Slide 1
Slide 1 text
ターミナル雑記
端末と和解せよ
発表者: すとんりばー
Slide 2
Slide 2 text
自己紹介
Slide 3
Slide 3 text
自己紹介
Twitter : @strvert
GitHub : strvworks
HN：すとんりばー
所属 :
苫小牧高専 情報科学・工学系 undefined年
ソフトウェアテクノロジー部, 情報処理同好会
LOCAL学生部
趣味 :
ArchLinux, Vim, C++, Python, 自鯖運用, 読書
Go
活動 :
プログラミング教育活動, 技術系アルバイト,
ゲーム開発サークル運営, イベント・勉強会運営
お気持ち :
僕ここにいて良いのかな？
Slide 4
Slide 4 text
質問
皆さんはターミナルエミュレータを利用した経験があ
りますか？
Slide 5
Slide 5 text
質問
皆さんは普段ターミナルエミュレータを利用して生活
を送っていますか？
Slide 6
Slide 6 text
質問
では、ターミナルエミュレータとはそもそも何かを理
解していますか？
Slide 7
Slide 7 text
質問
では、ターミナルエミュレータとはそもそも何かを理
解していますか？
なんとなくコマンドを打ち込んで応答してくれる物とし
て見てしまいがちですが、その正体や持っている機
能について触れてみたいと思います。
Slide 8
Slide 8 text
ターミナルエミュレータとは
Slide 9
Slide 9 text
ターミナルエミュレータとは
ターミナルエミュレータについて理解するために、こ
のターミナルエミュレータという名前に注目してみま
しょう。
Slide 10
Slide 10 text
ターミナルエミュレータとは
ターミナルエミュレータについて理解するために、こ
のターミナルエミュレータという名前に注目してみま
しょう。
そもそもエミュレータというからには、何らかの元とな
る物の動作を模倣したソフトウェアであるはずです。
Slide 11
Slide 11 text
ターミナルエミュレータとは
少しコンピュータの歴史を遡ってみると、以下のよう
な機器が出てきます。
Slide 12
Slide 12 text
ターミナルエミュレータとは
この機器は、1978年にDigital Equipment
Corporation社が発売した、VT100という機種の当時
のデファクトスタンダードと
なっていたターミナル(端末)です。
もちろん完全CUIで、私達の知るよ
うな動画再生も音楽再生もできま
せん。
Slide 13
Slide 13 text
ターミナルエミュレータとは
しかしVT100には、それまでに普及していたターミナ
ルと異なるいくつかの特徴がありました。
Slide 14
Slide 14 text
ターミナルエミュレータとは
しかしVT100には、それまでに普及していた端末と異
なるいくつかの特徴がありました。
- 表示文字の点滅機能
- 反転表示機能
- 下線機能
- etc… つまり、文字の装飾機能
Slide 15
Slide 15 text
ターミナルエミュレータとは
これらの機能は今のGUIの世界から見れば大した
ことのない機能ですが、完全なCUIの世界であった
当時としては、これは非常に革新的かつグラフィカ
ルな機能として迎えられました。
Slide 16
Slide 16 text
ターミナルエミュレータとは
VT100は様々な文字装飾機能などを搭載してい
ましたが、これはVT100独自の機能ではなく、
ANSI X3.64(ANSI escape code)というANSI規格
による文字制御の規格に準拠したものでした。
Slide 17
Slide 17 text
ターミナルエミュレータとは
しかし、VT100が広く普及したため、ANSI X3.64準拠
端末をVT100互換とすることも多くありました。
Slide 18
Slide 18 text
ターミナルエミュレータとは
しかし、VT100が広く普及したため、ANSI X3.64準拠
端末をVT100互換とすることも多くありました。
そして実は、現代に存在するターミナルエミュレータ
というのは、その多くがこのVT100の機能を模倣した
ソフトウェア達なのです。
Slide 19
Slide 19 text
ターミナルエミュレータとは
しかし、実機時代に普及した端末はVT100だけでは
ありません。後継となる主な端末としてVT220,
VT340といった端末も存在し、これらの機能の一部
も現代のターミナルエミュレータに取り込まれていま
す。
Slide 20
Slide 20 text
ターミナルエミュレータとは
