eza 是命令行程序 ls 的现代替代品，提供了更多功能和更好的显示效果。我在 Fish 配置中把 ls 别名到 eza，就这样用了两年，印象里它从来没有破坏过脚本执行——这很可疑。
alias ls="eza --icons auto" alias ll="eza --icons --long --git" alias la="eza --icons --long --git --all" alias lt="eza --icons --tree" alias l.="eza --icons --grid --all --no-filesize --no-user --no-time | rg '^\.'" alias lg="eza --icons --git --git-repos --long --header"
在这篇文章里，我会尝试只靠阅读源码和注释文档，不用搜索引擎和 AI 检索答案，尽可能钻入底层实现，直到兔子洞见底。
您可以想象这是潜水，希望您没有深海恐惧症。（认真的，接下来会出现不少海洋生物照片）
为了让潜水更有趣，我决定增加一些限制：阅读源码时不使用 LSP，只用字符串过滤11.指 grep 命令和编辑器查找文本功能，具体些就是 ripgrep 和 Neovim 的 Pattern。定位代码位置。
grep is all you need.
eza 似乎知道我在终端盯着它
当执行 ls 或 ls -la 时，我的 eza 别名命令会给出这样的结果：
eza --icons auto src/
eza --icons auto --long --git --all src/ tests/颜色高亮、文件类型图标、Git 状态一应俱全，非常好看。
但有时候我想要把 ls 的结果复制到别处，比如在博客文章中展示“文件列表”。这时如果从终端直接复制粘贴，就会带上多余的图标和样式。
所以我通常的歪招是：
ast.rs codegen.rs hir.rs lexer.rs lib.rs main.rs parser.rs scope.rs span.rs type_checker.rs typedef.rs types.rs
看出哪里不对了么22.不对其实是对的，我本就期待这样的结果，只是为什么会这样期待呢？这不对。，管道到 cat 之后那些文件图标没有了。
所以说，eza 能检测自己接上了管道？这听起来不像是管道两端的程序能做到的事，它理应只知道自己在向 stdout 写数据而已……
ls 不也一样么 《蘑菇拟态日常》贴纸包
的确，ls 也一样，不带参数时逐列显示，传递到管道就变成逐行显示，输出完全换了种格式：
ast.rs codegen.rs hir.rs lexer.rs lib.rs main.rs parser.rs scope.rs span.rs type_checker.rs typedef.rs types.rs
ast.rs codegen.rs hir.rs lexer.rs lib.rs main.rs parser.rs scope.rs span.rs type_checker.rs typedef.rs
这一切发生得太自然，“少见”的我两年之后才开始“多怪”，长久以来只觉得它理所应当。它们的内部一定有某种魔法，注定要被科学性巫术栏目收录。
eza 源码
eza 的入口函数很早就记录了 stdout 是否为终端：
48let stdout_istty = io::stdout().is_terminal();
这个布尔值随后被传入 options.theme.to_theme：
81let theme = options.theme.to_theme(stdout_istty);
在 to_theme 中，如果配色模式是自动（Automatic）且输出为非 tty（!isatty），就应用普通主题，同时不加载额外扩展样式。（这一点在 UseColours 的注释中也有说明）
69impl Options { 70 #[must_use] 71 pub fn to_theme(&self, isatty: bool) -> Theme { 72 if self.use_colours == UseColours::Never 73 || (self.use_colours == UseColours::Automatic && !isatty) 74 { 75 let ui = UiStyles::plain(); 76 let exts = Box::new(NoFileStyle); 77 return Theme { ui, exts }; 78 }
所以 eza 用 io::stdout().is_terminal() 判断是否为终端设备，从而改变它的输出主题，也就改变了内容格式。
Rust 标准库
io::stdout() 返回当前进程标准输出的一个新句柄，类型是 Stdout，Stdout 实现了 IsTerminal Trait，因此可以调用 is_terminal 方法。
1197#[stable(feature = "is_terminal", since = "1.70.0")] 1198pub impl(crate) trait IsTerminal { 1199 #[doc(alias = "isatty", alias = "atty")] 1200 #[stable(feature = "is_terminal", since = "1.70.0")] 1201 fn is_terminal(&self) -> bool; 1202}
Stdin Stdout Stderr 等类型都通过同一个宏实现了这个 Trait：
1251macro_rules! impl_is_terminal { 1252 ($($t:ty),*$(,)?) => {$( 1253 #[stable(feature = "is_terminal", since = "1.70.0")] 1254 impl IsTerminal for $t { 1255 #[inline] 1256 fn is_terminal(&self) -> bool { 1257 crate::sys::io::is_terminal(self) 1258 } 1259 } 1260 )*} 1261} 1262 1263impl_is_terminal!(File, Stdin, StdinLock<'_>, Stdout, StdoutLock<'_>, Stderr, StderrLock<'_>);
宏展开后，每个类型的方法都转发到 crate::sys::io::is_terminal，这个函数的内部直接调用了 libc 的 isatty 函数：
1use crate::os::fd::{AsFd, AsRawFd}; 2 3pub fn is_terminal(fd: &impl AsFd) -> bool { 4 let fd = fd.as_fd(); 5 unsafe { libc::isatty(fd.as_raw_fd()) != 0 } 6}
这一层比预想中简单很多。Stdout 实现 IsTerminal Trait，Trait 方法转进平台相关代码，再调用 libc 的 isatty。Rust 标准库到这就把事情交出去了。
我还以为要碰见超级复杂的 Rust 代码，白做那么多心理准备33.我很好奇在没有 libc 的 Windows 上 is_terminal 如何实现，之后肯定要去弄清楚的，倒是也没有白准备。
。
glibc
先确认本机的版本，免得对照代码时版本不符，我的 libc 版本为 2.43：
$ ldd --version ldd (GNU libc) 2.43
只克隆 glibc 仓库的 glibc-2.43 分支：
git clone git://sourceware.org/git/glibc.git --branch glibc-2.43 --depth 1
我想用 rg isatty -t c 搜索找到 isatty 定义代码，结果却夹杂着许多调用点的噪音。好在这些函数定义都有共同的格式 isatty (int，可以用来筛掉干扰：
