Documentation/tty.txt

   1
   2                         The Lockronomicon
   3
   4 Your guide to the ancient and twisted locking policies of the tty layer and
   5 the warped logic behind them. Beware all ye who read on.
   6
   7 FIXME: still need to work out the full set of BKL assumptions and document
   8 them so they can eventually be killed off.
   9
  10
  11 Line Discipline
  12 ---------------
  13
  14 Line disciplines are registered with tty_register_ldisc() passing the
  15 discipline number and the ldisc structure. At the point of registration the
  16 discipline must be ready to use and it is possible it will get used before
  17 the call returns success. If the call returns an error then it won't get
  18 called. Do not re-use ldisc numbers as they are part of the userspace ABI
  19 and writing over an existing ldisc will cause demons to eat your computer.
  20 After the return the ldisc data has been copied so you may free your own
  21 copy of the structure. You must not re-register over the top of the line
  22 discipline even with the same data or your computer again will be eaten by
  23 demons.
  24
  25 In order to remove a line discipline call tty_unregister_ldisc().
  26 In ancient times this always worked. In modern times the function will
  27 return -EBUSY if the ldisc is currently in use. Since the ldisc referencing
  28 code manages the module counts this should not usually be a concern.
  29
  30 Heed this warning: the reference count field of the registered copies of the
  31 tty_ldisc structure in the ldisc table counts the number of lines using this
  32 discipline. The reference count of the tty_ldisc structure within a tty
  33 counts the number of active users of the ldisc at this instant. In effect it
  34 counts the number of threads of execution within an ldisc method (plus those
  35 about to enter and exit although this detail matters not).
  36
  37 Line Discipline Methods
  38 -----------------------
  39
  40 TTY side interfaces:
  41
  42 open()          -       Called when the line discipline is attached to
  43                         the terminal. No other call into the line
  44                         discipline for this tty will occur until it
  45                         completes successfully. Can sleep.
  46
  47 close()         -       This is called on a terminal when the line
  48                         discipline is being unplugged. At the point of
  49                         execution no further users will enter the
  50                         ldisc code for this tty. Can sleep.
  51
  52 hangup()        -       Called when the tty line is hung up.
  53                         The line discipline should cease I/O to the tty.
  54                         No further calls into the ldisc code will occur.
  55                         Can sleep.
  56
  57 write()         -       A process is writing data through the line
  58                         discipline.  Multiple write calls are serialized
  59                         by the tty layer for the ldisc.  May sleep.
  60
  61 flush_buffer()  -       (optional) May be called at any point between
  62                         open and close, and instructs the line discipline
  63                         to empty its input buffer.
  64
  65 chars_in_buffer() -     (optional) Report the number of bytes in the input
  66                         buffer.
  67
  68 set_termios()   -       (optional) Called on termios structure changes.
  69                         The caller passes the old termios data and the
  70                         current data is in the tty. Called under the
  71                         termios semaphore so allowed to sleep. Serialized
  72                         against itself only.
  73
  74 read()          -       Move data from the line discipline to the user.
  75                         Multiple read calls may occur in parallel and the
  76                         ldisc must deal with serialization issues. May
  77                         sleep.
  78
  79 poll()          -       Check the status for the poll/select calls. Multiple
  80                         poll calls may occur in parallel. May sleep.
  81
  82 ioctl()         -       Called when an ioctl is handed to the tty layer
  83                         that might be for the ldisc. Multiple ioctl calls
  84                         may occur in parallel. May sleep.
  85
  86 Driver Side Interfaces:
  87
  88 receive_buf()   -       Hand buffers of bytes from the driver to the ldisc
  89                         for processing. Semantics currently rather
  90                         mysterious 8(
  91
  92 write_wakeup()  -       May be called at any point between open and close.
  93                         The TTY_DO_WRITE_WAKEUP flag indicates if a call
  94                         is needed but always races versus calls. Thus the
  95                         ldisc must be careful about setting order and to
  96                         handle unexpected calls. Must not sleep.
  97
  98                         The driver is forbidden from calling this directly
  99                         from the ->write call from the ldisc as the ldisc
 100                         is permitted to call the driver write method from
 101                         this function. In such a situation defer it.
 102
 103
 104 Driver Access
 105
 106 Line discipline methods can call the following methods of the underlying
 107 hardware driver through the function pointers within the tty->driver
 108 structure:
 109
 110 write()                 Write a block of characters to the tty device.
 111                         Returns the number of characters accepted. The
 112                         character buffer passed to this method is already
 113                         in kernel space.
 114
 115 put_char()              Queues a character for writing to the tty device.
 116                         If there is no room in the queue, the character is
 117                         ignored.
 118
 119 flush_chars()           (Optional) If defined, must be called after
 120                         queueing characters with put_char() in order to
 121                         start transmission.
 122
 123 write_room()            Returns the numbers of characters the tty driver
 124                         will accept for queueing to be written.
 125
 126 ioctl()                 Invoke device specific ioctl.
 127                         Expects data pointers to refer to userspace.
 128                         Returns ENOIOCTLCMD for unrecognized ioctl numbers.
 129
 130 set_termios()           Notify the tty driver that the device's termios
 131                         settings have changed. New settings are in
 132                         tty->termios. Previous settings should be passed in
 133                         the "old" argument.
 134
 135                         The API is defined such that the driver should return
 136                         the actual modes selected. This means that the
 137                         driver function is responsible for modifying any
 138                         bits in the request it cannot fulfill to indicate
 139                         the actual modes being used. A device with no
 140                         hardware capability for change (eg a USB dongle or
 141                         virtual port) can provide NULL for this method.
 142
 143 throttle()              Notify the tty driver that input buffers for the
 144                         line discipline are close to full, and it should
 145                         somehow signal that no more characters should be
 146                         sent to the tty.
