TTY 阻塞读与 ProcessMode 桥接

日期：2026-07-04 标签：rust, tty, ldisc, async, waker

来源：StarryOS kernel/src/pseudofs/dev/tty/terminal/ldisc.rs:31-50、ldisc.rs:219-223、ldisc.rs:271-294、ldisc.rs:200-216、kernel/src/pseudofs/dev/tty/mod.rs:57、mod.rs:244-261、kernel/src/pseudofs/dev/tty/pty.rs:58-86、kernel/src/drivers/ntty_async.rs:25-31。 范围：TTY 阻塞读在哪个 waker 上等、ProcessMode 三态选择、tty-reader 后台 task、PTY 主从与 AsyncUart 的实际用法。

答案

ProcessMode 解决「TTY 阻塞读该在哪个 waker 上阻塞」的选择问题。三态对应不同数据来源。

TTY 阻塞读的根问题

用户态调 read(stdin)，数据没来时进程要让出 CPU。问题：数据来源是哪里？

TTY 角色	数据来源	阻塞 waker 应注册到
真实 UART	UART RX 中断	UART PollSet
PTY master	不应有 rx	不需要
PTY slave	来自 master 写入	master 端 PollSet
控制台	同真实 UART	UART PollSet

三个变体

定义（ldisc.rs:31-50）：

pub enum ProcessMode {
    Manual,                                     // 仅 read 时处理
    External(Box<dyn Fn(Waker) + Send + Sync>), // spawn task，外部 callback 注册 waker
    None(Arc<PollSet>),                          // PTY master 用
}

内部 Processor（ldisc.rs:219-223）：

enum Processor<R, W> {
    Manual(InputReader<R, W>),
    External(Arc<PollSet>),
    None(SimpleReader<R>, Arc<PollSet>),
}

三个变体的差异

Manual

Processor::Manual(InputReader)。InputReader::poll() 走完整 line discipline（IGNCR/ICRNL/ICANON/ECHO）。

register_rx_waker 直接 waker.wake_by_ref()（ldisc.rs:345-347）——不真阻塞。

限制：信号只能 read 时检查。ldisc.rs:33-37 注释明确指出。

External

Processor::External(Arc<PollSet>)。spawn 独立 task（ldisc.rs:271-294）：

ProcessMode::External(register) => {
    let poll_rx = Arc::new(PollSet::new());
    axtask::spawn_with_name(
        {
            let poll_rx = poll_rx.clone();
            let poll_tx = poll_tx.clone();
            move || {
                block_on(poll_fn(|cx| {
                    while reader.poll() { poll_rx.wake(); }
                    poll_tx.register(cx.waker());
                    register(cx.waker().clone());
                    while reader.poll() { poll_rx.wake(); }
                    Poll::Pending
                }))
            }
        },
        "tty-reader".into(),
    );
    Processor::External(poll_rx)
}

机制： - spawn 一个 tty-reader 后台 task - 持续 reader.poll()，走 InputReader 完整 line discipline - 数据推 buf_tx 后 poll_rx.wake() 唤醒消费者 - 没数据时调外部 register(cx.waker().clone()) - 把 waker 挂到数据源 PollSet

关键：外部 callback 是「数据源 wake 我」的钩子。

None

Processor::None(SimpleReader, Arc<PollSet>)。SimpleReader::poll() 只做 LF→CRLF 转换（ldisc.rs:200-216），不走 line discipline。

用途：PTY master。master 是 raw 通道，不需要完整行规程。

PTY 主从的选型

pty.rs:58-86：

let master = Tty::new(
    terminal.clone(),
    TtyConfig {
        reader: PtyReader::new(slave_to_master.clone()),
        writer: PtyWriter::new(master_to_slave.clone(), poll_rx_slave.clone()),
        process_mode: ProcessMode::None(poll_rx_master.clone()),
    },
);

let slave = Tty::new(
    terminal,
    TtyConfig {
        reader: PtyReader::new(master_to_slave),
        writer: PtyWriter::new(slave_to_master, poll_rx_master),
        process_mode: ProcessMode::External(Box::new(move |waker| {
            poll_rx_slave.register(&waker)
        })),
    },
);

slave 端 External callback 把 waker 注册到 poll_rx_slave——master 端 PollSet。master 的 PtyWriter.write 写完数据后 self.1.wake() 唤醒 poll_rx_slave，触发 tty-reader。

数据流：

键盘输入
  ↓
master PtyWriter.write
  ↓ push master_to_slave，wake poll_rx_slave
slave 端 tty-reader 被唤醒
  ↓ InputReader.poll() 走 line discipline
  ↓ 数据推 buf_tx
  ↓ poll_rx.wake()
slave 端 read 消费者被唤醒
  ↓
返回数据

is_ptm = matches!(&config.process_mode, ProcessMode::None(_)) 在 Tty 层面区分 master / slave：

