Текст книги "Основы программирования в Linux"

Автор книги: Нейл Мэтью

Соавторы: Ричард Стоунс
сообщить о нарушении

Текущая страница: 18 (всего у книги 67 страниц)

Диалог с терминалом

Если нужно защитить части вашей программы, взаимодействующие с пользователем, от перенаправления, но разрешить его для других входных и выходных данных, вы должны отделить общение с пользователем от потоков stdout и stderr. Это можно сделать, непосредственно считывая данные с терминала и прямо записывая данные на терминал. Поскольку ОС Linux с самого начала создавалась, как многопользовательская система, включающая, как правило, множество терминалов, как непосредственно подсоединенных, так и подключенных по сети, как вы сможете определить тот терминал, который следует использовать?

К счастью, Linux и UNIX облегчают жизнь, предоставляя специальное устройство /dev/tty, которое всегда является текущим терминалом или сеансом работы в системе (login session). Поскольку ОС Linux все интерпретирует как файлы, вы можете выполнять обычные файловые операции для чтения с устройства /dev/tty и записи на него.

В упражнении 5.3 вы исправите программу выбора пункта меню так, чтобы можно было передавать параметры в подпрограмму getchoice и благодаря этому лучше управлять выводом. Назовите ее menu3.c.

Упражнение 5.3. Применение /dev/tty

Загрузите файл menu2.c и измените программный код так, чтобы входные и выходные данные приходили с устройства /dev/tty и направлялись на это устройство.

#include

#include

#include

char *menu[] = {

 «a – add new record», «d – delete record», «q – quit», NULL,

};

int getchoice(char* greet, char* choices[], FILE* in, FILE* out);

int main() {

 int choice = 0;

 FILE* input;

 FILE* output;

 if (!isatty(fileno(stdout))) {

  fprintf(stderr, «You are not a terminal, OK.n»);

 }

 input = fopen(«/dev/tty», "r");

 output = fopen(«/dev/tty», "w");

 if (!input || !output) {

  fprintf(stderr, «Unable to open /dev/ttyn»);

  exit(1);

 }

 do {

  choice = getchoice(«Please select an action», menu, input, output);

  printf(«You have chosen: %cn», choice);

 } while (choice != 'q');

 exit(0);

}

int getchoice(char* greet, char *choices[], FILE* in, FILE *out) {

 int chosen = 0;

 int selected;

 char **option;

 do {

  fprintf(out, «Choice: %sn», greet);

  option = choices;

  while (*option) {

   fprintf(out, «%sn», *option);

   option++;

  }

  do {

   selected = fgetc(in);

  } while(selected == 'n');

  option = choices;

  while (*option) {

   if (selected == *option[0]) {

    chosen = 1;

    break;

   }

   option++;

  }

  if (!chosen) {

   fprintf(out, «Incorrect choice, select againn»);

  }

 } while (!chosen);

 return selected;

}

Теперь, когда вы выполните программу с перенаправленным выводом, вы сможете увидеть строки приглашения, а стандартный вывод программы (обозначающий выбранные пункты меню) перенаправляется в файл, который можно просмотреть позже:

$ ./menu3 > file

You are not a terminal, OK.

Choice: Please select an action

a – add new record

d – delete record

q – quit

d

Choice: Please select an action

a – add new record

d – delete record

q – quit

q

$ cat file

You have chosen: d

You have chosen: q

Драйвер терминала A и общий терминальный интерфейс

Иногда программе нужно более мощные средства управления терминалами, чем простые файловые операции. ОС Linux предоставляет ряд интерфейсов, позволяющих управлять поведением драйвера терминала и обеспечивающих больше возможностей управления вводом и выводом терминала.

