用户进程、终端和内核之间的通信答案

【问题标题】：Communication between user process, terminal and kernel用户进程、终端和内核之间的通信
【发布时间】：2014-11-06 22:11:46
【问题描述】：

用户进程使用 3 个文件描述符与终端通信。终端在unix中被视为文件（例如/dev/tty），并且还具有文件描述符，主要，次要编号供内核识别。所以内核通过终端与用户进程进行通信。另一种通信方式是通过我们都知道的系统调用。

假设用户进程正在等待输入（例如：enter two numbers: _ _）。当我们在键盘上按下 1 和 2 时，键盘缓冲区被填满，与键盘关联的设备驱动程序将识别它并唤醒等待队列中的进程。那么这些数据（即1 和2）是如何提供给用户进程的呢？我猜它会通过终端。

如果重定向输出会发生什么，例如$ ./a.out > file？我已使用isatty() 检查该进程未与任何终端关联。那么内核将如何与用户进程交互呢？假设我的程序需要一些键盘输入。

【问题讨论】：

终端本身被内核特殊处理。有进程组，组的前台进程获取控制台输入。您可以使用screen 之类的东西将多个程序置于前台。除了终端的性质之外，我看不出你的问题是什么没有很多重复？

标签： linux process terminal kernel

【解决方案1】：

当你的程序调用一个输入函数时，例如：

nread = read(FILENO_STDIN, buffer, sizeof(buffer));

一个“系统调用”进入内核。此内核例程确保您传递给它的缓冲区位于程序的地址空间中，然后将字符（不超过您传入的大小）从终端设备的内核缓冲区复制到您提供的缓冲区中，并将计数返回给您那些。

如果文件描述符 (arg 1) 指向一个打开的文件，就会发生非常相似的情况——数据来自文件系统的内核缓冲区（可能需要先从实际设备复制到那里）。

【讨论】：

我的用户进程中没有使用任何读取功能。我想知道键盘缓冲区中的数据是如何通过终端进入用户进程的。我在我的程序中使用 scanf。我在某处看到 scanf 反过来调用读取函数。那么 read 函数的参数如何与 scanf 映射。缓冲区地址可以是变量的地址（即＆x），但是读取函数中的大小参数呢？如何计算。
如果内核将键盘缓冲区数据直接复制到用户空间，那么数据是如何出现在终端上的。例如：输入两个整数：_ _ 。当我输入时，它不应该出现在终端上，而是应该直接复制到变量地址（在用户空间中）。我想知道数据如何在终端上显示以及如何复制到用户空间变量地址。请不要忽略终端部分。我想知道机制。谢谢
@debendranathtiwary scanf() 不会在内部调用 read() 函数。
@debendranathtiwary 如果您在某处调用scanf()，则调用read() 函数将数据从内核的终端缓冲区传输到用户空间缓冲区。 stdio 输入函数是缓冲的，因此当缓冲区为空时，典型的策略是发出一个读取缓冲区的完整大小，然后只需从缓冲区中复制一个或多个字符即可满足未来的“读取”，然后调整缓冲区中可用的字节数。常量BUFSIZ 给出了这个缓冲区的标称大小。
@JohnHascall 谢谢。好的，输入、输出和输出流是否只有 1 个缓冲区。据我所知，输出流与任何缓冲区无关。如果我错了，请纠正我。另外，我怎样才能直接访问这些缓冲区。

【解决方案2】：

你的问题的高层次答案是你有

User process <> Kernel <> Terminal Driver

在某些系统中，终端驱动程序可能是内核的一部分。在其他情况下，它是在内核模式下执行的单独代码（精细区分）。

当有人按下某个键时，它会触发由驱动程序处理的系统中断。在这里，可能会发生两种情况之一，具体取决于内核如何告诉驱动程序行为或驱动程序是如何实现的。

1) 驱动程序可以简单地将击键存储在缓冲区中；要么 2) 驱动程序可能会在每次按键时通知内核。

内核可以通过多种方式与进程交互，具体取决于系统以及进程如何配置终端：

1) 内核可能对来自终端的数据不做任何事情，直到进程调用它。进程提供一个缓冲区，内核从其内部缓冲区（或驱动程序的缓冲区）复制数据。 2) 内核可能会向进程（例如，Windows 或 VMS）发送软件中断。在这种情况下，该进程将事先向内核提供一个缓冲区，以便其将数据复制到其中。 3) 内核可能会将一个事件排队到进程必须查询的进程。

关于您的部分问题，重定向完全在内核之外进行管理。应用程序（通常是命令行 shell）通常会解释这个

  ./a.out > file

通过

1) Open FILE.
2) Create a new process where the standard output is the handle to FILE.
3) Run a.out in that process.

【讨论】：

谢谢。 ./a.out > 文件不与终端关联（因为 isatty 失败）但是 ./a.out