• is_ptm 时跳过 job control（mod.rs:254）
• is_ptm 时无条件轮询 IN（mod.rs:247）
• is_ptm 时跳过前台检查（mod.rs:98）

master 不是真 TTY，是 raw 通道，不该受 job control 限制。

AsyncUart 的 ProcessMode

ntty_async.rs:25-31：

process_mode: ProcessMode::External(Box::new(move |waker| {
    // register the tty-reader's waker on the RX ring buffer's PollSet.
    uart_init::driver().rx.poll.register(&waker);
})),

callback 把 tty-reader waker 注册到 UART RX ring buffer 的 PollSet。

数据流：

UART RX 收到字节
  ↓
RX copier push_batch 到 ring buffer
  ↓ rx.poll.wake() (ring_buffer.rs:83/101)
tty-reader task 被唤醒
  ↓
InputReader.poll() 走 line discipline
  ↓ poll_rx.wake()
shell 端 read() 拿到数据

设计动机

ldisc.rs:33-37 注释明确指出：

Manual: Process inputs only on call to read. This is the fallback strategy and is rather limited. For instance, you can't interrupt a running program by Ctrl+C unless it's not blocked on a read call to the terminal, since the signal is emitted only when inputs are being processed.

Manual 是 fallback。External 模式的设计动机就是解决「信号延迟」问题：通过 spawn 后台 task 持续 poll，让信号能在任何时候被处理。

None 是另一个动机：master 不是真 TTY，是数据通道，不需要完整行规程。

易错点

误判	真相
Manual 阻塞 = 没用	适合简单场景（不需后台处理）
External = 数据自动来	callback 只是 wake 路径，数据要 tty-reader 主动 poll
None = 简化版 Manual	PTY master 专用，走 SimpleReader 不走完整 ldisc
选 ProcessMode 决定 PollSet 在哪	ProcessMode + callback 一起决定，缺一不可
三态只是性能差异	设计动机不同：Manual=简单、External=可被外部 wake、None=master 专用

经验

• TTY 异步化的关键是「在哪阻塞」：数据来源决定 PollSet 位置
• 选 ProcessMode 前先问「数据从哪来」
• Manual 模式是 fallback，不是首选
• External 的 callback 是数据源 wake 钩子，不是数据本身
• PTY master 不是真 TTY，强制走 None 走 SimpleReader

问题解答

问题 1：PTY master 错选 ProcessMode::External 会怎样？

会引发三个问题：

1. line discipline 双重应用。External 模式 spawn 的 tty-reader task 用 InputReader（走完整 ldisc），PTY master 路径不该有 ldisc。从 slave 来的数据已经过 slave 端 ldisc，到 master 又被 InputReader 处理一遍——\r→\n 重复、信号重复分发。

2. 信号错乱。InputReader 的 check_send_signal 会扫描 \x03（SIGINT）、\x1c（SIGQUIT）等控制字符。master 端不该触发这些——它们是给应用层用户的，不是给 PTY master 的。

3. is_ptm 状态错位。is_ptm = matches!(&config.process_mode, ProcessMode::None(_)) 会变 false。master 端原本跳过 job control（mod.rs:254）、跳过前台检查（mod.rs:98）的优势会消失。master 被误当作普通 TTY 处理，PTY 客户端发数据时可能受前台进程组检查阻塞。

根本原因：master 是「写者视角」的 raw 通道，不是 TTY 用户视角。None + SimpleReader 的设计正是为了避免这些问题。

问题 2：Manual 模式下后台进程按 Ctrl+C 会怎样？

会失败——Manual 模式不支持后台进程的 Ctrl+C 中断。

具体路径：

• Manual 的 register_rx_waker 直接 waker.wake_by_ref()（ldisc.rs:346），不真阻塞
• 没有外部 callback 注册到 RX PollSet
• ISR 收到 \x03 → push 到 RX ring buffer
• 没有 waker 被注册到 RX PollSet → 没人被唤醒
• 后台进程不在 read → 不会被 ldisc 处理
• \x03 字节躺在 ring buffer 里等到下次 read
• 如果后台进程永远不 read，信号永远不到

这正是 ldisc.rs:33-37 注释说的「can't interrupt a running program by Ctrl+C unless it's not blocked on a read call to the terminal」。

External 模式如何解决：spawn 一个独立 tty-reader task 持续 poll。即使没人 read，task 也在后台处理 RX 字节、扫描控制字符、分发信号。后台进程能即时收到 SIGINT。