整理一下关于下面这些概念的学习：

  • 终端（terminal）
  • 控制台（console）
  • 电传打字机 tty（teletype）

这些概念在早期是有明确的定义的，但是随着计算机的发展，它们的物理实体逐渐消失，各种概念主要靠计算机软件模拟，它们之间的区别变得模糊难以理解，因此学习整理一下，以Linux系统为主。

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  • shell

控制台与终端

早期的计算机是一套巨大的机器，就像工厂的大型机器一样，如此的庞然大物必然需要一个专门的操作台， 用于陈列各种仪表盘、指示灯、按钮、电线，专业操作人员通过这个操作台控制计算机的启动、运行、停止，结果也会实时反馈到操作台，这个操作台就叫“控制台”（console）。

控制台是附着在机器上的设备，可以实现对计算机的完全操控，但是主要是用来管理计算机的。 对于多用户操作系统（特别是UNIX），控制台并不方便给用户提供计算服务。 因此自然产生了终端（terminal）的硬件概念：每个用户通过终端设备与主机远程连接（还不是现代意义上的基于互联网的远程连接），管理员给每个用户分配一个账户，用户“登录”到系统获得计算机使用权。在这个阶段，计算机通常只有一个控制台，属于基本设备中的一部分，但是可以连接多个终端，属于附加设备。

按照计算机组成划分，终端设备是一个IO外设：将用户的指令输入到主机，将主机的返回结果输出给用户，仅此而已。

例如下图中，左侧的操作面板就是控制台，右侧的电传打字机就是终端。

在早期，因为价格原因，主要使用电传打字机（teletypewriter）作为终端设备。 电传打字机只是打字机的改进版，在打印的同时通过线缆与计算机进行通信，实际使用上很不方便：

  • 用户输入的字符流像打字机一样是删不掉的，而且用户输入什么就会立刻传给主机；
  • 主机输出的字符流通过打印在纸上来显示。（输入的字符流好像也会打印在纸上）

从1970年代末期开始，电子视频终端（video terminal）开始取代电传打字机成为主流的终端设备（硬件就是键盘+显示器）， 它的操作比点传打字机更加友好：

  • 用户的输入和主机的输出都通过电子显示屏展示；
  • 带有缓存和删除功能，用户在传给主机之前可以修改输入的信息。

1978年Digital公司生产的VT100时至今日仍然是（模拟）终端的事实标准。

随着个人计算机的普及，在硬件角度上的控制台与终端的概念已经逐渐模糊。 在现代，个人计算机上的键盘与显示器既可以认为是控制台的一部分，也可以认为是终端的一部分： 当你在管理系统时，它们是控制台；当你在做一般的工作时，它们就是终端。我们自己既是系统管理员，也是一般用户。

TTY

Linux 内核中有三个模块共同支持（早期的）终端设备：UART驱动、终端行规程（terminal line discipline）、TTY驱动。

物理终端通过电缆连接到计算机上的 UART(通用异步接收器和发射器)，操作系统中有一个 UART 驱动程序用于管理字节流的物理传输。

Linux内核中的 Line discipline（行规程）提供一个编辑缓冲区和一些基本的编辑命令（退格，清除单个单词，清除行，重新打印），主要用来支持用户在输入时的特殊行为（比如输错了，需要退格）。 行规程作用类似于过滤器，比如将按键Ctrl-C、Ctrl-Z等特殊字符解释成相关信号发给前台进程，并不让应用程序读到， 真正可读写的字符才会进一步传递给应用程序或UART驱动。

TTY 驱动用来进行会话管理，与应用程序交互，并且处理各种终端设备。

在 Linux 下所有的设备都是文件，它们三个模块通常被放在一起统称为 "TTY 设备"。 从宏观的角度来说，Linux 内核中的 TTY 一侧对接的是终端设备，另一侧对接的是应用程序，负责在它们之间的字符流中转：

  • 维护输入和输出两个字符流队列；
  • 终端按键输入的字符流（经行规程处理后）送到输入队列；
  • 应用程序通过 tty_read 函数发起读操作，按先入先出原则在队列中读到字符；
  • 应用程序通过 tty_write 函数发起写操作，输出的字符流（经行规程处理后）送到输出队列；
  • 驱动程序按先入先出原则将输出队列的字符在终端上显示出来。

如果终端配置成回显（Echo）模式，那么输入队列中字符被送给应用程序的同时也会送到输出队列，此时用户在终端的按键不仅被应用程序读到，同时也在终端回显。

参考