用 

案例 1 :

[jeson@mage-jump-01 ~/]$echo "123456" >jeson.sh
[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec 5<>jeson.sh
[jeson@mage-jump-01 ~/]$read -n 3 <&5
[jeson@mage-jump-01 ~/]$echo $REPLY
123
[jeson@mage-jump-01 ~/]$echo -n "+" >&5
[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec 3>&-
[jeson@mage-jump-01 ~/]$cat jeson.sh
123+56

  简要描述:

  打开文件 jeson.sh 以read/write方式,并分配fd=5给该文件进程。
  这时fd=0已经绑定到fd=5上,而fd=5的重定向目标为jeson.sh,所以fd=0的目标也是jeson.sh,即从jeson.sh中读取数据。这里read命令读取3个字符,由于read命令中没有指定变量,因此分配给默认变量REPLY。注意,这个命令执行结束后,fd=0的重定向目标会变回/dev/stdin。
    这时fd=1也已经绑定到fd=5上,而fd=5的重定向目标文件为jeson.sh,所以fd=1的目标也是jeson.sh文件,即数据写入到jeson.sh中。这里写入一个+号。注意,这个命令结束后,fd=1的重定向目标回变回/dev/stdout。
    关闭fd=5,这也会关闭其指向的文件jeson.sh,关闭文件操作进程。

案例 2 :

[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec 6>&1
[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec > jeson.sh
[jeson@mage-jump-01 ~/]$echo "I am a boy"
[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec 1>&6-
[jeson@mage-jump-01 ~/]$cat jeson.sh
  I am a boy

  简要描述:

  1. 打开文件描述符进程fd=6,并指向1对应的/dev/stdout。
  2. 打开文件描述符fd=1进程指向jeson.sh文件。
  3. 输入的数据,定位到描述符fd=1进程,1进程对应jeson.sh文件。

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