浅析Linux控制台、终端与shell之间的关系

当使用Linux时，我们经常会遇到终端和外壳程序的概念。 例如，在桌面版Ubuntu中，我们可以右键单击桌面，然后单击“打开终端”以打开终端。 此时，我们可以在终端中输入Linux命令。 可能有人会问，这不是错字吗？ 那么终端和外壳之间是什么关系呢？

1什么是终端

对于什么是终端，我们先看一个定义。可以看出终端就是一个输入输出设备，简单的可以理解为鼠标，键盘和显示器。但是这个好像跟Linux中终端的概念有些出入，下面听我来娓娓道来。

a combination of a keyboard and output device （such as a video display unit） by which data can be entered into or output from a computer or electronic communications system.

但如果想理解了解什么是终端，还需要从“远古”时期说起。在1970年之前，那个时候还没有个人电脑。那个使用只有大型机和小型机，也就是衣柜那么大的计算机。当时比较著名的计算机如DPD-7和GE-45等。

当时Ken Thompson和Dennis Ritchie（就是下图中的两位大神）负责在DPD-7上面开发一个新的操作系统，没错，就是UNIX操作系统。为了提高计算机的使用效率，他们打算让这个操作系统支持多个用户同时使用这台计算机。

但是，当时的显示器是一个非常贵的设备，不太可能每个人都有一个显示器。因此两个人想出了一个变通的方法。他们选择了便宜的电传打字机来做终端设备。这个电传打字机（TeleType）就是ASR33，就是下图这个设备。

这个设备通过键盘将信息输入计算机当中，而计算机的输出则是通过上面的纸打印出来。这样UNIX就成为世界上第一个支持多用户的操作系统，而ASR33则成为第一个Unix终端。后来，缩写TTY也就是用来表示Unix或者Linux终端了。

随着技术的发展和硬件价格的不断降低，终端也变得越来越先进和便宜。1970年，DEC发明了VT05视频终端。就是下面这个东东，可以看出她有个小显示器。也越来越像现在的键盘显示器了。

聊到这里我们知道了，所谓终端，其实就是一个物理设备，也就是计算机的输入输出设备。

2什么是控制台

在上个世纪70年代，终端是通过线缆连接在主机上的。同时，在主机上还有一种特殊终端，它是直接集成在主机上的。这个特殊的终端被称为控制台。这个终端的特点是只能被管理员使用。每一个计算机只有一个控制台，它在外观上与普通终端并没有太大的差异，但最重要的是控制台可以做一些普通终端不能做的事情。

比如当操作系统出现启动失败的时候，它会打印一些信息到控制台上，但终端并不会收到该信息。另外，当操作系统以单用户模式启动的时候，我们就只能通过使用控制台来登录了。这个时候其它终端是没有权限登录的。

3Linux操作系统的终端模拟器

前面我们了解到终端实际上是硬件设备，但是前面我们在Ubuntu上可以用菜单打开一个终端（Open Terminal）。其实，我们打开的这个窗口也是一个终端，我们称这个终端为终端模拟器，它是用软件的方式来模拟一个终端设备。有的时候我们又称它为虚拟终端。

如果你使用的是gnome终端，我们可以通过下面命令看一下它的帮助问答。

man gnome-terminal

可以看出gnome-terminal就是一个终端模拟程序，而它的功能就是访问Unix shell。

gnome是用来模拟Xterm的，而Xterm本身也是一个终端模拟器。它模拟了VT102物理终端。

打开Linux虚拟终端的方法有很多种，如果我们使用的是桌面版的Linux，也就是图形界面版的。那么通常我们可以通过命令打开一个命令行终端。如下所示。

另外，Linux操作系统起来的时候默认是有7个虚拟终端的。这些虚拟终端并非前面所说的在桌面中打开的虚拟终端，而是通过显示器直接显示的。我们可以通过快捷键在这些终端之间进行切换，比如Ctrl+Alt+ F1可以切换到第一个终端，而Ctrl+Alt+ F2可以切换到第二个终端，以此类推Ctrl+Alt+F7可以切换到第七个终端。通常情况下对于图形界面来说，第七个是图形终端，其它是文字终端。

通过前面的介绍，我们从外面理解了关于终端、控制器和虚拟终端等概念。也对Linux操作系统中虚拟终端有所了解。接下来我们将进一步的深入介绍到Linux的内部。

4什么是Shell

其实我们在前面文章中介绍过关于Shell的内容。Shell其实就是一个应用程序，它实现了用户对操作系统访问的接口。比如我们常见的管理文件，用户和网络资源等等，都是通过Shell来完成的。

Shell是一个应用程序，同时它又有很多具体的实现，比较常见的包括Bash、Zsh、 Csh和Ksh等等。

我们前面了解到终端是个物理设备，它被用户用来输入和现实信息，而目前我们使用的虚拟终端则是对物理设备的模拟。Shell则是用来执行用户命令的。这样我们现在就很容易理解终端和Shell的关系。

如果我们通过桌面版打开一个虚拟终端的话，那么终端和Shell的关系如下图所示。

如果我们不是通过本地的设备连接的，而是通过网络来访问计算机的话，那么其关系如下图所示。可以看出，这里面有个pty的组件起了比较关键的作用，它建立了两者之间的关联。

1Linux系统中的tty、pty和pts

前面我们从概念层面对终端、控制台和shell等进行了介绍。但是这些概念在Linux操作系统中是怎样的呢？它们之间的关系又是怎样的呢？

前面已经介绍过tty，它是一个终端，也就是一个输入输出设备的集合。而目前在Linux中都是通过虚拟终端来与计算机交互的，因此在Linux中tty其实就是虚拟终端，可以将其理解为一个软件。如果我们同时按住Ctrl+Alt+F5就可以切换到虚拟终端5，具体如下。

在Linux操作系统中，软件的整体架构要复杂一些，这是因为Linux不仅仅要支持虚拟终端，还有能够支持键盘显示器的物理外围设备，还要支持通过telnet或者ssh等网络的形式的连接。如下图给出了一个完整的示例。

为了支持不同类型的接入方式，在Linux实现了一个伪终端的概念，也就是pty。其中p是pseudo的缩写。

伪终端分为两部分，如上图所示，包括master和slave两部分。其中master实现了对不同接入方式的适配，它实现对来自不同设备或者软件消息的解析，将结果传输给slave;而slave端其实就是一个虚拟终端，它实现了与shell的交互，对于shell来说，ptsiu是一个终端设备。

可能还是不太好理解，我们举一个具体的例子，比如telnet实现对远程计算机的管理，其实在客户端就是发送的各种字符串，通过网络发送给telnet守护进程，然后telnet守护进程调用master的功能实现解析。

今天我们主要从概念和架构的层面介绍了终端、控制台和Shell等概念，并介绍了Linux操作系统中常见的诸如tty、pty和pts等名称。后面我们以一个具体的实例来让大家更加清楚的理解上述架构。
编辑：lyn