Linux 命令行与 shell 脚本编程大全 5 理解 shell

了解子 shell 和父 shell 之间的关系以及一些命令

5.1 shell 的类型

Linux 中，用户使用的 shell 类型，被配置在 /etc/passwd 文件中，通常都是 bash shell
除了 bash shell ，CentOS 中一般还内置了 tcsh shell 、dash shell 、ash shell、tcsh shell
查看当前系统是否内置了上述 shell 类型，可以通过如下方式
- 可以看到，在下图的 CentOS 环境中，只存在 bash shell 和 dash shell
但在 macOS 环境中，除了 ash shell 没有内置，其他的几种类型都可以找到

5.1.1 默认的系统 shell

在用户配置文件与用户绑定的 shell 会在系统启动时运行
但除了启动用户 shell 之外，还会启动一个系统 shell ，通常被指定为 /bin/sh ，如下图
- 但是可以看到，/bin/sh 只是 bash shell 的软链接
- 不过不是所有的系统的默认系统 shell 都指向 bash shell ，Ubuntu 通常会指向 dash shell

5.2 shell 的父子关系

父 shell 是指用于登录系统的默认 shell
子 shell 则是在 父 shell 环境中创建的其他 shell
使用 bash 命令可以在 父 shell 中创建 子 shell ，如下图
- ps -f 命令第一次执行时，只能获取两条进程信息，-bash 则是当前的 父 shell
- 在执行 bash 命令后，再次执行 ps -f 命令则获取到了三条进程信息，bash 则是刚才通过执行 bash 命令创建的 子 shell
- bash 进程的 PPID 和 -bash 进程的 PID 一致，说明后者是前者的父级
bash 命令提供了一些指令，如下图
使用 exit 退出当前 shell ，如下图
- 使用 bash 创建一个 子 shell 后
- 执行 exit ，再次执行 ps -f ，之前创建的 子 shell 进程就不存在了
子 shell 并不是真正的多进程处理，层级过多的 子 shell 会带来更多的系统花销，拖慢处理速度

5.2.1 进程列表

在介绍 进程列表 之前，需要先了解 命令列表
命令列表 是在多个命令之间通过分号分隔，让一行中的命令可以依次执行，如下图
- 可以看到，命令被依次执行并输出了结果
命令列表 想要进化成 进程列表 ，只需要在这些命令两侧加上括号即可，如下图

5.2.1.1 命令列表和进程列表的区别

那么你可能会问，只是加了括号，但输出结果一致，这两个列表的区别在哪
区别在于：命令列表 是直接执行这些命令串
但 进程列表 会创建一个 子 shell 开执行这些命令，执行完毕后 子 shell 也会随之结束
使用 echo $BASH_SUBSHELL 命令可以更清晰的知道命令在执行时，是否存在 子 shell ，如下图
- 如果不存在，会返回 0 ，否则就是存在
- 返回数字的表达意思是 进程列表 的嵌套层级

5.2.2 别出心裁的子 shell 用法

5.2.2.1 & 命令探索后台模式

在后台模式中执行命令可以在处理命令的同时让出 CLI ，以供他用
在待执行命令的末尾添加字符 & ，可以让该命令在后台执行，如下图
- sleep 5 命令表示当前线程会等待 5 秒，如果直接执行，当前命令行会在 5 秒后才能继续接收输入
- sleep 5 & 命令执行后则会立即返回一个后台任务 ID ，以及该进程的 PID ，当前命令行也可以立即接收新的输入
- 需要注意的是 macOS 在命令执行完毕后，会自动输出执行结果，如下图
- 但 CentOS 不会自动输出执行结果，需要再次执行 jobs 命令，才可以看到执行结果

5.2.2.2 jobs 命令查看后台进程

使用 jobs 命令可以显示当前运行在后台模式中的所有用户的进程信息
使用 jobs -l 则可以更详细的显示进程信息，如下图
- jobs 命令会显示后台进程的任务 ID 、PID 、进程状态、进程命令
- 同时当后台进程执行完毕后，也就无法通过 jobs 查看对应进程信息

