《unix高级环境编程》终端 I/O——终端 IO 基本概述

终端基本概念

终端 IO 是一种字符型设备，终端特殊设备文件一般有以下几种：

1. 串行端口终端：是使用计算机串行端口连接的设备，计算机把每个串行端口都看作是一个字符设备。串行端口所对应的设备名称 /dev/ttySn（n表示从0开始的整数）；
2. 伪终端：是成对的逻辑终端设备，例如 /dev/ptyp3 和/ dev/ttyp3（在设备文件系统中分别是 /dev/pty/m3 和/ dev/pty/s3 ）,它们与实际物理设备并不直接相关；
3. 控制终端：是当前进程的控制终端的设备特殊文件 /dev/tty。可以使用命令”ps –ax”来查看进程与哪个控制终端相连使用命令”tty”可以查看它具体对应哪个实际终端设备。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接；
4. 控制台终端：计算机显示器通常被称为控制台终端（Console），它仿真了类型为Linux的一种终端（TERM=Linux），并且有一些设备特殊文件与之相关联：tty0、tty1、tty2等；

终端 IO 有两种不同的工作模式：

1. 规范模式输入处理：在这种模式下，终端输入以行为单位进行处理，对于每个读要求，终端驱动程序最多返回一行；
2. 非规范模式输入处理：输入字符不以行为单位进行处理；

终端设备是由一般位于内核中的终端驱动程序控制，每个终端设备有一个输入队列和一个输出队列，如下图所示：

大多数 UNIX 系统在一个称为终端行规程的模块中进行规范处理。它位于内核通用读、写函数和实际设备驱动程序之间的模块，如下图所示：

操作终端的结构定义如下：

/* 终端IO */

/* 终端IO的数据结构 */
#include <termios.h>
struct termios
{
    tcflag_t    c_iflag;    /* input flag */
    tcflag_t    c_oflag;    /* output flag */
    tcflag_t    c_cflag;    /* control flag */
    tcflag_t    c_lflag;    /* local flag */
    cc_t        c_cc[NCCS]; /* control characters */
};

特殊输入字符

终端设备操作函数

以下先给出终端的操作函数：

/*_______________________________________
 *   函数             说明
 *_______________________________________
 * tcgetattr        获取属性
 * tcsetattr        设置属性
 *_______________________________________
 * cfgetispeed      得到输入速度
 * cfgetospeed      得到输出速度
 * cfsetispeed      设置输入速度
 * cfsetospeed      设置输出速度
 *_______________________________________
 * tcdrain          等待所有输出都被传输
 * tcflow           挂起传输或接收
 * tcflush          刷清未决输入和/或输出
 * tcsendbreak      送BREAK字符
 *_______________________________________
 * tcgetpgrp        得到前台进程组ID
 * tcsetpgrp        设置前台进程组ID
 * tcgetsid         得到控制TTY的会话首进程的进程组ID
 *_______________________________________
 *
 */

针对这些终端操作函数进行分类讨论：

终端属性

可以通过以下两个函数获取和设置终端属性，该属性结构是 termios 结构，有了终端属性方便进一步的操作，其定义如下：

/*
 * 函数功能：获取和设置终端属性；
 * 返回值：若成功则返回0，出错则返回-1；
 * 函数原型：
 */
#include <termios.h>

int tcgetattr(int filedes, struct termios *termptr);/* 获取终端属性 */

int tcsetattr(int filedes, int opt, const struct termios *termptr);/* 设置终端属性 */
/*
 * 说明：
 * filed是终端设备描述符；
 *
 * opt参数可以指定为以下的值：
 * TCSANOW          更改立即生效；
 * TCSADRAIN        发送所有输出后更改才发生，若更改输出参数则应该使用此选项；
 * TCSAFLUSH        发送所有输出后更改才发生，更进一步，在更改发生时未读的所有输入数据都被删除；
 */

测试程序：

#include "apue.h"
#include <termios.h>

int main()
{
    struct termios term;
    //获取termios结构
    if(tcgetattr(STDIN_FILENO,&term) < 0)
        err_sys("tcgetattr error");
    switch(term.c_cflag & CSIZE)
    {
    case CS5:
        printf("5 bits/byte\n");
        break;
    case CS6:
        printf("6 bits/byte\n");
        break;
    case CS7:
        printf("7 bits/byte\n");
        break;
    case CS8:
        printf("8 bits/byte\n");
        break;
    default:
        printf("Unknown bityes/byte\n");
    }
    term.c_cflag &= ~CSIZE;   //字符长度清0
    term.c_cflag |= CS5;          //设置为8 bites/byte
    if(tcsetattr(STDIN_FILENO,TCSANOW,&term) < 0)
        err_sys("tcsetattr error");
    exit(0);
}

