终端I/O之综述

终端I/O有两种不同的工作模式：

1. 规范模式输入处理（Canonical mode input processing）。在这种模式中，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（Noncanonical mode input processing）。输入字符并不组成行。

如果不作特殊处理，则默认模式是规范模式。

V7和较早的BSD风格类的终端驱动程序支持三种终端输入模式：（a）精细加工模式（输入组成行，并对特殊字符进行处理）；（b）原始模式（输入不组成行，也不对特殊字符进行处理）；（c）cbreak模式（输入不组成行，但对某些特殊字符进行处理）。

终端设备是由一般位于内核中的终端驱动程序控制的。每个终端设备有一个输入队列和一个输出队列，如图18-1所示。

图18-1 终端设备的输入、输出队列逻辑结构

将图18-1转换为如下图所示更容易理解：

对此图要说明以下几点：

1. 如果打开了回显功能，则在输入队列和输出队列之间有一个隐含的连接。
2. 输入队列的长度MAX_INPUT是有限值，当一个特定设备的输入队列已经填满时，系统对此作何种处理依赖于实现。大多数UNIX系统的处理方式是回显响铃字符。
3. 图中没有显示另一个输入限制MAX_CANON，它是一个规范模式输入行中的最大字节数。
4. 虽然输出队列通常也是有限长度，但是程序并不能获得这个定义其长度的常量，这是因为当输出队列将要填满时，内核使写进程休眠直至写队列中有可用的空间，所以程序无需关心该队列的长度。
5. 我们可以使用tcflush函数刷清（flush）输入或输出队列。

大多数UNIX系统在一个称为终端行规程（terminal line discipline）的模块中进行规范处理。它是位于内核通用读、写函数和实际设备驱动程序之间的模块（见图18-2）。

图18-2 终端行规程

所有我们可以检测和更改的终端设备特性都包含在termios结构中。该结构定义在头文件<termios.h>中。

struct termios {

tcflag_t        c_iflag;        /* input flags */

tcflag_t        c_oflag;    /* output flags */

tcflag_t        c_cflag;        /* control flags */

tcflag_t        c_lflag;        /* local flags */

cc_t        c_cc[NCCS];    /* control characters */
};

粗略而言，输入标志由终端设备驱动程序用来控制字符的输入（剥除输入字节的第8位，允许输入奇偶校验等等），输出标志则控制驱动程序输出（执行输出处理、将换行符映射为CR/LF等），控制标志影响到RS-32串行线（忽略调制解调器的状态线、每个字符的一个或两个停止位等等），本地标志影响驱动程序和用户之间的接口（回送的开或关、可视的擦除字符、终端产生的信号启用以及对后台输出的作业控制停止信号等）。

    类型tcflag_t的长度足以保存每个标志值。它经常被定义为unsigned int或者unsigned long。c_cc数组包含了所有可以更改的特殊字符。NCCS是该数组的长度，一般介于15-20之间（大多数UNIX系统定义的特殊字符较POSIX所定义的11个要多）。cc_t类型的长度足以保存每个特殊字符，而且它往往是unsigned char型的。

    表18-1至表18-4列出了所有可以进行更改以影响终端设备特性的终端标志。注意，虽然Single UNIX Specification定义了所有平台都支持的公共子集，但是各平台还有自己的扩充部分。

表18-1 c_cflag终端标志

表18-2 c_iflag终端标志

表18-3 c_lflag终端标志

表18-4 c_oflag终端标志

 

表18-5列出了Single UNIX Specification所定义的对终端设备进行操作（检测和更改终端设备的特性）的的各个函数。http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3513642.html中已说明了 tcgetpgrp、tcgetsid和tcsetpgrp函数。）

表18-5 终端I/O函数总览

注意，对终端设备，Single UNIX Specification没有使用经典的ioctl，而使用了表18-5中列出的13个函数。这样做的理由是：对于终端设备的ioctl函数，其最后一个参数的数据类型随执行动作的不同而不同。于是，这使得对参数进行类型检查成为不可能。

虽然对终端设备进行操作只有13个函数，但是表18-5中头两个函数（tcgetattr和tcsetattr）能处理大约70中不同的标志（见表18-至表18-4）。此外，对于终端设备有大量的选项可供使用，对一个特定设备（终端、调制解调器、激光打印机等等）还要决定所需的选项，这些都使对终端设备的处理变得异常复杂。

表18-5中列出的13个函数之间的关系如图18-3所示：

图18-3 与终端有关的函数之间的关系