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2012-01-19 09:23:55

本文由woodie在论坛所发,CU技术文章整理,供大家参考学习,转载请注明出处,谢谢。
 
前些天在CU上讨论一个统计正在执行的脚本数量的问题过程中,发现自己对于shell如何执行命令方面了解还是甚少,惭愧惭愧...期间得到waker兄的指点,在此表示感谢!他的说法除了个别地方不太准确外,基本上是正确的。这些天抽时间找了些资料研究了一下,又学到了不少!这里把我的一点心得以问答的形式贴出来,供大家参考。小弟才疏学浅,错误的地方一定很多,欢迎大家拍砖、指正!

Q1: shell如何执行“简单”命令?
A: 这里的简单命令和bash参考手册里的含义相同,形式上一般是:命令的名称加上它的参数。有三种不同的简单命令:
1.内置命令(builtin)
是shell解释程序内建的,有shell直接执行,不需要派生新的进程。有一些内部命令可以用来改变当前的shell环境,如:
cd /path
var=value
read var
export var
...

2.外部命令("external command" or "disk command")
二进制可执行文件,需要由磁盘装入内存执行。会派生新的进程,shell解释程序会调用fork自身的一个拷贝,然后用exec系列函数来执行外部命令,然后外部命令就取代了先前fork的子shell。

3.shell脚本(script)
shell解释程序会fork+exec执行这个脚本命令,在exec调用中内核会检查脚本的第一行(如:#!/bin/sh),找到用来执行脚本的解释程序,然后装入这个解释程序,由它解释执行脚本程序。解释程序可能有很多种,各种shell(Bourne shell,Korn shell cshell,rc及其变体ash,dash,bash,zshell,pdksh,tcsh,es...),awk,tcl/tk,expect,perl,python,等等。在此解释程序显然是当前shell的子进程。如果这个解释程序与当前使用的shell是同一种shell,比如都是bash,那么它就是当前shell的子shell,脚本中的命令都是在子shell环境中执行的,不会影响当前shell的环境。


Q2: shell脚本是否作为单独的一个进程执行?
A: 不是,shell脚本本身不能作为一个进程。如上面讲的,shell脚本由一个shell解释程序来解释、运行其中的命令。这个shell解释程序是单独的一个进程,脚本中的外部命令也都作为独立进程依次被运行。这也就是为什么ps不能找到正在运行的脚本的名字的原因了。作为一个替代方案,你可以这样调用脚本:
sh script-name
这时shell解释程序“sh”作为一个外部命令被显式地调用,而script-name作为该命令的命令行参数可以被我们ps到。
另外,如果你的系统上有pidof命令可用,它倒是可以找出shell脚本进程(实际上应该是执行shell脚本的子shell进程)的进程ID:
pidof -x script-name


Q3: shell何时在子shell中执行命令?
A: 在此我们主要讨论Bourne shell及其兼容shell。在许多情况下shell会在子shell中执行命令:
1.(...)结构
小括号内的命令会在一个子shell环境中执行,命令执行的结果不会影响当前的shell环境。需要注意是此时变量$$会显示当前shell的进程id,而不是子shell的进程id。
参考:
{...;}结构中的命令在当前shell中执行,(内部)命令执行的结果会影响当前的shell环境。

2.后台执行或异步执行
command&
命令由一个子shell在后台执行,当前shell立即取得控制等候用户输入。后台命令和当前shell的执行是并行的,但没有互相的依赖、等待关系,所以是异步的并行。

3.命令替换
`command`(Bourn shell及兼容shell/csh)
$(command)(在ksh/bash/zsh中可用)
将command命令执行的标准输出代换到当前的命令行。command在子shell环境中执行,结果不会影响当前的shell环境。

