终端设备 tty，pty，pts 概念与文件描述符的联系

第1节　理解终端设备tty、pty、pts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：

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。
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。　　
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）。
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）。
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

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
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。
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：

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