Linuxシステムコールの勉強(その９) - 子持ちししゃもといっしょ

作者: 塚越一雄
出版社/メーカー: 技術評論社
発売日: 2000/06
メディア: 単行本
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今回は、ioctl()の第2,第3引数の正体とioctlの使い方について説明します。

まずはioctl()の引数について。
第1引数は前回説明したとおり、制御するファイルディスクリプタです。
で、問題の第2引数は該当端末に対して要求する処理を示す整数値です。この指定可能な整数値はioctls.hに定義されています。内容はこんな↓感じ。

itotto@itotto > cat /usr/include/asm/ioctls.h

#define TCGETS    0x5401
#define TCSETS    0x5402

...

itotto@itotto > wc -l /usr/include/asm/ioctls.h

 83 /usr/include/asm/ioctls.h

itotto@itotto >

ファイルの行数だけで83行ありますので、要求に使用する設定値も結構な数が定義されているようです。ひとまず今回は以下の二つだけを使用することにします。

記号定数	意味
TCGETA	端末の属性を取得する
TCSETAF	端末の属性を設定する

最後に第3引数についてですが、これは端末の属性値を格納する構造体へのポインタを指定します。

itotto@itotto > cat /usr/include/asm/termios.h

...

#define NCC 8
struct termio 
{
    unsigned short c_iflag  ;  /* input mode flags   */
    unsigned short c_oflag  ;  /* output mode flags  */
    unsigned short c_cflag  ;  /* control mode flags */
    unsigned short c_lflag  ;  /* local mode flags   */
    unsigned short c_line   ;  /* line discripline   */
    unsigned short c_cc[NCC];  /* control characters */
}

...

itotto@itotto >

各メンバーについての説明は以下のとおりです。

メンバー	保持する値	説明
c_iflag	入力についてのフラグ
IGNBRK	0000001	入力中のBREAK信号を無視.
BRKINT	0000002	"IGNBRK" 設定時はBREAK信号に対して "SIGINT" を発生. 未設定時はBREAKを文字\0として読む.
IGNPAR	0000004	フレーム,パリティエラーを無視.
PARMRK	0000010	"IGNPAR" 未設定時はパリティ,フレームエラーの発生した文字の前に\377 \0.を付加. "IGNPAR" も "PARMRK" 共に未設定時はパリティ,フレームエラーの発生した文字を\0として読む.
INPCK	0000020	入力のパリティチェックを有効化.
ISTRIP	0000040	ビット目を落とす.
INLCR	0000100	入力のNLをCRに置換.
IGNCR	0000200	入力のキャリッジリターン(以下CR)を無視.
ICRNL	0000400	"IGNCR" が未設定時のみ,入力のCRを改行に置換.
IUCLC	0001000	入力の大文字を小文字に置換.
IXON	0002000	出力のXON/XOFFフロー制御を有効化.
IXANY	0004000	任意の文字を受信した時に再出力を実施.
IXOFF	0010000	入力のXON/XOFFフロー制御を有効化.
IMAXBEL	0020000	入力キューが一杯の時にベルを鳴らす.
IUTF8	0040000	文字コードとしてUTF8を使用.

メンバー	保持する値	説明
c_oflag	出力についてのフラグ
OPOST	0000001	実装に依存した出力処理を有効化.
OLCUC	0000002	出力時に小文字を大文字に変換.
ONLCR	0000004	出力のNLをCR-NLに置換.
OCRNL	0000010	出力のCRをNLに置換.
ONOCR	0000020	0桁目でCRを出力しない.
ONLRET	0000040	CRを出力しない.
OFILL	0000100	転送時間を遅らせるのではなく、補填文字(fill character)を送信.
OFDEL	0000200	補填文字としてASCII DELを送信する (OFDEL未設定時はASCII NUL)
NLDLY	0000400	改行の遅延を設定. (設定値は "NL0"[遅延なし] および "NL1")
NL0	0000000	NLDLYの設定値
NL1	0000400	〃
CRDLY	0003000	CRの遅延を設定. (設定値は "CR0"[遅延なし], "CR1", "CR2", "CR3")
CR0	0000000	CRDLYの設定値
CR1	0001000	〃
CR2	0002000	〃
CR3	0003000	〃
TABDLY	0014000	水平タブの遅延を設定.(設定値は "TAB0"[遅延なし], "TAB1", "TAB2", "TAB3", "XTABS") "XTABS" の値はタブをスペース何個に変換するかを示す(タブは8桁毎に止まる)
TAB0	0000000	TABDLYの設定値
TAB1	0004000	〃
TAB2	0010000	〃
TAB3	0014000	〃
XTABS	0014000	〃
BSDLY	0020000	後退の遅延を設定. (設定値は "BS0"[遅延なし]あるいは "BS1")
BS0	0000000	BSDLYの設定値
BS1	0020000	〃
VTDLY	0040000	垂直タブの遅延を設定. (設定値は "VT0P"[遅延なし]あるいは "VT1")
VT0	0000000	VTDLYの設定値
VT1	0040000	〃
FFDLY	0100000	ページ送りの遅延を設定. (設定値は "FF0"[遅延なし]あるいは "FF1")
FF0	0000000	FFDLYの設定値
FF1	0100000	〃

