简介： 本文就 CJKTTY 补丁如何让 linux 虚拟终端显示汉字的原理进行了讨论，为此介绍了 Linux 虚拟终端和其依赖的硬件的工作原理。过程中我们分析了 Linux 字符终端的不足之处，并向读者介绍前沿的 Wayland system compositor 是什么以及为什么 需要它。

　　CJKTTY 补丁是什么，为什么我写了它

　　当你不使用 X 的时候，打开电脑，你就在使用虚拟终端。这么多年来它工作的很好，直到它来到了中国。包含中文字符的文件名无法正确显示，中文文档无法阅读。当然可以使用 X , 但是我为什么不能让终端也能显示汉字呢?如果在 X 下我能让屏幕显示汉字，终端下一定也能。为此我开始了 internet 上的搜寻。 我找到了 fbterm，这是个可以利用 /dev/fb0 实现的终端模拟器，和 XTERM 一样，只不过 XTERM 利用的 X 绘制文字，而 fbterm 直接写入 /dev/fb0。

　　/dev/fb0 是什么?

　　帧缓冲区设备。帧缓冲区是一块存储区域(内存或者显存或者其他的输出设备的存储空间)，内核将其抽象为一个设备。通过访问该设备就能访问帧缓冲区。帧缓冲区的内容既是屏幕映像。由输出设备不停的扫描帧缓冲区生成显示设备的控制信号。

　　然而我似乎总是忘记登录后开启 fbterm，对我来说，等看到乱码的时候突然想起没有开启 fbterm 并不是那么愉快的经历。这只是其中一个缺点。fbterm 占用了帧缓冲区设备，导致 w3m 这类使用帧缓存绘制图像的终端 www 浏览器不能正常工作。许多依赖帧缓冲区设备的终端程序都不能被 fbterm 良好的兼容。 于是我继续寻找，找到了 youbest 写的中文补丁。 我有个喜欢使用最新内核的习惯，当内核升级导致 youbest 的补丁再也不能使用的时候，我开始到 youbest 发布补丁的页面留言，希望 youbest 百忙中能修改一下他的补丁。

　　Youbest 似乎很忙，在新内核的诱惑下，我决定自己在修改。那个时候我才真正的开始看内核的代码。终于了解了虚拟终端的工作原理后，我开始修改内核。由于内核内部结 构变动导致 youbest 的补丁无法应用，我几乎是从头开始了开发而不是简单的将无法应用的部分进行修整。唯一得到保留的就是 youbest 补丁中的点阵字库。我将其命名为 CJKTTY , 取能显示 CJK 的 TTY 之意。

　　从那里获得中文显示补丁呢?

　　我将补丁托管在了 http://repo.or.cz/w/linux-2.6/cjktty.git，依据你使用的内核版本，签出内核版本 -utf8 分支就可以。

　　控制台是如何显示文字呢?

　　那么，为了能在控制台下显示出汉字到底需要做什么样的修改么?在开始前，我想先介绍一些名字，并介绍一些控制台在硬件上是如何进行文字显示的。 首先我解释一下几个名词，知道的人可以到这里开始阅读。

　　UNICODE

　　为每一个字符分配全球唯一的一个数字，但是并没有规定这个数字的表示方法。数字的表示方法由 UTF 规范规定。UTF-16 使用 2 个字节表示一个 UNICODE 数字，但是对于 >=216的数字使用 4 字节来表达。UTF-8 则对于 <127 的数字采取单字节表示，大于 127 的数字要根据其大小选择 2~6 个字节进行表示。UNICODE 在程序内部则简单的使用 unsigned long 即可表示一个字符。

　　GLYPH

　　GLYPH 指的是字体里的字形。字符总是要在特定的字体下表示的，该表示就是字形。比如一个只包含 26 个大小写字母的字体，只包含了 52 个字形，如果该字体是先大写后小写排列的，那么数字 0 就表示字形 'A' , 数字 1 就表示字形 'B'。UNICODE 或者 ASCII 到 GLYPH 的映射是由一个称作 CMAP 的映射表做的。如果字体里字符就是按照 UNICODE 排列的，则其 CMAP 就是 UNICODE CMAP。同理也有 ASCII CMAP。 VGA 自带字体没有提供 CMAP，操作系统假定它的 CMAP 是 ASCII CMAP。事实上也是如此。

