命令行界面 (CLI)、终端 (Terminal)、Shell、TTY的区别

by 夏泽民 Oct 22, 2019

命令行界面 (CLI) = 使用文本命令进行交互的用户界面
终端 (Terminal) = TTY = 文本输入/输出环境
控制台 (Console) = 一种特殊的终端
Shell = 命令行解释器，执行用户输入的命令并返回结果

什么是命令行界面？
命令行界面，通俗来讲，就是你看过的那种满屏幕都是字符的界面。

终端 —— 人与机器交互的接口
2.2. 控制台 (Console) 是什么？
在历史上，终端是连接到计算机上的一种带输入输出功能的外设。但是有一个终端与众不同，它与计算机主机是一体的，是计算机的一个组成部分。这个特殊的终端就叫做控制台(Console)。

一台计算机上一般只有一个控制台，但是可以连接很多个终端。
不过随着个人计算机的普及，控制台 (Console) 与终端 (Terminal) 的概念已经逐渐模糊。在现代，我们的键盘与显示器既可以认为是控制台，也可以认为是普通的终端。当你在管理系统时，它们是控制台；当你在做一般的工作时（浏览网页、编辑文档等），它们就是终端。我们自己既是一般用户，也是系统管理员。

因此，现在 Console 与 Terminal 基本被看作是同义词。

2.3. 终端模拟器 (Terminal Emulator)
随着计算机的进化，我们已经见不到专门的终端硬件了，取而代之的则是键盘与显示器。

但是没有了终端，我们要怎么与那些传统的、不兼容图形接口的命令行程序（比如说 GNU 工具集里的大部分命令）交互呢？这些程序并不能直接读取我们的键盘输入，也没办法把计算结果显示在我们的显示器上……（图形界面的原理我这里就不多说了，它们编程的时候图形接口还在娘胎里呢！）

这时候我们就需要一个程序来模拟传统终端的行为，即终端模拟器 (Terminal Emulator)。

严格来讲，Terminal Emulator 的译名应该是「终端仿真器」
对于那些命令行 (CLI) 程序，终端模拟器会「假装」成一个传统终端设备；而对于现代的图形接口，终端模拟器会「假装」成一个 GUI 程序。一个终端模拟器的标准工作流程是这样的：

捕获你的键盘输入；
将输入发送给命令行程序（程序会认为这是从一个真正的终端设备输入的）；
拿到命令行程序的输出结果（STDOUT 以及 STDERR）；
调用图形接口（比如 X11），将输出结果渲染至显示器。
终端模拟器有很多，这里就举几个经典的例子：

GNU/Linux：gnome-terminal、Konsole；
macOS：Terminal.app、iTerm2；
Windows：Win32 控制台、ConEmu 等。

2.4 终端窗口 (Terminal Window) 与虚拟控制台 (Virtual Console)
大部分终端模拟器都是在图形用户界面 (GUI) 中运行的，但是也有例外。

比如在 GNU/Linux 操作系统中，按下 Ctrl + Alt + F1,F2…F6 等组合键可以切换出好几个黑不溜秋的全屏终端界面，而按下 Ctrl + Alt + F7 才是切换回图形界面。不过不要被它们唬着了，虽然它们并不运行在图形界面中，但其实它们也是终端模拟器的一种。

那么 TTY 又是什么？
简单来说，tty 就是终端的统称。
最早的 Unix 终端是 ASR-33 电传打字机。而电传打字机 (Teletype / Teletypewriter) 的英文缩写就是 tty，即 tty 这个名称的来源。

由于 Unix 被设计为一个多用户操作系统，所以人们会在计算机上连接多个终端（在当时，这些终端全都是电传打字机）。Unix 系统为了支持这些电传打字机，就设计了名为 tty 的子系统（没错，因为当时的终端全都是 tty，所以这个系统也被命名为了 tty，就是这么简单粗暴），将具体的硬件设备抽象为操作系统内部位于 /dev/tty* 的设备文件。

Shell —— 提供用户界面的程序
大家都知道，操作系统有一个叫做内核 (Kernel) 的东西，它管理着整台计算机的硬件，是现代操作系统中最基本的部分。但是，内核处于系统的底层，是不能让普通用户随意操作的，不然一个不小心系统就崩溃啦！

但我们总还是要让用户操作系统的，怎么办呢？这就需要一个专门的程序，它接受用户输入的命令，然后帮我们与内核沟通，最后让内核完成我们的任务。这个提供用户界面的程序被叫做 Shell (壳层)。

其实 Shell 只是提供了一个用户操作系统的入口，我们一般是通过 Shell 去调用其他各种各样的应用程序，最后来达成我们的目的。比如说我们想要知道一个文件的内容，我们会在 Shell 中输入命令 cat foo.txt，然后 Shell 会帮我们运行 cat 这个程序，cat 再去调用内核提供的 open 等系统调用来获取文件的内容。虽然并不是 Shell 直接去与内核交互，但广义上可以认为是 Shell 提供了与内核交互的用户界面。

Shell 通常可以分为两种：命令行 Shell 与图形 Shell。顾名思义，前者提供一个命令行界面 (CLI)，后者提供一个图形用户界面 (GUI)。Windows 下的 explorer.exe 就是一个典型的图形 Shell（没错，它确实是，因为它接受来自你的指令，并且会帮你与内核交互完成你的指令）。