termios/isatty.c 23:__isatty (int fd) sysdeps/mach/hurd/isatty.c 25:__isatty (int fd) sysdeps/unix/sysv/linux/isatty.c 24:__isatty (int fd) sysdeps/posix/isatty.c 23:__isatty (int fd)
干扰清除后剩下四个匹配项。
我对 glibc 的项目结构44.glibc 的 sysdeps/ 按 CPU 架构、操作系统、ABI、字长等命名分层组织目录，构建时先用 configure 生成优先目录列表，再用 make 按顺序覆盖选择对应源码。详细见 glibc 项目结构。不太了解，从名字上看 sysdeps/ 目录下的文件应该对应不同平台的实现代码，这里有：
- POSIX:
sysdeps/posix/isatty.c - Hurd:
sysdeps/mach/hurd/isatty.c - Linux:
sysdeps/unix/sysv/linux/isatty.c
另外的 termios/isatty.c 是 fallback 占位实现，直接设置错误码并返回 -1。
21/* Return 1 if FD is a terminal, 0 if not. */ 22int 23__isatty (int fd) 24{ 25 __set_errno (ENOSYS); 26 return -1; 27}
我的是 Linux 系统，对应实现就是：
19#include <termios_internals.h> 20 21/* Return 1 if FD is a terminal, 0 if not. This simply does a 22 TCGETS2 ioctl into a dummy buffer without parsing the result. */ 23int 24__isatty (int fd) 25{ 26 struct termios2 k_termios; 27 return INLINE_SYSCALL_CALL (ioctl, fd, TCGETS2, &k_termios) == 0; 28} 29weak_alias (__isatty, isatty)
__isatty 的实现很直接：发起一次 ioctl 系统调用，只看这次调用成不成功，成功（返回 0）就判定为终端，失败则不是。
这次 ioctl 系统调用有三个参数：
fd：文件描述符，由外部传入，stdout 就是1TCGETS2：暂时不清楚含义&k_termios：类型为termios2结构体指针，termios2是内核对外暴露的终端属性结构，包含波特率等信息
据我所知，在更早版本（如 2.39）的 glibc 中，Linux 平台的 isatty 没有单独实现，用的是 POSIX 版本：调用 __tcgetattr 并检查其返回值。
21/* Return 1 if FD is a terminal, 0 if not. */ 22int 23__isatty (int fd) 24{ 25 struct termios term; 26 27 return __tcgetattr (fd, &term) == 0; 28}
__tcgetattr 在 Linux 上也是同一个 ioctl(fd, TCGETS2) 调用，只是多包装了一层转换；BSD 上会换成另外的 ioctl op，这里不展开。
termios/tcgetattr.c 24:__tcgetattr (int fd, struct termios *termios_p) sysdeps/unix/bsd/tcgetattr.c 33:__tcgetattr (int fd, struct termios *termios_p) sysdeps/unix/sysv/linux/tcgetattr.c 22:__tcgetattr (int fd, struct termios *termios_p)
20/* Put the state of FD into *TERMIOS_P. */ 21int 22__tcgetattr (int fd, struct termios *termios_p) 23{ 24 struct termios2 k_termios; 25 long int retval = INLINE_SYSCALL_CALL (ioctl, fd, TCGETS2, &k_termios); 26 27 if (__glibc_likely (retval != -1)) 28 { 29 ___termios2_canonicalize_speeds (&k_termios); 30 31 memset (termios_p, 0, sizeof (*termios_p)); 32 termios_p->c_iflag = k_termios.c_iflag; 33 termios_p->c_oflag = k_termios.c_oflag; 34 termios_p->c_cflag = k_termios.c_cflag; 35 termios_p->c_lflag = k_termios.c_lflag; 36 termios_p->c_line = k_termios.c_line; 37 termios_p->c_ospeed = k_termios.c_ospeed; 38 termios_p->c_ispeed = k_termios.c_ispeed; 39 40 copy_c_cc (termios_p->c_cc, NCCS, k_termios.c_cc, _TERMIOS2_NCCS); 41 } 42 43 return retval; 44}
后面那一大段 if 是因为内核 ioctl 写入的 termios2 结构与 glibc 对外暴露的 termios2 结构不同，大概是这样吧，注释告诉我的：
29/* The the termios2 structure used in the kernel interfaces is not the 30 same as the termios structure we use in the libc. Therefore we 31 must translate it here. */ 32 33struct termios2
所以在 Linux 上，isatty 的核心是 ioctl(fd, TCGETS2, &k_termios) 系统调用。fd 来自 stdout，&k_termios 用来接收内核写回的终端属性，中间的 TCGETS2 是这次调用真正携带的信息，具体含义还需要进一步查阅。
ioctl(2) Manual
喘口气，休息一下，读会手册55.看手册是允许的，因为它类似于代码注释，属于作者给出的辅助信息。但网络搜索代码含义又是不允许的，因为这是别人从过多信息总结出的结论。我为这个规则找到了合理的解释。。
ioctl (I/O control) 系统调用，用于操作特殊文件，特别是字符特殊文件（例如终端）。
The ioctl() system call manipulates the underlying device parameters of special files. In particular, many operating characteristics of character special files (e.g., terminals) may be controlled with ioctl() operations.
第一个参数是文件描述符，第二个参数是与设备相关的操作码：
The argument fd must be an open file descriptor. The second argument is a device-dependent operation code. The third argument is an untyped pointer to memory. It's traditionally char *argp (from the days before void * was valid C), and will be so named for this discussion.
