shell編程之 shell問(wèn)答錄

前些天在CU上討論一個(gè)統計正在執行的腳本數量的問(wèn)題過(guò)程中，發(fā)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(diǎn)，在此表示感謝！他的說(shuō)法除了個(gè)別地方不太準確外，基本上是正確的。這些天抽時(shí)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(diǎn)心得以問(wèn)答的形式貼出來(lái)，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如何執行“簡(jiǎn)單”命令？
A: 這里的簡(jiǎn)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(chēng)加上它的參數。有三種不同的簡(jiǎn)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(jìn)程。有一些內部命令可以用來(lái)改變當前的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(jìn)制可執行文件，需要由磁盤(pán)裝入內存執行。會(huì )派生新的進(jìn)程，shell解釋程序會(huì )調用fork自身的一個(gè)拷貝，然后用exec系列函數來(lái)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(huì )fork+exec執行這個(gè)腳本命令，在exec調用中內核會(huì )檢查腳本的第一行(如:#!/bin/sh)，找到用來(lái)執行腳本的解釋程序，然后裝入這個(gè)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(jìn)程。如果這個(gè)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(huán)境中執行的，不會(huì )影響當前shell的環(huán)境。


Q2: shell腳本是否作為單獨的一個(gè)進(jìn)程執行？
A: 不是，shell腳本本身不能作為一個(gè)進(jìn)程。如上面講的，shell腳本由一個(gè)shell解釋程序來(lái)解釋、運行其中的命令。這個(gè)shell解釋程序是單獨的一個(gè)進(jìn)程，腳本中的外部命令也都作為獨立進(jìn)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(gè)替代方案，你可以這樣調用腳本：
sh script-name
這時(shí)shell解釋程序“sh”作為一個(gè)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(jìn)程(實(shí)際上應該是執行shell腳本的子shell進(jìn)程)的進(jìn)程ID:
pidof -x script-name


Q3: shell何時(shí)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(huì )在子shell中執行命令：
1.(...)結構
小括號內的命令會(huì )在一個(gè)子shell環(huán)境中執行，命令執行的結果不會(huì )影響當前的shell環(huán)境。需要注意是此時(shí)變量$$會(huì )顯示當前shell的進(jìn)程id，而不是子shell的進(jìn)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(huì )影響當前的shell環(huán)境。

2.后臺執行或異步執行
command
命令由一個(gè)子shell在后臺執行，當前shell立即取得控制等候用戶(hù)輸入。后臺命令和當前shell的執行是并行的，但沒(méi)有互相的依賴(lài)、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命令執行的標準輸出代換到當前的命令行。command在子shell環(huán)境中執行，結果不會(huì )影響當前的shell環(huán)境。

4.管道(不同的shell處理不同)
cmd1|cmd2
cmd1和cmd2并行執行，并且相互有依賴(lài)關(guān)系，cmd2的標準輸入來(lái)自cmd1的標準輸出，二者是“同步”的。
對管道的處理不同的shell實(shí)現的方式不同。
在linux環(huán)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(huán)境中執行，命令執行的結果不會(huì )影響當前的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前shell執行的。這是一個(gè)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(gè)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(huán)境中執行，var讀到的值無(wú)法傳遞到當前shell，所以變量var無(wú)法取得期望的值。類(lèi)似這樣的問(wèn)題在各種論壇和news group中經(jīng)常被問(wèn)到。個(gè)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(gè)feature很不錯?？上Р皇撬械膕hell都是這樣實(shí)現的。:(如開(kāi)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(gè)特殊的地方，就是管道如果在后臺執行的話(huà)，管道前面的命令會(huì )由最后一級的命令派生，而不是由當前shell派生出來(lái)。據說(shuō)Bourne shell也有這個(gè)特點(diǎn)(標準的Bourne shell沒(méi)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(kāi)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(shí)現（好像至少3.0.5以上）會(huì )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(shí)也是一樣?？梢?jiàn)在子sehll中執行管道命令并不是不得已的做法，大概只是因為實(shí)現上比較方便或者這樣的處理已經(jīng)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(lài)這一點(diǎn)，最好能避免類(lèi)似的代碼。

5.進(jìn)程替換（僅bash/zsh中，非POSIX兼容）
(...)
>(...)
與管道有點(diǎn)類(lèi)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(xiě)輸入文件名的地方，command的標準輸出會(huì )被該命令當作一個(gè)輸入文件讀入。
>(command)形式可以用在任何命令行中需要填寫(xiě)輸出文件的地方，該命令的輸出會(huì )被command作為標準輸入讀入。
兩種形式中的command都在子shell環(huán)境中執行，結果不會(huì )影響當前的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(huì )fork一個(gè)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(xié)進(jìn)程(ksh)
只有Korn shell和pdksh有協(xié)進(jìn)程的機制(其它shell中可以用命名管道來(lái)模擬)。類(lèi)似于普通的后臺命令，協(xié)進(jìn)程在后臺同步運行，所以必須在子shell中運行。協(xié)進(jìn)程與后臺命令不同的是它要和前臺進(jìn)程(使用read -p和print -p)進(jìn)行交互，而后者一般只是簡(jiǎn)單地異步運行。


Q4: 既然在當前shell中執行命令也會(huì )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(shuō)法不準確。
在當前shell中執行內部命令不會(huì )派生子shell，因此有些內部命令才能夠改變當前的shell執行環(huán)境。
在當前shell中執行外部命令或腳本時(shí)會(huì )派生子shell，所以這時(shí)命令的執行不會(huì )影響當前 的shell環(huán)境。注意：子shell中執行的內部命令只會(huì )改變子shell的執行環(huán)境，而不會(huì )改變當前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(gè)替代方案？下面給出一些可能的方案：
1.使用臨時(shí)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(huán)境下執行腳本，沒(méi)有子shell，也就沒(méi)有了子shell的煩惱。:)
解決的方法還不止于此，其它的進(jìn)程間通信手段應該也能使用，這有待于大家一起發(fā)掘了。^_^