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Linux內(nèi)核如何輸出中文字符的方法示例

你在Windows/MacOS的登錄Linux的SSH終端上很容易輸入中文并且獲得中文輸出，比如下面這樣：

但是卻幾乎不可能將中文顯示在Linux自身的 虛擬終端 上：

[root@localhost font]# echo 皮鞋 >/dev/tty2

顯示了兩個問號，顯然Linux內(nèi)核并不能識別中文。

為什么說是Linux內(nèi)核不能識別中文呢？這里需要理清一個關(guān)系：

你在遠(yuǎn)程SSH終端上的輸入和顯示輸出的行為，都是SSH終端的宿主機(jī)完成的，比如Windows，MacOS，和Linux無關(guān)。
你在Linux本地虛擬終端，比如/dev/tty1上的輸入和顯示輸出行為，則是由Linux內(nèi)核自己處理的。

比如，我在MacOS用iTerm SSH連接到了一個遠(yuǎn)程CentOS Linux，iTerm上的所有的鍵盤輸入，顯示器輸出行為都是iTerm的這臺MacOS宿主機(jī)完成的。

相反，如果你直接在這臺CentOS Linux的虛擬終端上輸入并且企圖獲得輸出，那么這個輸入輸出則必須由Linux內(nèi)核自身來處理。

基本上就這些。至于說為什么Linux內(nèi)核不支持中文，那要了解Linux內(nèi)核處理虛擬終端輸入輸出時是如何對待unicode的邏輯，這要涉及一大堆的理論知識，非常煩人。

反正我這里就是無法輸出中文，我也不是做這個的，顯然這不是一個必然要完成的工作任務(wù)，所以，我只是玩玩。

本文的目標(biāo)就是要讓Linux的虛擬終端可以輸出中文。

僅僅是輸出中文，哪怕是一個中文漢字也好。具體來講，就是 當(dāng)我在鍵盤敲入'A'字符時，顯示器回顯出來的是一個漢字。

所以說，本文并不打算 讓Linux內(nèi)核大規(guī)模完備地支持中文 ，這種事已經(jīng)有很多人和社區(qū)做了，但是可玩性并不高，畢竟這種事是可以當(dāng)私活兒賺錢的，只要是賺錢的活兒，可玩性就不高，因?yàn)橐炻铩?/p>

不需要懂冗長枯燥的unicode編碼，不需要懂枯燥的font字體格式，看看怎么玩。

先展示效果吧，下面是一個8×168\times 168×16的點(diǎn)陣?yán)樱?br />

不是很好看，于是就做了下面一個28×1628\times 1628×16的點(diǎn)陣：

下面說一下這是如何實(shí)現(xiàn)的。

從你敲鍵盤的某個按鍵開始，到某個字符最終顯示在虛擬終端的顯示器上，這期間其實(shí)有兩個映射：

鍵盤和字符集的映射

將某個按鍵事件轉(zhuǎn)換為某個字符集里的某個碼，比如當(dāng)按下'A'鍵時，將其映射到0x41。

字符集和字體的映射

將某個字符集的碼字映射到某個點(diǎn)陣用來顯示。比如將0x41映射到能讓人看出來是一個字符'A'的樣子的8×168\times 168×16點(diǎn)陣。

Linux的console并不能識別超過0x00ff的字符集碼字，因此就不能處理碼字超過0x00ff的unicode，如果希望它能做到，這就要改內(nèi)核代碼了。

剛才說了，修改內(nèi)核代碼大規(guī)模全面支持中文，這是可以賺錢的事，不但沒意思，也沒人會分享。

所以我嘗試去修改上面的兩個映射來解決問題。由于只是顯示，所以我不會去修改 鍵盤和字符集的映射 ，因?yàn)槟菢尤匀粫龅阶址a字超過0x00ff的處理問題。

這意味著要想顯示中文，只剩下一條路，那就是修改 字符集和字體的映射 ！

這個映射肯定是保存在內(nèi)核內(nèi)存或者文件系統(tǒng)的某個地方。我可以在當(dāng)前內(nèi)核的config文件里找到如下的信息：

[root@localhost font]# cat /boot/config-3.10.0-862.11.6.el7.x86_64 |grep FONT
# CONFIG_FONTS is not set
CONFIG_FONT_8x8=y
CONFIG_FONT_8x16=y

