Lab 005 · TTY 行规范验证

对应 document/book/07-userland/005/。验证档 A 档:这一章交付的是用户可见的能力——shell 真能交互了(退格编辑、回车提交、Ctrl+C 打断、Ctrl+D 结束输入)。所以验证的核心是真去敲键盘看效果,辅以行规范的 host 单测(纯逻辑)和内核里的机制测(Ctrl+C 真投了 SIGINT)。

目标

确认六件事:

1. 行规范核心是 host 可单测的纯逻辑——test_tty 九个 case 罩住攒行/退格/^C 信号/^D EOF/^U 清行/raw 直通;
2. termios UAPI 对齐 Linux(布局 + c_lflag 位 + c_cc 索引),musl/glibc 拿 TCGETS 读出来能直接用;
3. 接键盘时 VERASE 对齐了设备字节(0x08 不是默认 DEL),不然按退格没反应;
4. stdin 是阻塞读不是忙等(prepare_to_wait + schedule_blocked),EOF 是一次性状态;
5. ioctl 答上 TCGETS/TCSETS/TIOCGWINSZ,经 accessor 走、坏指针 -EFAULT;
6. Ctrl+C 真投 SIGINT 给前台组(机制测证 sig_pending 落了 SIGINT)。

步骤

1. 行规范纯逻辑:host 单测

./build/test/test_tty

应看到 tty tests OK (9 cases)。这九个 case 罩的是 tty.cpp 那块纯逻辑:默认 termios 校验、行积累回显、退格编辑、^C 产信号、^D 空行 EOF、^D 提交无换行、^U 清行、raw 直通、行缓冲溢出丢弃。能 host 单测是因为行规范核心写成纯函数、回显走注入 callback、信号走枚举——不碰 kprintf/signal_send。看一眼单测长什么样:

sed -n '1,30p' test/unit/test_tty.cpp

应看到它自己写 int main() 跑九个 case、注入一个 capture buffer 当 echo sink(不靠内核的 kprintf)。这就是「纯逻辑 + 注入式解耦」换来的可测性。

2. termios UAPI + 行规范状态机

sed -n '32,55p' kernel/drivers/tty/tty.hpp

应看到 struct Termios(iflag/oflag/cflag/lflag/c_line + c_cc[19])+ c_lflag 位常量(kIsig/kIcanon/kEcho/kEchoe/kEchok)+ c_cc 索引(kVintr/kVerase/kVeof)。这些照搬 Linux <asm-generic/termbits.h>,布局/位值/索引都得对齐——musl 拿 TCGETS 读出来要能直接套进它的 struct termios。

再看状态机核心:

sed -n '97,142p' kernel/drivers/tty/tty.cpp

应看到 input_char:ISIG 位开时 ^C/^\/^Z 直接产 kSignal(不进 line_buf_);ICANON 位开时换行 commit_line + kLineReady、^D 空行置 eof_pending_ 返 kEof、^D 非空 commit_line 返 kLineReady(无尾换行)、VERASE 退格 + ECHOE 三连显。

3. 接键盘 + VERASE 设备字节错配

sed -n '30,37p' kernel/drivers/tty/console_tty.cpp

应看到 init() 里 tm.c_cc[kVerase] = 0x08——把默认的 DEL(0x7F)改成 ^H(0x08),因为键盘驱动对 Backspace 键发的是 0x08。两个约定不一致,按退格不触发编辑。旁边还有 set_echo_sink(&ConsoleTty::echo_via_kprintf, ...),把回显指向 kprintf(lock-free,IRQ 上下文能安全调)。

4. 阻塞读 + EOF 状态

sed -n '39,60p' kernel/drivers/tty/console_tty.cpp

应看到 ConsoleTty::read:InterruptGuard 关中断 → read_cooked 有行就返 → take_eof 返 0(EOF)→ reader_ = self + prepare_to_wait → 出 guard 恢复中断 → schedule_blocked。那个关中断的 scope 是 F3 防丢失唤醒铁律:「检查 + 登记 + 标 Blocked」原子。take_eof 一次性消费 eof_pending_,所以 EOF 只交付一次,跟「暂时没行」分开。

确认 sys_read 真的调它:

sed -n '61,66p' kernel/syscall/sys_read.cpp

应看到 fd == 0 走 console_tty().read(...),不再有忙等循环。

5. ioctl 答上 musl/glibc 的探针

sed -n '69,90p' kernel/syscall/sys_ioctl.cpp

应看到 switch 分派:kTcgets(TCGETS,copy_to_user 写 termios)、kTcsets(TCSETS,copy_from_user 读 termios)、kTiocgwinsz(copy_to_user 写固定 80×25 winsize)。每条都经 copy_to/from_user(061 的 accessor),坏用户指针返 -kEfault 不 panic。fd 非 0/1/2 或未知 cmd 返 -ENOTTY。

