淺析Linux控制臺、終端與shell之間的關系

當使用Linux時，我們經(jīng)常會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，我們可以在終端中輸入Linux命令。 可能有人會問，這不是錯字嗎？ 那么終端和外殼之間是什么關系呢？

1什么是終端

對于什么是終端，我們先看一個定義?？梢钥闯鼋K端就是一個輸入輸出設備，簡單的可以理解為鼠標，鍵盤和顯示器。但是這個好像跟Linux中終端的概念有些出入，下面聽我來娓娓道來。

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“遠古”時期說起。在1970年之前，那個時候還沒有個人電腦。那個使用只有大型機和小型機，也就是衣柜那么大的計算機。當時比較著名的計算機如DPD-7和GE-45等。

當時Ken Thompson和Dennis Ritchie（就是下圖中的兩位大神）負責在DPD-7上面開發(fā)一個新的操作系統(tǒng)，沒錯，就是UNIX操作系統(tǒng)。為了提高計算機的使用效率，他們打算讓這個操作系統(tǒng)支持多個用戶同時使用這臺計算機。

但是，當時的顯示器是一個非常貴的設備，不太可能每個人都有一個顯示器。因此兩個人想出了一個變通的方法。他們選擇了便宜的電傳打字機來做終端設備。這個電傳打字機（TeleType）就是ASR33，就是下圖這個設備。

這個設備通過鍵盤將信息輸入計算機當中，而計算機的輸出則是通過上面的紙打印出來。這樣UNIX就成為世界上第一個支持多用戶的操作系統(tǒng)，而ASR33則成為第一個Unix終端。后來，縮寫TTY也就是用來表示Unix或者Linux終端了。

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

聊到這里我們知道了，所謂終端，其實就是一個物理設備，也就是計算機的輸入輸出設備。

2什么是控制臺

在上個世紀70年代，終端是通過線纜連接在主機上的。同時，在主機上還有一種特殊終端，它是直接集成在主機上的。這個特殊的終端被稱為控制臺。這個終端的特點是只能被管理員使用。每一個計算機只有一個控制臺，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可以做一些普通終端不能做的事情。

比如當操作系統(tǒng)出現(xiàn)啟動失敗的時候，它會打印一些信息到控制臺上，但終端并不會收到該信息。另外，當操作系統(tǒng)以單用戶模式啟動的時候，我們就只能通過使用控制臺來登錄了。這個時候其它終端是沒有權限登錄的。

3Linux操作系統(tǒng)的終端模擬器

前面我們了解到終端實際上是硬件設備，但是前面我們在Ubuntu上可以用菜單打開一個終端（Open Terminal）。其實，我們打開的這個窗口也是一個終端，我們稱這個終端為終端模擬器，它是用軟件的方式來模擬一個終端設備。有的時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就是一個終端模擬程序，而它的功能就是訪問Unix shell。

gnome是用來模擬Xterm的，而Xterm本身也是一個終端模擬器。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命令行終端。如下所示。

另外，Linux操作系統(tǒng)起來的時候默認是有7個虛擬終端的。這些虛擬終端并非前面所說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行切換，比如Ctrl+Alt+ F1可以切換到第一個終端，而Ctrl+Alt+ F2可以切換到第二個終端，以此類推Ctrl+Alt+F7可以切換到第七個終端。通常情況下對于圖形界面來說，第七個是圖形終端，其它是文字終端。

通過前面的介紹，我們從外面理解了關于終端、控制器和虛擬終端等概念。也對Linux操作系統(tǒng)中虛擬終端有所了解。接下來我們將進一步的深入介紹到Linux的內(nèi)部。

4什么是Shell

其實我們在前面文章中介紹過關于Shell的內(nèi)容。Shell其實就是一個應用程序，它實現(xiàn)了用戶對操作系統(tǒng)訪問的接口。比如我們常見的管理文件，用戶和網(wǎng)絡資源等等，都是通過Shell來完成的。

Shell是一個應用程序，同時它又有很多具體的實現(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物理設備，它被用戶用來輸入和現(xiàn)實信息，而目前我們使用的虛擬終端則是對物理設備的模擬。Shell則是用來執(zhí)行用戶命令的。這樣我們現(xiàn)在就很容易理解終端和Shell的關系。

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

如果我們不是通過本地的設備連接的，而是通過網(wǎng)絡來訪問計算機的話，那么其關系如下圖所示。可以看出，這里面有個pty的組件起了比較關鍵的作用，它建立了兩者之間的關聯(lián)。

1Linux系統(tǒng)中的tty、pty和pts

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

前面已經(jīng)介紹過tty，它是一個終端，也就是一個輸入輸出設備的集合。而目前在Linux中都是通過虛擬終端來與計算機交互的，因此在Linux中tty其實就是虛擬終端，可以將其理解為一個軟件。如果我們同時按住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，軟件的整體架構要復雜一些，這是因為Linux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備，還要支持通過telnet或者ssh等網(wǎng)絡的形式的連接。如下圖給出了一個完整的示例。

為了支持不同類型的接入方式，在Linux實現(xiàn)了一個偽終端的概念，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實現(xiàn)了對不同接入方式的適配，它實現(xiàn)對來自不同設備或者軟件消息的解析，將結果傳輸給slave;而slave端其實就是一個虛擬終端，它實現(xiàn)了與shell的交互，對于shell來說，ptsiu是一個終端設備。

可能還是不太好理解，我們舉一個具體的例子，比如telnet實現(xiàn)對遠程計算機的管理，其實在客戶端就是發(fā)送的各種字符串，通過網(wǎng)絡發(fā)送給telnet守護進程，然后telnet守護進程調用master的功能實現(xiàn)解析。

今天我們主要從概念和架構的層面介紹了終端、控制臺和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。后面我們以一個具體的實例來讓大家更加清楚的理解上述架構。
編輯：lyn