再去看/proc/kallsyms里有什么：

[root@localhost font]# cat /proc/kallsyms |grep font.*8x
ffffffffb006a3e0 R font_vga_8x8
ffffffffb006a420 r fontdata_8x8
ffffffffb006ac20 R font_vga_8x16
ffffffffb006ac60 r fontdata_8x16
ffffffffb0307a10 r __ksymtab_font_vga_8x16
ffffffffb03234b8 r __kcrctab_font_vga_8x16
ffffffffb034246e r __kstrtab_font_vga_8x16

嗯，這就是內(nèi)核里保存的字體：

[root@localhost rh]# ll ./drivers/video/console/font_8x*
-rw-r--r--. 1 root root 95976 Sep 17 2018 ./drivers/video/console/font_8x16.c
-rw-r--r--. 1 root root 50858 Sep 17 2018 ./drivers/video/console/font_8x8.c

這里不再分析這兩個文件。這里僅僅是確認(rèn)了一個事實(shí)， 內(nèi)核在初始化的時候會使用自己的字體 ，這個時候畢竟除了內(nèi)核本身，什么都沒有。

問題是到了用戶態(tài)，這個字體是可以被改變的，可以被改的花里胡哨的，這些個字體可不是僅僅兩個8x8和8x16就能hold住的…

這個時候就需要找我們安裝在發(fā)行版里面的字體文件了。我們要找到它，然后改掉里面的某個字體的形狀，將其變成中文！就這么簡單。

不必去搜這個字體文件安裝保存在什么地方，通過執(zhí)行strace setfont命令就能找到它。

[root@localhost ~]# strace -F -e trace=open setfont
...
strace: Process 6276 attached
[pid 6276] open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
...
[pid 6276] open("/lib/kbd/consolefonts/default8x16.psfu.gz", O_RDONLY|O_NOCTTY|O_NONBLOCK) = 4
[pid 6276] +++ exited with 0 +++
--- SIGCHLD {si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=6276, si_uid=0, si_status=0, si_utime=0, si_stime=0} ---
+++ exited with 0 +++

就是它了， /lib/kbd/consolefonts/default8x16.psfu.gz

也不必去搜psfu格式的字體的format，通過模式識別就能找到特定的字符。

我準(zhǔn)備先找到 ‘A'，然后把它后面的'B'和'C'改成我的名字“趙”和“亞”。

首先我要把“趙”和“亞”字做出來，形成一個點(diǎn)陣。以下是我的作品“趙”：

下面就要用這個點(diǎn)陣替換'B'的點(diǎn)陣，同時制作一個“亞”字，替換'C'的點(diǎn)陣，

在下面的站點(diǎn)可以找到該default font的對應(yīng)點(diǎn)陣圖解：
https://www.zap.org.au/software/fonts/console-fonts-distributed/psftx-centos-7.5/default8x16.psfu.large.pdf

