當(dāng)你打開終端并輸入命令時會發(fā)生什么?（下）

哈嘍大家好，我是咸魚

我們先來大致回顧一下文章《當(dāng)你打開終端并輸入命令時會發(fā)生什么?（上）》的內(nèi)容

終端設(shè)備是由電傳打字機(jī)演變過來的，電傳打字機(jī)通過物理線與大型計(jì)算機(jī)連接在一塊來實(shí)現(xiàn)輸入輸出


如上圖，分別是二戰(zhàn)時期的電傳打字機(jī)和西門子 “Fernscheiber 100” 電傳打字機(jī)

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展（尤其是顯示技術(shù)），帶顯示屏的終端設(shè)備隨之誕生

而現(xiàn)在隨著個人電腦的普及，出現(xiàn)了基于屏幕顯示的圖形用戶界面（GUI），演變成了現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)終端

現(xiàn)在的終端大多都是計(jì)算機(jī)上的一個應(yīng)用程序，它們通常被稱為終端模擬器，充當(dāng)用戶與操作系統(tǒng)交互的界面（比如說 Linux 中的 Xterm、Xshell，Windows 中的控制臺），而不必使用專門的終端。輸出系統(tǒng)是屏幕，輸入系統(tǒng)是鍵盤

以 Linux 為例，當(dāng)我們打開終端時，通常會啟動一個 shell 進(jìn)程，用于與用戶交互。用戶在終端中輸入的命令將傳遞給 shell 進(jìn)程，然后由 shell 解釋和執(zhí)行這些命令

這個過程包括將用戶輸入的命令解析為操作系統(tǒng)可以理解的指令，執(zhí)行這些指令，并將執(zhí)行結(jié)果返回給終端顯示給用戶

輸入命令

當(dāng)我們在終端中輸入命令時，鍵盤輸入的字符會被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的字符編碼（比如說 backspace 鍵被轉(zhuǎn)譯成 ASCII 字符 0x08）

這些字符通過終端寫入到 PTY leader，接著 TTY driver 從 PTY leader 中讀取字符并存儲到 line discipline 中（line discipline 為 PTY 兩端之間的中間緩沖區(qū)）

不但如此，line discipline 還負(fù)責(zé)解釋來自 PTY leader 的字符然后根據(jù)自己的規(guī)則去處理它們（比如進(jìn)行回退、刪除字符等，或者處理特殊字符）

舉個例子，line discipline 收到 backspace 時，它會根據(jù)自己的規(guī)則解釋成 ERASE 字符，然后進(jìn)行編輯，方法是刪除最后一個字符

接著將刪除操作返回給 PTY leader，這樣終端就可以從 PTY leader 那里讀取到更改并將其反映在終端顯示中

需要注意的是，上面這段過程里字符還沒有被寫入到 PTY follower 中，只是處在【編輯】部分

當(dāng)我們在鍵盤敲下 CTRL+C 時，line discipline 會解釋成 INTR （INTERRUPT 的縮寫），這時候就會向 PTY follower 發(fā)送一個 SIGINT 信號去中斷在前臺運(yùn)行的任何進(jìn)程

如果不是特殊字符（比如輸入 ls），line discipline 會將字符返回給 PTY leader，終端程序讀取并顯示在屏幕上，這就是為什么你在鍵盤敲一個字符，顯示器就會顯示一個字符（echo 功能）

現(xiàn)在 shell 進(jìn)程也會緩沖用戶的輸入，以實(shí)現(xiàn)一些高級的功能：比如命令歷史記錄或 tab 鍵自動補(bǔ)全

執(zhí)行并解析命令

當(dāng)我們輸入完命令之后，就要按下回車鍵（Enter）來執(zhí)行命令了

一旦按下回車鍵，line discipline 解釋為換行字符（newline），通常表示為 NL。

然后一并將用戶的命令轉(zhuǎn)發(fā)到 PTY follower ，而 shell 進(jìn)程跟 follower 相連，shell 拿到命令之后就會去解析并執(zhí)行

當(dāng) shell 進(jìn)程接收到用戶的輸入和換行符時，它會開始解析并執(zhí)行命令。這個過程包括命令解析、查找可執(zhí)行文件或內(nèi)置命令，以及執(zhí)行相應(yīng)的操作

首先對命令解析成一個一個 token 并進(jìn)行語法/語義分析，以 ls 命令為例：

• ls > foo.txt ：正確
• ls > ：語法不正確， > 后面缺少內(nèi)容
• ls | foo.txt ：語義不正確，管道的兩端都需要是可運(yùn)行的進(jìn)程

然后接著解析那些不是 shell 關(guān)鍵字或者路徑的 token，shell 需要知道這些 token 的含義，所以 shell 會去根據(jù)下面幾個部分去遞歸查找 token 引用的內(nèi)容：

• aliases：命令別名，通常用于縮寫復(fù)雜的命令（例如 alias ll="ls -lh" ）
• function：函數(shù)
• environment variables：環(huán)境變量
• builtins：shell 內(nèi)嵌命令（例如 cd pwd exit kill）
• PATH executables：shell 可以找到(通過 $PATH 變量)并運(yùn)行的外部命令

我們可以通過 type 命令知道對應(yīng)的類型

[root@minion1 ~]# type ll
ll 是 'ls -l --color=auto' 的別名

[root@minion1 ~]# type cd
cd 是 shell 內(nèi)嵌

[root@minion1 ~]# type python
python 是 /usr/bin/python

與 shell 內(nèi)嵌命令不同的是，可執(zhí)行命令是單獨(dú)的程序或腳本文件，具有執(zhí)行權(quán)限，可以作為單獨(dú)的進(jìn)程執(zhí)行

當(dāng)用戶在 shell 中輸入一個命令時，shell 會查找可執(zhí)行文件的位置，并在找到后創(chuàng)建一個新的子進(jìn)程來運(yùn)行該可執(zhí)行文件，并將相應(yīng)的命令參數(shù)傳遞給這個新的子進(jìn)程

我們可以通過 pstree 命令來查看進(jìn)程之間的關(guān)系

返回輸出

當(dāng) shell 執(zhí)行完命令之后，把生成的輸出寫入到 PTY follower ，接著傳到 line discipline 中，line discipline 不會處理這些輸出，而是轉(zhuǎn)發(fā)給 PTY leader，然后終端就會讀取并顯示到屏幕上

參考文章：https://www.warp.dev/blog/what-happens-when-you-open-a-terminal-and-enter-ls文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-760516.html

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