Pseudo Terminal (유사? 터미널)

본 포스트는 APUE chap.19 을 참고하여 작성함.

Pseudo Terminal은 application 이 보기에는 터미널로 보이지만, 사실 진짜 터미널이 아닌 것이다.
Pseudo Terminal의 구조, 예시, 사용법에 대해 설명하도록 함.

Pseudo Terminal 개요

Pseudo terminal 을 사용하는 프로세스들의 전형적인 구조는 아래와 같다.

부모 프로세스가 pseudo terminal master를 open 하고 fork -> 자식 프로세스는 session을 새로 만듬 -> pseudo terminal slave를 open -> standard input, output, error를 pseudo terminal에 연결 -> exec 실행
Pseudo terminal slave에 연결된 자식 프로세스는 real terminal에 연결된거처럼 terminal I/O function을 사용할 수 있음
부모 프로세스의 output은 자식 프로세스는 input, 자식 프로세스의 output은 부모 프로세스의 input

이렇게만보면 부모가 뭔지, 자식이 뭔지 잘 이해가 안가니 예시를 보자.

1. Network Login Servers

원격 호스트에서 로그인 쉘이 실행되면 위와 같은 구조가 됨
exec가 두번인 이유는 중간에 login 프로세스가 있어서...
rlogind는 I/O 멀티플레싱 필요로 함.
- rlogin 서버는 다른 입출력 스트림(TCP/IP)도 함께 읽고 씀
- rlogin이 어떤식으로든 select나 poll 같은 입출력 다중화 사용 혹은 두 프로세스 or 스레드로 나눠져야 함을 의미

2. Windowing System Terminal Emulation

터미널 에뮬레이터는 shell과 Window manager사이에서 중재자 역할로, 각 shell은 각자의 window에서 실행됨
터미널 에뮬레이터 창의 크기를 바꾸게 되면, 터미널 에뮬레이터에 알려주고 PTY master에 ioctl의 TIOCSWINSZ 명령을 실행해 부장치쪽 창 크기 변경
- ioctl(fd, termios.TIOCSWINSZ, struct.windowsize)
- 이때 입력받은 크기가 다르면 커널은 SIGWINCH 신호를 PTY slave로 보냄
  화면을 다시 그려야 하는 응용프로그램은 해당 SIGWINCH를 캐치해 ioctl의 TIOCSWINSZ 명령을 통해 새 크기를 얻은 후 화면을 다시 그림

3. Script Program

대부분 Unix 시스템에서 제공되며 터미널 세션 도중의 모든 input, output를 file에 저장하는 프로그램

shell과 터미널 사이에 자신을 끼워 넣음
script 실행중에는 PTY slave위에 terminal line discipline에서 나오는 모든 내용을 스크립트 파일에 복사 (typescript)
- 사용자가 누른 키들 역시 terminal line discipline을 거처 echo -> 스크립트 파일에 사용자 입력도 기록
- password는 echo되지 않으므로 스크립트 파일에 패스워드기록은 없음

그 외 책에는 몇가지 예시가 더 있는데, 생략함.

Pseudo Terminal 열기

PTY Master Open

#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>

int posix_openpt(int oflag);
  Returns: file descriptor of next available PTY master if OK, −1 on error

oflag : open함수에 사용되는 bitmask
- O_RDWR : readable-and-writable
- O_NOCTTY : 컨트롤링 터미널이 되는것을 방지

PTY Slave 권한 변경 함수

#include <stdlib.h>
int grantpt(int fd);
int unlockpt(int fd);
  Both return: 0 on success, −1 on error

fd : master fd
grantpt(fd)
- slave 노드의 user ID를 호출자의 real user ID로 설정, 노드 그룹ID를 unspecified 값으로 설정
- permission은 읽기 및 쓰기를 허용하고 그룹소유자의 쓰기를 허용하는 접근권한설정
unlockpt 함수는 pseudo-terminal의 slave 에 대한 접근을 허용하는데 사용

PTY Slave 이름을 가져오는 함수

#include <stdlib.h>
char *ptsname(int fd);
  Returns: pointer to name of PTY slave if OK, NULL on error

fd : master fd
해당 fd에 대응되는 slave 의 경로 이름을 돌려줌

위 함수를 편하게 사용하게 APUE에서 만든 함수

#include "apue.h"
int ptym_open(char *pts_name, int pts_namesz);
  Returns: file descriptor of PTY master if OK, −1 on error
int ptys_open(char *pts_name);
  Returns: file descriptor of PTY slave if OK, −1 on error

ptym_open : 사용 가능한 pty master open, 호출 성공 시 대응되는 slave 이름을 pts_name을 통해 알려줌
ptys_open : ptym_open 이후 얻어진 pts_name을 통해 호출하면 slave 생성
- ptym_open 함수가 버퍼보다 긴 문자열을 복사하는 일이 없도록 하기 위해, 호출자는 버퍼의 길이를 pts_namesz 인수로 제공해야 함

구현체

ptym_open 함수를 이용해 pty master를 찾아 열고 얻어진 pts_name을 통해 ptys_open으로 pty slave를 오픈

#include "apue.h"
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#if defined(SOLARIS)
#include <stropts.h>
#endif
 
int ptym_open(char *pts_name, int pts_namesz)
{
  char *ptr;
  int fdm, err;
  if ((fdm = posix_openpt(O_RDWR)) < 0)
    return(-1);
  if (grantpt(fdm) < 0) /* grant access to slave */
    goto errout;
  if (unlockpt(fdm) < 0) /* clear slave’s lock flag */
    goto errout;
  if ((ptr = ptsname(fdm)) == NULL) /* get slave’s name */
    goto errout;
 