 147
 148 unthrottle()            Notify the tty driver that characters can now be
 149                         sent to the tty without fear of overrunning the
 150                         input buffers of the line disciplines.
 151
 152 stop()                  Ask the tty driver to stop outputting characters
 153                         to the tty device.
 154
 155 start()                 Ask the tty driver to resume sending characters
 156                         to the tty device.
 157
 158 hangup()                Ask the tty driver to hang up the tty device.
 159
 160 break_ctl()             (Optional) Ask the tty driver to turn on or off
 161                         BREAK status on the RS-232 port.  If state is -1,
 162                         then the BREAK status should be turned on; if
 163                         state is 0, then BREAK should be turned off.
 164                         If this routine is not implemented, use ioctls
 165                         TIOCSBRK / TIOCCBRK instead.
 166
 167 wait_until_sent()       Waits until the device has written out all of the
 168                         characters in its transmitter FIFO.
 169
 170 send_xchar()            Send a high-priority XON/XOFF character to the device.
 171
 172
 173 Flags
 174
 175 Line discipline methods have access to tty->flags field containing the
 176 following interesting flags:
 177
 178 TTY_THROTTLED           Driver input is throttled. The ldisc should call
 179                         tty->driver->unthrottle() in order to resume
 180                         reception when it is ready to process more data.
 181
 182 TTY_DO_WRITE_WAKEUP     If set, causes the driver to call the ldisc's
 183                         write_wakeup() method in order to resume
 184                         transmission when it can accept more data
 185                         to transmit.
 186
 187 TTY_IO_ERROR            If set, causes all subsequent userspace read/write
 188                         calls on the tty to fail, returning -EIO.
 189
 190 TTY_OTHER_CLOSED        Device is a pty and the other side has closed.
 191
 192 TTY_NO_WRITE_SPLIT      Prevent driver from splitting up writes into
 193                         smaller chunks.
 194
 195
 196 Locking
 197
 198 Callers to the line discipline functions from the tty layer are required to
 199 take line discipline locks. The same is true of calls from the driver side
 200 but not yet enforced.
 201
 202 Three calls are now provided
 203
 204         ldisc = tty_ldisc_ref(tty);
 205
 206 takes a handle to the line discipline in the tty and returns it. If no ldisc
 207 is currently attached or the ldisc is being closed and re-opened at this
 208 point then NULL is returned. While this handle is held the ldisc will not
 209 change or go away.
 210
 211         tty_ldisc_deref(ldisc)
 212
 213 Returns the ldisc reference and allows the ldisc to be closed. Returning the
 214 reference takes away your right to call the ldisc functions until you take
 215 a new reference.
 216
 217         ldisc = tty_ldisc_ref_wait(tty);
 218
 219 Performs the same function as tty_ldisc_ref except that it will wait for an
 220 ldisc change to complete and then return a reference to the new ldisc.
 221
 222 While these functions are slightly slower than the old code they should have
 223 minimal impact as most receive logic uses the flip buffers and they only
 224 need to take a reference when they push bits up through the driver.
 225
 226 A caution: The ldisc->open(), ldisc->close() and driver->set_ldisc
 227 functions are called with the ldisc unavailable. Thus tty_ldisc_ref will
 228 fail in this situation if used within these functions. Ldisc and driver
 229 code calling its own functions must be careful in this case.
 230
 231
 232 Driver Interface
 233 ----------------
 234
 235 open()          -       Called when a device is opened. May sleep
 236
 237 close()         -       Called when a device is closed. At the point of
 238                         return from this call the driver must make no
 239                         further ldisc calls of any kind. May sleep
 240
 241 write()         -       Called to write bytes to the device. May not
 242                         sleep. May occur in parallel in special cases.
 243                         Because this includes panic paths drivers generally
 244                         shouldn't try and do clever locking here.
 245
 246 put_char()      -       Stuff a single character onto the queue. The
 247                         driver is guaranteed following up calls to
 248                         flush_chars.
 249
 250 flush_chars()   -       Ask the kernel to write put_char queue
 251
 252 write_room()    -       Return the number of characters tht can be stuffed
 253                         into the port buffers without overflow (or less).
 254                         The ldisc is responsible for being intelligent
 255                         about multi-threading of write_room/write calls
 256
 257 ioctl()         -       Called when an ioctl may be for the driver
 258
 259 set_termios()   -       Called on termios change, serialized against
 260                         itself by a semaphore. May sleep.
 261
 262 set_ldisc()     -       Notifier for discipline change. At the point this
 263                         is done the discipline is not yet usable. Can now
 264                         sleep (I think)
 265
 266 throttle()      -       Called by the ldisc to ask the driver to do flow
 267                         control.  Serialization including with unthrottle
 268                         is the job of the ldisc layer.
 269
 270 unthrottle()    -       Called by the ldisc to ask the driver to stop flow
 271                         control.
 272
 273 stop()          -       Ldisc notifier to the driver to stop output. As with
 274                         throttle the serializations with start() are down
 275                         to the ldisc layer.
 276
 277 start()         -       Ldisc notifier to the driver to start output.
 278
 279 hangup()        -       Ask the tty driver to cause a hangup initiated
 280                         from the host side. [Can sleep ??]
 281
 282 break_ctl()     -       Send RS232 break. Can sleep. Can get called in
 283                         parallel, driver must serialize (for now), and
 284                         with write calls.
 285
 286 wait_until_sent() -     Wait for characters to exit the hardware queue
 287                         of the driver. Can sleep
 288
 289 send_xchar()      -     Send XON/XOFF and if possible jump the queue with
 290                         it in order to get fast flow control responses.
 291                         Cannot sleep ??
 292