操作码是 32-bit 常量，原则上任意取值，但人们尝试在其中构建了一些结构。
Ioctl op values are 32-bit constants. In principle these constants are completely arbitrary, but people have tried to build some structure into them.
通常情况下，成功时返回 0，失败时返回 -1：
Usually, on success zero is returned. A few ioctl() operations use the return value as an output parameter and return a nonnegative value on success. On error, -1 is returned, and errno is set to indicate the error.
C 语言签名很简单：
int ioctl(int fd, unsigned long op, ...);
继续查看 op TCGETS2 的手册，发现它用来获取当前串行端口设置：
TCGETS Equivalent to tcgetattr(fd, argp).
Get the current serial port settings.
The following four ioctls are just like TCGETS, TCSETS, TCSETSW,
TCSETSF, except that they take a struct termios2 * instead of a struct
termios *. If the structure member c_cflag contains the flag BOTHER,
then the baud rate is stored in the structure members c_ispeed and
c_ospeed as integer values. These ioctls are not supported on all
architectures.
TCGETS2
TCSETS2
TCSETSW2
TCSETSF2
手册写明 TCGETS 等同 tcgetattr(fd, argp)，与 glibc 内部实现一致。其中 TCGETS2 是 TCGETS 的扩展版，使用 termios2，不过 termios2 与 termios 的区别66.termios2 主要多了显式保存输入、输出波特率的 c_ispeed 和 c_ospeed 字段，并配合 BOTHER 支持任意整数波特率。应该对这次分析影响不大，我就简单地认为它是升级版好了。
用户态能看到的线索差不多到此为止。操作码 TCGETS2 表示这次 ioctl 想要读取终端属性，glibc 只需要根据它的返回值判断 stdout 是否像终端一样响应了这个请求。
至于请求进入内核后怎么被转发，又由哪段代码决定返回值，还得去内核源码里找。
Linux Kernel
获取我的系统内核版本并下载对应的内核源码：
$ uname -r 7.1.3-arch1-2 $ git clone https://github.com/torvalds/linux.git --branch v7.1 --depth=1
ioctl 系统调用
首先我想找到系统调用定义的地方，只过滤 ioctl 得到的结果太多，改换搜索 ioctl 和 syscall 同时出现的一行：
fs/ioctl.c 583:SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, unsigned long, arg) 638:COMPAT_SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, security/security.c 2148: * Called when file_setattr() syscall or FS_IOC_FSSETXATTR ioctl() is called on 2163: * Called when file_getattr() syscall or FS_IOC_FSGETXATTR ioctl() is called on tools/perf/trace/beauty/ioctl.c 175:size_t syscall_arg__scnprintf_ioctl_cmd(char *bf, size_t size, struct syscall_arg *arg) drivers/scsi/st.c 2994: ioctl_result = (STp->buffer)->syscall_result;
锁定了 fs/ioctl.c 里的 SYSCALL_DEFINE3 和 COMPAT_SYSCALL_DEFINE3，后者从宏定义的代码看，应该是用来兼容的，比如在 64 位内核上运行 32 位程序。我这是原生的 64 位进程，就完全忽略它吧，只关注 SYSCALL_DEFINE3。
583SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, unsigned long, arg) 584{ 585 CLASS(fd, f)(fd); 586 int error; 587 588 if (fd_empty(f)) 589 return -EBADF; 590 591 error = security_file_ioctl(fd_file(f), cmd, arg); 592 if (error) 593 return error; 594 595 error = do_vfs_ioctl(fd_file(f), fd, cmd, arg); 596 if (error == -ENOIOCTLCMD) 597 error = vfs_ioctl(fd_file(f), cmd, arg); 598 599 return error; 600}
ioctl 系统调用执行过程中，首先会调用 security_file_ioctl 检查这次操作是否具有权限：
2497/** 2498 * security_file_ioctl() - Check if an ioctl is allowed 2499 * @file: associated file 2500 * @cmd: ioctl cmd 2501 * @arg: ioctl arguments 2502 * 2503 * Check permission for an ioctl operation on @file. Note that @arg sometimes 2504 * represents a user space pointer; in other cases, it may be a simple integer 2505 * value. When @arg represents a user space pointer, it should never be used 2506 * by the security module. 2507 * 2508 * Return: Returns 0 if permission is granted. 2509 */ 2510int security_file_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) 2511{ 2512 return call_int_hook(file_ioctl, file, cmd, arg); 2513} 2514EXPORT_SYMBOL_GPL(security_file_ioctl);
权限检查通过后，请求会先进 do_vfs_ioctl，处理一批 VFS 层面的通用命令，其中没有 TCGETS2。我猜测 stdout 算不上 REG 或者 ANON_FILE，所以默认分支也不会进入；就算落入默认分支，file_ioctl 函数中还是没有处理 TCGETS2 的分支。
因此 do_vfs_ioctl 最终会返回 -ENOIOCTLCMD，把请求交给 vfs_ioctl。
492static int do_vfs_ioctl(struct file *filp, unsigned int fd, 493 unsigned int cmd, unsigned long arg) 494{ 495 void __user *argp = (void __user *)arg; 496 struct inode *inode = file_inode(filp); 497 498 switch (cmd) { 499 case FIOCLEX: 500 set_close_on_exec(fd, 1); 501 return 0; 502 // ... 503 default: 504 if (S_ISREG(inode->i_mode) && !IS_ANON_FILE(inode)) 505 return file_ioctl(filp, cmd, argp); 506 break; 507 } 508 509 return -ENOIOCTLCMD; 510}