8 bits/byte

波特率函数

/*
 * 函数功能：获取和设置终端波特率；
 * 函数原型：
 */
#include <termios.h>
/* 返回值：若成功则返回波特率值 */
speed_t cfgetispeed(const struct termios *termptr);/* 获取输入波特率 */

speed_t cfgetospeed(const struct termios *termptr);/* 获取输出波特率 */
/* 返回值：若成功则返回0，出错则返回-1；*/
int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);/* 设置输入波特率 */

int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);/* 设置输出波特率 */

行控制函数

/*
 * 函数功能：终端设备的行控制；
 * 返回值：若成功则返回0，若出错则返回-1；
 * 函数原型：
 */
#include <termios.h>

int tcdrain(int filedes);
int tcflow(int filedes, int action);
int tcflush(int filedes, int queue);
int tcsendbreak(int filedes, int duration);
/*
 * 说明：
 * action参数取值如下：
 * TCOOFF       输出被挂起；
 * TCOON        重新启动以前被挂起的输出；
 * TCIOFF       系统发送一个STOP字符，将使终端设备暂停发送数据；
 * TCION        系统发送一个START字符，将使终端设备恢复发送数据；
 *
 * queue参数取值如下：
 * TCIFUSH      刷清输入队列；
 * TCOFUSH      刷清输出队列；
 * TCIOFUSH      刷清输入、输出队列；
 */

终端标识

下面是一些对控制终端操作的函数，其定义如下：

/* 终端标识 */

/*
 * 函数功能：确定控制终端的名字；
 * 返回值：若成功则返回指向控制终端名的指针，出错则返回指向空字符串的指针；
 * 函数原型：
 */
#include <stdio.h>
char * ctermid(char *ptr);
/*
 * 说明：
 * ptr非null，且指向长度至少为L_ctermid字节的数组，进程的控制终端名存放在该数组中；
 * ptr为null，则该函数为数组分配空间，进程的控制终端名也放在该数组中；
 */

/*
 * 函数功能：控制终端的操作；
 * 函数原型：
 */
#include <unistd.h>
int isatty(int filedes);
/* 返回值：若为终端设备则返回1（真），否则返回0（假）*/

char *ttyname(int filedes);
/* 返回值：指向终端路径名的指针，若出错则返回NULL */

#include "apue.h"
#include <termios.h>
static char ctermid_name[L_ctermid];
char *Mctermid(char *str)
{
    if(str == NULL)
        str = ctermid_name;
    return (strcpy(str,"/dev/tty"));
}
int main()
{
    char tername[50];
    char *name;
    ctermid(tername);
    printf("terminate name is: %s\n", tername);

    Mctermid(tername);
    printf("Mterminate name is: %s\n", tername);
    printf("Test isatty...\n");
    printf("fd 0 is: %s\n",isatty(0)? "tty" : "not a tty");
    printf("fd 1 is: %s\n",isatty(1)? "tty" : "not a tty");
    printf("fd 2 is: %s\n",isatty(2)? "tty" : "not a tty");
    printf("Test ttyname...\n");
    if(isatty(0))
    {
        name = ttyname(0);
        if(name == NULL)
            name ="undefined";
    }
    else
        name = "not a tty";
    printf("fd 0 :%s\n", name);
    if(isatty(1))
    {
        name = ttyname(1);
        if(name == NULL)
            name ="undefined";
    }
    else
        name = "not a tty";
    printf("fd 1 :%s\n",name);
    if(isatty(2))
    {
        name = ttyname(2);
        if(name == NULL)
            name ="undefined";
    }
    else
        name = "not a tty";
    printf("fd 2 :%s\n",name);
    exit(0);
}

./tty < /dev/console 2> /dev/null
terminate name is: /dev/tty
Mterminate name is: /dev/tty
Test isatty...
fd 0 is: tty
fd 1 is: tty
fd 2 is: not a tty
Test ttyname...
fd 0 :/dev/console
fd 1 :/dev/pts/1
fd 2 :not a tty

终端的窗口大小

内核为每个终端和伪终端保存了一个窗口大小结构 winszie，

1. 用 ioctl 函数的 TIOCGWINSZ 命令可以获取此结构的当前值；
2. 也可以通过 ioctl 的 TIOCSWINSZ 命令可以将此结构体的新值存放到内核中，如果新值与存放在内核中的当前值不同，则会向前台进程组发送 SIGWINCH 信号，系统对此信号的默认处理是忽略该信号；
3. 当前终端窗口大小发生变化时，也会产生 SIGWINCH 信号；

/* 终端的窗口大小 */

/* 窗口大小的结构体 */
struct winsize
{
    unsigned short ws_row;      /* row, in characters */
    unsigned short ws_col;      /* columns, in characters */
    unsigned short ws_xpixel;   /* horizontal size, pixels (unused) */
    unsigned short ws_ypixel;   /* vertical size, pixels (unused) */
};

#include "apue.h"
#include <termios.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <signal.h>

static void pr_winsize(int fd)
{
    struct  winsize size;
    if(ioctl(fd,TIOCGWINSZ,(char *)&size) < 0)
        err_sys("ioctl error");
    printf("%d rows, %d columns\n", size.ws_row, size.ws_col);
}
static void sig_winch(int signo)
{
    printf("SIGWINCH received\n");
    pr_winsize(STDIN_FILENO);
}
int main()
{
    if(isatty(STDIN_FILENO) == 0)
    {
        printf("STDIN_FILENO is not terminate device.\n");
        exit(1);
    }
    if(signal(SIGWINCH, sig_winch) == SIG_ERR)
        err_sys("signal error");
    pr_winsize(STDIN_FILENO);
    for( ; ;)
     pause();
}

/* 改变终端的窗口大小时会发送信号 SIGWINCH */
24 rows, 80 columns
SIGWINCH received
24 rows, 79 columns
^C

《UNIX高级环境编程》

原文：http://blog.csdn.net/chenhanzhun/article/details/41378807