さらに、現代においてはGUIのWMが普及したことか
ら、複数のターミナルエミュレータのウィンドウを起動
して、同時に複数のターミナルにアクセスすることが
可能になっています。
これは実機時代にはできなかったことです。
Slide 21
Slide 21 text
ターミナルエミュレータとは
現在導入しやすく比較的知られているものの中で、VT100などの
端末に対する機能の互換性が特に高い端末をいくつか紹介しま
す。
● Linux
○ Xterm
○ Mlterm
● Windows
○ Mintty
○ RLogin
○ TeraTerm
Slide 22
Slide 22 text
ターミナルエミュレータとは
なお、GUI環境よりも下の環境でUNIX系OSを操作
するときに起動する端末は、各OS毎に異なるエミュ
レータ実装となっています。
ターミナルエミュレータ自体の誕生過程とどうしてあ
のような形なのかなんとなくイメージが付きましたで
しょうか？
Slide 23
Slide 23 text
ターミナルエミュレータ周辺の構成
Slide 24
Slide 24 text
周辺の構成
ターミナルエミュレータの起源についてざっくりとお話
しましたが、ターミナルエミュレータ周辺の技術的な
構成はどうなっているのでしょうか。
Slide 25
Slide 25 text
周辺の構成
ターミナルエミュレータ単体では普段行うような操作
は当然できず、その他多くのソフトウェアと相互に連
携が行われています。
Slide 26
Slide 26 text
周辺の構成
これは、GUI環境においてターミナルエミュレータとその他のソフト
ウェアが連携して動作するにあたって組まれている構成の概略図
です。
あえて分割して描きましたが、
ターミナルエミュレータも当然CUIを
提供するGUIアプリケーションであるた
め、WMの上に位置することになります。
Slide 27
Slide 27 text
周辺の構成
そして、ターミナルエミュレータを介したユーザーの入出力は、ター
ミナルエミュレータ自体でコマンドの解釈や処理は一切行わず、そ
のバイトデータがシェル
に送信されます。
実際にカーネルへコマンドを渡したり、
システムの機能を利用したり結果を受け
取っているのはすべてシェルです。
Slide 28
Slide 28 text
周辺の構成
つまり、ターミナルエミュレータはあくまでも入力と出力そのものし
か行っていないのです。橋渡しの描画役であって、自らコマンドの
処理を行うことはまず
ありません。
では、先程紹介したようなグラフィカル
な文字の装飾などはどのように行われて
いるのでしょうか。
Slide 29
Slide 29 text
制御コード
Slide 30
Slide 30 text
制御コード
ターミナルエミュレータが画面を描画するにあたって
は、受動的にバイトデータを受け取ることだけが基本
となります。
その中で、様々な効果を利用するために用いられる
のが制御コードです。
Slide 31
Slide 31 text
制御コード
ターミナルエミュレータは、自分に渡されてきたバイト
データを監視しています。
そして、データ中に特定の制御コードが認められる
と、その制御コード自体は出力せず、制御コードに割
り当てられた動作を自ら行います。
Slide 32
Slide 32 text
制御コード
現在利用されている文字コード達の歴史をたどると
それらの大本に位置しているのは、ご存知ASCIIコー
ドです。
Slide 33
Slide 33 text
制御コード
現在知られているASCIIコードは
このようなものです。
Slide 34
Slide 34 text
制御コード
現在知られているASCIIコードは
このようなものです。
制御コードとして定義されて
いる文字は、青色の部分に
なります。
※SPは現在はちょっと特殊
Slide 35
Slide 35 text
制御コード
「「そんなこと知ってるが？？」」と思ったかもしれませ
ん。
では、ASCIIコードが何の機器で利用するために策
定された文字コードであるかご存知でしょうか。
Slide 36
Slide 36 text
制御コード
実はASCIIコードは、本来コンピュータで利用することを想定して策
定されたものではなく、テレタイプという遠隔で文字を送信するタイ
プライター
のような機器で用いられる
ものでした。
Slide 37
Slide 37 text
制御コード
テレタイプは電動の機械式タイプライターであるため、計算機能は
持たず、遠隔地に存在する接続したテレタイプにセットされた紙に
機械的に印字を行うものでした。
遠隔地のテレタイプに対して
印字以外の改行や改ページな
どの動作を命令するために、
制御コードが必要となったの