6. Ctrl+C → SIGINT(机制测证真投了)

sed -n '384,404p' kernel/test/test_syscall.cpp

应看到 test_console_tty_ctrl_c_sends_sigint_to_foreground:造一个 pgid=5 的 Task,set_foreground_pgid(5),喂 ^C,然后断言这个 Task 的 sig_pending 里落了 SIGINT。这条测比「测试绿」更实——它证信号真投到了前台组。跑一下:

cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -iE 'ctrl_c|ctrl_z|tiocspgrp' | head

应看到 test_console_tty_ctrl_c_sends_sigint_to_foreground、..._ctrl_z_sends_sigtstp_...、tiocspgrp_kernel_addr_efault 三项 PASS。

再看投递那一段:

sed -n '66,93p' kernel/drivers/tty/console_tty.cpp

应看到 ConsoleTty::input 拿到 kSignal → take_signal → 映射 SIGINT/SIGQUIT/SIGTSTP → killpg(foreground_pgid, sig)(前台组没设回退 reader_->pgid)。

7. 真交互(punchline)

cmake --build build --target run

进 shell 后亲手试:

• 打一行字(比如 echo hi),没按回车前按退格——能看到字符被擦掉(ECHOE 三连显);
• 按回车——整行提交,shell 执行;
• 跑一个会循环的程序,按 Ctrl+C——它被打断(前台组收 SIGINT);
• 在空行按 Ctrl+D——shell 读到 EOF。

这一层 headless 自动测试罩不到(没真键盘),得你自己在 QEMU 里试。这是 A 档的 punchline,前面六步都是为这一刻铺的。

本地验证提醒:测试里有个 ring-3 musl /hello smoke(默认开),本地没编 /hello 会空转撑超时。要么先 tools/musl/build-musl.sh + build-hello.sh 编出 /hello,要么 cmake -DCINUX_MUSL_HELLO_SMOKE=OFF 关掉它(不影响行规范那些测试)。

验收清单

• [ ] ./build/test/test_tty 报 9 cases OK(行规范纯逻辑 host 单测)。
• [ ] tty.hpp:32 termios 布局对齐 Linux;tty.cpp:97 input_char 状态机(ISIG 信号不进缓冲 / ICANON 攒行 / ^D 空行 EOF 非空提交 / VERASE 退格)。
• [ ] console_tty.cpp:34 VERASE 改 0x08 对齐键盘;:36 echo sink 指 kprintf(lock-free)。
• [ ] console_tty.cpp:39 read 用 InterruptGuard + prepare_to_wait + schedule_blocked(阻塞替忙等);take_eof 一次性。
• [ ] sys_ioctl.cpp:69 TCGETS/TCSETS/TIOCGWINSZ 真命令,经 accessor 坏指针 -EFAULT。
• [ ] test_console_tty_ctrl_c_sends_sigint_to_foreground PASS;console_tty.cpp:66 ^C → killpg(foreground_pgid, SIGINT)。
• [ ] 真交互:退格编辑、回车提交、Ctrl+C 打断、Ctrl+D EOF,在 QEMU 里都灵。

别做这些

• 别指望验 PTY(/dev/ptmx、/dev/pts/N、master/slave 对)——这一章只做 console TTY 单例。PTY 硬依赖设备 inode(DevFS),CinuxOS 这会儿没有,留后面。别以为「做了 TTY 就有 PTY」。
• 别以为 winsize 是真几何——固定 80×25,因为 Console 是 main.cpp 局部变量、syscall 够不着。musl 要的只是「探成功了别退全缓冲」,尺寸多少不那么要紧。
• 别以为 Ctrl+C 能打断任意程序——它投给前台进程组。shell 要是没 TIOCSPGRP 设前台组,就回退到阻塞读者(shell 自己)的组。完整 job control 要 shell 配合调 TIOCSPGRP。
• 别以为单读者阻塞读在 SMP 下万事大吉——reader_ 单读者指针单 CPU 下关中断即竞态自由,跨 CPU 无锁保护(已知 follow-up)。测试不读 console stdin 所以 -smp 2 不回归,但多读者 stdin 要加锁。
• 别把行规范的「回显走 callback、信号走枚举」当成过度设计——它是 host 单测的前提。不这么解耦就得 mock kprintf/signal_send,那是另一坨坑。