shell編程之 shell問答錄

前些天在CU上討論一個統(tǒng)計正在執(zhí)行的腳本數(shù)量的問題過程中，發(fā)現(xiàn)自己對于shell如何執(zhí)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(zhǔn)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(xué)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(xué)淺，錯誤的地方一定很多，歡迎大家拍磚、指正！

Q1: shell如何執(zhí)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(shù)。有三種不同的簡單命令：
1.內(nèi)置命令(builtin)
是shell解釋程序內(nèi)建的，有shell直接執(zhí)行，不需要派生新的進程。有一些內(nèi)部命令可以用來改變當(dāng)前的shell環(huán)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(zhí)行文件，需要由磁盤裝入內(nèi)存執(zhí)行。會派生新的進程，shell解釋程序會調(diào)用fork自身的一個拷貝，然后用exec系列函數(shù)來執(zhí)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(zhí)行這個腳本命令，在exec調(diào)用中內(nèi)核會檢查腳本的第一行(如:#!/bin/sh)，找到用來執(zhí)行腳本的解釋程序，然后裝入這個解釋程序，由它解釋執(zhí)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(dāng)前shell的子進程。如果這個解釋程序與當(dāng)前使用的shell是同一種shell，比如都是bash，那么它就是當(dāng)前shell的子shell，腳本中的命令都是在子shell環(huán)境中執(zhí)行的，不會影響當(dāng)前shell的環(huán)境。


Q2: shell腳本是否作為單獨的一個進程執(zhí)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(diào)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(diào)用，而script-name作為該命令的命令行參數(shù)可以被我們ps到。
另外，如果你的系統(tǒng)上有pidof命令可用，它倒是可以找出shell腳本進程(實際上應(yīng)該是執(zhí)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(zhí)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(zhí)行命令：
1.(...)結(jié)構(gòu)
小括號內(nèi)的命令會在一個子shell環(huán)境中執(zhí)行，命令執(zhí)行的結(jié)果不會影響當(dāng)前的shell環(huán)境。需要注意是此時變量$$會顯示當(dāng)前shell的進程id，而不是子shell的進程id。
參考：
{...;}結(jié)構(gòu)中的命令在當(dāng)前shell中執(zhí)行，(內(nèi)部)命令執(zhí)行的結(jié)果會影響當(dāng)前的shell環(huán)境。

2.后臺執(zhí)行或異步執(zhí)行
command&
命令由一個子shell在后臺執(zhí)行，當(dāng)前shell立即取得控制等候用戶輸入。后臺命令和當(dāng)前shell的執(zhí)行是并行的，但沒有互相的依賴、等待關(guān)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(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)輸出代換到當(dāng)前的命令行。command在子shell環(huán)境中執(zhí)行，結(jié)果不會影響當(dāng)前的shell環(huán)境。

4.管道(不同的shell處理不同)
cmd1|cmd2
cmd1和cmd2并行執(zhí)行，并且相互有依賴關(guān)系，cmd2的標(biāo)準(zhǔn)輸入來自cmd1的標(biāo)準(zhǔn)輸出，二者是“同步”的。
對管道的處理不同的shell實現(xiàn)的方式不同。
在linux環(huán)境下大多數(shù)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(huán)境中執(zhí)行，命令執(zhí)行的結(jié)果不會影響當(dāng)前的shell環(huán)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(dāng)前shell執(zhí)行的。這是一個feature而非BUG，在POSIX標(biāo)準(zhǔn)中也是允許的。這樣就使下面的命令結(jié)構(gòu)成為可能：
command|read var
由于read var(read是一個內(nèi)部命令)在當(dāng)前shell中執(zhí)行，var的值在當(dāng)前shell就是可用的。
反之bash/pdksh/ash/dash中read var在子shell環(huán)境中執(zhí)行，var讀到的值無法傳遞到當(dāng)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(jīng)常被問到。個人認(rèn)為command|read var的結(jié)構(gòu)很清晰，并且合乎邏輯，所以我認(rèn)為Korn shell的這個feature很不錯?？上Р皇撬械膕hell都是這樣實現(xiàn)的。:(如開源的pdksh就是在子shell執(zhí)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(zhí)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(dāng)前shell派生出來。據(jù)說Bourne shell也有這個特點(標(biāo)準(zhǔn)的Bourne shell沒有測試環(huán)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(xiàn)（好像至少3.0.5以上）會在當(dāng)前shell中執(zhí)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(dāng)前shell派生，在后臺執(zhí)行時也是一樣?？梢娫谧觭ehll中執(zhí)行管道命令并不是不得已的做法，大概只是因為實現(xiàn)上比較方便或者這樣的處理已經(jīng)成為unix的傳統(tǒng)之一了吧。;-)
讓我們總結(jié)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(jié)構(gòu)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(zhí)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(biāo)準(zhǔn)輸出會被該命令當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)輸入讀入。
兩種形式中的command都在子shell環(huán)境中執(zhí)行，結(jié)果不會影響當(dāng)前的shell環(huán)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(zhí)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(xié)進程(ksh)
只有Korn shell和pdksh有協(xié)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(xié)進程在后臺同步運行，所以必須在子shell中運行。協(xié)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(dāng)前shell中執(zhí)行命令也會派生子shell，那么它與在子shell中執(zhí)行命令又有什么區(qū)別呢？
A: 這種說法不準(zhǔn)確。
在當(dāng)前shell中執(zhí)行內(nèi)部命令不會派生子shell，因此有些內(nèi)部命令才能夠改變當(dāng)前的shell執(zhí)行環(huán)境。
在當(dāng)前shell中執(zhí)行外部命令或腳本時會派生子shell，所以這時命令的執(zhí)行不會影響當(dāng)前 的shell環(huán)境。注意：子shell中執(zhí)行的內(nèi)部命令只會改變子shell的執(zhí)行環(huán)境，而不會改變當(dāng)前shell(父shell)的環(huán)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(zhí)行腳本。
即在當(dāng)前shell環(huán)境下執(zhí)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(yīng)該也能使用，這有待于大家一起發(fā)掘了。^_^