メンバー	保持する値	説明
c_cflag	通信プロトコルについてのフラグ
CBAUD	0010017	不明
B0	0000000	CIBAUDの設定値(多分)
B50	0000001	〃
B75	0000002	〃
B110	0000003	〃
B134	0000004	〃
B150	0000005	〃
B200	0000006	〃
B300	0000007	〃
B600	0000010	〃
B1200	0000011	〃
B1800	0000012	〃
B2400	0000013	〃
B4800	0000014	〃
B9600	0000015	〃
B19200	0000016	〃
B38400	0000017	〃
EXTA	B19200	不明
EXTB	B38400	不明
CSIZE	0000060	文字サイズを設定. (設定値は "CS5", "CS6", "CS7", "CS8")
CS5	0000000	CSIZEの設定値
CS6	0000020	〃
CS7	0000040	〃
CS8	0000060	〃
CSTOPB	0000100	1ストップビットではなく,2ストップビットに設定.
CREAD	0000200	受信を有効化.
PARENB	0000400	出力にパリティを付加し,入力のパリティチェックを実施.
PARODD	0001000	入力および出力を奇数パリティチェック.
HUPCL	0002000	最終プロセスがDeviceをCloseした後,モデムの制御線をlowにする(切断)
CLOCAL	0004000	モデムの制御線を無視.
CBAUDEX	0010000	不明
B57600	0010001	不明
B115200	0010002	不明
B230400	0010003	不明
B460800	0010004	不明
B500000	0010005	不明
B576000	0010006	不明
B921600	0010007	不明
B1000000	0010010	不明
B1152000	0010011	不明
B1500000	0010012	不明
B2000000	0010013	不明
B2500000	0010014	不明
B3000000	0010015	不明
B3500000	0010016	不明
B4000000	0010017	不明
CIBAUD	002003600000	入力速度を制御
CMSPAR	010000000000	不明
CRTSCTS	020000000000	フロー制御を実施

メンバー	保持する値	説明
c_lflag	文字を出力する前のローカル処理についてのフラグ
ISIG	0000001	INTR, QUIT, SUSP, DSUSP の文字受信時に対応するシグナルを発生.
ICANON	0000002	canonicalモードを有効化. (特殊キャラクタ EOF, EOL, EOL2, ERASE, KILL, REPRINT, STATUS, WERASE およびラインバッファが有効化される)
XCASE	0000004	"ICANON" 設定時,端末は大文字のみが有効となる. 入力された文字は\が付いた文字を除いて小文字に変換. 出力時は大文字の前に\が付き,小文字は大文字に変換.
ECHO	0000010	入力キャラクタのエコーバック有効化.
ECHOE	0000020	"ICANON" 設定時,ERASE 文字は前の文字を削除し,WERASE 文字は前の単語を削除.
ECHOK	0000040	"ICANON" 設定時,KILL 文字は現在の行を削除.
ECHONL	0000100	"ICANON" 設定時,ECHO が設定されていなくても NL 文字をエコー
NOFLSH	0000200	"SIGINT", "SIGQUIT" シグナル発生時の入力および出力キューのフラッシュを無効化. "SIGSUSP" シグナル発生時の入力キューのフラッシュを無効化.
TOSTOP	0000400	バックグラウンドプロセスのプロセスグループで,制御端末へ文字を出力しようとしているプロセスに対して "SIGTTOU" シグナルを送信.
ECHOCTL	0001000	"ECHO" 設定時,TAB, NL, START, STOP の ASCII 制御文字が ^X としてエコー. Xは制御文字に対して ASCII コードで0x10大きな文字を表示 [例] 文字 0x28 (BS) は ^H とエコーする.
ECHOPRT	0002000	"ICANON" および "IECHO" 設定時,削除された文字も表示.
ECHOKE	0004000	"ICANON" 設定時, KILL が行の各文字を消去する代わりにエコーされる. "ECHOE" および "ECHOPRT" を指定することと等価.
FLUSHO	0010000	出力をフラッシュ. (DISCARD 文字を入力することで切替え可能)
PENDIN	0040000	次の文字を読み,入力キュー中の全文字を再表示.
IEXTEN	0100000	実装依存の入力処理を有効化.