vfs_ioctl 则直接把请求转发给 filp->f_op->unlocked_ioctl：
44static int vfs_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) 45{ 46 int error = -ENOTTY; 47 48 if (!filp->f_op->unlocked_ioctl) 49 goto out; 50 51 error = filp->f_op->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg); 52 if (error == -ENOIOCTLCMD) 53 error = -ENOTTY; 54 out: 55 return error; 56}
filp->f_op 的类型是 file_operations，一个包含各种文件操作函数的表：
1260struct file { 1261 spinlock_t f_lock; 1262 fmode_t f_mode; 1263 const struct file_operations *f_op; 1264 // ... 1265} __randomize_layout 1266 __attribute__((aligned(4))); /* lest something weird decides that 2 is OK */
1926struct file_operations { 1927 struct module *owner; 1928 fop_flags_t fop_flags; 1929 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); 1930 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); 1931 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); 1932 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); 1933 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); 1934 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, struct io_comp_batch *, 1935 unsigned int flags); 1936 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *); 1937 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); 1938 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); 1939 // ... 1940} __randomize_layout;
当然了……肯定该是这样……unlocked_ioctl 是个函数指针，我跟丢了。
TCGETS2 处理代码
那就换个思路，从底向上，先找到 TCGETS2 的处理分支：
tools/perf/trace/beauty/ioctl.c 30: [_IOC_NR(TIOCSBRK)] = "TIOCSBRK", "TIOCCBRK", "TIOCGSID", "TCGETS2", "TCSETS2", drivers/tty/tty_ioctl.c 394:#ifdef TCGETS2 428:#endif /* TCGETS2 */ 461:#ifdef TCGETS2 804:#ifndef TCGETS2 816: case TCGETS2: 836:#ifndef TCGETS2 drivers/tty/tty_io.c 2919:#ifdef TCGETS2 2920: case TCGETS2: drivers/net/wwan/wwan_core.c 996:#ifdef TCGETS2 997: case TCGETS2:
两处 case TCGETS2 都命中在 drivers/tty/ 目录下，看来得进入 tty77.一个熟悉的词，我对它最深印象的是登录界面可以按下快捷键切换到不同“会话”。但它到底是什么，一个能输入字符显示字符的黑白界面？我好像从来没有真正理解过。 驱动程序了。
drivers/tty/tty_io.c 匹配的代码在 #ifdef CONFIG_COMPAT 中，所以又是兼容用的代码，跟之前一样跳过，只关注 drivers/tty/tty_ioctl.c：
816case TCGETS2: 817 copy_termios(real_tty, &kterm); 818 if (kernel_termios_to_user_termios((struct termios2 __user *)arg, &kterm)) 819 ret = -EFAULT; 820 return ret;
copy_termios 把这个 tty 当前的终端属性拷进内核内部的 kterm，随后 kernel_termios_to_user_termios 将它翻译成用户态期望的 termios2 布局，写回调用者的缓冲区。
765int tty_mode_ioctl(struct tty_struct *tty, unsigned int cmd, unsigned long arg) 766{ 767 struct tty_struct *real_tty; 768 void __user *p = (void __user *)arg; 769 int ret = 0; 770 struct ktermios kterm;
只要这两步都成功，函数一路返回 0，glibc 的 isatty 就会判定为终端。
过滤发现 tty_mode_ioctl 只被 n_tty_ioctl_helper 函数调用：
936int n_tty_ioctl_helper(struct tty_struct *tty, unsigned int cmd, 937 unsigned long arg) 938{ 939 int retval; 940 941 switch (cmd) { 942 //... 943 default: 944 /* Try the mode commands */ 945 return tty_mode_ioctl(tty, cmd, arg); 946 } 947}
n_tty_ioctl_helper 被很多驱动使用，其中不少是 n_ 打头的文件，翻看它们的注释，发现这些都是跟线路规程（line discipline）88.事后写文章时我才知道它被翻译为“行规程”或“线路规程”，意为终端线路的规则集，与“文本行”没有直接关系。有关的程序。
net/nfc/nci/uart.c 339: err = n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); drivers/bluetooth/hci_ldisc.c 840: err = n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); drivers/tty/tty_ioctl.c 936:int n_tty_ioctl_helper(struct tty_struct *tty, unsigned int cmd, 985:EXPORT_SYMBOL(n_tty_ioctl_helper); drivers/tty/n_tty.c 2496: return n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); drivers/tty/n_hdlc.c 624: return n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); drivers/tty/n_gsm.c 3889: return n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); drivers/net/ppp/ppp_synctty.c 304: err = n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); drivers/net/ppp/ppp_async.c 312: err = n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg);