Обзор

Как показано на рис. 5.1, вы можете управлять терминалом с помощью вызовов набора функций общего терминального интерфейса (General Terminal Interface, GTI), разделяя их на применяемые для чтения и для записи. Такой подход сохраняет ясность интерфейса данных (чтение/запись), позволяя при этом искусно управлять поведением терминала. Нельзя сказать, что терминальный интерфейс ввода/вывода очень понятен – он вынужден иметь дело с множеством разнообразных физических устройств.

Рис. 5.1

В терминологии UNIX управляющий интерфейс устанавливает «порядок обслуживания линий», обеспечивающий программе ощутимую гибкость в задании поведения драйвера терминала.

К основным функциям, которыми вы можете управлять, относятся следующие:

□ редактирование строки – применение для редактирования клавиши ;

□ буферизация – считывание символов сразу или после настраиваемой задержки;

□ отображение – управление отображением так же, как при считывании паролей;

□ CR/LF – отображение для ввода и вывода: что происходит при выводе символа перевода строки (n);

□ скорости передачи данных по линии – редко применяется для консоли ПК, эти скорости очень важны для модемов и терминалов на линиях последовательной передачи.

Аппаратная модель

Перед тем как подробно рассматривать общий терминальный интерфейс, очень важно проанализировать аппаратную модель, предназначенную для управления.

Концептуальная схема (физическая модель на некоторых старых узлах UNIX подобна данной) включает машину с ОС UNIX, подключенную через последовательный порт с модемом и далее по телефонной линии с другим модемом к удаленному терминалу (рис. 5.2). На деле это просто вариант установки, применявшийся некоторыми малыми провайдерами интернет-услуг "на заре туманной юности" Интернета. Эта модель отдаленно напоминает организацию "клиент – сервер", при использовании которой программа выполняется на большом компьютере, а пользователи работают на терминалах ввода/вывода.

Рис. 5.2

Если вы работаете на ПК под управлением ОС Linux, эта модель может показаться чересчур сложной. Однако, поскольку у обоих авторов есть модемы, мы можем при желании использовать программу эмуляции терминала, например, minicom для запуска удаленного сеанса работы в системе на любой другой машине, подобной этой, с помощью пары модемов и телефонной линии связи. Конечно, сегодня быстрый широкополосный доступ вытеснил из потребления эту рабочую модель, но она до сих пор не лишена некоторых достоинств.

Преимущество применения этой аппаратной модели заключается в том, что в большинстве реальных ситуаций возникает потребность в некотором сокращенном варианте этого наиболее сложного случая. Удовлетворить эти потребности будет гораздо легче, если приведенная модель сохранит подобные функциональные возможности.

Структура типа termios

Тип termios – стандартный интерфейс, заданный стандартом POSIX и похожий на интерфейс termio системы System V. Интерфейс терминала управляется значениями в структуре типа termios и использует небольшой набор вызовов функций. И то и другое определено в заголовочном файле termios.h.

Примечание

Программы, применяющие вызовы функций, определенных в файле termios.h, нуждаются в компоновке с соответствующей библиотекой функций. Ею может быть в зависимости от установленной у вас системы просто стандартная библиотека С или библиотека curses. При необходимости во время компиляции примеров этой главы добавьте аргумент -lcurses в конец строки команды компиляции. В некоторых более старых системах Linux библиотека curses представлена в версии, известной под названием «new curses». В этих случаях имя библиотеки и аргумент компоновки становятся ncurses и -lncurses соответственно.

Значения, которые можно изменять для управления терминалом, разделены на группы, относящиеся к следующим режимам:

□ ввод;

□ вывод;

□ управление;

□ локальный;

□ специальные управляющие символы.

Минимальная структура типа termios обычно объявляется следующим образом (хотя в стандарте X/Open разрешено включение дополнительных полей):

#include

struct termios {

 tcflag_t c_iflag;

 tcflag_t c_oflag;

 tcflag_t c_cflag;

 tcflag_t c_lflag;

 cc_t c_cc[NCCS];

};

Имена элементов структуры соответствуют пяти типам параметров из предыдущего перечня.

