摘要：每次在命令行中輸入一串命令，敲入回車，終端進(jìn)程都會一個子進(jìn)程，用來執(zhí)行輸入的命令，終端進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用監(jiān)聽子進(jìn)程退出，同時通過暴露的輸出子進(jìn)程執(zhí)行信息。父進(jìn)程通過創(chuàng)建該的實現(xiàn)向子進(jìn)程從設(shè)備的輸入輸出。

terminal（命令行）作為本地IDE普遍擁有的功能，對項目的git操作以及文件操作有著非常強(qiáng)大的支持。對于WebIDE，在沒有web偽終端的情況下，僅僅提供封裝的命令行接口是完全不能滿足開發(fā)者使用，因此為了更好的用戶體驗，web偽終端的開發(fā)也就提上日程。

關(guān)于終端（tty）與偽終端（pty）的區(qū)別，大家可以參考What do pty and tty mean?

終端，在我們認(rèn)知范圍內(nèi)略同于命令行工具，通俗點(diǎn)說就是可以執(zhí)行shell的進(jìn)程。每次在命令行中輸入一串命令，敲入回車，終端進(jìn)程都會fork一個子進(jìn)程，用來執(zhí)行輸入的命令，終端進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用wait4()監(jiān)聽子進(jìn)程退出，同時通過暴露的stdout輸出子進(jìn)程執(zhí)行信息。

如果在web端實現(xiàn)一個類似于本地化的終端功能，需要做的可能會更多：網(wǎng)絡(luò)時延及可靠性保證、shell用戶體驗盡量接近本地化、web終端UI寬高與輸出信息適配、安全準(zhǔn)入控制與權(quán)限管理等。在具體實現(xiàn)web終端之前，需要評估這些功能那些是最核心的，很明確：shell的功能實現(xiàn)及用戶體驗、安全性（web終端是在線上服務(wù)器中提供的一個功能，因此安全性是必須要保證的）。只有在保證這兩個功能的前提下，web偽終端才可以正式上線。

下面首先針對這兩個功能考慮下技術(shù)實現(xiàn)（服務(wù)端技術(shù)采用nodejs）：

node原生模塊提供了repl模塊，它可以用來實現(xiàn)交互式輸入并執(zhí)行輸出，同時提供tab補(bǔ)全功能，自定義輸出樣式等功能，可是它只能執(zhí)行node相關(guān)命令，因此無法達(dá)到我們想要執(zhí)行系統(tǒng)shell的目的

node原生模塊child_porcess，它提供了spawn這種封裝了底層libuv的uv_spawn函數(shù)，底層執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用fork和execvp，執(zhí)行shell命令。但是它未提供偽終端的其它特點(diǎn)，如tab自動補(bǔ)全、方向鍵顯示歷史命令等操作

因此，服務(wù)端采用node的原生模塊是無法實現(xiàn)一個偽終端的，需要繼續(xù)探索偽終端的原理和node端的實現(xiàn)方向。

偽終端不是真正的終端，而是內(nèi)核提供的一個“服務(wù)”。終端服務(wù)通常包括三層：

最頂層提供給字符設(shè)備的輸入輸出接口

中間層的線路規(guī)程（line discipline）

底層的硬件驅(qū)動

其中，最頂層的接口往往通過系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)實現(xiàn)，如（read，write）；而底層的硬件驅(qū)動程序則負(fù)責(zé)偽終端的主從設(shè)備通信，它由內(nèi)核提供；線路規(guī)程看起來則比較抽象，但是實際上從功能上說它負(fù)責(zé)輸入輸出信息的“加工”，如處理輸入過程中的中斷字符（ctrl + c）以及一些回退字符（backspace 和 delete）等，同時轉(zhuǎn)換輸出的換行符n為rn等。

一個偽終端分為兩部分：主設(shè)備和從設(shè)備，他們底層通過實現(xiàn)默認(rèn)線路規(guī)程的雙向管道連接（硬件驅(qū)動）。偽終端主設(shè)備的任何輸入都會反映到從設(shè)備上，反之亦然。從設(shè)備的輸出信息也通過管道發(fā)送給主設(shè)備，這樣可以在偽終端的從設(shè)備中執(zhí)行shell，完成終端的功能。

偽終端的從設(shè)備中，可以真實的模擬終端的tab補(bǔ)全和其他的shell特殊命令，因此在node原生模塊不能滿足需求的前提下，我們需要把目光放到底層，看看OS提供了什么功能。目前，glibc庫提供了posix_openpt接口，不過流程有些繁瑣：

使用posix_openpt打開一個偽終端主設(shè)備

grantpt設(shè)置從設(shè)備的權(quán)限

unlockpt解鎖對應(yīng)的從設(shè)備

獲取從設(shè)備名稱（類似 /dev/pts/123）

主（從）設(shè)備讀寫，執(zhí)行操作

因此出現(xiàn)了封裝更好的pty庫，僅僅通過一個forkpty函數(shù)便可以實現(xiàn)上述所有功能。通過編寫一個node的c++擴(kuò)展模塊，搭配pty庫實現(xiàn)一個在偽終端從設(shè)備執(zhí)行命令行的terminal。

關(guān)于偽終端安全性的問題，我們在文章的最后在進(jìn)行討論。

根據(jù)偽終端的主從設(shè)備的特性，我們在主設(shè)備所在的父進(jìn)程中管理偽終端的生命周期及其資源，在從設(shè)備所在的子進(jìn)程中執(zhí)行shell，執(zhí)行過程中的信息及結(jié)果通過雙向管道傳輸給主設(shè)備，由主設(shè)備所在的進(jìn)程向外提供stdout。

在此處借鑒pty.js的實現(xiàn)思路：

  pid_t pid = pty_forkpty(&master, name, NULL, &winp);

  switch (pid) {
    case -1:
      return Nan::ThrowError("forkpty(3) failed.");
    case 0:
      if (strlen(cwd)) chdir(cwd);

      if (uid != -1 && gid != -1) {
        if (setgid(gid) == -1) {
          perror("setgid(2) failed.");
          _exit(1);
        }
        if (setuid(uid) == -1) {
          perror("setuid(2) failed.");
          _exit(1);
        }
      }

      pty_execvpe(argv[0], argv, env);

      perror("execvp(3) failed.");
      _exit(1);
    default:
      if (pty_nonblock(master) == -1) {
        return Nan::ThrowError("Could not set master fd to nonblocking.");
      }

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