  /*
  * Return name of slave. Null terminate to handle
  * case where strlen(ptr) > pts_namesz.
  */
  strncpy(pts_name, ptr, pts_namesz);
  pts_name[pts_namesz - 1] = ’\0’;
  return(fdm); /* return fd of master */
 
errout:
  err = errno;
  close(fdm);
  errno = err;
  return(-1);
}
 
int ptys_open(char *pts_name)
{
  int fds;
 
#if defined(SOLARIS)
  int err, setup;
#endif
 
  if ((fds = open(pts_name, O_RDWR)) < 0)
    return(-1);
 
#if defined(SOLARIS)
/*
* Check if stream is already set up by autopush facility.
*/
  if ((setup = ioctl(fds, I_FIND, "ldterm")) < 0)
    goto errout;
  if (setup == 0) {
    if (ioctl(fds, I_PUSH, "ptem") < 0)
      goto errout;
    if (ioctl(fds, I_PUSH, "ldterm") < 0)
      goto errout;
 
    if (ioctl(fds, I_PUSH, "ttcompat") < 0) {
errout:
      err = errno;
      close(fds);
      errno = err;
      return(-1);
    }
  }
#endif
  return(fds);
}

pty_fork Function

fork를 통해 자식 프로세스를 만들고 앞의 두 함수를 이용하여 자식 프로세스는 session leader이며 controlling terminal를 가지게 하는 함수

#include <termios.h>
pid_t pty_fork(int *ptrfdm, char *slave_name, int slave_namesz,
               const struct termios *slave_termios,
               const struct winsize *slave_winsize);
  Returns: 0 in child, process ID of child in parent, −1 on error

ptrfdm : PTY master의 file descriptor
slave_name : slave device name
slave_namesz : slave name size
slave_termios : 값이 있으면 slave PTY의 line discipline를 해당 구조체로 초기화
slave_winsize : 값이 있으면 slave 의 window 사이즈를 해당 구조체로 초기화
pty_fork 루틴 (책에 코드 있음. 아래 설명으로 대체)
- pty_master를 오픈한 후 fork를 호출
- 자식은 ptys_open 호출전 먼저 setsid를 호출해 새로운 세션을 만들어야 함
  - setsid 호출 시점에서 자식은 프로세스 그룹 리더가 아니므로 다음 세 단계가 수행
    - 자식을 세션리더로 하는 새 세션이 생성
    - 자식에 대한 새로운 프로세스 그룹 생성
    - 자식과 이전 제어 터미널 사이의 모든 관계가 끊어짐
- 이후 자식은 termios 구조체와 winsize 구조체를 초기화
- 표준 input, output, error 복제
- 부모 프로세스는 pty_master와 자식 프로세스의 ID를 돌려줌

pty Program

APUE는 앞의 pty_fork 함수를 이용하여 pty프로그램을 만듦. (역시 코드는 책에 있음)

"pty prog arg1 arg2" 형태로 실행하여, pseudo terminal에연결된 자신만의 세션에서 실행되도록
함

pty 프로그램의 코드를 보면,

pty_fork 호출 후 자식 프로세스는 필요에 따라 pty-slave echo를 끄고 (set_noecho()) execvp 호출
이후 나머지 모든 argument 들을 자식 프로세스에 넘겨줌
부모 프로세스는 필요 시 exit 호출 시 터미널 상태를 복원하는 종료 처리부 등록
부모는 표준 입력에서 받은 모든 내용을 pty-master에 복사하고 pty-master에서 온 모든 내용을 표준출력으로 복사
하나의 프로세스 내부에서 select와 poll을 사용하거나 여러 Thread를 사용하는것도 가능

Using the pty Program

pty 프로그램을 사용하는 예제

대화식 프로그램 작업제어

pty cat

위 명령을 실행하면, 아래와 같은 구조로 실행된다고 함

pty_fork 하고 exec 해서 cat 만들고, pty부모가 또 fork 해서 pty 자식이 생김.
이때, cat은 고아 이므로 ctrl+z 가 전달이 되지 않음. 아마 pty 가 먹어버리는 듯??
이런 작업제어가 잘 되게 하려면, pty에 로직이 따로 필요함.

script

pty "${SHELL:-/bin/sh}" | tee typescript

위 명령을 실행하면 아래와 같은 구조로 실행 됨.

이해가 안감... ㅠㅠ 해보니까 되긴 되는데

그 외

이 외에도 몇가지 예제가 있는데, 다 똑같음.

Advanced Features

Packet Mode
- PTY master가 PTY slave의 상태 변화를 알게함
- 특정 이벤트가 발생할때 PTY master위에 프로세스가 PTY master를 읽게 만드는데 사용
Remote Mode
- PTY master는 PTY slave에 remote mode를 설정할 수 있음
- remote mode가 되면 line discipline이 어떤 작업도 수행하지 않음
- 자체적으로 line editing을 사용하는 프로그램에 사용
Window Size Changes
- PTY master 위에 있는 프로세스는 윈도우 사이즈 변경을 PTY slave의 foreground 프로세스 그룹에게 알려줄 수 있음
Signal Generation
- PTY master 위에 있는 프로세스는 PTY slave의 프로세스 그룹에게 signal를 전송할 수 있음