linux一切皆檔案之tty字元裝置(深入理解sshd建立pty的過程) （五）

摘要： 一、知識準備 1、在linux中，一切皆為檔案，所有不同種類的型別都被抽象成檔案（比如：塊裝置，socket套接字，pipe佇列） 2、操作這些不同的型別就像操作檔案一樣，比如增刪改查等 3、塊裝置支援隨機訪問，而字元裝置只能依據先後順序來讀取資料。最典型的字元裝置就是tty ...

一、知識準備

1、在linux中，一切皆為檔案，所有不同種類的型別都被抽象成檔案（比如：塊裝置，socket套接字，pipe佇列）

2、操作這些不同的型別就像操作檔案一樣，比如增刪改查等

3、塊裝置支援隨機訪問，而字元裝置只能依據先後順序來讀取資料。最典型的字元裝置就是tty

二、環境準備

元件	版本
OS	CentOS Linux release 7.5.1804

三、什麼是tty？

根據史料記載：

An ASR33 Teletype - origin of the abbreviation tty.

tty來源一種電傳印表機（teletype），就像這樣：

● 敲擊鍵盤輸入不同的字元，然後由印表機將字元列印在紙上

● 歷史不斷在往前發展，出現了計算機之後，計算機模擬了teletype的模式：通過外部終端輸入，將輸入的字元列印在螢幕上

● 在teletype與計算機之間用串列埠相連，並且在計算機上通過訊號轉換（模擬訊號轉換為數字訊號），讓計算機能夠識別，從而操作計算機

● 由於計算機廠商眾多，每個廠商都有自己風格的輸入裝置，所以計算機為了相容這些裝置，開發了核心tty模組

+-----------------+
||
+--------+| +-------------+ |
|teletype|-----------------> |serial| |
+--------+| |communication| |
| +-----+-------+ |
|||
|v|
|+----------+|+----------+
||tty driver||------->| display|
|+----------+|+----------+
||
|computer|
+-----------------+

四、tty裝置檔案

登陸到作業系統（不使用SSH協議，而使用控制檯直接登陸），首先檢視當前程序號所使用的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，並且tty1也分配了主裝置號與次裝置號（關於主裝置號與次裝置號，請看之前的文章：塊裝置檔案）

檢視程序開啟的描述符

[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

程序打開了4個檔案描述符，這四個檔案描述符都是/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，主要用於當tty重置的時候對 0,1,2 的一份複製（個人觀點是對tty之前的歷史資訊作為一份複製）

五、ssh登陸之後的tty

剛才介紹的都是作業系統提供的控制檯登陸之後的情況，如果用ssh服務登陸之後會產生什麼情況呢？

下面重點介紹一下基於unix98實現的sshd pty（主要分為登陸階段和執行命令階段）：

登陸：

（1）當程序ssh client請求與sshd建立登陸連線的時候，經過TCP握手以及tls握手之後，確認是一個合法的請求，sshd會fork()一個子程序出來專門服務於這條連線

[root@localhost ~]# ps -ef | grep sshd
root89410 Nov25 ?00:00:00 /usr/sbin/sshd -D
root31268940 Nov25 ?00:00:00 sshd: root@pts/0

（2）子程序 3126 對 /dev/ptmx 呼叫open()，得到PTM的檔案描述符以及PTS的檔名

#這裡使用strace跟蹤sshd主程序和它建立的子程序，然後開啟另外一個shell登陸伺服器
[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)= 8

sshd 894 建立了一個子程序 3126 用來處理這條TCP連線。程序對 /dev/ptmx 呼叫open()，得到PTM的檔案描述符 8

（2）子程序 3126 在 /dev/pts 下建立了一個字元裝置檔案 /dev/pts/0 ， 8 與 /dev/pts/0 成為一對master/slave

（3）子程序 3126 會再fork()一個子程序 3128 ，子程序 3128 開啟 /dev/pts/0 3個描述符（標準輸入，標準輸出，標準錯誤），並且執行作業系統預設的shell（本文中bash）

[root@localhost ~]# ps -ef | grep 3126
root31268940 03:16 ?00:00:00 sshd: root@pts/0
root312831260 03:16 pts/300:00:00 -bash
[root@localhost ~]# ls -l /proc/3128/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 26 03:16 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 26 03:16 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 26 03:16 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 26 03:22 255 -> /dev/pts/0

至此，通訊流程大概是這樣：

+----------------+
+------------+||
| ssh client +---------->|sshd|
+----+-------+||
|+--------+-------+
||
||
|fork()
||
||
|v
|+----+-----+fork()+----------++-----+
+---------------------->|pid: 3126 |-------------->|pid: 3128 |----->|bash |
+-+--------++----------++-----+
|^
||
+-------+|
+------|--------------------------------+|
||+-----------+||
|v||||
|+---------+fd=8+-----------+||
||/dev/ptmx|---------->|/dev/pts/0 |--------+
|+---------++-----------+|
||||
|+-----------+|
+---------------------------------------+

執行命令：

六、參考資料

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...