既然是找 tty 相关代码，顺着 drivers/tty/n_tty.c 查更有价值。进入 n_tty_ioctl 函数：
2479static int n_tty_ioctl(struct tty_struct *tty, unsigned int cmd, 2480 unsigned long arg) 2481{ 2482 struct n_tty_data *ldata = tty->disc_data; 2483 unsigned int num; 2484 2485 switch (cmd) { 2486 case TIOCOUTQ: 2487 return put_user(tty_chars_in_buffer(tty), (int __user *) arg); 2488 case TIOCINQ: 2489 scoped_guard(rwsem_write, &tty->termios_rwsem) 2490 if (L_ICANON(tty) && !L_EXTPROC(tty)) 2491 num = inq_canon(ldata); 2492 else 2493 num = read_cnt(ldata); 2494 return put_user(num, (unsigned int __user *) arg); 2495 default: 2496 return n_tty_ioctl_helper(tty, cmd, arg); 2497 } 2498}
n_tty_ioctl 只被 n_tty_ops 使用：
2500static struct tty_ldisc_ops n_tty_ops = { 2501 .owner = THIS_MODULE, 2502 .num = N_TTY, 2503 .name = "n_tty", 2504 .open = n_tty_open, 2505 .close = n_tty_close, 2506 .flush_buffer = n_tty_flush_buffer, 2507 .read = n_tty_read, 2508 .write = n_tty_write, 2509 .ioctl = n_tty_ioctl, 2510 .set_termios = n_tty_set_termios, 2511 .poll = n_tty_poll, 2512 .receive_buf = n_tty_receive_buf, 2513 .write_wakeup = n_tty_write_wakeup, 2514 .receive_buf2 = n_tty_receive_buf2, 2515 .lookahead_buf = n_tty_lookahead_flow_ctrl, 2516};
N_TTY 线路规程注册
现在已经知道 n_tty_ops.ioctl 能处理 TCGETS2，但 n_tty_ops 本身还没解释清楚。它在哪里定义，在哪里注册，又会被谁取用，还得继续往回看。
通过搜索 n_tty_ops 的引用，我发现它在 n_tty_init 里被 tty_register_ldisc 注册进了一张全局表 tty_ldiscs。它的编号（n_tty_ops.num）是 N_TTY，因此放在 tty_ldiscs[N_TTY]。99.ldisc 是 line discipline 的缩写，整理文章时我才意识到。
2532void __init n_tty_init(void) 2533{ 2534 tty_register_ldisc(&n_tty_ops); 2535}
58int tty_register_ldisc(const struct tty_ldisc_ops *new_ldisc) 59{ 60 unsigned long flags; 61 62 if (new_ldisc->num < N_TTY || new_ldisc->num >= NR_LDISCS) 63 return -EINVAL; 64 65 raw_spin_lock_irqsave(&tty_ldiscs_lock, flags); 66 tty_ldiscs[new_ldisc->num] = new_ldisc; 67 raw_spin_unlock_irqrestore(&tty_ldiscs_lock, flags); 68 69 return 0; 70} 71EXPORT_SYMBOL(tty_register_ldisc);
继续追查 n_tty_init 的调用者，只有一处命中，落在 console_init 里：
kernel/printk/printk.c 4396: n_tty_init(); drivers/tty/n_tty.c 2532:void __init n_tty_init(void)
4384void __init console_init(void) 4385{ 4386 int ret; 4387 initcall_t call; 4388 initcall_entry_t *ce; 4389 4390#ifdef CONFIG_NULL_TTY_DEFAULT_CONSOLE 4391 if (!console_set_on_cmdline) 4392 add_preferred_console("ttynull", 0, NULL); 4393#endif 4394 4395 /* Setup the default TTY line discipline. */ 4396 n_tty_init(); 4397 4398 /* 4399 * set up the console device so that later boot sequences can 4400 * inform about problems etc.. 4401 */ 4402 ce = __con_initcall_start; 4403 trace_initcall_level("console"); 4404 while (ce < __con_initcall_end) { 4405 call = initcall_from_entry(ce); 4406 trace_initcall_start(call); 4407 ret = call(); 4408 trace_initcall_finish(call, ret); 4409 ce++; 4410 } 4411}
__init 宏展开为 __attribute__((__section__(".init.text")))，这个标记会把函数塞进 .init.text 代码段。
45#define __init __section(".init.text") __cold __latent_entropy \ 46 __no_kstack_erase
321#define __section(section) __attribute__((__section__(section)))
听上去只要加了 __init 就只会在内核的某个“初始化”阶段执行一次，但我不想分心去找它的具体实现，就让我偷个懒继续“听上去”吧。1010.TODO: __init 机制
设置 tty 默认线路规程
在 drivers/tty/tty_ldisc.c 里我还找到了 tty_ldisc_init 函数，注释说它会在新分配 tty 的时候为其初始化线路规程，默认从 tty_ldiscs 表中取出 N_TTY 对应的线路规程。
794/** 795 * tty_ldisc_init - ldisc setup for new tty 796 * @tty: tty being allocated 797 * 798 * Set up the line discipline objects for a newly allocated tty. Note that the 799 * tty structure is not completely set up when this call is made. 800 */ 801int tty_ldisc_init(struct tty_struct *tty) 802{ 803 struct tty_ldisc *ld = tty_ldisc_get(tty, N_TTY); 804 805 if (IS_ERR(ld)) 806 return PTR_ERR(ld); 807 tty->ldisc = ld; 808 return 0; 809}