Инициализировать структуру типа termios для терминала можно, вызвав функцию tcgetattr со следующим прототипом или описанием:

#include

int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);

Этот вызов записывает текущие значения переменных интерфейса терминала в структуру, на которую указывает параметр termios_p. Если впоследствии эти значения будут изменены, вы сможете перенастроить интерфейс терминала с помощью функции tcsetattr следующим образом:

#include

int tcsetattr(int fd, int actions, const struct termios *termios_p);

Поле actions функции tcsetattr управляет способом внесения изменений. Есть три варианта:

□ TCSANOW – изменяет значения сразу;

□ TSCADRAIN – изменяет значения, когда текущий вывод завершен;

□ TCSAFLUSH – изменяет значения, когда текущий вывод завершен, но отбрасывает любой ввод, доступный в текущий момент и все еще не возвращенный вызовом read.

Примечание

Учтите, что для программ очень важно восстановить настройки терминала, действующие до начала выполнения программы. За первоначальное сохранение значений и их восстановление после завершения выполнения всегда отвечает программа.

Теперь рассмотрим более подробно режимы и связанные с ними вызовы функций. Некоторые характеристики режимов довольно специализированные и редко применяются, поэтому мы остановимся только на основных. Если вы хотите знать больше, просмотрите страницы интерактивного справочного руководства вашей системы либо скопируйте стандарт POSIX или X/Open.

Наиболее важный режим, который следует принять во внимание при первом прочтении, – локальный (local). Канонический и неканонический режимы – решение второй проблемы в вашем первом приложении: пользователь должен нажимать клавишу или для чтения программой входных данных. Вам следует заставить программу ждать всю строку ввода или набрасываться на ввод, как только он набран на клавиатуре.

Режимы ввода

Режимы ввода управляют тем, как обрабатывается ввод (символы, полученные драйвером терминала от последовательного порта или клавиатуры) до передачи его в программу. Вы управляете вводом, устанавливая флаги в элементе c_iflag структуры termios. Все флаги определены как макросы и могут комбинироваться с помощью поразрядной операции OR. Это свойственно всем режимам терминала.

В элементе c_iflag могут применяться следующие макросы:

□ BRKINT – генерирует прерывание, когда в линии связи обнаруживается разрыв (потеря соединения);

□ IGNBRK – игнорирует разрывы соединения в линии связи;

□ ICRNL – преобразует полученный символ возврата каретки в символ перехода на новую строку;

□ IGNCR – игнорирует полученные символы возврата каретки;

□ INLCR – преобразует полученные символы перехода на новую строку в символы возврата каретки;

□ IGNPAR – игнорирует символы с ошибками четности;

□ INCPK – выполняет контроль четности у полученных символов;

□ PARMRK – помечает ошибки четности;

□ ISTRIP – обрезает (до семи битов) все входные символы;

□ IXOFF – включает программное управление потоком при вводе;

□ IXON – включает программное управление потоком при выводе.

Примечание

Если флаги BRKINT и IGNBRK не установлены, сбой на линии связи считывается как символ NULL (0x00).

Вам не придется часто изменять режимы ввода, поскольку обычно стандартные значения – наиболее подходящие, и поэтому мы больше не будем их обсуждать.

Режимы вывода

Эти режимы управляют способом обработки выводимых символов, т.е. тем, как символы, полученные от программы, обрабатываются перед передачей на последовательный порт или экран. Как и следовало ожидать, многие из них – оборотная сторона режимов ввода. Есть несколько дополнительных флагов, которые связаны в основном с разрешениями для медленных терминалов, которым требуется время для обработки таких символов, как возвраты каретки. Почти все они либо избыточны (поскольку терминалы стали быстрее) или лучше обрабатываются с помощью базы данных характеристик терминала terminfo, которую вы примените позже в этой главе.

