问题描述

经常听见人们提起 shell、terminal、console、tty 这些术语，但是界限非常模糊，心中不免疑惑：它们只是同种东西的不同名称么？如果不是，那么它们分别指的是什么呢？还有在命令 ps(1) 的输出中的 TTY 列代表着什么？而 pts 又是什么东西呢？我们将带着这些问题，从最易理解、最常用的开始，逐步梳理这些概念并进行区分。

在这个行当里，很多东西（概念）都有一段演变历史。当你知道了这段历史，你就知道了这个东西的由来。有些东西不是直接创造出来的，它们是演变来的。

Shell

Shell 是最容易理解的，之所以这么说是因为我们日常接触的最多、使用的最多。Shell 个程序（简单地说），命令行解释器，它获得键盘输入的命令并交由操作系统来执行。在 Linux 中，类似的程序有 bash，zsh，csh 等等，它们都是 Shell 程序。在 Windows 中，我们熟知的 CMD 程序就属于 Shell 程序。

在维基百科的描述中，Shell 是指访问计算机服务的用户接口，可以是命令行接口（CLI），也可以是图形化接口（GUI），这取决于计算机的用途与角色。之所以称之为 Shell 是因为它是操作系统的最外层。我们常说的 Shell 并不是它的标准定义，而是指命令行接口（CLI）。在过去里，这是用户可与操作系统交互的仅有方式。

但是注意 XTerm，GNOME Terminal，konsole，rxvt 这些并不是 Shell 程序，它们是终端仿真器（后面会介绍）。

TTY, Console and Terminal

它们是文本输入/输出环境。

计算机的早期……

在 1869 年发明 证券报价机，机电设备，由 打字机、很长的电线对、纸带打印机 组成，目的是为了在长距离内实时传送股票价格。这个概念渐渐地进化出更快的、基于 ASCII 码的 电传打字机。

通过大型网络（Telex Network），电传打字机 被连接到世界各地，用于传送商业电报，但是此时的 电传打字机 还没有被链接到计算机上。

与此同时，计算机虽然体积庞大、价格昂贵，但是可以执行多任务、功能强大足以与用户实时交互。

当命令行模式替代旧时的批处理模式时，电传打字机被用作输入输出设备（因为因为它在市面上随处可见）。命令行属于交互模式，自然需要输入输出设备。

在市面上有很多类型的电传打字机，只是存在微小差异，因此需要引入软件兼容性层。在 Unix 中，由操作系统处理低层细节，诸如字长，波特率，流量控制，奇偶校验，基本行编辑的控制代码等。在 1970 年代后期，通过诸如 VT-100 之类的固态视频终端使花式光标移动、色彩输出、其他高级功能成为现实。

终端的使用案例（早期）

终端 ===物理线路===>>> UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，在计算机上） => UART driver（在内核中）

UART driver，管理字节的物理传输，包括奇偶校验、流控制。在简单的系统中，UART driver 随后会将传入字节直接传递给某些应用程序进程。但是这种方法将缺少以下基本功能：

UART driver，Line discipline，TTY dirver 这三者合在一起被称之为 TTY device，或者简称为 TTY。

通过操作 /dev 下的设备文件，进程可以影响 TTY device 行为，当然这需要具有设备文件的写入权限。因此在用户登录时，用户必须成为该设备文件的所有者，正也是 login 程序的工作，使用 root 权限运行，然后提示用户登录。

当然实际的物理线路可能会复杂些：

但是也没有太大的变化，除了操作系统必须处理 Modem 挂起的情况。

典型的桌面系统（现代）

随着技术进步，很多东西都已经被替代，我们很难见到电传打字机、视频终端。我们现在见到的 TTY 都是视频终端的模拟，通过软件模拟实物。正如我们所见到的那样，概念一直保留到现在。

下面是 Linux 控制台的工作流程：

如图所示 TTY driver 与 line discipline 如同以前，但是 UART、Terminal 已经不存在了。取而代之的是使用软件模拟视频终端，并渲染到VGA 显示器。

控制台子系统有些僵化。如果将终端仿真移到用户区，事情将变得更加灵活（抽象）。下面是 XTerm 以起复制程序的工作图：

为了将终端仿真移动到用户空间，并保留 TTY 子系统（会话管理，行编辑），因此 pseudo terminal 或 pty 被发明。

# 旧的内容 #

Consle，TTY，Terminal，它们密切相关。本来它们指的是与计算机交互的一台设备：在 Unix 早期中，是电传打印机（Teleprinter）样式的设备，像打字机（Typewriter），有时称为电传打字机（teletypewriter, tty）。“Terminal”是从电子的角度看，而“Console”是从家具的角度看。在 UNIX 很早的时期，电子键盘和显示器成为终端（Terminal）的常态。