一路跟踪 tty_ldisc_init 的调用代码，找到了这样的调用链：
tty_fops.opentty_opentty_open_by_drivertty_kopentty_init_devalloc_tty_structtty_ldisc_inittty->ldisc = n_tty_ops
所以 tty 设备在打开时（调用 tty_fops.open 时）会设置默认的线路规程，也就是 tty_ldiscs[N_TTY]，也就是 n_tty_ops。
unlocked_ioctl
这样 ioctl(fd, TCGETS2) 系统调用前后还是没有连起来，我仍然不知道 .unlocked_ioctl 指针指向什么。
在所有文件名包含 tty 的文件中搜索 .unlocked_ioctl 的赋值代码：
samples/vfio-mdev/mtty.c 924: .unlocked_ioctl = mtty_precopy_ioctl, drivers/tty/tty_io.c 465: .unlocked_ioctl = tty_ioctl, 479: .unlocked_ioctl = tty_ioctl, 490: .unlocked_ioctl = hung_up_tty_ioctl,
tty 相关的 file_operations 里，只有 tty_fops 定义了 unlocked_ioctl，合理推测1111.目前还只是推测，我的直觉，稍后会向您证明的。 filp->f_op 就是 tty_fops。
459static const struct file_operations tty_fops = { 460 .read_iter = tty_read, 461 .write_iter = tty_write, 462 .splice_read = copy_splice_read, 463 .splice_write = iter_file_splice_write, 464 .poll = tty_poll, 465 .unlocked_ioctl = tty_ioctl, 466 .compat_ioctl = tty_compat_ioctl, 467 .open = tty_open, 468 .release = tty_release, 469 .fasync = tty_fasync, 470 .show_fdinfo = tty_show_fdinfo, 471};
tty_fops.unlocked_ioctl 是 tty_ioctl。它的内部是一个大的 switch(cmd)，处理几十种命令，但里面没有 TCGETS2 对应的 case，命令会落进 default 分支，交给 tty_jobctrl_ioctl 处理。
tty_jobctrl_ioctl 之后还有 tty->ops->ioctl 和 ld->ops->ioctl，这三段代码将依次尝试：
2768default: 2769 retval = tty_jobctrl_ioctl(tty, real_tty, file, cmd, arg); 2770 if (retval != -ENOIOCTLCMD) 2771 return retval; 2772} 2773if (tty->ops->ioctl) { 2774 retval = tty->ops->ioctl(tty, cmd, arg); 2775 if (retval != -ENOIOCTLCMD) 2776 return retval; 2777} 2778ld = tty_ldisc_ref_wait(tty); 2779if (!ld) 2780 return hung_up_tty_ioctl(file, cmd, arg); 2781retval = -EINVAL; 2782if (ld->ops->ioctl) { 2783 retval = ld->ops->ioctl(tty, cmd, arg); 2784 if (retval == -ENOIOCTLCMD) 2785 retval = -ENOTTY; 2786} 2787tty_ldisc_deref(ld); 2788return retval;
实际的执行情况：
tty_jobctrl_ioctl：没有TCGETS2tty->ops_ioctl：tty->ops是某种tty_operations，理论上也可能有自己的ioctl分支。搜索所有定义了ioctl字段的tty_operations实现，结果很多，这里暂且先跳过。drivers/tty/pty.c: .ioctl = pty_bsd_ioctl, drivers/tty/pty.c: .compat_ioctl = pty_bsd_compat_ioctl, drivers/tty/pty.c: .ioctl = pty_unix98_ioctl, drivers/tty/pty.c: .compat_ioctl = pty_unix98_compat_ioctl, drivers/tty/vt/vt.c: .ioctl = vt_ioctl, drivers/tty/vt/vt.c: .compat_ioctl = vt_compat_ioctl, drivers/tty/nozomi.c: .ioctl = ntty_ioctl, drivers/tty/amiserial.c: .ioctl = rs_ioctl, drivers/tty/ipwireless/tty.c: .ioctl = ipw_ioctl, drivers/tty/mxser.c: .ioctl = mxser_ioctl, drivers/tty/synclink_gt.c: .ioctl = ioctl, drivers/tty/synclink_gt.c: .compat_ioctl = slgt_compat_ioctl, drivers/tty/n_gsm.c: .ioctl = gsmtty_ioctl, drivers/tty/serial/serial_core.c: .ioctl = uart_ioctl,
ld->ops->ioctl：tty_ldisc_ref_wait获取tty->ldisc，拿到上一小节说的n_tty_ops，并使用n_tty_ops->ioctl执行命令
pts 与 Unix98 pty 驱动
上一节把 tty->ops->ioctl 这个分支放过去了，它能否拦下 TCGETS2，取决于当前 tty 的 tty->ops 到底指向哪个 tty_operations。
tty_operations 的实现太多，直接从源码里枚举下去不太划算。不过别担心，还剩下最后一个线索——stdout，它到底是什么？指向哪种设备？知道之后就能缩小源码范围了。
先看看 fd 1 的文件类型：
$ file /proc/self/fd/1 /proc/self/fd/1: symbolic link to /dev/pts/9
哈……符号链接，链接到 /dev/pts/9。继续查看 /dev/pts/9 的类型：
$ file /dev/pts/9 /dev/pts/9: character special (136/9)
/dev/pts/9 是字符设备，设备号是 136/9。其中 136 是 major number，用来区分设备类型；9 是 minor number，对应这一类设备下的具体实例。
继续查当前系统注册的字符设备表：
$ rg '136' /proc/devices 17:136 pts
得知这类字符设备在内核中注册的名称为 pts，使用字符串 pts 作为新的线索，回到源码中找出谁注册了它：
1fs/devpts/inode.c 2118: /* Is a devpts filesystem at "pts" in the same directory? */ 3 4fs/namei.c 53615: /* Find something mounted on "pts" in the same directory as 63620: struct qstr this = QSTR_INIT("pts", 3); 7 8arch/um/drivers/pty.c 9155: .type = "pts", 10 11arch/um/drivers/chan_kern.c 12458: { "pts", &pts_ops }, 13461: { "pts", ¬_configged_ops }, 14 15drivers/tty/pty.c 16885: pts_driver->name = "pts";
