Linux 操作系統編程之Shell 問答錄

前些天在CU上討論一個統計正在執行的腳本數量的問題過程中，發現自己對于shell如何執行命令方面了解還是甚少，慚愧慚愧...期間得到waker兄的指點，在此表示感謝！他的說法除了個別地方不太準確外，基本上是正確的。這些天抽時間找了些資料研究了一下，又學到了不少！這里把我的一點心得以問答的形式貼出來，供大家參考。小弟才疏學淺，錯誤的地方一定很多，歡迎大家拍磚、指正！

Q1: shell如何執行“簡單”命令？

A: 這里的簡單命令和bash參考手冊里的含義相同，形式上一般是：命令的名稱加上它的參數。有三種不同的簡單命令：

1.內置命令(builtin)

是shell解釋程序內建的，有shell直接執行，不需要派生新的進程。有一些內部命令可以用來改變當前的shell環境，如:

cd /path
            var=value
            read var
            export var
            ...

2.外部命令("external command" or "disk command")

二進制可執行文件，需要由磁盤裝入內存執行。會派生新的進程，shell解釋程序會調用fork自身的一個拷貝，然后用exec系列函數來執行外部命令，然后外部命令就取代了先前fork的子shell。

3.shell腳本(script)

shell解釋程序會fork+exec執行這個腳本命令，在exec調用中內核會檢查腳本的第一行(如:#!/bin/sh)，找到用來執行腳本的解釋程序，然后裝入這個解釋程序，由它解釋執行腳本程序。解釋程序可能有很多種，各種 shell(Bourne shell，Korn shell cshell，rc及其變體ash，dash，bash，zshell，pdksh，tcsh，es...)，awk，tcl/tk，expect， perl，python，等等。在此解釋程序顯然是當前shell的子進程。如果這個解釋程序與當前使用的shell是同一種shell，比如都是 bash，那么它就是當前shell的子shell，腳本中的命令都是在子shell環境中執行的，不會影響當前shell的環境。

Q2: shell腳本是否作為單獨的一個進程執行？

A: 不是，shell腳本本身不能作為一個進程。如上面講的，shell腳本由一個shell解釋程序來解釋、運行其中的命令。這個shell解釋程序是單獨的一個進程，腳本中的外部命令也都作為獨立進程依次被運行。這也就是為什么ps不能找到正在運行的腳本的名字的原因了。作為一個替代方案，你可以這樣調用腳本：

sh script-name

這時shell解釋程序“sh”作為一個外部命令被顯式地調用，而script-name作為該命令的命令行參數可以被我們ps到。

另外，如果你的系統上有pidof命令可用，它倒是可以找出shell腳本進程(實際上應該是執行shell腳本的子shell進程)的進程ID:

pidof -x script-name

Q3: shell何時在子shell中執行命令？

A: 在此我們主要討論Bourne shell及其兼容shell。在許多情況下shell會在子shell中執行命令：

1.(...)結構

小括號內的命令會在一個子shell環境中執行，命令執行的結果不會影響當前的shell環境。需要注意是此時變量$$會顯示當前shell的進程id，而不是子shell的進程id。

參考：{...;}結構中的命令在當前shell中執行，(內部)命令執行的結果會影響當前的shell環境。

2.后臺執行或異步執行

command&命令由一個子shell在后臺執行，當前shell立即取得控制等候用戶輸入。后臺命令和當前shell的執行是并行的，但沒有互相的依賴、等待關系，所以是異步的并行。

3.命令替換

command`(Bourn shell及兼容shell/csh)，$(command)(在ksh/bash/zsh中可用)將command命令執行的標準輸出代換到當前的命令行。command在子shell環境中執行，結果不會影響當前的shell環境。

4.管道(不同的shell處理不同)

cmd1和cmd2并行執行，并且相互有依賴關系，cmd2的標準輸入來自cmd1 的標準輸出，二者是“同步”的。對管道的處理不同的shell實現的方式不同。在linux環境下大多數shell （bash/pdksh/ash/dash等，除了zshell例外）都將管道中所有的命令在子shell環境中執行，命令執行的結果不會影響當前的 shell環境。