Вы управляете режимами вывода, устанавливая флаги элемента c_oflag структуры типа termios. В элементе c_oflag могут применяться следующие макросы:

□ OPOST – включает обработку вывода;

□ ONLCR – преобразует в символ перевода строки пару символов возврат каретки/перевод строки;

□ OCRNL – преобразует любой символ возврата каретки в выводе в символ перевода строки;

□ ONOCR – не выводит символ возврата каретки в столбце 0;

□ ONLRET – символ перехода на новую строку выполняет возврат каретки;

□ OFILL – посылает символы заполнения для формирования задержки;

□ OFDEL – применяет символ DEL как заполнитель вместо символа NULL;

□ NLDLY – выбор задержки для символа перехода на новую строку;

□ CRDLY – выбор задержки для символа возврата каретки;

□ TABDLY – выбор задержки для символа табуляции;

□ BSDLY – выбор задержки для символа Backspace;

□ VTDLY – выбор задержки для символа вертикальной табуляции;

□ FFDLY – выбор задержки для символа прокрутки страницы.

Примечание

Если флаг OPOST не установлен, все остальные флаги игнорируются.

Режимы вывода тоже обычно не используются, поэтому мы не будем их обсуждать в дальнейшем.

Режимы управления

Эти режимы управляют аппаратными характеристиками терминала. Вы задаете режимы управления, устанавливая флаги элемента c_cflag структуры типа termios, включающие следующие макросы:

□ CLOCAL – игнорирует управление линиями с помощью модема;

□ CREAD – включает прием символов;

□ CS5 – использует пять битов в отправляемых и принимаемых символах;

□ CS6 – использует шесть битов в отправляемых и принимаемых символах;

□ CS7 – использует семь битов в отправляемых и принимаемых символах;

□ CS8 – использует восемь битов в отправляемых и принимаемых символах;

□ CSTOPB – устанавливает два стоповых бита вместо одного;

□ HUPCL – выключает управление линиями модема при закрытии;

□ PARENB – включает генерацию и проверку четности;

□ PARODD – применяет контроль нечетности вместо контроля четности.

Примечание

Если драйвер терминала обнаруживает, что последний дескриптор файла, ссылающийся на терминал, закрыт и при этом флаг HUPCL установлен, он устанавливает линии управления модема в состояние останова (hang-up).

Режимы управления применяются в основном при подключении к модему последовательной линии связи, хотя их можно использовать и при диалоге с терминалом. Обычно легче изменить настройку терминала, чем изменять стандартное поведение линий связи с помощью режимов управления структуры termios.

Локальные режимы

Эти режимы управляют разнообразными характеристиками терминала. Вы можете задать локальный режим, устанавливая флаги элемента c_iflag структуры termios с помощью следующих макросов:

□ ECHO – включает локальное отображение вводимых символов;

□ ECHOE – выполняет комбинацию Backspace, Space, Backspace при получении символа ERASE (стереть);

□ ECHOK – стирает строку при получении символа KILL;

□ ECHONL – отображает символы перехода на новую строку;

□ ICANON – включает стандартную обработку ввода (см. текст, следующий за данным перечнем);

□ IEXTEN – включает функции, зависящие от реализации;

□ ISIG – включает генерацию сигналов;

□ NOFLSH – отключает немедленную запись очередей;

□ TOSTOP – посылает сигнал фоновым процессам при попытке записи.

Два самых важных флага в этой группе – ECHO, позволяющий подавлять отображение вводимых символов, и ICANON, переключающий терминал в один из двух различных режимов обработки принимаемых символов. Если установлен флаг ICANON, говорится, что строка в каноническом режиме, если нет, то строка в неканоническом режиме.

Специальные управляющие символы

Специальные управляющие символы – это коллекция символов подобных символам от комбинации клавиш +, действующих особым образом, когда пользователь вводит их. В элементе c_cc структуры termios содержатся символы, отображенные на поддерживаемые функции. Позиция каждого символа (его номер в массиве) определяется макросом, других ограничений для управляющих символов не задано.