我們就可以得到該'A'字符的點(diǎn)陣數(shù)組，然后在default8x16.psfu文件里匹配這個數(shù)組就可以了。代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/fb.h>
#include <string.h>

unsigned char zhaoya[32] = {
			// 第一行為“趙”
			0x00, 0x00, 0x20, 0xf8, 0x25, 0x25, 0xfa, 0x23, 0x3a, 0x65, 0x60, 0x98, 0x87, 0x00, 0x00, 0x00,
			// 第二行為亞
			0x00, 0x00, 0x00, 0x7e, 0x24, 0x24, 0x24, 0xa5, 0xa5, 0x66, 0x24, 0x24, 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00
};


int main(int argc, char **argv)
{
	int i = 0;
	unsigned char buf[16];
	off_t offset = 0;
	int s = 0;

	int fd = open("default8x16.psfu", O_RDWR);
	i = pread(fd, buf, 8, offset);
	while (1) {
		i = pread(fd, buf, 16, offset);
		if (s == 2) { // 替換'C'
			memcpy (buf, &zhaoya[16], 16);
			i = pwrite(fd, buf, 16, offset);
			break;
		}
		if (s == 1) { // 替換'B'
			memcpy (buf, &zhaoya[0], 16);
			pwrite(fd, buf, 16, offset);
			s = 2;
		}
		// 簡易的方法識別到'A'
		if (buf[0] == 0x00 && buf[1] == 0x00 &&
			buf[2] == 0x10 && buf[3] == 0x38) {
			printf("A found at %d !\n", offset);
			s = 1;
		}
		offset += 16;
	}
}

直接編譯執(zhí)行，然后將這個default8x16.psfu作為參數(shù)set到內(nèi)核即可：

[root@localhost font]# setfont ./default8x16.psfu

此時進(jìn)入Linux的虛擬終端tty2，當(dāng)敲鍵盤的大寫'B'時，就會出現(xiàn)一個“趙”字。

雖然16×816\times 816×8甚至8×88\times 88×8也能做出復(fù)雜的中文點(diǎn)陣，但是這也太難看了。

于是我要找一個更高分辨率的font。我在Ubuntu上找到了一個高分辨率的28×1628\times 1628×16點(diǎn)陣 Arabic-VGA28x16.psf.gz 。修改它的方法和前面這個完全一樣，它的點(diǎn)陣圖如下：
https://www.zap.org.au/software/fonts/console-fonts-distributed/psftx-debian-9.4/Lat7-VGA28x16.psf.pdf

我不需要自己做28×1628\times 1628×16的點(diǎn)陣了，我只要用GNU uifont的現(xiàn)成的即可。直接在 unifont_sample-12.1.01.hex 里面按照“趙”和“亞”的unicode碼字就能索引到點(diǎn)陣。關(guān)于任意字符的unicode碼字的查詢，可以參見：
https://graphemica.com/

替換font的代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include "zhao"

#define L	28*2
int fd;

int main(int argc, char **argv)
{
	unsigned char buf[L];
	off_t offset = 0;
	// 這個0x0e60 就是模式匹配獲得的偏移。
	offset += 0x0e60;

	fd = open("Lat7-VGA28x16.psf", O_RDWR);
	pread(fd, buf, L, offset);
	memset(buf, 0, L);
	memcpy(buf+8, &code[0], 32);
	pwrite(fd, buf, L, offset);

	offset += L;
	pread(fd, buf, L, offset);
	memset(buf, 0, L);
	memcpy(buf+8, &code[32], 32);
	pwrite(fd, buf, L, offset);

	offset += L;
	pread(fd, buf, L, offset);
	memset(buf, 0, L);
	memcpy(buf+8, &code[64], 32);
	pwrite(fd, buf, L, offset);
}

然后它的效果就是：

還不錯。

其實(shí)本文的內(nèi)容僅僅就是：

做一個蹩腳的點(diǎn)陣；
keyboard，ascii/unicode，font之間的映射關(guān)系；
什么細(xì)節(jié)都不懂的情況下定位分析問題的方法；
越簡單越好，越復(fù)雜越糟糕。

嗯，其實(shí)第三點(diǎn)和第四點(diǎn)是最重要的。

最后，如果你想知道你當(dāng)前的虛擬終端支持那些字體，輸入：

[root@localhost font]# showconsolefont

就會顯示：

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

標(biāo)簽：湖北懷化黃山煙臺山南湘潭賀州通遼

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