linux启动进程1的时候是如何做到类似ioctl(TIOCSCTTY)的操作的-DPDK中文网

在 Linux 系统启动过程中，进程 1（init/systemd）的控制终端（/dev/console）的绑定是由内核在内核空间自动完成的，而无需用户空间显式调用 ioctl(TIOCSCTTY)。这一过程涉及内核初始化和进程创建的底层机制。以下是详细分析：

1. 内核启动阶段的控制台初始化

控制台设备注册
内核在启动时根据以下配置确定主控终端：
- 通过命令行参数（如 console=ttyS0、console=tty0）指定控制台设备。
- 默认使用 /dev/console 作为系统的主控终端（虚拟终端或串口）。

内核内部关联
控制台设备在内核中通过 struct console 结构体注册，例如：


// 示例：内核代码中的控制台驱动注册
register_console(&serial_console); // 注册串口控制台

2. 进程1的标准输入/输出与控制终端的绑定

当内核启动第一个用户空间进程（init/systemd）时，会通过以下步骤自动关联控制终端：

(1) 打开标准文件描述符（stdin/stdout/stderr）

内核调用链：
在 kernel_execve() → do_execve() → open_stdio_files() （位于 fs/exec.c）中，内核会为进程1打开标准输入、输出、错误文件描述符（fd 0,1,2），并直接指向 /dev/console。

关键代码逻辑：

// fs/exec.c (简化)
static int open_stdio_files(struct linux_binprm *bprm) {
  struct file *f;
  int fd;


  // stdin (fd=0)
  f = filp_open("/dev/console", O_RDWR, 0);
  fd_install(0, f);


  // stdout/stderr (fd=1,2)
  f = filp_open("/dev/console", O_WRONLY, 0);
  fd_install(1, f);
  fd_install(2, f);
  return 0;
}

此时，进程1的 fd 0,1,2 已直接绑定到 /dev/console。

(2) 设置会话和控制终端****

任务属性继承：
进程1的 task_struct （进程描述符）中的控制终端字段 (tty)由父进程（即内核线程）继承而来。由于内核自身没有用户态的控制终端，因此新创建的进程1会获得一个新的会话（session）。
隐式会话创建：
在 Linux Kernel v4.11+ ，如果未显式调用 setsid()，则新进程会自动成为新会话的首进程（session leader），并可能关联到当前有效的控制终端。

3.为什么不需要显式调用 ioctl(TIOCSCTTY)?

用户空间的 ioctl(TIOCSCTTY)：
该操作是用户空间程序主动请求将某个 tty设备设置为自己的控制终端的接口。但进程1的情况不同：
- /dev/console已在内核空间被直接绑定到 fd 0,1,2。
- 无“抢占”需求：普通程序需要通过 TIOCSCTTY “窃取”终端的控制权（例如登录shell接管终端），而进程1是首个用户态进程，无需竞争。
历史行为兼容性：
早期 Unix系统中，init进程的控制终端由内核硬编码关联；Linux继承了这一设计。

4.验证方法

(a)查看 init/systemd的文件描述符

ls -l /proc/1/fd/{0,1,2} 
#若输出指向/dev/pts/N或/dev/ttyN，则表示实际绑定的终端设备。

(b)检查 init的 tty字段

ps -p 1 -o tty
#若显示 "?" ，表示 systemd可能已关闭与控制终端的直接关联。

©跟踪系统调用

理论上可以尝试用strace观察早期启动过程：

strace -o init.log /sbin/init

但实际场景中很难捕获到真正的“第一个”init调用。

5.特殊情况与例外

嵌入式系统定制化:
某些裁剪过的嵌入式Linux可能在initramfs阶段手动操作 /dev/console,但这属于非标准行为。
容器环境:
容器内的 PID=1通常没有真实物理终端的访问权限。

总结

Linux内核对第一个用户态进程的处理是特殊的：

步骤	说明
硬件初始化	根据命令行参数配置 `/dev/console`.
创建 init	通过 kernel_execve()加载可执行文件.
自动分配 stdio	fd=0,1,2强制绑定到 /dev/console
隐式会话管理	成为 session leader