Linux Shell的父子关系及内建命令
Linux Shell的父子关系及内建命令
Shell的类型
系统启动什么样的shell程序取决于你个人的用户ID配置。在/etc/passwd文件中，在用户ID记录的第7个字段中列出了默认的shell程序。只要用户登录到某个虚拟控制台终端或是在GUI中启动终端仿真器，默认的shell程序就会开始运行。
在下面的例子中，用户xiaoyu使用了GNU bash shell作为自己的默认shell程序：
1 :/$ cat /etc/passwd 2 [...] 3 xiaoyu:x:1000:1000:xiaoyu,,,:/home/xiaoyu:/bin/bash
bash shell程序位于/bin目录内。从长列表中可以看出/bin/bash（bash shell）是一个可执行程序：
1 :/$ ls -lF /bin/bash 2 -rwxr-xr-x 1 root root 1037528 5月 16 2017 /bin/bash*
Shell的父子关系
:/$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD xiaoyu 2448 2441 0 21:32 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3772 2448 0 22:38 pts/1 00:00:00 ps -f :/$
:/$ bash :/$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD xiaoyu 2448 2441 0 21:32 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3781 2448 0 22:39 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3791 3781 0 22:39 pts/1 00:00:00 ps -f :/$
第一次使用ps -f的时候，显示出了两个进程。其中一个进程的进程ID是2448（第二列），运行的是bash shell程序（最后一列）。另一个进程（进程ID为3772）对应的命令是ps -f。
说明：进程就是正在运行的程序。bash shell是一个程序，当它运行的时候，就成为了一个进程。一个运行着的shell就是某种进程而已。因此，在说到运行一个bash shell的时候，你经常会看到"shell"和”进程“这两个词交换使用。
在输入命令bash之后，一个子shell就出现了。第二个ps -f是在子shell中执行的。可以从显示结果中看到有两个bash shell在运行。第一个bash shell程序，也就是父shell进程，其原始进程ID是2448。第二个bash shell程序，即子shell进程，其PID是3781。注意：子shell的父进程ID（PPID）是2448，指明了这个父shell就是该子shell的父进程。下图展示了这种关系。
在生成子shell进程时，只有部分父进程的环境被复制到子shell环境中。这会对包括变量在内的一些东西造成影响，后面我们会聊到这个。
子shell（child shell，也叫subshell）可以从父shell中创建，也可以从另一个子shell中创建。
:/$ bash :/$ :/$ bash :/$ :/$ bash :/$ :/$ 8 :/$ ps --forest PID TTY TIME CMD 2448 pts/1 00:00:00 bash 3781 pts/1 00:00:00 \_ bash 3973 pts/1 00:00:00 \_ bash 3989 pts/1 00:00:00 \_ bash 3999 pts/1 00:00:00 \_ bash 4035 pts/1 00:00:00 \_ ps :/$
在上面的例子中，bash命令被输入了三次。这实际上创建了三个子shell（上面那步中我们已经输入一次bash，因此显示有4个）。ps --forest命令展示了这些子shell间的嵌套结构。下图展现了这种关系。
ps -f命令也能够表现子shell的嵌套关系，因为它能够通过PPID列显示出谁是谁的父进程。
:/$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD xiaoyu 2448 2441 0 21:32 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3781 2448 0 22:39 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3973 3781 0 22:49 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3989 3973 0 22:49 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 3999 3989 0 22:49 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 4102 3999 0 22:54 pts/1 00:00:00 ps -f :/$
可以输入man bash程序可使用命令行参数修改shell启动方式。下表列举了bash中可用的命令行参数。
| 参数 | 描述 |
| -c string | 从string中读取命令并进行处理 |
| -i | 启动一个能够接收用户输入的交互shell |
| -I | 以登录shell的形式启动 |
| -r | 启动一个受限shell，用户会被限制在默认目录中 |
| -s | 从标准输入中读取命令 |
可以输入man bash获得关于bash命令的更多帮助信息，了解更多的命令行参数。bash --help命令也提供一些额外的协助。