常见或历史上知名的命令行 Shell 有：

适用于 Unix 及类 Unix 系统：
sh (Bourne shell)，最经典的 Unix shell；
bash (Bourne-Again shell)，目前绝大多数 Linux 发行版的默认 shell；
zsh (Z shell)，我个人最喜欢的 shell；
fish (Friendly interactive shell)，专注于易用性与友好用户体验的 shell；
Windows 下的 cmd.exe (命令提示符) 与 PowerShell。

Shell 与终端的分工
现在我们知道，终端干的活儿是从用户这里接收输入（键盘、鼠标等输入设备），扔给 Shell，然后把 Shell 返回的结果展示给用户（比如通过显示器）。而 Shell 干的活儿是从终端那里拿到用户输入的命令，解析后交给操作系统内核去执行，并把执行结果返回给终端。

不过 Shell 与终端的分工有一些容易混淆的地方，这里以例子进行说明：

终端将用户的键盘输入转换为控制序列（除了字符以外的按键，比如左方向键 → ^[[D），Shell 则解析并执行收到的控制序列（比如 ^[[D → 将光标向左移动）；
不过也有例外，比如终端在接收到 Ctrl + C 组合键时，不会把这个按键转发给当前的程序，而是会发送一个 SIGINT 信号（默认情况下，这会导致进程终止）。其他类似的特殊组合键有 Ctrl-Z 与 Ctrl-\ 等，可以通过 stty -a 命令查看当前终端的设置。

Shell 发出类似「把前景色改为红色（控制序列为 \033[31m）」「显示 foo」等指令；
终端接收这些指令，并且照着 Shell 说的做，于是你就看到了终端上输出了一行红色的 foo。

除非被重定向，否则 Shell 永远不会知道它所执行命令的输出结果。我们可以在终端窗口中上下翻页查看过去的输出内容，这完全是终端提供的 feature，与 Shell 没有半毛钱关系；
命令提示符 (Prompt) 是一个完全的 Shell 概念，与终端无关；
行编辑、输入历史与自动补全等功能是由 Shell 提供的（比如 fish 这个 Shell 就有着很好用的历史命令与命令自动补全功能）。不过终端也能自己实现这些功能，比如说 XShell 这个终端模拟器就可以在本地写完一行命令，然后整条发送给远程服务器中的 Shell（在连接状况不佳时很有用，不然打个字都要卡半天）；
终端中的复制粘贴功能（Shift + Insert 或者鼠标右键等）基本上都是由终端提供的。举个例子，Windows 默认的终端对于复制粘贴的支持很屎，而换一个终端（例如 ConEmu）后就可以很好地支持复制粘贴。不过 Shell 以及其他命令行程序也可以提供自己的复制粘贴机制（例如 vim）。

#include
#include
#include
#include
#include
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#define TTY0 “/dev/pts/0”
#define TTY1 “/dev/pts/12”
#define TTY2 “/dev/pts/14”
#define TTY3 “/dev/pts/3”

void tty_write(char* tty,char* buff)
{
int fd=-1;
fd=open(tty,O_RDWR);
if(fd<0)
{
printf(“open errror\n”);
//perror(“open tty error\n”);
exit(-1);
}
write(fd,buff,strlen(buff));
close(fd);
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
char buff[]=”test tty… \n”;
char tty[32]={0};
strcpy(tty,TTY1);
tty_write(tty,buff);
strcpy(tty,TTY2);
tty_write(tty,buff);

strcpy(tty,TTY0);

tty_write(tty,buff);

return 0; }

//msg_send.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MAX_TEXT 512
typedef struct my_msg_st{
long int my_msg_type;
char some_text[MAX_TEXT];
} my_msg_st;

//Linux c消息队列的使用
int main(int argc, char const argv[])
{
int running=1;
my_msg_st some_data;
int msgid;
char buffer[BUFSIZ];
printf(“BUFSIZ=%d\n”, BUFSIZ);
msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);
if(msgid==-1)
{
fprintf(stderr, “msgget failed with error:%s\n”, strerror(errno));
exit(-1);
}
while(running)
{
printf(“enter some text:\n”);
fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);
some_data.my_msg_type=1;//初始化消息类型
strcpy(some_data.some_text,buffer);
//添加到消息队列
if(msgsnd(msgid,(void)&some_data,MAX_TEXT,0)==-1)
{
fprintf(stderr, “msgsnd failed\n”);
exit(-1);
}
if(strncmp(buffer,”end”,3)==0)
{
running=0;
}
system(“ipcs -q”);
}
return 0;
}

//msg_recv.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MAX_TEXT 512
typedef struct my_msg_st{
long int my_msg_type;
char some_text[MAX_TEXT];
} my_msg_st;

//Linux c消息队列的使用
int main(int argc, char const *argv[])
{
int running=1;
my_msg_st some_data;
int msgid;
long int msg_to_receive=0;//消息类型

msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);

if(msgid==-1)

{

	fprintf(stderr, "msgget failed with error:%s\n", strerror(errno));

	exit(-1);

}

while(running)

{

	//从消息队列获取消息，要指定消息类型

	if(msgrcv(msgid,(void*)&some_data,MAX_TEXT,msg_to_receive,0)==-1)

	{

		fprintf(stderr, "msgsnd failed\n");

		exit(-1);

	}

	printf("You write:%s\n", some_data.some_text);

	if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)

	{

		running=0;

	}

}

if(msgctl(msgid,IPC_RMID,0)==-1)

{

	fprintf(stderr, "msgctl IPC_RMID failed\n");

	exit(-1);

}

return 0; }

Category linux