最详细的Linux终端和Line discipline图解

Line discipline，到底翻译成行规程还是线路规程，没有统一的标准，我选用行规程，但这并不意味着操作的单位就是一行，特此澄清。本文我们就和大家分享最详细的Linux终端和Line discipline图解教程，希望能帮助到大家。

什么是行规程

当我们在一个终端上按下按键“l”的时候，终端只是把字母“l”回显了回来，紧接着按下按键“s”，依然是回显字母“s”，随后我们按下回车键，回显的不再是回车键(请问怎么回显)，而是列出并显示了当前目录下的所有文件，这些规则是如何定义的？

  当我们按下组合键“Ctrl-C”的时候，当前的进程就终止了，这个又是如何规定的？为什么不是组合键“Shift-B”来完成同样的事？

  如果你对键盘足够了解(我了解，但并不足够)，就会知道有很多的组合键可以使用，这些组合键分别在不同的系统，不同的终端上如何定义的，谁来规定按下什么键发生什么事？

  所有这些问题都可以用行规程来回答。那么什么是行规程？

  行规程是一套约定俗成的协议。约定双方可以是计算机和终端(包括输出设备和人体输入设备)。在这个意义上，终端就是所谓的人机接口。

  我来简单解释一下。行规程规定了键盘，串口，打印机，显示器等输入输出设备和用户态Shell等程序之间的行为规范，键盘上的按键事件被行规程解释成了Shell可以理解的输入并给出相应的输出。人们要想操作计算机，这套规程是必不可少的，它事实上规定了信息从外部进入计算机的规范。

  可以使用stty命令来展示你的终端行规程的配置：

---

理解行规程

以Linux为例，下图是行规程在整个体系结构中的位置：

我们可以看出信息流的方向，是一个纵向的通路，一端是计算机程序，另一端是某种硬件(这里还有伪终端的概念，参见彻底理解Linux的各种终端类型以及概念)，作为对比，我们来看看另外一种方向的数据通路，即横向的通路，典型的例子就是TCP/IP协议栈：

TCP/IP协议通信和终端行规程完全不同，终端行规程完全是一个纵向的协议，而TCP/IP则侧重于横向的对等层通信，和终端行规程作为人机接口不同的是，TCP/IP更重要的作用是处理任意进程之间的通信。但抽掉这种数据通路方向上的不同，剩下的东西它们就是一致的了，即它们都是某种约定俗成的协议，约定的双方是否同质对等造成了唯一的区别。

SLIP的位置

作为一个综合的例子，我们来看点关于SLIP的内容。

  SLIP就是Serial Line Internet Protocol(串行线路网际协议)可能现在很少有人再使用它了，毕竟现如今都是以太网和光纤的天下了，谁还会用串口线来传输网络数据包。

  但是它在以前很长一段时间一直作为连接运行TCP/IP协议的主机的专用链路存在的。

  我们知道，TCP/IP是对等层通信协议，但是最终的数据包不得不通过某种物理介质传输，因此还需要一种纵向的协议才可以让对等层通信得以实现。我们把横向的对等层协议叫做通信协议，而纵向的协议叫做传输协议，行规程事实上就是一种传输协议，SLIP实际上就是一种行规程，SLIP行规程把串口线上传输的字符解释成IP数据报文并向上递送。这种行规程和TCP/IP的关系如下所示：

可以看得出，SLIP作为一中行规程，并没有把解析后的数据继续提交到与之绑定的TTY缓冲区，而是将解析后的数据作为IP数据报直接递送给了TCP/IP协议栈来处理。

  这里摘取百度百科上的一段话：

<span style="font-size: 16px;">SLIP只是一个包组帧协议，仅仅定义了在串行线路上将数据包封装成帧的一系列字符。它没有提供寻址、包类型标识、错误检查/修正或者压缩机制。<br></span>

广义地来讲，其实像以太网规范这种也可以叫做某种行规程，毕竟它也是约定IP层软件和传输介质之间行为规范的协议，起到的均是对数据格式化的作用，但由于如今超高速传输早就完完全全基于比特流序列，不再通过定义以字符为边界的块来封装数据，所以再叫做行规程就有点词不达意了，但本质上都是一样的，都是定义在某种介质上如何把数据包封装的协议。