可以利用exit命令油条不紊地退出子shell。
:/$ exit exit :/$ ps --forest PID TTY TIME CMD 2448 pts/1 00:00:00 bash 3781 pts/1 00:00:00 \_ bash 3973 pts/1 00:00:00 \_ bash 3989 pts/1 00:00:00 \_ bash 4205 pts/1 00:00:00 \_ ps :/$ :/$ exit exit :/$ ps --forest PID TTY TIME CMD 2448 pts/1 00:00:00 bash 3781 pts/1 00:00:00 \_ bash 3973 pts/1 00:00:00 \_ bash 4218 pts/1 00:00:00 \_ ps :/$ :/$ exit exit :/$ :/$ ps --forest PID TTY TIME CMD 2448 pts/1 00:00:00 bash 3781 pts/1 00:00:00 \_ bash 4227 pts/1 00:00:00 \_ ps :/$ exit exit :/$ ps --forest PID TTY TIME CMD 2448 pts/1 00:00:00 bash 4230 pts/1 00:00:00 \_ ps :/$
exit命令不仅能退出子shell，还能用来登出当前的虚拟控制台终端或终端仿真器软件。只需要在父shell中输入exit，就能够从容退出CLI了。
运行shell脚本也能够创建出子shell。
就算是不使用bash shell命令或是运行shell脚本，你也可以生成子shell。一种方法就是使用进程列表。
进程列表
可以在一行中指定要依次运行的一系列命令。这可以通过命令列表来实现，只需要在命令之间加入分号（；）即可。
:/$ pwd; ls; cd /etc; pwd; cd ; pwd; ls / bin cdrom dev home initrd.img.old lib64 media opt root sbin srv tmp var boot core etc initrd.img lib lost+found mnt proc run snap sys usr vmlinuz /etc /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos :~$
上面这个例子中，所有的命令依次执行，不存在任何问题。不过这并不是进程列表。命令列表想要成为进程列表，这些命令必须包含在括号里。
:~$ (pwd; ls; cd /etc; pwd; cd ; pwd; ls) /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos /etc /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos :~$
尽管多出来的括号看起来没有上面太大的不同，但起到的效果确实非同寻常。括号的加入使命令列表变成了进程列表，生成了一个子shell来执行对应的命令。
说明：进程列表是一种命令分组（command grouping）。另一种命令分组是将命令放入花括号中，并在命令列表尾部加入分号（；）。语法为{command；}。使用花括号进行命令分组并不会像进程列表那样创建出子shell。
要想知道是否生成了子shell，得借助一个使用了环境变量的命令（环境变量会在下一篇博文中写）。这个命令就是echo $BASH_SUBSHELL。如果该命令返回0，就表明没有子shell。如果返回1或者更大其他数字，就表明存在子shell。
下面的例子中使用了一个命令列表，列表尾部是echo $BASH_SUBSHELL。
:~$ pwd; ls; cd /etc; pwd; cd ; pwd; ls; echo $BASH_SUBSHELL /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos /etc /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos 0
在命令输出的最后，显示的数字是0。这就表明这些命令不是在子shell中运行的。
要是使用进程列表的话，结果就不一样了。在列表最后加入echo $BASH_SUBSHELL。
:~$ (pwd; ls; cd /etc; pwd; cd ; pwd; ls; echo $BASH_SUBSHELL) /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos /etc /home/xiaoyu Desktop Documents Downloads examples.desktop Music Pictures Public Templates Videos 1 :~$
这次在命令输入的最后显示了1。这表明的确创建了子shell，并用于执行这些命令。
所以说，命令列表就是使用花括号包围起来的一组命令，它能创建出子shell来执行这些命令。
:~$ (pwd; echo $BASH_SUBSHELL) /home/xiaoyu 1 :~$ (pwd; (echo $BASH_SUBSHELL)) /home/xiaoyu 2 :~$
注意：在第一个进程列表中，数字1表明了一个子shell，这个结果和预期的一样。但是在第二个进程列表中，在命令echo $BASH_SUBSHELL外面又多出了一对括号。这对括号在子shell中产生了另一个子shell来执行命令。因此数字2表明的就是这个子shell。
在shell脚本中，经常使用子shell进行多进程处理。但是采用子shell的成本不菲，会明显拖慢处理速度。在交互式的CLI会话中，子shell同样存在问题。它并非真正的多进程处理，因为终端控制着shell的I/O。
