linux TTY devices

在Linux系统中，终端设备非常重要，没有终端设备，系统将无法向用户反馈信息，Linux中包含控制台Console、串行终端Serial terminal和伪终端Pseudo terminal3类终端设备。

终端设备

tty一词源于Teletypes，或Teletypewriters，它是最早出现的一种终端设备，类似电传打字机，由Teletype公司生产。最初tty是指连接到Unix系统上的物理或者虚拟终端。终端是一种字符型设备，通常使用tty来统称各种类型的终端设备。随着时间的推移，当通过串行口能够建立起终端连接后，这个名字也用来指任何的串口设备。它还有多种类，例如串口（ttySn、ttySACn、ttyOn）、USB到串口的转换(ttyUSBn)，还有需要特殊处理才能正常工作的调制解调器（比如传统的WinModem类设备）等。tty虚拟设备支持虚拟控制台，它能通过键盘及网络连接或者通过xterm会话登录到计算机上。

1. 控制台终端

系统控制台 /dev/console
是与操作系统交互的设备。系统所产生的信息会发送到该设备上。平时我们看到的PC只有一个屏幕和键盘，它其实就是控制台。目前只有在单用户模式下，才允许用户登录控制台 /dev/console。（可以在单用户模式下输入tty命令进行确认）。
在UNIX系统中，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。当用户在控制台上登录时，使用的是tty1。使用Alt+[F1—F6]组合键时，我们就可以切换到tty2、tty3等上面去。tty1–tty6等称为虚拟终端，而tty0则是当前所使用虚拟终端的一个别名，系统所产生的信息会发送到该终端上。因此不管当前正在使用哪个虚拟终端，系统信息都会发送到控制台终端上。用户可以登录到不同的虚拟终端上去，因而可以让系统同时有几个不同的会话期存在。只有系统或超级用户root可以向/dev/tty0进行写操作。
在Linux 中，可以在系统启动命令行CMD中指定当前的输出终端，格式如下：
console=device, options
其中device 指代的是终端设备，可以是tty0（前台的虚拟终端）、ttyX（第X个虚拟终端）、ttySX（第X个串口）、lp0（第一个并口）等。options 指代对device进行的设置，它取决于具体的设备驱动。对于串口设备，参数用来定义为：波特率、校验位、位数，格式为BBBBPN，其中BBBB表示波特率，P表示校验（n/o/e），N表示位数，默认options是9600n8。
用户可以在内核命令行中同时设定多个终端，这样输出将会在所有的终端上显示，而当用户调用open()打开/dev/console时，最后一个终端将会返回作为当前值。例如：
console=ttyS1, 9600 console=tty0
定义了2个终端，而调用open()打开/dev/console时，将使用虚拟终端tty0。但是内核消息会在tty0 VGA虚拟终端和串口ttyS1上同时显示。
当前控制台 /dev/tty
这是应用程序中的概念，如果当前进程有控制终端（Controlling Terminal），那么/dev/tty就是当前进程控制台的设备文件。对于你登录的shell，/dev/tty就是你使用的控制台，设备号是（5,0）。不过它并不指任何物理意义上的控制台，/dev/tty会映射到当前设备（使用命令“tty”可以查看它具体对应哪个实际物理控制台设备）。输出到/dev/tty的内容只会显示在当前工作终端上（无论是登录在ttyn中还是pty中）。你如果在控制台界面下(即字符界面下）那么dev/tty就是映射到dev/tty1-6之间的一个（取决于你当前的控制台号），但是如果你现在是在图形界面（Xwindows），那么你会发现现在的/dev/tty映射到的是/dev/pts的伪终端上。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接。
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。
虚拟控制台 /dev/ttyn
dev/ttyn是进程虚拟控制台，他们共享同一个真实的物理控制台。tty0, tty1-6。
比较特殊的是/dev/tty0，他代表当前虚拟控制台，是当前所使用虚拟控制台的一个别名。因此不管当前正在使用哪个虚拟控制台（注意：这里是虚拟控制台，不包括伪终端），系统信息都会发送到/dev/tty0上。只有系统或超级用户root可以向/dev/tty0进行写操作。tty0是系统自动打开的，但不用于用户登录。在Framebuffer设备没有启用的系统中，可以使用/dev/tty0访问显卡。

2. 串行端口终端（/dev/tty*）

是使用计算机串行端口连接的终端设备。计算机把每个串行端口都看作是一个字符设备。有段时间串行端口设备通常被称为终端设备，那时它的最大用途就是用来连接终端，所以这些串行端口所对应的设备名称是/dev/tts/0（或/dev/ttyS0）、/dev/tts/1（或/dev /ttyS1）等，设备号分别是（4,0）、（4,1）等（对应于win系统下的COM1、COM2等）。若要向一个端口发送数据，可以在命令行上把标准输出重定向到这些特殊文件名上即可。

3. 伪终端 Pseudo Terminal

是成对的逻辑终端设备，并存在成对的设备文件，如/dev/ptyp3和/dev/ttyp3，它们与实际物理设备并不直接相关。如果一个程序把ttyp3看作是一个串行端口设备，则它对该端口的读/写操作会反映在该逻辑终端设备对应的ptyp3上，而ptyp3则是另一个程序用于读写操作的逻辑设备。这样，两个程序就可以通过这种逻辑设备进行互相交流，使用ttyp3的程序会认为自己正在与一个串行端口进行通信。
是终端的发展，为满足现在需求（比如网络登陆、xwindow窗口的管理)。它多用于模拟终端程序，是远程登陆(telnet、ssh、xterm等)后创建的控制台设备。
历史上，有两套伪终端软件接口：

BSD接口：较简单，master为/dev/pty[p-za-e][0-9a-f] ;slave为 /dev/tty[p-za-e][0-9a-f] ，它们都是配对的出现的。例如/dev/ptyp3和/dev/ttyp3。但由于在编程时要找到一个合适的终端需要逐个尝试，所以逐渐被放弃。
Unix 98接口：使用一个/dev/ptmx作为master设备，在每次打开操作时会得到一个master设备fd，并在/dev/pts/目录下得到一个slave设备（如 /dev/pts/3和/dev/ptmx），这样就避免了逐个尝试的麻烦。由于可能有好几千个用户登陆，所以/dev/pts/*是动态生成的，不象其他设备文件是构建系统时就已经产生的硬盘节点(如果未使用devfs、udev、mdev等) 。第一个用户登陆，设备文件为/dev/pts/0，第二个为/dev/pts/1，以此类推。它们并不与实际物理设备直接相关。现在大多数系统是通过此接口实现pty。
我们在X Window下打开的终端或使用telnet 或ssh等方式登录Linux主机，此时均通过pty设备。例如，如果某人在网上使用telnet程序连接到你的计算机上，则telnet程序就可能会打开/dev/ptmx设备获取一个fd。此时一个getty程序就应该运行在对应的/dev/pts/*上。当telnet从远端获取了一个字符时，该字符就会通过ptmx、pts/传递给 getty程序，而getty程序就会通过pts/、ptmx和telnet程序往网络上返回“login:”字符串信息。这样，登录程序与telnet程序就通过“伪终端”进行通信。

借鉴博客：
https://blog.csdn.net/huchuan1985/article/details/46699037
https://blog.csdn.net/titan_max/article/details/51329218
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/78766716
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/78818612