Разработка приложений в среде Linux. Второе издание - Майкл Джонсон

Если программисту требуются случайные числа, основанные на непредсказуемых событиях, он может воспользоваться пулом энтропии с помощью одного из двух похожих устройств: /dev/random и /dev/urandom. Устройство /dev/random возвращает только то количество байт случайных данных, которое находится в пуле по текущей оценке самого устройства. Устройство /dev/urandom не предоставляет никаких гарантий касательно уровня неупорядоченности возвращаемой информации; оно генерирует на основе пула столько случайных данных, сколько вам нужно. Какое бы устройство не использовалось, оно уменьшает счетчик энтропии на количество прочитанных байтов.

Оба устройства не просто возвращают данные в том виде, в каком они содержатся в пуле энтропии. Они также перемешивают данные с помощью алгоритма однонаправленного хеширования, который в своих выходных данных не воспроизводит состояние пула.

• Не используйте ни /dev/random, ни /dev/urandom для тех данных, которые потребуется продублировать. Они также являются крайне неподходящими источниками данных для методов Монте-Карло. Даже последовательность 1, 2, …, n–1, n для них более приемлема; ее, по крайней мере, можно воспроизвести.

• Если вам требуется определенное количество энтропии, но в виде необработанных данных, вы можете извлечь небольшое множество при помощи одного из случайных методов (в зависимости от того, какое качество вы хотите гарантировать), а после этого расширить его одной из функций хеширования, такой как MD5 или SHA.

Исходный код драйвера случайных чисел, drivers/char/random.с, включает в себя важную информацию о технических деталях. Если вы планируете создание криптографической программы на основе данных, предоставляемых одним из описанных интерфейсов, настоятельно рекомендуем сначала изучить всю документацию.

Глава 20

Программирование виртуальных консолей

Интерфейс программирования виртуальных консолей Linux основан на интерфейсе, который предоставляют некоторые версии UNIX. Это не полная реализация (хотя ее достаточно для совместимости исходного кода почти со всеми программами), но в ней также предусмотрено несколько важных дополнений.

Система Linux может переключать несколько сеансов работы с терминалом на одном экране и одной клавиатуре. Специальные клавиатурные последовательности позволяют пользователю определять, какой сеанс отображается в данный момент. Каждый из этих сеансов входа в систему имеет собственные установки клавиатуры (подобные тем, которые работают при нажатии или отключении клавиши <Caps Lock>), установки терминала (размеры, графический режим экрана, шрифты и так далее), компоненты устройств (такие как /dev/tty1, /dev/vcs1 и /dev/vcsa1).

Клавиатурные и терминальные установки вместе называются виртуальными консолями (virtual console — VC). Это название объясняется их схожестью с виртуальной памятью, в которой система использует дисковое пространство для предоставления большего объема доступной памяти, чем физически установлено в компьютере.

Если вы не собираетесь управлять или обрабатывать VC, то можете пропустить эту главу. Работу с VC могут выполнять вместо вас несколько программных библиотек. При этом вам, возможно, захочется узнать, что они делают "за кулисами", чтобы вы могли работать с ними, а не против них.

Например, svgalib (библиотека для использования графики на нескольких типах графических контроллеров) содержит функции, которые производят большинство основных операций над виртуальными консолями. При этом требуется, чтобы вы избегали передачи случайных битов в графический контроллер в то время, когда он находится в текстовом режиме. Это может привести к искажению экрана. Из-за того, что документация по svgalib в настоящее время отсутствует, еще более важным для вас становится понимание того, что происходит внутри[149].

Виртуальные консоли предлагают пользователям множество опций, однако многие пренебрегают ними и просто используют X Window System. Те пользователи, которые предпочитают применять VC, имеют перечисленные ниже возможности.

• Выбор отдельного шрифта для каждой VC.

• Выбор индивидуального размера терминала в каждой VC.

• Выбор соответствий ключа (подробнее об этом далее) для всех VC.

• Выбор различных клавиатурных кодировок для всех VC.

