系统编程基础

终端编程详解

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终端编程详解

1. tcgetattr() 与 tcsetattr()

功能：获取或设置终端的属性（包括输入/输出模式、控制字符定义等）。

#include <termios.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符（如 /dev/tty）。
• termios_p：指向 termios 结构体的指针，用于存储或传递终端属性。
• optional_actions（仅 tcsetattr）：决定何时应用新设置，可选宏：
• TCSANOW：立即生效。
• TCSADRAIN：等待当前输出完成后再生效。
• TCSAFLUSH：清空输入/输出缓冲区后生效。

termios 结构体成员：

struct termios {
    tcflag_t c_iflag;   // 输入模式标志（如输入奇偶校验、回车处理）  
    tcflag_t c_oflag;   // 输出模式标志（如输出映射、延迟处理）  
    tcflag_t c_cflag;   // 控制模式标志（如波特率、数据位）  
    tcflag_t c_lflag;   // 本地模式标志（如回显、信号处理）  
    cc_t c_cc[NCCS];    // 控制字符数组（如中断、停止字符）  
};

返回值：
• 成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

2. ioctl()

功能：执行设备相关的控制操作（如获取终端窗口大小、设置串口参数等）。

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, unsigned long request, ... /* void *arg */);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• request：控制请求码，与终端相关的常见宏：
• TIOCGWINSZ：获取终端窗口大小（arg 指向 winsize 结构体）。
• TIOCSWINSZ：设置终端窗口大小。
• TCGETS：等效于 tcgetattr。
• TCSETS：等效于 tcsetattr。
• arg：可变参数，通常为指向数据结构的指针。

winsize 结构体成员：

struct winsize {
    unsigned short ws_row;    // 终端窗口行数  
    unsigned short ws_col;    // 终端窗口列数  
    unsigned short ws_xpixel; // 水平像素（通常未使用）  
    unsigned short ws_ypixel; // 垂直像素（通常未使用）  
};

返回值：
• 成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

3. cfsetispeed() 与 cfsetospeed()

功能：设置终端的输入/输出波特率。

#include <termios.h>
int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

参数说明：
• termios_p：指向 termios 结构体的指针。
• speed：波特率宏，如：
• B0：挂断线路。
• B9600：9600 波特。
• B115200：115200 波特。
• B4000000：自定义高速波特率（部分系统支持）。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1。

4. tcsendbreak()

功能：在串行线上发送 BREAK 信号（用于重置设备）。

#include <termios.h>
int tcsendbreak(int fd, int duration);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• duration：BREAK 持续时间（若为 0，则持续至少 0.25 秒）。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

5. tcdrain()

功能：阻塞进程，直到所有输出数据传递到终端。

#include <termios.h>
int tcdrain(int fd);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

6. tcflush()

功能：刷新终端的输入/输出队列。

#include <termios.h>
int tcflush(int fd, int queue_selector);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• queue_selector：刷新目标队列的宏：
• TCIFLUSH：刷新输入队列。
• TCOFLUSH：刷新输出队列。
• TCIOFLUSH：刷新输入和输出队列。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

7. tcflow()

功能：暂停或恢复终端与计算机之间的数据传输。

#include <termios.h>
int tcflow(int fd, int action);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• action：控制操作的宏：
• TCOOFF：挂起输出。
• TCOON：恢复输出。
• TCIOFF：发送 STOP 字符（暂停输入）。
• TCION：发送 START 字符（恢复输入）。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

8. tcgetpgrp() 与 tcsetpgrp()

功能：获取或设置终端的前台进程组ID。

#include <termios.h>
pid_t tcgetpgrp(int fd);
int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrp);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• pgrp：要设置的进程组ID（仅 tcsetpgrp 需要）。

返回值：
• tcgetpgrp 返回前台进程组ID。
• tcsetpgrp 成功返回 0，失败返回 -1。

9. tcgetsid()

功能：获取终端的会话ID。

#include <termios.h>
pid_t tcgetsid(int fd);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。

返回值：
• 成功返回会话ID，失败返回 (pid_t)-1 并设置 errno。

系统调用的底层实现

上述库函数最终通过系统调用与内核交互。以 ioctl 为例，其底层通过 int 0x80（x86）或 syscall（x86-64）触发中断，参数通过寄存器传递：
• eax：系统调用号（如 SYS_ioctl）。
• ebx：文件描述符 fd。
• ecx：请求码 request。
• edx：可变参数指针 arg。

参考资料：

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