　　TTY

　　内核为终端提供的接口，对应用程序而言就是 TTY 设备。通常是使用 stdin stdout 来访问。TTY 提供各种 IOCTL 用来设置终端的模式。TTY 也提供了用户控制程序的方法，比如 Ctrl-C 终止当前程序。 TTY 可以是显示器 + 键盘构成的控制台，也可以是串口(可以通过猫链接到电话线上)，可以通过 pts 模拟。XTERM 即利用 pts 为里面运行的程序提供的模拟的终端 , 对应的设备文件 /dev/pts/* 由模拟终端程序动态创建。

　　控制台 (CONSOLE)

　　控制台特指由显示器 + 键盘构成的终端。其中显示器由显卡控制，而且当前 VGA 兼容显卡有两种模式，文字模式和图形模式。Linux 即可以使用文字模式也可以使用图形模式。

　　控制台对于程序是无法访问的，程序只能通过虚拟终端使用控制台

　　虚拟终端 (VT)

　　如果你的电脑只有一个终端，那将是多么乏味。一个需要长时间执行的任务就能导致你什么也做不了，Linux 的多任务机制的好处荡然无存。所以，你需要更多的终端。Linux 内核使用复用机制，将一个控制台复用为多个终端 (63 个，/dev/tty1 到 dev/tty63)。 按键 Alt+F1-F12 ( 如果当前在 X 中，需要再按下 Ctrl 键 ) 能在 12 个终端中进行切换。事实上你拥有 63 个终端，键盘只能切换其中的 12 个，其他的终端你可以通过 chvt 命令进行切换。

　　当前拥有显示器和键盘的虚拟终端被称为活动终端或者当前终端。

　　TTY、控制台和虚拟终端有啥区别和联系?

　　当你按下 Ctrl-C 的时候，当前执行的程序会被终止。因为 Linux 发送了 SIGTERM 信号给此终端的前台程序。该信号并不是由 Shell 产生，而是内核。不论是在虚拟终端下，还是在 X 里的终端模拟器里，这个功能都是一样的。终端的一大功能就是进行任务控制，另一个功能是输入输出。输入输出模式下，还可以选择行编辑模式，回显模式，设置 终端速率等等。不管你使用的是何种终端，这些功能都是存在的，因为他们都是一个类型的设备。内核将他们抽象为 TTY 设备。也就是说，应用程序都是在和 TTY 这个抽象层打交道，而不是和具体的设备打交道。 能作为 TTY 的设备除了控制台外，还有串口。将两台电脑的串口连接起来，其中一台电脑为串口打开登录程序(执行 /sbin/agetty ttyS0 38400)，另一台就能通过可以进行串口通信的程序 ( 比如 putty、minicom) 登录对方。 控制台可以作为 TTY 设备，但是一台电脑一般只有一个屏幕，也就使用一个控制台，所以 Linux 在控制台和 TTY 之间加了一层虚拟终端。由虚拟终端将控制台复用，这样就可以使用多个终端而不是只有一个了。多个虚拟终端设备合作使用一个控制台。 除了串口和虚拟终端，这些都是在内核实现的 TTY 设备，内核还提供了一个叫 PTY 的为终端设备，XTERM 之类的程序利用 PTY 提供的功能可以在程序里实现 TTY 的功能。 那么，虚拟终端就是利用控制台复用出了多个 TTY 。TTY 逻辑由 TTY 子系统完成，复用逻辑由虚拟终端实现，而具体的显示则交给控制台完成。如果说这是一个观察者模型的话，控制台就是观察者，它将虚拟终端的内容呈现到屏幕 上。 在 Linux 下，控制台分文字模式控制台(vgacon)和图形模式控制台 (fbcon)。

　　文字模式控制台 (VGA 文字模式 )

　　文字模式控制台使用 VGA 兼容显卡的文字模式实现 VGA 兼容显卡初始化时默认就处于文字模式，能显示 80x25 个字符。

　　在文字模式下，显卡虽然输出给显示器的是图像，但是显卡提供给内核的却只能显示文字功能。要显示一个字符，内核将要显示的字符的代码和属性写入字符缓冲区相应地址即可。缓冲区如下面所示：

　　图 1. 缓冲区

　　表 1. 每个字符的格式

属性字节 字符字节 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 闪烁 背景色 前景色 GLYPH

　　VGA 显卡处于文字模式时，物理地址 0xB8000 即文字缓冲区起始地址，大小由其文字模式决定，最大 32KB 。VGA 显卡内建字符发生器，不断的扫描字符缓冲区并将文字转换为图形驱动显示器显示。其 GLYPH 即为字符的 ASCII 码。

　　字符发生器和字体

　　字符发生器内建一个或者多个位图字体。使用何种字体取决于设置的文字模式代码。Linux 默认使用 80x25 字符 16 色模式 , 每字符 8x16 点阵。 字符发生器的