结果里 drivers/tty/pty.c:885 这行最相关，往上翻就是 unix98_pty_ini 函数，整段逻辑包在 #ifdef CONFIG_UNIX98_PTYS 里：
586/* Unix98 devices */ 587#ifdef CONFIG_UNIX98_PTYS
确认我的系统内核编译配置里这个选项是开着的：
$ zcat /proc/config.gz | rg CONFIG_UNIX98_PTYS CONFIG_UNIX98_PTYS=y
unix98_pty_init 里调用了 tty_set_operations，把 pts_driver->ops 设成 tty_driver->ops：
884pts_driver->driver_name = "pty_slave"; 885pts_driver->name = "pts"; 886pts_driver->major = UNIX98_PTY_SLAVE_MAJOR; 887pts_driver->minor_start = 0; 888pts_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_PTY; 889pts_driver->subtype = PTY_TYPE_SLAVE; 890pts_driver->init_termios = tty_std_termios; 891pts_driver->init_termios.c_cflag = B38400 | CS8 | CREAD; 892pts_driver->init_termios.c_ispeed = 38400; 893pts_driver->init_termios.c_ospeed = 38400; 894pts_driver->other = ptm_driver; 895tty_set_operations(pts_driver, &pty_unix98_ops);
590static inline void tty_set_operations(struct tty_driver *driver, 591 const struct tty_operations *op) 592{ 593 driver->ops = op; 594}
接着是调用 tty_register_driver 函数。
897if (tty_register_driver(ptm_driver)) 898 panic("Couldn't register Unix98 ptm driver"); 899if (tty_register_driver(pts_driver)) 900 panic("Couldn't register Unix98 pts driver");
tty_register_driver 定义在 drivers/tty/tty_io.c，内部会调用 tty_cdev_add，分配 cdev 并将 cdev->ops 设置为 tty_fops：
3158static int tty_cdev_add(struct tty_driver *driver, dev_t dev, 3159 unsigned int index, unsigned int count) 3160{ 3161 int err; 3162 3163 /* init here, since reused cdevs cause crashes */ 3164 driver->cdevs[index] = cdev_alloc(); 3165 if (!driver->cdevs[index]) 3166 return -ENOMEM; 3167 driver->cdevs[index]->ops = &tty_fops; 3168 driver->cdevs[index]->owner = driver->owner; 3169 err = cdev_add(driver->cdevs[index], dev, count); 3170 if (err) 3171 kobject_put(&driver->cdevs[index]->kobj); 3172 return err; 3173}
14struct cdev { 15 struct kobject kobj; 16 struct module *owner; 17 const struct file_operations *ops; 18 struct list_head list; 19 dev_t dev; 20 unsigned int count; 21} __randomize_layout;
现在 tty->ops 已经确定是 pty_unix98_ops，可以回头看它的 ioctl 到底处理了什么：
625static int pty_unix98_ioctl(struct tty_struct *tty, 626 unsigned int cmd, unsigned long arg) 627{ 628 switch (cmd) { 629 case TIOCSPTLCK: /* Set PT Lock (disallow slave open) */ 630 return pty_set_lock(tty, (int __user *)arg); 631 case TIOCGPTLCK: /* Get PT Lock status */ 632 return pty_get_lock(tty, (int __user *)arg); 633 case TIOCPKT: /* Set PT packet mode */ 634 return pty_set_pktmode(tty, (int __user *)arg); 635 case TIOCGPKT: /* Get PT packet mode */ 636 return pty_get_pktmode(tty, (int __user *)arg); 637 case TIOCGPTN: /* Get PT Number */ 638 return put_user(tty->index, (unsigned int __user *)arg); 639 case TIOCSIG: /* Send signal to other side of pty */ 640 return pty_signal(tty, (int) arg); 641 } 642 643 return -ENOIOCTLCMD; 644}
六个 case 都与 TCGETS2 无关，返回 -ENOIOCTLCMD，请求会继续下落到 ld->ops->ioctl，也就是 n_tty_ops->ioctl。
汇总执行链
到这里，前面几节得到的几张局部执行链图已经可以拼起来了。
- 系统调用先进入
SYSCALL_DEFINE3(ioctl)，拿到fd对应的struct file - VFS 层通过
do_vfs_ioctl处理通用命令，发现TCGETS2不属于它负责的范围 - 请求继续进入
vfs_ioctl，准备调用当前文件的filp->f_op->unlocked_ioctl - 如果这个
fd指向当前终端里的/dev/pts/N，它背后就是 Unix98 pty slave driver - Unix98 pty slave driver 注册出的 tty 字符设备使用
tty_fops，其中unlocked_ioctl指向tty_ioctl tty_ioctl先尝试 tty 自己的tty->ops->ioctl，也就是pty_unix98_ioctlpty_unix98_ioctl不处理TCGETS2，返回-ENOIOCTLCMD- 请求继续落到当前 tty 的线路规程
ld->ops->ioctl - 这个 tty 的默认线路规程是启动阶段注册好的
N_TTY，也就是n_tty_ops n_tty_ops.ioctl最终进入tty_mode_ioctl，处理TCGETS2，把终端属性写回用户态缓冲区
如果只按直觉看这条链已经闭合了, 但其实跳过了关键问题（图中红线）：
vfs_ioctl拿到的是struct file *filp，它调用filp->f_op->unlocked_ioctl，我只是推测它为tty_fops->unlocked_ioctl- 我只找到字符设备里的
cdev->ops = &tty_fops，这说明不了什么，除非filp->f_op = cdev->ops
所以最后还需要证明一件事：打开 /dev/pts/N 这个字符设备时，内核把 cdev->ops 塞进了当前文件的 filp->f_op。
最后一块拼图
过滤 filp->f_op = cdev->ops 无果，过滤 cdev->ops 的结果看上去都不相关。倒是过滤 filp->f_op 精确匹配了变量名，逐个翻看，在 fs/char_dev.c 里找到了 chrdev_open 函数：
