Linux——7.如何理解 shell

一、Shell 的类型：不同解释器的特点与适用场景

1. 主流 Shell 类型及其特点

Bash（Bourne Again SHell）

• 最广泛使用的 Shell，默认安装于大多数 Linux 发行版和 macOS。
• 兼容 sh 语法，支持命令补全、历史记录（history命令）、管道（|）、重定向（>）等高级功能。
• 配置文件：用户级（~/.bashrc、~/.bash_profile），系统级（/etc/bash.bashrc、/etc/profile）。

Zsh

• 基于 Bash，功能更强大，支持主题（如 Oh My Zsh 框架）、高级补全（自动补全路径、命令参数）、插件系统。
• 适合开发者和极客，配置更灵活（通过.zshrc）。

Fish（Friendly Interactive Shell）

• 以用户友好为设计目标，自动补全（黄色提示）、彩色输出、语法高亮。
• 不兼容 Bash 语法，但提供fish_mode命令兼容部分 Bash 脚本。

Tcsh/Csh

• 基于 C 语言语法的 Shell，支持命令别名、历史记录，但功能较 Bash 简单。
• 历史悠久，部分老系统仍在使用（如 FreeBSD 默认 Csh）。

Dash（Debian Almquist Shell）

• 轻量级 Shell，用于系统脚本（如/bin/sh通常指向 Dash）。
• 执行速度快，但功能有限，主要用于启动脚本和系统工具。

2. 如何切换 Shell

• 查看当前 Shell：echo $SHELL 或 ps -p $$（$$是当前 Shell 的 PID）。
• 查看系统可用 Shell：cat /etc/shells。
• 临时切换：bash、zsh、fish 等（直接输入 Shell 名称）。
• 永久切换：chsh -s /bin/zsh username（需重启终端生效）。

二、Shell 的父子关系：进程树与命令执行机制

1. 父子 Shell 的概念

• 父 Shell：启动其他 Shell 的进程（如终端模拟器启动的初始 Shell）。
• 子 Shell：由父 Shell 创建的新 Shell 进程（如执行脚本、(命令)、bash等）。

示例：通过 PID 查看父子关系

echo $$  # 当前Shell的PID（如1234）
bash     # 启动子Shell
echo $$  # 子Shell的PID（如1235，父PID为1234）
exit     # 退出子Shell，回到父Shell

2. 子 Shell 的创建场景

• 执行脚本：./script.sh 会创建子 Shell 执行脚本（除非用source或.在当前 Shell 执行）。
• 命令分组：(cd /tmp; ls) 会在子 Shell 中执行括号内的命令（不影响父 Shell 的工作目录）。
• 管道：echo "hello" | while read line; do echo $line; done 中，while循环在子 Shell 中执行（变量在子 Shell 内有效）。
• 后台任务：(sleep 5; echo "done") & 会创建子 Shell 在后台执行命令。

3. 父子 Shell 的变量传递规则

• 父→子：父 Shell 的环境变量（export声明的变量）会传递给子 Shell。

  # 父Shell
  export NAME=Alice  # 环境变量
  VAR=Bob            # 普通变量
  bash               # 进入子Shell# 子Shell
  echo $NAME  # 输出: Alice（继承父Shell的环境变量）
  echo $VAR   # 输出: （普通变量未传递）
  exit# 父Shell
  echo $VAR   # 输出: Bob（子Shell修改不影响父Shell）
  

• 子→父：子 Shell 无法直接修改父 Shell 的变量（除非通过文件或进程间通信）。

三、进程列表：Shell 与进程的交互

1. Shell 如何管理进程

• Shell 是用户与系统进程交互的桥梁，负责：
  • 创建进程（执行命令）。
  • 控制进程状态（前台 / 后台、暂停 / 恢复）。
  • 传递信号（如Ctrl+C发送 SIGTERM 终止进程）。

2. 查看 Shell 创建的进程

• jobs命令：查看当前 Shell 的后台任务。

  sleep 100 &  # 后台执行sleep命令
  jobs         # 输出: [1]+  Running                 sleep 100 &
  

• ps命令：结合-f（完整信息）和-p（指定 PID）查看特定进程。

  ps -f -p $$  # 查看当前Shell的进程信息
  

3. 控制进程状态

• 前台→后台：Ctrl+Z暂停进程，bg %1将任务 1 放至后台继续执行。
• 后台→前台：fg %1将任务 1 调至前台。
• 终止进程：kill %1（终止后台任务 1）或Ctrl+C（终止前台进程）。

四、 Shell 灵活控制命令执行环境

1. 隔离环境执行命令

• 场景：临时切换目录或环境变量，不影响当前 Shell。

  (cd /tmp; ls)  # 在子Shell中切换到/tmp并执行ls，父Shell仍在原目录
  

2. 并行执行多任务

• 场景：同时执行多个耗时任务（如备份、下载）。

  (tar -czf backup1.tar.gz /home &)  # 子Shell中后台执行备份
  (tar -czf backup2.tar.gz /var &)   # 另一个子Shell并行执行
  wait  # 等待所有后台任务完成（可选）
  

3. 防止脚本修改当前环境

• 场景：执行未知脚本时，避免脚本修改当前 Shell 的变量或状态。

  (source unknown_script.sh)  # 在子Shell中执行，即使脚本修改环境变量，也只影响子Shell
  

4. 简化管道命令的变量传递（Bash 4+）

• 传统管道中，右侧命令在子 Shell 执行，变量无法传递到父 Shell。
  • 问题：

    echo "123" | read num
    echo $num  # 输出为空（read在子Shell执行，num变量丢失）
    

  • 解决方案（Bash 4+）：使用lastpipe选项（让管道最后一个命令在当前 Shell 执行）。

    shopt -s lastpipe  # 启用lastpipe
    echo "123" | read num
    echo $num  # 输出: 123
    

五、Shell 的内建命令与外部命令：执行机制的差异

1. 外部命令：独立的可执行程序

• 定义：存储在文件系统中的独立程序（如/bin/ls、/usr/bin/grep）。
• 执行机制：Shell 创建子进程（fork）加载并执行程序，执行完毕后子进程退出。
• 特点：
  • 执行前需从磁盘加载，有一定开销。
  • 可通过which 命令或type -a 命令查看位置。

示例：

which ls     # 输出: /bin/ls
type -a grep # 输出: grep is /usr/bin/grep

2. 内建命令：Shell 自身实现的功能

• 定义：Shell 内部实现的命令，无需创建子进程，直接在当前 Shell 执行。
• 执行机制：Shell 解析命令后直接调用内部函数处理。
• 常见内建命令：cd、echo、export、source、alias、exit等。

示例：

type cd      # 输出: cd is a shell builtin
type echo    # 输出: echo is a shell builtin

3. 内建与外部命令的核心区别

特性	内建命令	外部命令
执行位置	当前 Shell 进程内	子进程中执行
效率	无进程创建开销，速度快	需创建子进程，有开销
对 Shell 的影响	可直接修改 Shell 状态（如 cd）	无法修改父 Shell 状态（如 cd 无效）
查看方式	type 命令显示 "builtin"	which 命令显示路径

4. 为什么需要内建命令？

• 状态修改：如cd、export需直接修改当前 Shell 的工作目录或环境变量，子进程无法影响父 Shell。
• 效率优化：频繁使用的命令（如echo、pwd）通过内建实现可减少进程创建开销。