Shell脚本深入教程:Shell环境和子Shell的概念(★★★)

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Shell环境和子Shell★★★

shell如何让命令执行

假设敲下命令行:

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echo hello

shell是如何让echo命令执行起来的?

shell首先读取命令行、解析命令行,解析期间会发现echo是一个外部命令。解析通过后,那么就准备让echo命令执行起来。

因为exec是调用echo程序来替换子shell进程,所以子shell进程继承自父shell的属性都会被覆盖,也就是说,继承自父Shell的变量已经不存在了。

如图:

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+--------+
| pid=7 |
| ppid=4 |
| bash |
+--------+
|
| calls fork
V
+--------+ +--------+
| pid=7 | forks | pid=22 |
| ppid=4 | ----------> | ppid=7 |
| bash | | bash |
+--------+ +--------+
| |
| waits for pid 22 | calls exec to run echo
| V
| +--------+
| | pid=22 |
| | ppid=7 |
| | echo |
V +--------+
+--------+ |
| pid=7 | | exits
| ppid=4 | <---------------+
| bash |
+--------+
|
| continues
V

上面是Shell如何让外部命令运行的过程。但在Shell中,可执行的内容有多种。

Shell中的可执行程序

  • 外部命令:比如cat,ls
  • shell内置命令:比如cd,set,export,read
  • shell函数
  • 别名
  • shell保留关键字:time,while,if,case,do,done,function,for等

Shell让它们执行的方式不一样:

  1. 外部命令的执行需要先fork子shell进程,然后在子shell进程中exec调用外部命令
  2. shell函数、shell内置命令、shell保留关键字都依赖于Shell进程,没有Shell进程,它们都没有意义。它们都是直接在当前Shell进程内执行的,不会创建新的子Shell进程来执行
  3. 别名会在命令行解析阶段先替换成对应的内容,然后重新执行命令行解析

补充:命令优先级

当别名、shell保留关键字、shell函数、shell内置命令、外部命令的名称有冲突时,会执行谁呢?详细内容可参考:https://www.junmajinlong.com/shell/call_order/

这里只给它们的优先级:别名>保留关键字>shell函数>shell内置命令>外部命令

Shell环境

何为环境?在Shell中这是极其重要的概念,是深入Shell必须搞懂的内容,所以请一定要重视。

每个shell进程有一个自己的运行环境,不同的Shell进程有不同的Shell环境。Shell解析命令行、调用命令行的过程都在这个环境中完成

可以把一个Shell环境想象成一个盒子。

关于环境的几个结论:

  1. 调用shell程序(比如bash)时,会读取shell配置文件来初始化Shell环境。对于bash来说,是读取:
    • /etc/profile
    • /etc/profile.d/*.sh
    • ~/.bash_profile
    • ~/.bashrc
    • /etc/bashrc
  2. 环境主要体现在对环境的设置,包括但不限于的环境设置有:
    • cd /tmp表示设置当前shell环境的工作目录(cd命令是一个内置命令)
    • shopt或set命令进行的shell功能设置,即打开或关闭某个功能
      • 比如shopt -s globstar表示开启当前Shell环境的双星号**目录递归通配功能,例如grep "declare" /etc/**/*.sh
    • 环境变量设置
      • 主要用于Shell进程和其子进程之间的数据传递
      • 子进程(不仅仅是子Shell进程)可以继承父Shell环境中的环境变量
      • 环境变量通常以大写字母定义,但非一定
      • 使用bash内置命令export可以定义环境变量
      • 命令前定义变量var=value cmd,表示定义一个专属环境变量,该环境变量只能在cmd进程环境中可访问,其它任何地方都无法访问,cmd进程退出后,var环境变量也消失
    • export X=xyz表示在当前Shell环境下定义一个环境变量X,以便让子进程继承这个变量
  3. 每当提到shell内置命令,就要想到这个命令的作用有可能是在当前Shell环境下进行某项设置
  4. shell内置命令不会创建新进程,而是直接在当前Shell环境内部执行
  5. 内置命令source.执行脚本时,表示在当前Shell环境下执行脚本内容,即脚本中的所有设置操作都会直接在当前Shell下设置
  6. 父Shell环境可能会影响子Shell环境,但子Shell环境一定不影响父Shell环境,比如Shell脚本中的环境变量不会粘滞到父Shell环境中

何时会进入子Shell:两种子Shell

如何是不同的Shell环境?查看$BASHPID的值即可,如果变量的值不同,说明进入了新的Shell环境。

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echo $BASHPID

有两种类型的子Shell:

  • (1).当前Shell进程因命令行中使用了某些特殊语法而产生的子Shell:
    • 小括号(cmd1;cmd2)
    • 管道cmd1|cmd2
    • 命令替换$(cmd)
    • 进程替换<(cmd),>(cmd)
  • (2).显式调用bash程序产生的子Shell进程:
    • bash -c 'cmd'
    • bash命令
    • shell脚本

第一种进入子Shell的方式,在fork产生子bash进程后不会执行exec,所以会继承父Shell很多设置,比如继承普通变量。

第二种进入子Shell的方式,在刚fork产生子bash进程时也会继承父Shell设置,但因为exec调用bash程序会替换覆盖掉子bash进程,所以这种方式只会保留环境变量。

第二种方式的子Shell环境更应该称为一个独立的进程环境,只不过这个进程是Shell进程,且和父Shell有父子进程的关系,所以也可以称为子Shell。

另外需要注意,shell内置命令、shell函数、shell保留关键字都不会主动开启子Shell,但如果将它们放在管道前后,由于它们依赖于shell进程,所以会单独创建一个新的子shell进程提供它们的运行环境

比如,Shell环境1中的设置、变量,在第一种形式的子Shell环境2中都生效,在第二种形式的子Shell环境3中都不生效。

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$ echo $BASHPID
$ x=10
$ echo $x
$ shopt -s globstar
$ shopt globstar
globstar on

#
进入第一种形式的子Shell环境
$ (echo $x) # 10
$ (shopt globstar)
globstar on

#
进入第二种形式的子Shell环境
$ bash
$ echo $x
$ shopt globstar
globstar off
文章作者: 骏马金龙
文章链接: http://www.junmajinlong.com/shell/script_course/shell_env/
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