です。
Slide 38
Slide 38 text
制御コード
その視点で、ASCIIコードの制御コードをいくつか見てみましょう。
制御コード テレタイプにおける動作 現在の動作 エスケープコード
SP 用紙を左に1文字分ずらす制御 “空白”を入力(非制御コード) -
BS 用紙を右に1文字分ずらす制御 左1文字削除(制御コード) \b
LF 用紙を上に1行分ずらす制御 次行に移動 \n
CR 用紙を1番右へずらす制御 行頭に移動 \r
OSによって改行コードが異なる事があるのはここが由来
Unix系はコンピュータに向けて最適化 (LF)
Windowsはテレタイプ準拠(LFCR)
Slide 39
Slide 39 text
制御コード
ASCIIコードの源流がテレタイプのようなものであることを考えれ
ば、ターミナルエミュレータがあくまでも入力の受け取りと、渡され
たバイトデータの適切な表示のみを行うソフトウェアであるというこ
とがより直感的に理解できるかと思います。
この図はちょっと分け方が微妙
Slide 40
Slide 40 text
制御コード
しかし、テレタイプが前述の完全電子式の端末やミ
ニコンピュータなどに置きかえられ始めると、ASCIIに
定義された最低限の制御コードのみでは表現の幅
が足りなくなるようになりました。そこで、より拡張さ
れた制御コードが登場しました。
Slide 41
Slide 41 text
エスケープシーケンス
Slide 42
Slide 42 text
エスケープシーケンス
エスケープシーケンスとは、単一の制御コードではな
く、特定の制御コードのパターンで端末に対して指示
を出すシーケンスのこと。
Slide 43
Slide 43 text
エスケープシーケンス
以下は、エスケープシーケンスの種類の一部です。実際にはもっ
と多くの種類が存在します。
制御シーケンス(コード)名 開始コード 効果
ESCシーケンス \e, \033, \x1b 全般的な制御。また、あらゆるシーケンスの開
始に含まれる。ASCIIに存在。
CSIシーケンス ESC + [ , ( \x1b[ ) Control Sequence Introducer
様々な端末コントロール、情報取得
DCSシーケンス ESC + P, ( \x1bP) Device Control String
OSCシーケンス ESC + ], (\x1b]) Operating System Command
OSに関係する制御。ウィンドウ情報など。
Slide 44
Slide 44 text
エスケープシーケンス
エスケープシーケンスは、新たな文字を追加すること
なく制御コードを拡張できるよう策定されています。
そのため、ESC制御コードを先頭においたシーケン
スで構成されます。
Slide 45
Slide 45 text
エスケープシーケンス
例えば、以下のようなエスケープシーケンスが存在します。
シーケンス 概要
CSI Ps A カーソルを Ps 行上に移動する。
CSI Ps B カーソルを Ps 行下に移動する。
CSI Ps1 m 以降の出力背景をPs1 に指定した色に変更。 (赤=41, 緑=42, …..)
CSI Ps c 端末特性を報告する。これを見ると何に準拠しているかわかる
ESC # 8 画面を全部Eで埋める (描画範囲とかのテストに使うらしい )
シェルで試す例:
for i in {47..40}; do echo -e ’\x1b[’${i}’m’; done // (PARTY)
Slide 46
Slide 46 text
エスケープシーケンス
シーケンス 概要(抜粋)
CSI Ps1 ; Ps2 ; Ps3 t Ps1 = 1 ウィンドウを通常表示状態にする。
= 2 ウィンドウを最小化する。
= 3 ウィンドウ位置を Ps2, Ps3 に移動する。
= 4 ウィンドウサイズを高さ Ps2 ドット, 幅 Ps3 ドットに変更する。
= 5 ウィンドウを前面に移動する。
= 6 ウィンドウを背面に移動する。
= 10 端末のフルスクリーンモードを変更する。
Ps2 = 0 フルスクリーン状態を解除する
= 1 フルスクリーン状態にする
= 2 フルスクリーン状態を変更する(トグル)
シェルで試す例:
echo -e ’\x1b[3;100;100t’ // (ウィンドウを左上から100, 100に移動)
echo -e ’\x1b[10;1;t’ // (ウィンドウをフルスクリーンに！)
だんだんCUIを超越してくる
Slide 47
Slide 47 text
エスケープシーケンス
シーケンス 概要(抜粋)
CSI Ps1 ; Ps2 ' z Ps1 = 0 ロケータ報告を無効にする
= 1 ロケータ報告を有効にする
