你清楚Linux控制臺(tái)、終端與shell及它們的關(guān)系嗎？

當(dāng)使用Linux時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)遇到終端和外殼程序的概念。 例如，在桌面版Ubuntu中，我們可以右鍵單擊桌面，然后單擊“打開終端”以打開終端。 此時(shí)，我們可以在終端中輸入Linux命令。 可能有人會(huì)問，這不是錯(cuò)字嗎? 那么終端和外殼之間是什么關(guān)系呢?

1什么是終端

對(duì)于什么是終端，我們先看一個(gè)定義。可以看出終端就是一個(gè)輸入輸出設(shè)備，簡(jiǎn)單的可以理解為鼠標(biāo)，鍵盤和顯示器。但是這個(gè)好像跟Linux中終端的概念有些出入，下面聽我來(lái)娓娓道來(lái)。

a combination of a keyboard and output device (such as a video display unit) by which data can be entered into or output from a computer or electronic communications system.

但如果想理解了解什么是終端，還需要從“遠(yuǎn)古”時(shí)期說(shuō)起。在1970年之前，那個(gè)時(shí)候還沒有個(gè)人電腦。那個(gè)使用只有大型機(jī)和小型機(jī)，也就是衣柜那么大的計(jì)算機(jī)。當(dāng)時(shí)比較著名的計(jì)算機(jī)如DPD-7和GE-45等。

當(dāng)時(shí)Ken Thompson和Dennis Ritchie(就是下圖中的兩位大神)負(fù)責(zé)在DPD-7上面開發(fā)一個(gè)新的操作系統(tǒng)，沒錯(cuò)，就是UNIX操作系統(tǒng)。為了提高計(jì)算機(jī)的使用效率，他們打算讓這個(gè)操作系統(tǒng)支持多個(gè)用戶同時(shí)使用這臺(tái)計(jì)算機(jī)。

但是，當(dāng)時(shí)的顯示器是一個(gè)非常貴的設(shè)備，不太可能每個(gè)人都有一個(gè)顯示器。因此兩個(gè)人想出了一個(gè)變通的方法。他們選擇了便宜的電傳打字機(jī)來(lái)做終端設(shè)備。這個(gè)電傳打字機(jī)(TeleType)就是ASR33，就是下圖這個(gè)設(shè)備。

這個(gè)設(shè)備通過鍵盤將信息輸入計(jì)算機(jī)當(dāng)中，而計(jì)算機(jī)的輸出則是通過上面的紙打印出來(lái)。這樣UNIX就成為世界上第一個(gè)支持多用戶的操作系統(tǒng)，而ASR33則成為第一個(gè)Unix終端。后來(lái)，縮寫TTY也就是用來(lái)表示Unix或者Linux終端了。

隨著技術(shù)的發(fā)展和硬件價(jià)格的不斷降低，終端也變得越來(lái)越先進(jìn)和便宜。1970年，DEC發(fā)明了VT05視頻終端。就是下面這個(gè)東東，可以看出她有個(gè)小顯示器。也越來(lái)越像現(xiàn)在的鍵盤顯示器了。

聊到這里我們知道了，所謂終端，其實(shí)就是一個(gè)物理設(shè)備，也就是計(jì)算機(jī)的輸入輸出設(shè)備。

2什么是控制臺(tái)

在上個(gè)世紀(jì)70年代，終端是通過線纜連接在主機(jī)上的。同時(shí)，在主機(jī)上還有一種特殊終端，它是直接集成在主機(jī)上的。這個(gè)特殊的終端被稱為控制臺(tái)。這個(gè)終端的特點(diǎn)是只能被管理員使用。每一個(gè)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)控制臺(tái)，它在外觀上與普通終端并沒有太大的差異，但最重要的是控制臺(tái)可以做一些普通終端不能做的事情。

比如當(dāng)操作系統(tǒng)出現(xiàn)啟動(dòng)失敗的時(shí)候，它會(huì)打印一些信息到控制臺(tái)上，但終端并不會(huì)收到該信息。另外，當(dāng)操作系統(tǒng)以單用戶模式啟動(dòng)的時(shí)候，我們就只能通過使用控制臺(tái)來(lái)登錄了。這個(gè)時(shí)候其它終端是沒有權(quán)限登錄的。

3Linux操作系統(tǒng)的終端模擬器

前面我們了解到終端實(shí)際上是硬件設(shè)備，但是前面我們?cè)赨buntu上可以用菜單打開一個(gè)終端(Open Terminal)。其實(shí)，我們打開的這個(gè)窗口也是一個(gè)終端，我們稱這個(gè)終端為終端模擬器，它是用軟件的方式來(lái)模擬一個(gè)終端設(shè)備。有的時(shí)候我們又稱它為虛擬終端。