---

关于unix98伪终端

关于伪终端的这部分内容参见：SVR4/4.3BSD与Linux对待伪终端的不同方式

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全局的视角图解几种终端

好了，是总结的时候了。

  在上一篇文章彻底理解Linux的各种终端类型以及概念，我是采用环的方式给出了一个关于终端的总图，后来有人发来邮件反映，所有的终端类型进入一张图，虽然是很统一，但是太复杂了，所以本文我还是决定把这些分开，略去比较多的细节，在全局的角度来看一下终端的结构。

  站在bash的角度，bash本身并不知道其终端到底是直连的，串口连接的，还是说SSH连过来的，这意味着内核里有一个适配层，在这个层之上，所有的终端看起来是一模一样的，在这个层以下，却尽显个性：

我们接下来就看看这些不同点在哪里。

本地终端

串口线连接的终端

SSH伪终端

Tmux伪终端

本来是想把Tmux和Screen一起说的，但是Screen和Tmux原理几乎是一模一样，所以就省掉了Screen，这里只说Tmux：

还是有点复杂是不是？

  其实确实比较复杂，这里只需要知道两点就好了，首先，把Tmux Server以及它Fork当作不会断的SSH就好了，其次，当你在一个SSH伪终端运行Tmux Client的时候，Tmux Client相当于把该SSH伪终端的pts借给了Tmux Server，Tmux Server和SSHd是并列的。

• Tmux Server打开一对伪终端，自己持有主设备，将次设备继承给它Fork出来的Bash，此一对进程进入后台，不再归属任何终端。

• 一旦Tmux Client运行于某个SSH终端，它会把当前终端的pts传递给Tmux Server，从而让Tmux Server作为一个数据代理传递输入和输出。

一旦Tmux Client运行，它便成为了当前Bash的前台进程，通过重定向之后，当前Tmux Client便成为了Bash0的前端，接收Bash0的输入和输出。文件句柄转交后的流程如下：

<span style="font-size: 16px;">1. 有人在远端的Windows主机上敲入一个字符***“a”***；2. 字符***“a”***经由SSH客户端加密后传输到Linux SSH服务器SSHd并解密；3. 字符***“a”***通过SSHd的ptmx写入4. Tmux Server从pts/2将字符***“a”***读出并写入ptmx；5. Bash0将字符***“a”***从pts/1读出并执行；6. Bash0将***-bash: a: command not found***按原路返回给Windows。<br></span>

注释：关于文件句柄传递

有人说Linux可以靠一个ioctl系统调用在不同进程之间传递文件描述符，然而当你真的去自己尝试时，却发现这是骗人的。那么同样的功能如何来实现？你如何不通过调用open，accept，socket这类系统调用打开一个文件句柄呢？

  答案就是使用SCM_RIGHTS。具体怎么做，百度一下，你就知道。

---

题外话

最后，依然说点题外话。

  现如今关于终端等人机接口的内容被淡化了，然而关于TCP/IP的内容却得到了强化，我认为这是不公平的。

  当然，这是近来不断提高软件地位而降低硬件地位的后果，大多数人都知道socket如何到socket，却只有很少的人知道socket如何到网线，而后者才是基础。数据从哪里来？

  没有数据何谈通信？数据不可能凭空就存在于计算机，它必然靠某种设备从外界输入，比如键盘，扫描仪，传感器等，首先这些设备和计算机之间的数据传输协议才基础中的基础，此后针对数据的加工才会用到TCP/IP，IPC这种对等层通信协议。

  随着物联网的发展，关于数据如何进入计算机这个问题还会有很多新的解答，因此以上的局面得以改观。

牢骚

———————–截止2017/12/16 11:08文章已写完———————–

东北极寒天吃饭，要乱炖多点肉喝点酒；河南的冷天吃饭，要吃大烩菜，一人盛一碗，陕西山西冷天吃饭，羊排锅加竹叶青酒超爽…但是现在在华南，深圳的今天气温比较低，这天气说冷不冷，但确实有点寒意，我决定今天穿上长裤…准备出发去吃好爽的火锅底料。
  华南的深圳，北纬22°不到23°，这是热带的边缘，正因为其地理因素，冬季会受到北方冷空气的影响，所以这里被归为一个叫做亚热带的尴尬区域，所谓亚热带主要就是为了照顾北方的冬天，北方人不是怕冷吗？那就为北方制造一个叫做亚热带的地方，可谓仁慈。不管怎样，我现在依然还是短衣短裤的…我是迫于众人的目光压力穿上长裤的，不然会被认为是傻逼，但是在室内或者刚吃完饭后，真觉得热…唉！