Массив c_cc используется двумя очень разными способами, зависящими от того, установлен для терминала канонический режим (т.е. установлен флаг ICANON в элементе c_lflag структуры termios) или нет.

Важно понять, что в двух разных режимах есть некоторое взаимное наложение при применении номеров элементов массива. По этой причине никогда не следует смешивать значения для этих двух режимов.

Для канонического режима применяются следующие индексы:

□ VEOF – символ EOF;

□ VEOL – дополнительный символ конца строки EOL;

□ VERASE – символ ERASE;

□ VINTR – символ прерывания INTR;

□ VKILL – символ уничтожения KILL;

□ VQUIT – символ завершения QUIT;

□ VSUSP – символ приостанова SUSP;

□ VSTART – символ запуска START;

□ VSTOP – символ останова STOP.

Для канонического режима применяются следующие индексы:

□ VINTR – символ INTR;

□ VMIN – минимальное значение MIN;

□ VQUIT – символ QUIT;

□ VSUSP – символ SUSP;

□ VTIME – время ожидания TIME;

□ VSTART – символ START;

□ VSTOP – символ STOP.

Символы

Поскольку для более сложной обработки вводимых символов специальные символы и неканонические значения очень важны, мы описываем их в табл. 5.1.

Таблица 5.1

INTR	Заставляет драйвер терминала отправить сигнал SIGINT процессам, подключенным к терминалу. Мы обсудим сигналы более подробно в главе 11
QUIT	Заставляет драйвер терминала отправить сигнал SIGQUIT процессам, подключенным к терминалу
ERASE	Заставляет драйвер терминала удалить последний символ в строке
KILL	Заставляет драйвер терминала удалить всю строку
EOF	Заставляет драйвер терминала передать все символы строки во ввод, считываемый приложением. Если строка пустая, вызов read вернет ноль символов, как будто он встретил на конец файла
EOL	Действует как ограничитель строки в дополнение к более привычному символу перехода на новую строку
SUSP	Заставляет драйвер терминала послать сигнал SIGSUSP процессам, подключенным к терминалу. Если ваша система UNIX поддерживает управление заданиями, текущее приложение будет приостановлено
STOP	Действует как «прерыватель потока», т. е. прекращает дальнейший вывод на терминал. Применяется для поддержки управления потоком XON/XOFF и обычно задается как ASCII-символ XOFF (+)
START	Возобновляет вывод после символа STOP, часто ASCII-символ XON

Значения TIME и MIN

Значения TIME и MIN применяются только в неканоническом режиме и действуют вместе для управления считыванием входных данных. Вместе они управляют действиями при попытке программы прочесть дескриптор файла, ассоциированный с терминалом.

Возможны четыре варианта.

□ MIN = 0 и TIME = 0. В этом случае вызов read всегда завершается сразу же. Если какие-то символы доступны, они будут возвращены, если нет, то read вернет ноль, и никакие символы не будут считаны.

□ MIN = 0 и TIME > 0. В этом случае вызов read завершится, когда все доступные символы будут считаны или когда пройдет TIME десятых долей секунды. Если нет прочитанных символов из-за превышения отпущенного времени, read вернет 0. В противном случае он вернет количество прочитанных символов.

□ MIN > 0 и TIME = 0. В этом случае вызов read будет ждать до тех пор, пока можно будет считать MIN символов, и затем вернет это количество символов. В случае конца файла возвращается 0.

□ MIN > 0 и TIME > 0. Это самый сложный случай. После вызова read ждет получения символа. Когда первый символ получен, каждый раз при получении последующего символа запускается межсимвольный таймер (или перезапускается, если он уже был запущен). Вызов read завершится, когда либо можно будет считать MIN символов, либо межсимвольное время превысит TIME десятых долей секунды. Это может пригодиться для подсчета разницы между единственным нажатием клавиши и запуском функциональной клавиатурной escape-последовательности. Тем не менее следует знать, что сетевые соединения или высокая загрузка процессора могут полностью стереть такие полезные сведения о времени.