如果你使用的是gnome終端，我們可以通過下面命令看一下它的幫助問答。

man gnome-terminal

可以看出gnome-terminal就是一個(gè)終端模擬程序，而它的功能就是訪問Unix shell。

gnome是用來(lái)模擬Xterm的，而Xterm本身也是一個(gè)終端模擬器。它模擬了VT102物理終端。

打開Linux虛擬終端的方法有很多種，如果我們使用的是桌面版的Linux，也就是圖形界面版的。那么通常我們可以通過命令打開一個(gè)命令行終端。如下所示。

另外，Linux操作系統(tǒng)起來(lái)的時(shí)候默認(rèn)是有7個(gè)虛擬終端的。這些虛擬終端并非前面所說(shuō)的在桌面中打開的虛擬終端，而是通過顯示器直接顯示的。我們可以通過快捷鍵在這些終端之間進(jìn)行切換，比如Ctrl+Alt+ F1可以切換到第一個(gè)終端，而Ctrl+Alt+ F2可以切換到第二個(gè)終端，以此類推Ctrl+Alt+F7可以切換到第七個(gè)終端。通常情況下對(duì)于圖形界面來(lái)說(shuō)，第七個(gè)是圖形終端，其它是文字終端。

通過前面的介紹，我們從外面理解了關(guān)于終端、控制器和虛擬終端等概念。也對(duì)Linux操作系統(tǒng)中虛擬終端有所了解。接下來(lái)我們將進(jìn)一步的深入介紹到Linux的內(nèi)部。

4什么是Shell

其實(shí)我們?cè)谇懊嫖恼轮薪榻B過關(guān)于Shell的內(nèi)容。Shell其實(shí)就是一個(gè)應(yīng)用程序，它實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)操作系統(tǒng)訪問的接口。比如我們常見的管理文件，用戶和網(wǎng)絡(luò)資源等等，都是通過Shell來(lái)完成的。

Shell是一個(gè)應(yīng)用程序，同時(shí)它又有很多具體的實(shí)現(xiàn)，比較常見的包括Bash、Zsh、 Csh和Ksh等等。

我們前面了解到終端是個(gè)物理設(shè)備，它被用戶用來(lái)輸入和現(xiàn)實(shí)信息，而目前我們使用的虛擬終端則是對(duì)物理設(shè)備的模擬。Shell則是用來(lái)執(zhí)行用戶命令的。這樣我們現(xiàn)在就很容易理解終端和Shell的關(guān)系。

如果我們通過桌面版打開一個(gè)虛擬終端的話，那么終端和Shell的關(guān)系如下圖所示。

如果我們不是通過本地的設(shè)備連接的，而是通過網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問計(jì)算機(jī)的話，那么其關(guān)系如下圖所示?？梢钥闯觯@里面有個(gè)pty的組件起了比較關(guān)鍵的作用，它建立了兩者之間的關(guān)聯(lián)。

1Linux系統(tǒng)中的tty、pty和pts

前面我們從概念層面對(duì)終端、控制臺(tái)和shell等進(jìn)行了介紹。但是這些概念在Linux操作系統(tǒng)中是怎樣的呢?它們之間的關(guān)系又是怎樣的呢?

前面已經(jīng)介紹過tty，它是一個(gè)終端，也就是一個(gè)輸入輸出設(shè)備的集合。而目前在Linux中都是通過虛擬終端來(lái)與計(jì)算機(jī)交互的，因此在Linux中tty其實(shí)就是虛擬終端，可以將其理解為一個(gè)軟件。如果我們同時(shí)按住Ctrl+Alt+F5就可以切換到虛擬終端5，具體如下。

在Linux操作系統(tǒng)中，軟件的整體架構(gòu)要復(fù)雜一些，這是因?yàn)長(zhǎng)inux不僅僅要支持虛擬終端，還有能夠支持鍵盤顯示器的物理外圍設(shè)備，還要支持通過telnet或者ssh等網(wǎng)絡(luò)的形式的連接。如下圖給出了一個(gè)完整的示例。

為了支持不同類型的接入方式，在Linux實(shí)現(xiàn)了一個(gè)偽終端的概念，也就是pty。其中p是pseudo的縮寫。

偽終端分為兩部分，如上圖所示，包括master和slave兩部分。其中master實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同接入方式的適配，它實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自不同設(shè)備或者軟件消息的解析，將結(jié)果傳輸給slave;而slave端其實(shí)就是一個(gè)虛擬終端，它實(shí)現(xiàn)了與shell的交互，對(duì)于shell來(lái)說(shuō)，ptsiu是一個(gè)終端設(shè)備。

可能還是不太好理解，我們舉一個(gè)具體的例子，比如telnet實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的管理，其實(shí)在客戶端就是發(fā)送的各種字符串，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給telnet守護(hù)進(jìn)程，然后telnet守護(hù)進(jìn)程調(diào)用master的功能實(shí)現(xiàn)解析。

今天我們主要從概念和架構(gòu)的層面介紹了終端、控制臺(tái)和Shell等概念，并介紹了Linux操作系統(tǒng)中常見的諸如tty、pty和pts等名稱。后面我們以一個(gè)具體的實(shí)例來(lái)讓大家更加清楚的理解上述架構(gòu)。