TTY 是 Teletype 或 Teletypewriter 的縮寫，原來是指電傳打字機(jī)，后來這種設(shè)備逐漸鍵盤和顯示器取代。不管是電傳打字機(jī)還是鍵盤顯示器，都是作為計(jì)算機(jī)的終端設(shè)備存在的，所以 TTY 也泛指計(jì)算機(jī)的終端(terminal)設(shè)備。

為了支持這些 TTY 設(shè)備，Linux 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)叫做 TTY 的子系統(tǒng)。所以 TTY 既指終端，也指 Linux 的 TTY 子系統(tǒng)，當(dāng)然 TTY 還有更豐富(混亂)的含義，本文試圖把它們解釋清楚。本文中演示部分使用的環(huán)境為 ubuntu 18.04。

硬件終端 terminal(TTY)

早期的終端(terminal) 是一臺獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的機(jī)器(teletype 即, TTY)，大概像下面的樣子：

它終端通過線纜與計(jì)算機(jī)連接，并完成計(jì)算機(jī)的輸入輸出功能：

現(xiàn)在物理終端實(shí)際上已經(jīng)滅絕了，我們看到的所有 TTY 都是模擬視頻終端，即軟件仿真出來的終端。可以通過 toe -a 命令查看系統(tǒng)支持的終端類型，不要奇怪，這是一個(gè)挺長的列表。

控制臺 console

提到終端就不能不提控制臺 console。控制臺的概念與終端含義非常相近，其實(shí)現(xiàn)在我們經(jīng)常用它們表示相同的東西，但是在計(jì)算機(jī)的早期時(shí)代，它們確實(shí)是不同的東西。

一些數(shù)控設(shè)備(比如數(shù)控機(jī)床)的控制箱，通常會被稱為控制臺，顧名思義，控制臺就是一個(gè)直接控制設(shè)備的面板，上面有很多控制按鈕。

在計(jì)算機(jī)里，把那套直接連接在電腦上的鍵盤和顯示器就叫做控制臺。而終端是通過串口連接上的，不是計(jì)算機(jī)自身的設(shè)備，而控制臺是計(jì)算機(jī)本身就有的設(shè)備，一個(gè)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)控制臺。

計(jì)算機(jī)啟動的時(shí)候，所有的信息都會顯示到控制臺上，而不會顯示到終端上。這同樣說明，控制臺是計(jì)算機(jī)的基本設(shè)備，而終端是附加設(shè)備。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，與終端不相關(guān)的信息，比如內(nèi)核消息，后臺服務(wù)消息，都可以顯示到控制臺上，但不會顯示到終端上。比如在啟動和關(guān)閉 Linux 系統(tǒng)時(shí)，我們可以在控制臺上看到很多的內(nèi)核信息(下圖來自 vSphere Client 中的 "Virtual Machine Console")：

現(xiàn)在終端和控制臺都由硬件概念，逐漸演化成了軟件的概念。

簡單的說，能直接顯示系統(tǒng)消息的那個(gè)終端稱為控制臺，其他的則稱為終端(控制臺也是一個(gè)終端)。或者我們在平時(shí)的使用中壓根就不區(qū)分 Linux 中的終端與控制臺。

下面的例子是通過 /dev/console 文件向控制臺發(fā)送消息，這個(gè)這個(gè)例子我們可以看到控制臺與終端的一點(diǎn)點(diǎn)不同之處。
打開 vSphere Client 中的 "Virtual Machine Console"(即控制臺)，默認(rèn)顯示的是 tty1：

通過其他的終端向 /dev/console 中寫入字符串 "hello world"：
root@esearch:~# echo "hello world" > /dev/console

字符串顯示在了控制臺中。然后通過 Ctrl + Alt + F2 把控制臺中的終端切換到 tty2，再次向 /dev/console 寫入字符串：
root@esearch:~# echo "hello world" > /dev/console

這次字符串寫到了 tty2 中，這說明 Linux 總是把寫入 /dev/console 的內(nèi)容會顯示在控制臺中當(dāng)前的虛擬終端(tty1-tty6)里。

TTY 設(shè)備

從歷史上看，終端剛開始就是終端機(jī)，配有打印機(jī)，鍵盤，帶有一個(gè)串口，通過串口傳送數(shù)據(jù)到主機(jī)端，然后主機(jī)處理完交給終端打印出來。電傳打字機(jī)(teletype)可以被看作是這類設(shè)備的統(tǒng)稱，因此終端也被簡稱為 TTY(teletype 的縮寫)。
如下圖所示(下圖來自互聯(lián)網(wǎng))：

UART 驅(qū)動
如上圖所示，物理終端通過電纜連接到計(jì)算機(jī)上的 UART(通用異步接收器和發(fā)射器)。操作系統(tǒng)中有一個(gè) UART 驅(qū)動程序用于管理字節(jié)的物理傳輸。

行規(guī)范
上圖中內(nèi)核中的 Line discipline(行規(guī)范)用來提供一個(gè)編輯緩沖區(qū)和一些基本的編輯命令(退格，清除單個(gè)單詞，清除行，重新打印)，主要用來支持用戶在輸入時(shí)的行為(比如輸錯(cuò)了，需要退格)。

TTY 驅(qū)動
TTY 驅(qū)動用來進(jìn)行會話管理，并且處理各種終端設(shè)備。

UART 驅(qū)動、行規(guī)范和 TTY 驅(qū)動都位于內(nèi)核中，它們的一端是終端設(shè)備，另一端是用戶進(jìn)程。因?yàn)樵?Linux 下所有的設(shè)備都是文件，所以它們?nèi)齻€(gè)加在一起被稱為 "TTY 設(shè)備"，即我們常說的 TTY。

從軟件仿真終端到偽終端

后來的終端慢慢演變成了鍵盤 + 顯示器。如果我們要把內(nèi)容輸出到顯示器，只要把這些內(nèi)容寫入到顯示器對應(yīng)的 TTY 設(shè)備就可以了，然后由 TTY 層負(fù)責(zé)匹配合適的驅(qū)動完成輸出，這也是 Linux 控制臺的工作原理(下圖來自互聯(lián)網(wǎng))：

上圖中，TTY 驅(qū)動和行規(guī)范的行為與前面的示例類似，但不再有 UART 或物理終端。相反，軟件仿真出視頻終端，并最終被渲染到 VGA 顯示器。注意，這里出現(xiàn)了軟件仿真終端，它們是運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的。顯示器和 vSphere Client "Virtual Machine Console" 中的 tty1-tty6 都是軟件仿真終端：

/dev/tty1-/dev/tty6 是這些仿真終端在文件系統(tǒng)中的表示，程序通過對這些文件的讀寫實(shí)現(xiàn)對仿真終端的讀寫。

如果我們在用戶空間也進(jìn)行終端仿真，情況會變得更加靈活，下圖是 xterm 及其克隆的工作方式(下圖來自互聯(lián)網(wǎng))：

為了便于將終端仿真移入用戶空間，同時(shí)仍保持 TTY 子系統(tǒng)(TTY 子系統(tǒng)指 TTY 驅(qū)動和行規(guī)范)的完整，偽終端被發(fā)明了出來(pseudo terminal 或 pty)。偽終端在內(nèi)核中分為兩部分，分別是 master side 和在 TTY 驅(qū)動中實(shí)現(xiàn)的 slave side。注意上圖中的 xterm，這是一個(gè)運(yùn)行在用戶態(tài)的終端仿真程序，比如 Ubuntu Desktop 中的 GNOME Terminal：