昨晚的圣诞晚会嗨爆全场，灯光音响很棒，然而最终还是没有中奖…回到家已经午夜，喝了一瓶真露想再写篇关于终端的随笔以解惑，但不知不觉就困了，于是就睡了，早上本来想早起，自然醒来已经七点半了，醒来并没有意识到今天很冷，第一件事反而是想中午一家人去吃顿川味火锅底料，这也算是响应老板们的号召了。所以说，我必须在11点前把这篇文章写完。

  Line discipline，到底翻译成行规程还是线路规程，没有统一的标准，我选用行规程，但这并不意味着操作的单位就是一行，特此澄清。

什么是行规程

当我们在一个终端上按下按键“l”的时候，终端只是把字母“l”回显了回来，紧接着按下按键“s”，依然是回显字母“s”，随后我们按下回车键，回显的不再是回车键(请问怎么回显)，而是列出并显示了当前目录下的所有文件，这些规则是如何定义的？

  当我们按下组合键“Ctrl-C”的时候，当前的进程就终止了，这个又是如何规定的？为什么不是组合键“Shift-B”来完成同样的事？

  如果你对键盘足够了解(我了解，但并不足够)，就会知道有很多的组合键可以使用，这些组合键分别在不同的系统，不同的终端上如何定义的，谁来规定按下什么键发生什么事？

  所有这些问题都可以用行规程来回答。那么什么是行规程？

  行规程是一套约定俗成的协议。约定双方可以是计算机和终端(包括输出设备和人体输入设备)。在这个意义上，终端就是所谓的人机接口。

  我来简单解释一下。行规程规定了键盘，串口，打印机，显示器等输入输出设备和用户态Shell等程序之间的行为规范，键盘上的按键事件被行规程解释成了Shell可以理解的输入并给出相应的输出。人们要想操作计算机，这套规程是必不可少的，它事实上规定了信息从外部进入计算机的规范。

  可以使用stty命令来展示你的终端行规程的配置：

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理解行规程

以Linux为例，下图是行规程在整个体系结构中的位置：

我们可以看出信息流的方向，是一个纵向的通路，一端是计算机程序，另一端是某种硬件(这里还有伪终端的概念，参见彻底理解Linux的各种终端类型以及概念)，作为对比，我们来看看另外一种方向的数据通路，即横向的通路，典型的例子就是TCP/IP协议栈：

TCP/IP协议通信和终端行规程完全不同，终端行规程完全是一个纵向的协议，而TCP/IP则侧重于横向的对等层通信，和终端行规程作为人机接口不同的是，TCP/IP更重要的作用是处理任意进程之间的通信。但抽掉这种数据通路方向上的不同，剩下的东西它们就是一致的了，即它们都是某种约定俗成的协议，约定的双方是否同质对等造成了唯一的区别。

SLIP的位置

作为一个综合的例子，我们来看点关于SLIP的内容。

  SLIP就是Serial Line Internet Protocol(串行线路网际协议)可能现在很少有人再使用它了，毕竟现如今都是以太网和光纤的天下了，谁还会用串口线来传输网络数据包。

  但是它在以前很长一段时间一直作为连接运行TCP/IP协议的主机的专用链路存在的。

  我们知道，TCP/IP是对等层通信协议，但是最终的数据包不得不通过某种物理介质传输，因此还需要一种纵向的协议才可以让对等层通信得以实现。我们把横向的对等层协议叫做通信协议，而纵向的协议叫做传输协议，行规程事实上就是一种传输协议，SLIP实际上就是一种行规程，SLIP行规程把串口线上传输的字符解释成IP数据报文并向上递送。这种行规程和TCP/IP的关系如下所示：

可以看得出，SLIP作为一中行规程，并没有把解析后的数据继续提交到与之绑定的TTY缓冲区，而是将解析后的数据作为IP数据报直接递送给了TCP/IP协议栈来处理。

  这里摘取百度百科上的一段话：

<span style="font-size: 16px;">SLIP只是一个包组帧协议，仅仅定义了在串行线路上将数据包封装成帧的一系列字符。它没有提供寻址、包类型标识、错误检查/修正或者压缩机制。<br></span>