从 Wikipedia/System console 中， “It is a physical device consisting of a keyboard and a screen, and traditionally is a text terminal, but may also be a graphical terminal. “，所以说终端是某种由键盘、屏幕组成的物理设备。

现代操作系统……

TTY，在 UNIX 术语中是一种特定类型的设备文件，它实现许多在读写之外的附加命令（ioctl）。在多数情况下，Terminal 与 TTY 同义。有些 TTY 由内核提供，代表一台硬件设备，例如来自键盘的输入与去往屏幕的输出。其他 TTY，有时称为 pseudo-ttys，由终端仿真器提供，比如 XTerm、Scrre、SSH 等等。

Terminal 还有设备的更传统含义 —— 通过设备可以与计算机交互，通常是键盘与显示。例如，X Terminal 是一种瘦客户端，是一种特殊用途的计算机，只用于驱动键盘、鼠标、显示器及其他设备，而实际的应用程序运行在其他远程计算机中。

Console 通常是物理意义上的终端，在某些定义中是直连到机器的终端。在操作系统中，Console 作为 TTY 出现。在某些系统（Linux，FreeBSD）中，Console 作为 TTY 出现（可以使用快捷键切换）；有时候称之为 “console”, ”virtual console”, ”virtual terminal”或者其他的名字，都是在指同种东西。

所以对于我们这些软件层面的用户来说，可以将 TTY，Terminal，Console 视为同等事物，即用于访问计算机的终端设备。而终端仿真器其实也是在仿这三者（如果等同视之），因此我们只需要区分 Terminal 与 Shell 即可。

虚拟终端（Virtual Console）

什么是“真实终端”？如上所述，“真实终端”是访问计算机的终端物理设备。以前的计算机价格昂贵且体积巨大，不能直接放在室内而需要通过终端设备进行访问 —— 这就是需要物理终端的原因。

现在计算机已经非常便宜且体积小巧，已经无需连接物理终端进行访问，但是键盘显示等物理设备还是存在的，所以说终端的概念还是存在的。当我们提到虚拟终端时，则是指提供相同功能的程序。

所以，在 ps(1) 中，输出的 TTY 字段是指连接到系统的虚拟终端。

Terminal Emulator – 终端仿真器

终端仿真器（terminal emulator）是程序，它也属于虚拟终端。运行该程序将打开单个窗口，并让你与 Shell 程序交互。现在有很多终端仿真程序，比如 gnome-terminal, konsole, xterm 等等。

可以说终端仿真器是有图形化界面的 TTY，他们之间的不同在于：TTY 是由操作系统提供的；终端仿真器是运行在 TTY 上的（该 TTY 运行图形化子系统）。

另外注意，终端仿真器是在仿物理终端设备，并不是在仿 Shell，它负责运行 Shell 程序并显示给用户以用于交互操作。

关于 Terminal 与 Shell 的任务

键盘输入：Terminal 将按键转为控制序列（e.g. Left → \e[D），然后 Shell 将控制序列转换为命令（e.g. \e[D → backward-char）

屏幕输出：Shell 发出诸如显示字符串、修改字体背景色、移动光标等等指令，Terminal 则采取相应行动。

复制粘贴：比如 GNOME Terminal 的 Ctrl+Shift+V / Ctrl+Shift+P 等等，完全是在 Terminal 中的概念。在 Shell 中，可能也有复制粘贴的概念，比如 Ctrl+Y / Meta+W 等等。这属于不同机制，虽然行为结果是相同的。

命令提示：如 root@laptop # 样，完全是在 Shell 中的概念。

作业控制（aka. Job Control）：完全是在 Shell 中的概念。

命令输出：Shell 永远都不知道命令执行后的输出（除非重定向），输出历史（滚动功能）是在 Terminal 中的概念。

相关链接

SECURITY NOW / episodes 233, 235, 237, 239 and 241

参考文献

Wikipedia/Shell (computing)
What is “the Shell”?
Wikipedia/System console
What is the exact difference between a ‘terminal’, a ‘shell’, a ‘tty’ and a ‘console’?
Why is a virtual terminal “virtual”, and what/why/where is the “real” terminal?
The TTY demystified
Wikipedia/TTY