4.管道(不同的shell处理不同)
cmd1|cmd2
cmd1和cmd2并行执行,并且相互有依赖关系,cmd2的标准输入来自cmd1的标准输出,二者是“同步”的。
对管道的处理不同的shell实现的方式不同。
在linux环境下大多数shell(bash/pdksh/ash/dash等,除了zshell例外)都将管道中所有的命令在子shell环境中执行,命令执行的结果不会影响当前的shell环境。
Korn shell的较新的版本(ksh93以后)比较特殊,管道最后一级的命令是在当前shell执行的。这是一个feature而非BUG,在POSIX标准中也是允许的。这样就使下面的命令结构成为可能:
command|read var
由于read var(read是一个内部命令)在当前shell中执行,var的值在当前shell就是可用的。
反之bash/pdksh/ash/dash中read var在子shell环境中执行,var读到的值无法传递到当前shell,所以变量var无法取得期望的值。类似这样的问题在各种论坛和news group中经常被问到。个人认为command|read var的结构很清晰,并且合乎逻辑,所以我认为Korn shell的这个feature很不错。可惜不是所有的shell都是这样实现的。:(如开源的pdksh就是在子shell执行管道的每一级命令。
Korn shell对管道的处理还有一个特殊的地方,就是管道如果在后台执行的话,管道前面的命令会由最后一级的命令派生,而不是由当前shell派生出来。据说Bourne shell也有这个特点(标准的Bourne shell没有测试环境,感兴趣的朋友有条件的可以自行验证)。但是他们的开源模仿者,pdksh和ash却不是这样处理。
最特殊的是zshell,比较新的zshell实现(好像至少3.0.5以上)会在当前shell中执行管道中的每一级命令,不仅仅是最后一条。每一条命令都由当前shell派生,在后台执行时也是一样。可见在子sehll中执行管道命令并不是不得已的做法,大概只是因为实现上比较方便或者这样的处理已经成为unix的传统之一了吧。;-)
让我们总结一下,不同的shell对管道命令的处理可能不同。有的shell中command|read var这样的结构是ok的,但我们的代码出于兼容性的缘故不能依赖这一点,最好能避免类似的代码。

5.进程替换(仅bash/zsh中,非POSIX兼容)
<(...)
>(...)
与管道有点类似,例子:cmd1 <(cmd2) >(cmd3), cmd1, cmd2, cmd3的执行是同步并行的。
<(command)形式可以用在任何命令行中需要填写输入文件名的地方,command的标准输出会被该命令当作一个输入文件读入。
>(command)形式可以用在任何命令行中需要填写输出文件的地方,该命令的输出会被command作为标准输入读入。
两种形式中的command都在子shell环境中执行,结果不会影响当前的shell环境。

6.if或while命令块的输入输出重定向
在SVR4.2的Bourne shell中对此情况会fork一个子shell执行if块和while块中的命令;在linux下似乎其它的shell中都不这样处理。

7.协进程(ksh)
只有Korn shell和pdksh有协进程的机制(其它shell中可以用命名管道来模拟)。类似于普通的后台命令,协进程在后台同步运行,所以必须在子shell中运行。协进程与后台命令不同的是它要和前台进程(使用read -p和print -p)进行交互,而后者一般只是简单地异步运行。


Q4: 既然在当前shell中执行命令也会派生子shell,那么它与在子shell中执行命令又有什么区别呢?
A: 这种说法不准确。
在当前shell中执行内部命令不会派生子shell,因此有些内部命令才能够改变当前的shell执行环境。
在当前shell中执行外部命令或脚本时会派生子shell,所以这时命令的执行不会影响当前 的shell环境。注意:子shell中执行的内部命令只会改变子shell的执行环境,而不会改变当前shell(父shell)的环境。


Q5: 怎样把子shell中的变量传回父shell?
A: 例如(echo "$a") | read b不能工作,如何找到一个替代方案?下面给出一些可能的方案:
1.使用临时文件
...
#in subshell
a=100
echo "$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.使用命令替换
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命令执行脚本。
即在当前shell环境下执行脚本,没有子shell,也就没有了子shell的烦恼。:)

解决的方法还不止于此,其它的进程间通信手段应该也能使用,这有待于大家一起发掘了。^_^
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