メンバー	保持する値	説明
c_cc[NCC]	制御文字の配列
VINTR	0	INTR 文字
VQUIT	1	QUIT 文字
VERASE	2	ERASE 文字
VKILL	3	KILL 文字
VEOF	4	EOF 文字
VTIME	5	TIME 値(キー入力を受け付ける時間(1/10[sec])
VMIN	6	バッファをフラッシュするデータ単位数
VSWTC	7	不明
VSTART	8	START 文字
VSTOP	9	STOP 文字
VSUSP	10	SUSP 文字
VEOL	11	EOL 文字
VREPRINT	12	不明
VDISCARD	13	不明
VWERASE	14	WERASE 文字
VLNEXT	15	LNEXT 文字
VEOL2	16	EOL2 文字

c_lineについては調べてみたもののよく分からなかったのでとりあえずここには載せません。あといくつか分からないフラグもあったので、それは不明としておきました。

以上がioctl()の引数です。この3つの引数を使用して端末制御を行います。

端末のエコーを止めてみる

sshなどで端末へ接続した時に、キーボードで入力した文字がそのままディスプレイに表示されます。このことを端末のエコーと呼びます。当たり前の動作なので、常時エコーしているのかと思いきや一部そのエコーが止まるときがあります。例えばパスワードを入力する時などです。それがどのように実現されているのか試してみます。

      1 #include <sys/ioctl.h>
      2 #include <asm/termbits.h>
      3 #include <stdio.h>
      4
      5 int main()
      6 {
      7     char buff[BUFSIZ];
      8     struct termio tm, tm_save;
      9
     10     // 現在の設定を取得 //
     11     ioctl(fileno(stdin), TCGETA, &tm);
     12
     13     // 現在の設定を一時保存 //
     14     tm_save = tm;
     15
     16     // ECHOを止める //
     17     tm.c_lflag &= ~ECHO;
     18
     19     // 改行だけはエコーする //
     20     tm.c_lflag |= ECHONL;
     21
     22     ioctl(fileno(stdin), TCSETAF, &tm);
     23
     24     printf("パスワード？");
     25     fgets(buff, BUFSIZ, stdin);
     26     buff[strlen(buff) - 1] = '\0';
     27
     28     printf("パスワードは %s です\n", buff);
     29
     30     // 元に戻す //
     31     ioctl(fileno(stdin), TCSETAF, &tm_save);
     32
     33     return 0;
     34 }

ioctl()で現在の設定を取得し、その一部(今回はc_lflagのECHO,ECHONLフラグ)を変更して設定しなおしています。変更の方法にはビット演算を使っているので、その部分が分からない場合はCの参考書を読んでみてください。

それで、最初にこのテストプログラムを作ったときに2点はまりました。

1. 標準入力に対するエコーがなくなってしまった
2. ECHO,ECHONLがundeclaredと言われる

1.についてはちなみに30行目にあるように、プログラム実行時の設定値を元に戻さないでいると、ログオフするまでずっとエコーされないという悲しい状態に陥ることが分かりました。なので必ず最後には戻すように気をつけましょう。
2.については書籍ではsys/ioctl.hをincludeすれば大丈夫と書いてありましたが、最近変わったのかこれではダメなようです。asm/termbits.hにc_lflagの定数定義があったのを覚えてたので(上の表を作るときに見つけました)これをincludeして解消しました。これについてはもう少し調べてみます。

プログラムを実行した場合はこんな感じの動きになります。

[itotto@itotto ]$ gcc -o no_echo no_echo.c
[itotto@itotto ]$ ./no_echo
パスワード？　　　　　　　　← HOGEHOGE と入力しても表示なし
パスワードは HOGEHOGE です

[itotto@itotto ]$

本当はCOOKEDモードとRAWモードまで説明したかったのですが、長くなったのでそれはまた次回。

(参考ページ)

- termios.hの解説

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