1.2. 终端登录过程

一台PC通常只有一套键盘和显示器，也就是只有一套终端设备，但是可以通过Ctrl-Alt-F1~Ctrl-Alt-F6切换到6个字符终端，相当于有6套虚拟的终端设备，它们共用同一套物理终端设备，对应的设备文件分别是/dev/tty1~/dev/tty6，所以称为虚拟终端(Virtual Terminal)。设备文件/dev/tty0表示当前虚拟终端，比如切换到Ctrl-Alt-F1的字符终端时/dev/tty0就表示/dev/tty1，切换到Ctrl-Alt-F2的字符终端时/dev/tty0就表示/dev/tty2，就像/dev/tty一样也是一个通用的接口，但它不能表示图形终端窗口所对应的终端。

再举个例子，做嵌入式开发时经常会用到串口终端，目标板的每个串口对应一个终端设备，比如/dev/ttyS0、/dev/ttyS1等，将主机和目标板用串口线连起来，就可以在主机上通过Linux的minicom或Windows的超级终端工具登录到目标板的系统。

内核中处理终端设备的模块包括硬件驱动程序和线路规程(Line Discipline)。

图 34.1. 终端设备模块

硬件驱动程序负责读写实际的硬件设备，比如从键盘读入字符和把字符输出到显示器，线路规程像一个过滤器，对于某些特殊字符并不是让它直接通过，而是做特殊处理，比如在键盘上按下Ctrl-Z，对应的字符并不会被用户程序的read读到，而是被线路规程截获，解释成SIGTSTP信号发给前台进程，通常会使该进程停止。线路规程应该过滤哪些字符和做哪些特殊处理是可以配置的。

终端设备有输入和输出队列缓冲区，如下图所示。

图 34.2. 终端缓冲

以输入队列为例，从键盘输入的字符经线路规程过滤后进入输入队列，用户程序以先进先出的顺序从队列中读取字符，一般情况下，当输入队列满的时候再输入字符会丢失，同时系统会响铃警报。终端可以配置成回显(Echo)模式，在这种模式下，输入队列中的每个字符既送给用户程序也送给输出队列，因此我们在命令行键入字符时，该字符不仅可以被程序读取，我们也可以同时在屏幕上看到该字符的回显。

现在我们来看终端登录的过程：

1、系统启动时，init进程根据配置文件/etc/inittab确定需要打开哪些终端。例如配置文件中有这样一行：1:2345:respawn:/sbin/getty 9600 tty1

和/etc/passwd类似，每个字段用:号隔开。开头的1是这一行配置的id，通常要和tty的后缀一致，配置tty2的那一行id就应该是2。第二个字段2345表示运行级别2~5都执行这个配置。最后一个字段/sbin/getty 9600 tty1是init进程要fork/exec的命令，打开终端/dev/tty1，波特率是9600(波特率只对串口和Modem终端有意义)，然后提示用户输入帐号。中间的respawn字段表示init进程会监视getty进程的运行状态，一旦该进程终止，init会再次fork/exec这个命令，所以我们从终端退出登录后会再次提示输入帐号。

有些新的Linux发行版已经不用/etc/inittab这个配置文件了，例如Ubuntu用/etc/event.d目录下的配置文件来配置init。

2、getty根据命令行参数打开终端设备作为它的控制终端，把文件描述符0、1、2都指向控制终端，然后提示用户输入帐号。用户输入帐号之后，getty的任务就完成了，它再执行login程序：execle("/bin/login", "login", "-p", username, NULL, envp);

3、login程序提示用户输入密码(输入密码期间关闭终端的回显)，然后验证帐号密码的正确性。如果密码不正确，login进程终止，init会重新fork/exec一个getty进程。如果密码正确，login程序设置一些环境变量，设置当前工作目录为该用户的主目录，然后执行Shell：execl("/bin/bash", "-bash", NULL);

注意argv[0]参数的程序名前面加了一个-，这样bash就知道自己是作为登录Shell启动的，执行登录Shell的启动脚本。从getty开始exec到login，再exec到bash，其实都是同一个进程，因此控制终端没变，文件描述符0、1、2也仍然指向控制终端。由于fork会复制PCB信息，所以由Shell启动的其它进程也都是如此。