= 2 ワンショットモード。
Ps2 = 0 文字モード。2 と同じ。
= 1 ピクセルモード。位置をピクセル単位で報告する。
= 2 文字モード。位置を文字単位で報告する。
CSI ' | ウィンドウ上のロケータ (マウスカーソル)の位置、ボタン状態などを報告。ロケータ報告が
有効化されている必要がある。
戻り値が発生しはじめる
各ターミナルが対応しているかはともかく、本当に多くのエスケープシーケンスが
存在するので、見ると面白いです。
Xtermが対応している制御シーケンス :
https://invisible-island.net/xterm/ctlseqs/ctlseqs.pdf
Slide 48
Slide 48 text
エスケープシーケンスの利用
Slide 49
Slide 49 text
エスケープシーケンスの利用
色々と紹介してきましたが、実際にCUIアプリケー
ションを作成するにあたってエスケープシーケンスを
どのように利用すればいいでしょうか。
Slide 50
Slide 50 text
エスケープシーケンスの利用
単純に端末に対して一方的な命令を送るものであれ
ば、標準出力を行う関数等に文字を出力させるだけ
で、ターミナルエミュレータが読み取って効果を発揮
してくれます。
Slide 51
Slide 51 text
エスケープシーケンスの利用
問題は結果を返すタイプのエスケープシーケンスで
す。これらは値を返しますが、あくまでターミナルの
機能の中で動作するため、値はキーボードで入力し
たときと同様の状態になります。
Slide 52
Slide 52 text
エスケープシーケンスの利用
通常、標準入力から値を受け取るには改行コードが
入力される必要があります。
これはターミナルインターフェイスが入力を行単位で
受け付けることが原因です。
Slide 53
Slide 53 text
エスケープシーケンスの利用
これは端末が入力を行単位で受け付けることが原因で
す。端末は行単位で入力をバッファリングし、改行コード
を検知して標準入力に渡すことで処理効率を向上させて
います。
そして、このような入力状態のことをカノニカルモードと
言います。
Slide 54
Slide 54 text
エスケープシーケンスの利用
カノニカルモードに対して、バッファリングを行わず1文字
毎に入力を処理する状態のことを非カノニカルモードと
言います。
Slide 55
Slide 55 text
エスケープシーケンスの利用
例えば、以下のプログラムの各モードでの動作を見てみ
ます。
Slide 56
Slide 56 text
エスケープシーケンスの利用
通常のカノニカルモードで実行すると、例え終端に指定
した文字が標準入力に現れても、改行コードが入力され
るまで入力が渡されません。
Slide 57
Slide 57 text
エスケープシーケンスの利用
一方、非カノニカルモードで同様の関数を実行すると、
終端に指定した文字が入力されると瞬時に入力が確定
し、それまでの値を取得することができます。
Slide 58
Slide 58 text
エスケープシーケンスの利用
ここで、ターミナルエミュレータが標準入力置くだけ置い
ていく戻り値をもう一度見てみます。
すると、値の最後にアルファベットがついていることがわ
かります。これを終端文字に指定した上で、非カノニカル
モードで値の取得を行えば、ユーザーが改行コードを入
力しなくても値が利用できることがわかります。
Slide 59
Slide 59 text
エスケープシーケンスの利用
このモードはターミナルエミュレータではなく、ターミナル
セッション毎に定義されるtermios構造体の値を変更す
る必要があります。
termios構造体へのアクセスはioctlシステムコールを用
いて行うことが出来ますが、より高レベル(笑)な
というライブラリのtcgetattr()やtcsetattr()を
利用します。
Slide 60
Slide 60 text
エスケープシーケンスの利用
struct構造体は、以下のようなメンバが含まれています。
tcflag_t 型は4Byteの変数で、その32Bitの各ビットが対
応する設定のフラグになっています。
Slide 61
Slide 61 text
エスケープシーケンスの利用
例えばc_lflagの2ビット目を0にすれば、カノニカルモー
ドから非カノニカルモードに変更することができます。
Slide 62
Slide 62 text
エスケープシーケンスの利用
ここではエスケープシーケンスの戻り値を利用するため
に利用しましたが、termios構造体には他にも非常にに
多くの細かな設定が含まれています。
ある程度弄れるようになると、かなり柔軟にターミナルの