Установив неканонический режим и используя значения MIN и TIME, программы могут выполнять посимвольную обработку ввода.

Доступ к режимам терминала из командной оболочки

Если вы хотите просмотреть параметры termios, находясь в командной оболочке, примените следующую команду для получения их списка:

$ stty -a

На установленных у авторов системах Linux, обладающих структурами termios с некоторыми расширениями по сравнению со стандартными, получен следующий вывод:

speed 38400 baud; rows 24; columns 80; line = 0;

intr = ^C; quit = ^; erase = ^?; kill = ^U; eof = ^D; eol = ;

eol2 = ; swtch = ; start = ^Q; stop = ^S; susp = ^Z; rprnt = ^R;

werase = ^W; lnext = ^V; flush = ^O, min = 1; time = 0;

-parenb -parodd cs8 -hupcl -cstopb cread -clocal -crtscts

-ignbrk -brkint -ignpar -parmirk -inpck -istrip -inlcr -igncr icrnl -ixon -ixoff

-iuclc -ixany -imaxbe1 iutf8

opost -olcuc -ocrnl onlcr -onocr -onlret -ofill -ofdel n10 cr0 tab0 bs0 vt0 ff0

isig icanon iexten echo echoe echok -echonl -noflsh -xcase -tostop -echoprt

echoctl echoke

Среди прочего, как видите, символ EOF – это +, и включено отображение. Экспериментируя с установками терминала, легко получить в результате терминал в нестандартном режиме, что затруднит его дальнейшее использование. Есть несколько способов справиться с этой трудностью.

□ Первый способ – применить следующую команду, если ваша версия stty поддерживает ее:

$ stty sane

Если вы потеряли преобразование клавиши возврата каретки в символ перехода на новую строку (который завершает строку), возможно, потребуется ввести stty sane, но вместо нажатия клавиши нажать комбинацию клавиш + (которая обозначает переход на новую строку).

□ Второй способ – применить команду stty -g и записать текущие установки stty в форму, готовую к повторному считыванию. В командной строке вы можете набрать следующее:

$ stty -g > save_stty

...

<эксперименты с параметрами>

...

$ stty $(cat save_stty)

В финальной команде stty вам все еще придется использовать комбинацию клавиш + вместо клавиши . Ту же самую методику можно применить и в сценариях командной оболочки.

save_stty="$(stty -g)"

<изменение stty-параметров>

stty $save_stty

□ Если вы все еще в тупике, третий способ – перейти на другой терминал, применить команду ps для поиска оболочки, которую вы сделали непригодной, и затем использовать команду kill hup <id процесса> для принудительного завершения этой командной оболочки. Поскольку перед выводом регистрационного приглашения параметры stty всегда восстанавливаются, у вас появится возможность нормально зарегистрироваться в системе еще раз.

Задание режимов терминала из командной строки

Вы также можете применять команду stty для установки режимов терминалов непосредственно из командной строки.

Для установки режима, в котором ваш сценарий командной оболочки сможет выполнять посимвольное считывание, вы должны отключить канонический режим и задать 1 и 0. Команда будет выглядеть следующим образом:

$ stty -icanon min 1 time 0

Теперь терминал будет считывать символы немедленно, вы можете попробовать выполнить еще раз первую программу menu1. Вы увидите, что она работает, как первоначально и предполагалось.

Вы также могли бы улучшить вашу попытку проверки пароля (см. главу 2), отключив отображение перед приглашением ввести пароль. Команда, выполняющая это действие, должна быть следующей:

$ stty -echo

Примечание

Не забудьте применить команду stty echo для возврата отображения после ваших экспериментов!