static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp) { p = inode->i_cdev; // ... fops = fops_get(p->ops); if (!fops) goto out_cdev_put; replace_fops(filp, fops); if (filp->f_op->open) { ret = filp->f_op->open(inode, filp); if (ret) goto out_cdev_put; }
还好没有只看匹配行就略过了，替换 f_op 的逻辑在它上方。
fops 是 cdev->ops，传给了 replace_fops(filp, fops)，这是个宏：
2353#define replace_fops(f, fops) \ 2354 do { \ 2355 struct file *__file = (f); \ 2356 fops_put(__file->f_op); \ 2357 BUG_ON(!(__file->f_op = (fops))); \ 2358 } while(0)
展开后类似（去除无关代码）1212.这种 do {} while(0) 的写法可以让一个包含多条语句的宏，在语法上表现得像一条普通单行语句，不增加任何运行时开销。：
do { struct file *__file = (filp); __file->f_op = (fops) } while(0)
449const struct file_operations def_chr_fops = { 450 .open = chrdev_open, 451 .llseek = noop_llseek, 452};
小结
唉，好累，您还记得我最初要干什么吗？我已经神智不清了。
如果要回答文章标题，那么答案是：eza 通过 ioctl(fd, TCGETS2) 系统调用检测自己的 stdout 是否为终端设备，Linux 内核如果能返回终端属性，就是终端，否则就不是。
strace 验证
前面的结论完全来自源码阅读，最后用 strace 看一眼运行时行为，确认 eza 的确发起了同一次 ioctl。
直接输出到终端时，fd 1 可以响应 TCGETS2 请求，返回值为 0：
ioctl(1, TCGETS2, {c_iflag=ICRNL|IUTF8, c_oflag=NL0|CR0|TAB0|BS0|VT0|FF0|OPOST|ONLCR, c_cflag=B38400|CS8|CREAD, c_lflag=ISIG|ICANON|ECHO|ECHOE|ECHOK|IEXTEN|ECHOCTL|ECHOKE, ...}) = 0 ioctl(1, TIOCGWINSZ, {ws_row=39, ws_col=125, ws_xpixel=1250, ws_ypixel=741}) = 0 ioctl(1, TIOCGWINSZ, {ws_row=39, ws_col=125, ws_xpixel=1250, ws_ypixel=741}) = 0 ioctl(0, TCGETS2, {c_iflag=ICRNL|IUTF8, c_oflag=NL0|CR0|TAB0|BS0|VT0|FF0|OPOST|ONLCR, c_cflag=B38400|CS8|CREAD, c_lflag=ISIG|ICANON|ECHO|ECHOE|ECHOK|IEXTEN|ECHOCTL|ECHOKE, ...}) = 0 ioctl(1, TIOCGWINSZ, {ws_row=39, ws_col=125, ws_xpixel=1250, ws_ypixel=741}) = 0 ioctl(1, TIOCGWINSZ, {ws_row=39, ws_col=125, ws_xpixel=1250, ws_ypixel=741}) = 0
管道到 cat 后，fd 1 变成管道，不再是 tty，内核返回 ENOTTY，无法响应 TCGETS2 请求，返回值为 -1：
ioctl(1, TCGETS2, 0x7ffc232ddda0) = -1 ENOTTY (Inappropriate ioctl for device) ioctl(1, TIOCGWINSZ, 0x7ffc232ddb30) = -1 ENOTTY (Inappropriate ioctl for device) ioctl(0, TCGETS2, {c_iflag=ICRNL|IUTF8, c_oflag=NL0|CR0|TAB0|BS0|VT0|FF0|OPOST|ONLCR, c_cflag=B38400|CS8|CREAD, c_lflag=ISIG|ICANON|ECHO|ECHOE|ECHOK|IEXTEN|ECHOCTL|ECHOKE, ...}) = 0 ioctl(1, TIOCGWINSZ, 0x7ffc232e0430) = -1 ENOTTY (Inappropriate ioctl for device)
好耶。
延伸阅读
todo!()
tty 是什么
pty 是什么
glibc 项目结构
linux kernel .init.text
is_terminal 在 Windows 上的实现
拥有同样魔法的程序
todo!()
总结
todo!()
附件
文章中的图表源文件：
- linux-kernel-01-ioctl-syscall.excalidraw
- linux-kernel-02-tcgets2-handler.excalidraw
- linux-kernel-03-n-tty-register.excalidraw
- linux-kernel-04-default-ldisc.excalidraw
- linux-kernel-05-unlocked-ioctl.excalidraw
- linux-kernel-06-unix98-pty.excalidraw
- linux-kernel-07-chrdev-open.excalidraw
- linux-kernel-execution-chain-with-gap.excalidraw
- linux-kernel-execution-chain.excalidraw
参考
以下资料在分析过程中不使用，仅在结束后用于修正草稿（研究过程的笔记）错误，和完善延伸阅读内容。
- https://doc.rust-lang.org/beta/std/io/struct.Stdout.html
- https://www.linusakesson.net/programming/tty/
- https://www.bruceblinn.com/5-LinuxCorner/DoWhile.html
- https://stackoverflow.com/questions/56419346/how-does-the-libc-function-isatty-work
- https://stackoverflow.com/questions/23788509/how-linux-knows-which-ioctl-function-to-call
- https://unix.stackexchange.com/questions/4126/what-is-the-exact-difference-between-a-terminal-a-shell-a-tty-and-a-con
- https://blogsystem5.substack.com/p/ioctls-rust
海洋生物和环境资料：
不对其实是对的，我本就期待这样的结果，只是为什么会这样期待呢？这不对。
glibc 的 sysdeps/ 按 CPU 架构、操作系统、ABI、字长等命名分层组织目录，构建时先用 configure 生成优先目录列表，再用 make 按顺序覆盖选择对应源码。详细见 glibc 项目结构。
看手册是允许的，因为它类似于代码注释，属于作者给出的辅助信息。但网络搜索代码含义又是不允许的，因为这是别人从过多信息总结出的结论。我为这个规则找到了合理的解释。
termios2 主要多了显式保存输入、输出波特率的 c_ispeed 和 c_ospeed 字段，并配合 BOTHER 支持任意整数波特率。
一个熟悉的词，我对它最深印象的是登录界面可以按下快捷键切换到不同“会话”。但它到底是什么，一个能输入字符显示字符的黑白界面？我好像从来没有真正理解过。
事后写文章时我才知道它被翻译为“行规程”或“线路规程”，意为终端线路的规则集，与“文本行”没有直接关系。
ldisc 是 line discipline 的缩写，整理文章时我才意识到。
TODO: __init 机制
这种 do {} while(0) 的写法可以让一个包含多条语句的宏，在语法上表现得像一条普通单行语句，不增加任何运行时开销。