广义地来讲，其实像以太网规范这种也可以叫做某种行规程，毕竟它也是约定IP层软件和传输介质之间行为规范的协议，起到的均是对数据格式化的作用，但由于如今超高速传输早就完完全全基于比特流序列，不再通过定义以字符为边界的块来封装数据，所以再叫做行规程就有点词不达意了，但本质上都是一样的，都是定义在某种介质上如何把数据包封装的协议。

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关于unix98伪终端

关于伪终端的这部分内容参见：SVR4/4.3BSD与Linux对待伪终端的不同方式

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全局的视角图解几种终端

好了，是总结的时候了。

  在上一篇文章彻底理解Linux的各种终端类型以及概念，我是采用环的方式给出了一个关于终端的总图，后来有人发来邮件反映，所有的终端类型进入一张图，虽然是很统一，但是太复杂了，所以本文我还是决定把这些分开，略去比较多的细节，在全局的角度来看一下终端的结构。

  站在bash的角度，bash本身并不知道其终端到底是直连的，串口连接的，还是说SSH连过来的，这意味着内核里有一个适配层，在这个层之上，所有的终端看起来是一模一样的，在这个层以下，却尽显个性：

我们接下来就看看这些不同点在哪里。

本地终端

串口线连接的终端

SSH伪终端

Tmux伪终端

本来是想把Tmux和Screen一起说的，但是Screen和Tmux原理几乎是一模一样，所以就省掉了Screen，这里只说Tmux：

还是有点复杂是不是？

  其实确实比较复杂，这里只需要知道两点就好了，首先，把Tmux Server以及它Fork当作不会断的SSH就好了，其次，当你在一个SSH伪终端运行Tmux Client的时候，Tmux Client相当于把该SSH伪终端的pts借给了Tmux Server，Tmux Server和SSHd是并列的。

• Tmux Server打开一对伪终端，自己持有主设备，将次设备继承给它Fork出来的Bash，此一对进程进入后台，不再归属任何终端。

• 一旦Tmux Client运行于某个SSH终端，它会把当前终端的pts传递给Tmux Server，从而让Tmux Server作为一个数据代理传递输入和输出。

一旦Tmux Client运行，它便成为了当前Bash的前台进程，通过重定向之后，当前Tmux Client便成为了Bash0的前端，接收Bash0的输入和输出。文件句柄转交后的流程如下：

<span style="font-size: 16px;">1. 有人在远端的Windows主机上敲入一个字符***“a”***；2. 字符***“a”***经由SSH客户端加密后传输到Linux SSH服务器SSHd并解密；3. 字符***“a”***通过SSHd的ptmx写入4. Tmux Server从pts/2将字符***“a”***读出并写入ptmx；5. Bash0将字符***“a”***从pts/1读出并执行；6. Bash0将***-bash: a: command not found***按原路返回给Windows。<br></span>

注释：关于文件句柄传递

有人说Linux可以靠一个ioctl系统调用在不同进程之间传递文件描述符，然而当你真的去自己尝试时，却发现这是骗人的。那么同样的功能如何来实现？你如何不通过调用open，accept，socket这类系统调用打开一个文件句柄呢？

  答案就是使用SCM_RIGHTS。具体怎么做，百度一下，你就知道。

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题外话

最后，依然说点题外话。

  现如今关于终端等人机接口的内容被淡化了，然而关于TCP/IP的内容却得到了强化，我认为这是不公平的。

  当然，这是近来不断提高软件地位而降低硬件地位的后果，大多数人都知道socket如何到socket，却只有很少的人知道socket如何到网线，而后者才是基础。数据从哪里来？

  没有数据何谈通信？数据不可能凭空就存在于计算机，它必然靠某种设备从外界输入，比如键盘，扫描仪，传感器等，首先这些设备和计算机之间的数据传输协议才基础中的基础，此后针对数据的加工才会用到TCP/IP，IPC这种对等层通信协议。

  随着物联网的发展，关于数据如何进入计算机这个问题还会有很多新的解答，因此以上的局面得以改观。

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