利用Linux PTS进行分组控制

1. 什么是Linux PTS？

Linux PTS（Pseudoterminal Slave）是Linux系统中的伪终端从设备。伪终端是一种特殊的设备，它充当了一个终端的角色，可以用于将输入和输出重定向到其他进程，并实现进程之间的通信。Linux PTS可以用于使一个进程成为伪终端主设备的从属设备，从而能够进行分组控制。

2. Linux PTS的分组控制

2.1 创建PTS从设备

要进行分组控制，首先需要创建一个PTS从设备。可以使用openpty()函数来创建一个主从设备对：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pty.h>
int main() {
    int master, slave;
    char tty_name[256];
    
    if (openpty(&master, &slave, tty_name, NULL, NULL) < 0) {
        perror("openpty");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("PTS从设备：%s\n", tty_name);
    
    // 进行分组控制
    // ...
    
    return 0;
}

在上面的代码中，首先使用openpty()函数创建了一个PTS从设备，将主设备文件描述符保存在master变量中，从设备文件描述符保存在slave变量中，从设备的名称保存在tty_name数组中。

当创建成功后，可以通过tty_name来获取从设备的名称，该名称可以用于向从设备进行输入输出。

2.2 进行分组控制

利用PTS从设备进行分组控制，可以创建一个与PTS从设备关联的进程组，从而实现对该进程组的控制。

使用setsid()函数可以创建一个新的会话，并使当前进程成为新会话的首进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pty.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int master, slave;
    char tty_name[256];
    
    if (openpty(&master, &slave, tty_name, NULL, NULL) < 0) {
        perror("openpty");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("PTS从设备：%s\n", tty_name);
    
    // 进行分组控制
    if (setsid() < 0) {
        perror("setsid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // ...
    
    return 0;
}

在上面的代码中，当调用setsid()函数成功时，当前进程将成为一个新的会话的首进程，并且将与终端分离。

在完成分组控制后，可以通过dup2()函数将PTS从设备的文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准错误输出中：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pty.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int master, slave;
    char tty_name[256];
    
    if (openpty(&master, &slave, tty_name, NULL, NULL) < 0) {
        perror("openpty");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("PTS从设备：%s\n", tty_name);
    
    // 进行分组控制
    if (setsid() < 0) {
        perror("setsid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 将PTS从设备的文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准错误输出中
    dup2(slave, STDIN_FILENO);
    dup2(slave, STDOUT_FILENO);
    dup2(slave, STDERR_FILENO);
    
    // ...
    
    return 0;
}

在上面的代码中，我们使用dup2()函数将slave复制到标准输入、标准输出和标准错误输出中，从而实现了将输入输出重定向到PTS从设备。

2.3 控制PTS从设备

通过使用PTS从设备的输入输出，可以与PTS从设备进行交互，控制PTS从设备所关联的进程。

可以通过打开PTS从设备的方式来控制该从设备的输入输出：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pty.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
    int master, slave;
    char tty_name[256];
    
    if (openpty(&master, &slave, tty_name, NULL, NULL) < 0) {
        perror("openpty");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("PTS从设备：%s\n", tty_name);
    
    // 进行分组控制
    if (setsid() < 0) {
        perror("setsid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 将PTS从设备的文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准错误输出中
    dup2(slave, STDIN_FILENO);
    dup2(slave, STDOUT_FILENO);
    dup2(slave, STDERR_FILENO);
    
    // 控制PTS从设备
    int fd = open(tty_name, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // ...
    
    return 0;
}

在上面的代码中，使用open()函数以读写方式打开PTS从设备的文件，并获取到打开文件的文件描述符fd，这样就可以通过读写fd来控制PTS从设备。

通过向PTS从设备的文件描述符中写入数据，可以实现将命令发送给PTS从设备的关联进程。通过从PTS从设备的文件描述符中读取数据，可以获取PTS从设备关联进程的输出结果。

2.4 示例：使用PTS进行分组控制的应用

下面以一个简单的示例来演示如何使用PTS进行分组控制。

首先，在一个终端中运行一个简单的C语言程序，该程序会获取用户输入的字符串，并将字符串转换为大写输出：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
int main() {
    char str[256];
    printf("请输入一个字符串：");
    scanf("%s", str);
    
    for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {
        str[i] = toupper(str[i]);
    }
    
    printf("转换为大写后的字符串：%s\n", str);
    
    return 0;
}

保存为uppercase.c，然后使用以下命令编译该程序：

gcc uppercase.c -o uppercase

接下来，在另一个终端中创建一个C程序，该程序会通过PTS从设备与上面的uppercase程序进行通信。然后将PTS从设备的输入输出重定向到标准输入输出，并将用户输入的字符串发送给uppercase程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pty.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
    int master, slave;
    char tty_name[256];
    
    if (openpty(&master, &slave, tty_name, NULL, NULL) < 0) {
        perror("openpty");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("PTS从设备：%s\n", tty_name);
    
    // 进行分组控制
    if (setsid() < 0) {
        perror("setsid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 将PTS从设备的文件描述符复制到标准输入、标准输出和标准错误输出中
    dup2(slave, STDIN_FILENO);
    dup2(slave, STDOUT_FILENO);
    dup2(slave, STDERR_FILENO);
    
    // 控制PTS从设备
    int fd = open(tty_name, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 向PTS从设备发送数据
    char str[256];
    printf("请输入一个字符串：");
    scanf("%s", str);
    
    write(fd, str, strlen(str));
    
    // 从PTS从设备读取数据
    char buf[256];
    ssize_t len = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
    if (len < 0) {
        perror("read");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    buf[len] = '\0';
    
    printf("从PTS设备读取的数据：%s\n", buf);
    
    close(fd);
    
    return 0;
}

保存为control.c，然后使用以下命令编译该程序：

gcc control.c -o control

接着，在终端中运行control程序：

./control

在输入提示中输入一个字符串，例如hello，然后按回车。程序会通过PTS从设备将输入的字符串发送给uppercase程序，并将uppercase程序的输出结果显示在终端上。

3. 总结

本文介绍了如何使用Linux PTS进行分组控制。通过创建PTS从设备，并将其与一个进程关联，可以实现对该进程的输入输出进行控制。通过控制PTS从设备的输入输出，可以实现与PTS从设备关联进程的交互。