動きを制御できるようになります。
Slide 63
Slide 63 text
Sixel Graphics
Slide 64
Slide 64 text
Sixel Graphics
ここまで、ターミナルエミュレータ自体にに実は豊富な機
能が搭載されていることを紹介してきましたが、まだCUI
の域を出ないものでした。
しかし、このSixel Graphicsはそれを覆します。
Slide 65
Slide 65 text
Sixel Graphics
Sixel Graphicsは以下のようなエスケープシーケンスに
よって表される画像フォーマットです。
役割 シーケンス 詳細
Sixel開始 \x1bPq 開始シーケンス
カラーパレット(可変長) #P1;P2;P3;P4;P5 P1:番号, P2:カラーモード
P3~P5: 色指定
ピクセルデータ [いろんな文字] 後述
Slide 66
Slide 66 text
Sixel Graphics
Sixel Graphicsのピクセルデータは、以下のような図の
縦に6(six)個並んだビットのパターンに対応した文字を並
べることで記述します。
そして、ピクセルデータ指定の前にカラーパレットに定義
した番号を指定することで色を選択します。
Slide 67
Slide 67 text
Sixel Graphics
結果、以下のようなシーケンスでターミナルに画像を表
示することができます。
Wikipediaより引用
Slide 68
Slide 68 text
Sixel Graphics
Sixelで大きな画像を表現すると、こんなかんじになりま
す。これで1つのエスケープシーケンスです！
Slide 69
Slide 69 text
Sixel Graphics
どうでしょうか。ターミナルで文字のみならず画像まで表
示できてしまう。マウスのボタン状態も位置も取得できて
しまう。
今回は紹介しませんでしたが、MIDIの音階を指定して音
楽を再生するシーケンスとかもある。
Slide 70
Slide 70 text
Sixel Graphics
これはもうユビキタスターミナル
エミュレータ社会の到来も近い
のでは?????
Slide 71
Slide 71 text
実装例
Slide 72
Slide 72 text
実装例
さて皆さん、お気づきの方もいらっしゃるか
もしれませんが、このスライドなにか違和感
がありませんか？？
Slide 73
Slide 73 text
実装例
そう、皆さんが長々と見せられてきたこのス
ライドの画面、実はターミナルエミュレータ
の画面なのです！
Slide 74
Slide 74 text
実装例
このソフトウェアには、ざっくり次の機能があります。
機能 実装
指定ディレクトリのビットマップ画像を表示 Sixel Graphics
自動表示サイズフィッティング CSI 14;;tによるサイズ取得,
termiosによる非カノニカルモード
キャッシュによる読み込みの高速化 普通に書いた
キーボード操作の受付 termiosによるエコー非有効化
非カノニカルモード
Slide 75
Slide 75 text
実装例
ちょっと時間が足りなかったので実装が間
に合いませんでしたが、本当はマウスによ
る画面操作まで実装するつもりでした。
Slide 76
Slide 76 text
実装例
本当はソースコードを示して実装の詳細を
示そうと思ったのですが、スライドがすでに
84ページに達しているため、見たい人は
GitHubで好きに見てください。
https://github.com/strvworks/slide-sixel
Slide 77
Slide 77 text
まとめ
Slide 78
Slide 78 text
まとめ
さて、長々とお話しましたが、普段触ってい
る(?)ターミナルが本当に多くの機能を搭載
してることを実感していただけたでしょうか。
Slide 79
Slide 79 text
まとめ
今回紹介できた機能はこれでも本当にごく一部で
す。
もし興味を持ってくださった方がいたら、こちらの楽し
い楽しいCUIアプリケーション(笑)の世界に飛び込ん
できませんか？
Slide 80
Slide 80 text
参考ページ
Sixel:
https://www.vt100.net/docs/vt3xx-gp/chapter14.html
xterm control sequence:
https://invisible-island.net/xterm/ctlseqs/ctlseqs.pdf
termios:
https://linuxjm.osdn.jp/html/LDP_man-pages/man3/termios.3.html