linux一切皆文件之tty字符设备(深入理解sshd创建pty的过程) （五）
一、知識準備
1、在linux中，一切皆為文件，所有不同種類的類型都被抽象成文件（比如：塊設備，socket套接字，pipe隊列）
2、操作這些不同的類型就像操作文件一樣，比如增刪改查等
3、塊設備支持隨機訪問，而字符設備只能依據先后順序來讀取數據。最典型的字符設備就是tty
二、環境準備
| OS | CentOS Linux release 7.5.1804 |
三、什么是tty？
根據史料記載：
An ASR33 Teletype - origin of the abbreviation tty.
tty來源一種電傳打印機（teletype），就像這樣：
● 敲擊鍵盤輸入不同的字符，然后由打印機將字符打印在紙上
● 歷史不斷在往前發展，出現了計算機之后，計算機模擬了teletype的模式：通過外部終端輸入，將輸入的字符打印在屏幕上
● 在teletype與計算機之間用串口相連，并且在計算機上通過信號轉換（模擬信號轉換為數字信號），讓計算機能夠識別，從而操作計算機
● 由于計算機廠商眾多，每個廠商都有自己風格的輸入設備，所以計算機為了兼容這些設備，開發了內核tty模塊
四、tty設備文件
登陸到操作系統（不使用SSH協議，而使用控制臺直接登陸），首先查看當前進程號所使用的tty
[root@localhost ~]# tty /dev/tty1 [root@localhost ~]# ls -l /dev/tty1 crw--w---- 1 root tty 4, 1 Nov 20 23:24 /dev/tty1當前所使用的是/dev/tty1，并且tty1也分配了主設備號與次設備號（關于主設備號與次設備號，請看之前的文章：塊設備文件）
查看進程打開的描述符
[root@localhost ~]# echo $$ 5598 [root@localhost ~]# ls -l /proc/5598/fd total 0 lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 22:23 0 -> /dev/tty1 lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 22:23 1 -> /dev/tty1 lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 22:23 2 -> /dev/tty1 lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 22:23 255 -> /dev/tty1進程打開了4個文件描述符，這四個文件描述符都是/dev/tty1，他們的作用分別是：
0：標準輸入
1：標準輸出
2：標準錯誤
255：這個比較特殊，主要用于當tty重置的時候對0,1,2的一份復制（個人觀點是對tty之前的歷史信息作為一份復制）
更多的信息，請拜讀大神的書《Shell Scripting: Expert Recipes for Linux, Bash, and more》，這里是鏈接（大概在267頁）：
https://doc.lagout.org/operating%20system%20/linux/Commands%20and%20Shell%20Programming/Shell%20Scripting.pdf
五、ssh登陸之后的tty
剛才介紹的都是操作系統提供的控制臺登陸之后的情況，如果用ssh服務登陸之后會產生什么情況呢？
首先介紹一個非常重要的概念，偽終端pty：
● pty是一對虛擬的字符設備，提供雙向通信。pty一般由master與slave組成
● pty的出現是為了滿足現在的登陸需求：網絡登陸（ssh登陸、telnet登陸等）、Xwindow等
● 歷史上有兩套接口標準：分別是BSD與unix98，當前大多數pts都是基于unix98標準來實現的
● unix98的工作流程：
（1）進程對/dev/ptmx調用open()，返回pseudoterminal master(PTM)的文件描述符，并且在/dev/pts下創建pseudoterminal slave(PTS): /dev/pts/0
（2）調用grantpt()修改PTS的文件權限；調用unlockpt()對PTS解鎖；最后調用slavename()得到PTS文件名字
（3）此時，PTM與PTS都已經正常打開，并且建立一條通道，兩端分別連接PTM與PTS
（4）進程對PTM寫的數據可以從PTS讀出來，反之亦然
下面重點介紹一下基于unix98實現的sshd pty（主要分為登陸階段和執行命令階段）：
登陸：
（1）當進程ssh client請求與sshd建立登陸連接的時候，經過TCP握手以及tls握手之后，確認是一個合法的請求，sshd會fork()一個子進程出來專門服務于這條連接
[root@localhost ~]# ps -ef | grep sshd root 894 1 0 Nov25 ? 00:00:00 /usr/sbin/sshd -D root 3126 894 0 Nov25 ? 00:00:00 sshd: root@pts/0（2）子進程3126對/dev/ptmx調用open()，得到PTM的文件描述符以及PTS的文件名
#這里使用strace跟蹤sshd主進程和它創建的子進程，然后打開另外一個shell登陸服務器 [root@localhost ~]# strace -p 894 -ff -o sshd strace: Process 894 attached strace: Process 3126 attached strace: Process 3127 attached strace: Process 3128 attached strace: Process 3129 attached strace: Process 3130 attached strace: Process 3131 attached strace: Process 3132 attached strace: Process 3133 attached strace: Process 3134 attached strace: Process 3135 attached strace: Process 3136 attached strace: Process 3137 attached strace: Process 3138 attached strace: Process 3139 attached strace: Process 3140 attached [root@localhost ~]# grep ptmx ./sshd.* ./sshd.3126:open("/dev/ptmx", O_RDWR) = 8sshd894創建了一個子進程3126用來處理這條TCP連接。進程對/dev/ptmx調用open()，得到PTM的文件描述符8
（2）子進程3126在/dev/pts下創建了一個字符設備文件/dev/pts/0，8與/dev/pts/0成為一對master/slave
（3）子進程3126會再fork()一個子進程3128，子進程3128打開/dev/pts/0 3個描述符（標準輸入，標準輸出，標準錯誤），并且執行操作系統默認的shell（本文中bash）
至此，通信流程大概是這樣：
+----------------+ +------------+ | | | ssh client +---------->| sshd | +----+-------+ | || +--------+-------+| || || fork()| || || v| +----+-----+ fork() +----------+ +-----++---------------------->|pid: 3126 |-------------->|pid: 3128 |----->|bash |+-+--------+ +----------+ +-----+| ^| |+-------+ |+------|--------------------------------+ || | +-----------+ | || v | | | || +---------+ fd=8 +-----------+ | || |/dev/ptmx|---------->|/dev/pts/0 |--------+| +---------+ +-----------+ || | | || +-----------+ |+---------------------------------------+執行命令：
（4）當ssh client發出一個ls命令，通過TCP連接來到3126，3126將ls寫入PTM文件描述符8
（5）/dev/ptmx查詢到關聯記錄 PTM:8對應PTS:/dev/pts/0，把ls轉發到/dev/pts/0當中
（6）3128從0 -> /dev/pts/0中讀取之后執行ls
（7）ls返回結果之后寫入1 -> /dev/pts/0，然后根據關聯記錄回寫到/dev/ptmx
（8）3126從/dev/ptmx讀取之后返回到ssh client
六、參考資料
http://man7.org/linux/man-pages/man7/pty.7.html
http://man7.org/linux/man-pages/man4/pts.4.html
http://osr600doc.sco.com/en/SDK_sysprog/_Pseudo-tty_Drivers_em_ptm_and_p.html
https://unix.stackexchange.com/questions/79334/how-does-a-linux-terminal-work
至此，本文結束
在下才疏學淺，有撒湯漏水的，請各位不吝賜教...
轉載于:https://www.cnblogs.com/MrVolleyball/p/10024540.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的linux一切皆文件之tty字符设备(深入理解sshd创建pty的过程) （五）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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