5.2.2.3 将进程列表置入后台

将 进程列表 置入后台运行的好处在于：既可以在子 shell 中执行复杂的处理工作，又不会占用当前的 shell 窗口 ，如下图

5.2.2.4 coproc 命令实现协程

协程是指在后台生成一个 子 shell ，并在这个 子 shell 中执行命令
使用 coproc 命令可以实现协程，如下图
- 可以看到，使用 jobs 命令查看到的进程命令名称最后有一个 & 符号，说明这也是一个后台进程
上图中大写的 COPROC 是在使用 coproc 命令时指定的默认协程名称
这个名称是可以自定义的，如下图
- 完整的语法是 coproc coprocName { command; }
- 命令中的花括号、空格、分号缺一不可，语法格式非常严格

5.3 理解 shell 的内建命令

5.3.1 外部命令

Linux 中存在 内建命令 和 外部命令 ，可以先理解一下 外部命令
外部命令 也被称为 文件系统命令 ，不是 shell 程序的一部分
外部命令 通常被放置在 /bin 、/usr/bin 、/sbin 、/usr/sbin 中
外部命令 在执行时，会创建一个子进程，在子进程中执行该命令，这个行为被称为 衍生（ Forking ）

5.3.1.1 which 命令和 type 命令查看命令归属

使用 which 命令和 type 命令可以查看指定命令是属于 外部命令 ，还是 内建命令 ，如下图
- ps 命令位于 /bin 中，说明 ps 命令就是 外部命令

5.3.2 内建命令

内建命令 和 外部命令 的区别在于，内建命令 不需要使用子进程来执行命令
内建命令 和 shell 是一体的，作为 shell 工具的组成部分而存在
内建命令 因为不需要通过衍生行为来执行，所以执行速度会更快、效率更高
使用 which 命令和 type 命令也可以查看该命令是否属于 内建命令 ，如下图
- 可以看到，cd exit pwd 命令都属于 内建命令

5.3.2.1 type -a 命令查看命令的多种实现

有些命令存在多种实现，使用 type -a 可以将该命令的全部实现列举出来，如下图
- 可以看到，pwd echo 命令既是 内建命令 ，也在 /bin 目录中有一份实现

5.3.2.2 history 命令查看使用过的历史命令

首先 history 命令是一个 内建命令
可以通过 history 命令查看之前使用过的命令，如下图
- 在 CentOS 中，history 命令默认最多可以存储 1000 条历史命令，但这个值可以通过 HISTSIZE 的环境变量进行修改
- 下图中只列出了 6 条数据，是因为为了方便显示，使用 history -c 命令删除了之前的所有历史数据

5.3.2.3 !! 命令直接执行最近一条历史命令

使用 !! 命令可以直接在新的一行显示出上一条刚刚执行过的命令，如下图
- !! 命令执行之后，在下一行出现的 pwd 命令不是手动输入的，而是由 !! 命令呼出的
- 呼出的命名不会直接执行，只是显示出来，需要手动按回车键，才能再次执行该命令

5.3.2.4 在 .bash_history 文件中查看命令历史记录

使用 history 命令查看的命令历史记录，被存放在根目录的 .bash_history 文件中
需要注意的是，命令的历史记录并不是直接存放到该文件，而是先存放到内存中，当 shell 退出时，才被写入到该文件
想要强制将命令历史记录写入文件中，可以使用 history -a 命令

5.3.2.5 alias 命令实现为命令指定别名

alias 命令也是一个 内建命令
需要注意的是，直接使用命令创建的别名，只能在当前会话生效，无法做到全局生效
- 想要全局生效，则需要将别名写入配置文件中，后续章节会有介绍
使用 alias 命令可以为某个复杂的命令指定一个简单的别名，从而将调用命令的输入减少到最低，如下图
- 可以看到，通过 alias 命令将 ls -al 命令指向 ll 命令
- 之后再输出 ll 命令，就可以得到和 ls -al 命令一样的结果