支持多用户web终端实现及安全保障（nodejs）

摘要：每次在命令行中输入一串命令，敲入回车，终端进程都会一个子进程，用来执行输入的命令，终端进程通过系统调用监听子进程退出，同时通过暴露的输出子进程执行信息。父进程通过创建该的实现向子进程从设备的输入输出。

terminal（命令行）作为本地IDE普遍拥有的功能，对项目的git操作以及文件操作有着非常强大的支持。对于WebIDE，在没有web伪终端的情况下，仅仅提供封装的命令行接口是完全不能满足开发者使用，因此为了更好的用户体验，web伪终端的开发也就提上日程。

关于终端（tty）与伪终端（pty）的区别，大家可以参考What do pty and tty mean?

终端，在我们认知范围内略同于命令行工具，通俗点说就是可以执行shell的进程。每次在命令行中输入一串命令，敲入回车，终端进程都会fork一个子进程，用来执行输入的命令，终端进程通过系统调用wait4()监听子进程退出，同时通过暴露的stdout输出子进程执行信息。

如果在web端实现一个类似于本地化的终端功能，需要做的可能会更多：网络时延及可靠性保证、shell用户体验尽量接近本地化、web终端UI宽高与输出信息适配、安全准入控制与权限管理等。在具体实现web终端之前，需要评估这些功能那些是最核心的，很明确：shell的功能实现及用户体验、安全性（web终端是在线上服务器中提供的一个功能，因此安全性是必须要保证的）。只有在保证这两个功能的前提下，web伪终端才可以正式上线。

下面首先针对这两个功能考虑下技术实现（服务端技术采用nodejs）：

node原生模块提供了repl模块，它可以用来实现交互式输入并执行输出，同时提供tab补全功能，自定义输出样式等功能，可是它只能执行node相关命令，因此无法达到我们想要执行系统shell的目的

node原生模块child_porcess，它提供了spawn这种封装了底层libuv的uv_spawn函数，底层执行系统调用fork和execvp，执行shell命令。但是它未提供伪终端的其它特点，如tab自动补全、方向键显示历史命令等操作

因此，服务端采用node的原生模块是无法实现一个伪终端的，需要继续探索伪终端的原理和node端的实现方向。

伪终端不是真正的终端，而是内核提供的一个“服务”。终端服务通常包括三层：

最顶层提供给字符设备的输入输出接口

中间层的线路规程（line discipline）

底层的硬件驱动

其中，最顶层的接口往往通过系统调用函数实现，如（read，write）；而底层的硬件驱动程序则负责伪终端的主从设备通信，它由内核提供；线路规程看起来则比较抽象，但是实际上从功能上说它负责输入输出信息的“加工”，如处理输入过程中的中断字符（ctrl + c）以及一些回退字符（backspace 和 delete）等，同时转换输出的换行符n为rn等。

一个伪终端分为两部分：主设备和从设备，他们底层通过实现默认线路规程的双向管道连接（硬件驱动）。伪终端主设备的任何输入都会反映到从设备上，反之亦然。从设备的输出信息也通过管道发送给主设备，这样可以在伪终端的从设备中执行shell，完成终端的功能。

伪终端的从设备中，可以真实的模拟终端的tab补全和其他的shell特殊命令，因此在node原生模块不能满足需求的前提下，我们需要把目光放到底层，看看OS提供了什么功能。目前，glibc库提供了posix_openpt接口，不过流程有些繁琐：

使用posix_openpt打开一个伪终端主设备

grantpt设置从设备的权限

unlockpt解锁对应的从设备

获取从设备名称（类似 /dev/pts/123）

主（从）设备读写，执行操作

因此出现了封装更好的pty库，仅仅通过一个forkpty函数便可以实现上述所有功能。通过编写一个node的c++扩展模块，搭配pty库实现一个在伪终端从设备执行命令行的terminal。

关于伪终端安全性的问题，我们在文章的最后在进行讨论。

根据伪终端的主从设备的特性，我们在主设备所在的父进程中管理伪终端的生命周期及其资源，在从设备所在的子进程中执行shell，执行过程中的信息及结果通过双向管道传输给主设备，由主设备所在的进程向外提供stdout。

在此处借鉴pty.js的实现思路：

  pid_t pid = pty_forkpty(&master, name, NULL, &winp);

  switch (pid) {
    case -1:
      return Nan::ThrowError("forkpty(3) failed.");
    case 0:
      if (strlen(cwd)) chdir(cwd);

      if (uid != -1 && gid != -1) {
        if (setgid(gid) == -1) {
          perror("setgid(2) failed.");
          _exit(1);
        }
        if (setuid(uid) == -1) {
          perror("setuid(2) failed.");
          _exit(1);
        }
      }

      pty_execvpe(argv[0], argv, env);

      perror("execvp(3) failed.");
      _exit(1);
    default:
      if (pty_nonblock(master) == -1) {
        return Nan::ThrowError("Could not set master fd to nonblocking.");
      }

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