• Переключение виртуальных консолей при помощи особых нажатий клавиш, установленных пользователем.

Проект документации Linux (Linux Documentation Project — LDP) предлагает документацию, объясняющую, как использовать существующие программы, извлекая все преимущества описанных возможностей. Перед вами стоит другая цель — вы хотите программировать для VC, а не просто их использовать. В утилитах[150] хорошо инкапсулированы установки шрифтов и клавиатуры, поэтому вы можете просто вызывать их из своих программ. Однако встречаются ситуации, в которых такие внешние программы бесполезны.

20.1. Начало работы

Ниже приведен список тех действий, которые вы можете производить над VC. Некоторые из них относятся только к отдельной виртуальной консоли (как правило, к той, которая активна в данный момент); некоторые используются для всех работающих VC.

• Найти текущую VC.

• Инициировать переключение VC.

• Отклонить или принять переключение VC.

• Полностью запретить переключение VC.

• Найти неиспользуемую VC.

• Динамически назначить или освободить память VC в ядре.

• Генерировать простые звуки.

Во всех случаях необходима одна и та же подготовительная работа. Вы будете применять команды ioctl() на /dev/tty — поэтому нужно начать с включения заголовочных файлов, которые определяют аргументы ioctl().

#include <signal.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/vt.h>

#include <sys/kd.h>

#include <sys/param.h>

После этого нужно открыть /dev/tty.

if ((fd = open("/dev/tty", O_RDWR)) < 0) {

 perror("myapp: не удается открыть /dev/tty");

 exit(1);

}

Если вы обнаруживаете, что не можете открыть /dev/tty, то, возможно, у вас проблемы с полномочиями: устройство /dev/tty должно быть доступно для чтения и записи всем без исключения.

Обратите внимание на то, что в качестве дополнения к ioctl.h существуют два главных заголовочных файла, в которых определены вызовы ioctl(), обрабатывающие VC. В файле vt.h определяются вызовы, начинающиеся с букв VT, и реализуется управление виртуальным терминалом (экраном), как частью виртуальных консолей. В файле kd.h определены вызовы, которые начинаются с KD и обрабатывают клавиатуру и шрифты. Почти все содержимое kd.h можно проигнорировать, поскольку эти функциональные возможности прекрасно инкапсулируются в утилитах. Однако оно окажется весьма полезным при выдаче звуковых сигналов консолью на управляемых частотах.

Данные основные заголовочные файлы также определяют структуры, которые используются с ioctl().

Структура vt_mode применяется для поиска и изменения текущей VC:

struct vt_mode {

 char mode;

 char waitv;

 short relsig;

 short acqsig;

 short frsig;

};

• Переменная mode принимает одно из двух значений: VT_AUTO (вынуждает ядро автоматически переключать консоли во время нажатия клавиш или при получении запроса от программы на переключение VC) или VT_PROCESS (предписывает ядру запрашивать подтверждение прежде чем переключать консоли).

• Переменная waitv не используется, однако для совместимости с SVR4 ей нужно присвоить значение 1.

• Переменная relsig именует сигнал, который должно сгенерировать ядро для передачи в процесс запроса на освобождение VC.

• Переменная acqsig именует сигнал, который должно сгенерировать ядро для извещения процесса о том, что он получает VC.

• Переменная frsig не используется, однако для совместимости с SVR4 ей нужно присвоить значение 0.

struct vt_stat {

 unsigned short v_active;

 unsigned short v_signal;

 unsigned short v_state;

};

• Переменная v_active хранит количество VC, активных в данный момент.

• Переменная v_signal не реализована.

• Переменная v_state хранит битовую маску, сообщающую, какие из первых 16 VC открыты в данный момент (в системе Linux поддерживается до 63 VC). В системе Linux редко появляется смысл консультироваться с данной маской, поскольку она недостаточно велика, чтобы содержать полную информацию. В большинстве случаев вам понадобится знать только номера ряда открытых консолей, которые вы можете извлечь с помощью функции VT_OPENQRY (рассматривается далее в этой главе).