Korn shell的較新的版本(ksh93以后)比較特殊，管道最后一級的命令是在當前shell執行的。這是一個feature而非BUG，在POSIX標準中也是允許的。這樣就使下面的命令結構成為可能：

command|read var

由于read var(read是一個內部命令)在當前shell中執行，var的值在當前shell就是可用的。反之bash/pdksh/ash/dash中 read var在子shell環境中執行，var讀到的值無法傳遞到當前shell，所以變量var無法取得期望的值。類似這樣的問題在各種論壇和news group中經常被問到。個人認為command|read var的結構很清晰，并且合乎邏輯，所以我認為Korn shell的這個feature很不錯�？上Р皇撬�有的shell都是這樣實現的。:(如開源的pdksh就是在子shell執行管道的每一級命令。

Korn shell對管道的處理還有一個特殊的地方，就是管道如果在后臺執行的話，管道前面的命令會由最后一級的命令派生，而不是由當前shell派生出來。據說 Bourne shell也有這個特點(標準的Bourne shell沒有測試環境，感興趣的朋友有條件的可以自行驗證)。但是他們的開源模仿者，pdksh和ash卻不是這樣處理。

最特殊的是zshell，比較新的zshell實現（好像至少3.0.5以上）會在當前shell中執行管道中的每一級命令，不僅僅是最后一條。每一條命令都由當前shell派生，在后臺執行時也是一樣�？梢娫谧觭ehll中執行管道命令并不是不得已的做法，大概只是因為實現上比較方便或者這樣的處理已經成為unix的傳統之一了吧。;-)

讓我們總結一下，不同的shell對管道命令的處理可能不同。有的shell中command|read var這樣的結構是ok的，但我們的代碼出于兼容性的緣故不能依賴這一點，最好能避免類似的代碼。

5.進程替換（僅bash/zsh中，非POSIX兼容）

<(...)

>(...)

與管道有點類似，例子：cmd1 <(cmd2) >(cmd3)， cmd1， cmd2， cmd3的執行是同步并行的。

<(command)形式可以用在任何命令行中需要填寫輸入文件名的地方，command的標準輸出會被該命令當作一個輸入文件讀入。

>(command)形式可以用在任何命令行中需要填寫輸出文件的地方，該命令的輸出會被command作為標準輸入讀入。兩種形式中的command都在子shell環境中執行，結果不會影響當前的shell環境。

6.if或while命令塊的輸入輸出重定向

在SVR4.2的Bourne shell中對此情況會fork一個子shell執行if塊和while塊中的命令；在linux下似乎其它的shell中都不這樣處理。

7.協進程(ksh)

只有Korn shell和pdksh有協進程的機制(其它shell中可以用命名管道來模擬)。類似于普通的后臺命令，協進程在后臺同步運行，所以必須在子shell 中運行。協進程與后臺命令不同的是它要和前臺進程(使用read -p和print -p)進行交互，而后者一般只是簡單地異步運行。

Q4: 既然在當前shell中執行命令也會派生子shell，那么它與在子shell中執行命令又有什么區別呢？

A: 這種說法不準確。

在當前shell中執行內部命令不會派生子shell，因此有些內部命令才能夠改變當前的shell執行環境。

在當前shell中執行外部命令或腳本時會派生子shell，所以這時命令的執行不會影響當前 的shell環境。注意：子shell中執行的內部命令只會改變子shell的執行環境，而不會改變當前shell(父shell)的環境。

Q5: 怎樣把子shell中的變量傳回父shell?

A: 例如(echo "$a") | read b不能工作，如何找到一個替代方案？下面給出一些可能的方案：

1.使用臨時文件

...
            #in subshell
            a=100
            echo "$a">tmpfile
            ...
            #in parent
            read b

2.使用命名管道

mkfifo pipef
            (...
            echo "$a" > pipef
            ...)
            read b

3.使用coprocess(ksh)

（ echo "$a" |&）
            read -p b

4.使用命令替換

b=`echo "$a"`

5.使用eval命令

eval `echo "b=$a"`

6.使用here document

read b <`echo "$a"`
            END

7.使用here string(bash/pdksh)

read b <<<`echo "$a"`

8.不用子shell，用.命令或source命令執行腳本。

即在當前shell環境下執行腳本，沒有子shell，也就沒有了子shell的煩惱。:)

解決的方法還不止于此，其它的進程間通信手段應該也能使用，這有待于大家一起發掘了。^_^