别出心裁的子shell用法
在交互式的shell CLI用法，还有很多更富有成效的子shell用法。进程列表、协程和管道都利用了子shell。他们都可以有效地交互式shell中使用。
在交互式shell中，一个高效地子shell用法就是使用后台模式。在讨论如果将后台模式与子shell搭配使用之前，你得先搞明白什么是后台模式。
1、探索后台模式
在后台模式中运行命令命令可以在处理命令地同时让出CLI，以供它用。演示后台模式地一个经典命令就是sheep。
sleep命令接受一个参数，该参数是你希望进程等待（睡眠）地秒数。这个命令在脚本中常用于引入一段时间地暂停。命令sleep 10会将会话暂停10秒钟，然后返回shell CLI提示符。
要想将命令置入后台模式，可以在命令末尾加上字符&。把sheep命令置入后台模式可以让我们利用ps命令查看一番
:~$ sleep 10 :~$ :~$ sleep 3600& [1] 5190 :~$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD xiaoyu 2448 2441 0 21:32 pts/1 00:00:00 bash xiaoyu 5190 2448 0 23:50 pts/1 00:00:00 sleep 3600 xiaoyu 5191 2448 0 23:51 pts/1 00:00:00 ps -f :~$
sleep命令会在后台（&）睡眠3000秒（50分钟）。当它被置入后台，在shell CLI提示符返回之前，会出现两条信息。第一条信息是显示在方括号总地后台作业（background job）号（1）.第二条是后台作业地进程ID（5190）。
ps命令用来显示各种进程。我们可以注意到命令sleep 3000已经被列出来了。在第二列显示的进程ID（PID）和命令进入后台时所显示PID是一样的，都是5190。
除了ps命令，你也可以使用jobs命令来显示后台作业信息。jobs命令可以显示出当前运行在后台模式中的所有用户的进程（作业）。
1 :~$ jobs 2 [1]+ Running sleep 3600 & 3 :~$
jobs命令在方括号中显示出作业号（1）.它还显示了作业的当前状态（running）以及对应的命令（sleep 3000&）。
利用jobs命令的-l（字母L的小写形式）选项，你还能够看到更多的相关信息。除了默认信息之外，-l选项还能够显示出命令的PID。
1 :~$ jobs -l 2 [1]+ 5190 Running sleep 3600 & 3 :~$
一旦后台作业完成，就会显示出结束状态。
:~$ sleep 5& [2] 5435 :~$ jobs -l [1]- 5190 Running sleep 3600 & [2]+ 5435 Done sleep 5 :~$
需要提醒的是：后台作业的结束状态可未必会一直等待到合适的时候才现身。当作业结束状态突然出现在屏幕上的时候，你可别吃惊。
后台模式非常方便，它可以让我们在CLI中创建出有实用价值的子shell。
2、将进程列表置入后台
进程列表是运行在子shell中的一条或多条命令。使用包含了sleep命令的进程列表，并显示出变量BASH_SUBSHELL，结果和期望的一样
1 :~$ (sleep 2; echo $BASH_SUBSHELL; sleep 2) 2 1 3 :~$
在上面的例子中，有一个2秒钟的暂停，显示出的数字表明只有一个子shell，在返回提示符之前又经历了另一个2秒钟的暂停。没什么大事。
将相同的进程列表置入后台模式会在命令输出上表现出些许不同。
:~$ (sleep 2; echo $BASH_SUBSHELL; sleep 2)& [1] 4498 :~$ 1 :~$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD xiaoyu 2906 2899 0 10:23 pts/6 00:00:00 bash xiaoyu 4510 2906 0 11:45 pts/6 00:00:00 ps -f [1]+ Done ( sleep 2; echo $BASH_SUBSHELL; sleep 2 ) :~$
把进程列表置入后台会产生一个作业号和进程ID，然后返回到提示符。不过奇怪的是表明单一级子shell的数字1显示在了提示符的旁边！不要不知所措，只需要按一下回车键，就会得到另一个提示符。
在CLI中运用子shell的创造性方法之一就是将进程列表置入后台模式。你既可以在子shell中进行繁重的处理工作，同时也不会让子shell的I/O受制于终端。
sleep和echo命令的进程列表只是作为示例，使用tar创建备份文件是有效利用后台进程列表的一个更实用的例子。
:~$ (tar -cvf music.tar Music/; tar -cvf video.tar Videos/)& [1] 4820 :~$ Music/ Videos/ [1]+ Done ( tar -cvf music.tar Music/; tar -cvf video.tar Videos/ ) :~$
将进程列表置入后台模式并不是子shell在CLI中仅有的创造性方法。协程就是另一种方法。
3、协程
协程可以同时做两件事情。它在后台生成一个子shell，并在这个子shell中执行命令。
要进行协程处理，得使用coproc命令，还有要在子shell中执行的命令。
:~$ coproc sleep 10 [1] 49403 :~$ jobs [1]+ Running coproc COPROC sleep 10 & :~$
除了会创建子shell之外，协程基本上就是将命令置入后台模式。当输入coproc命令及其参数之后，你会发现启用了一个后台作业。屏幕上会显示出后台作业号（1）以及进程ID（49403）。
jobs命令能够显示出协程的处理状态。
从上面的例子中可以看到子shell中执行的后台命令是coproc COPROC sleep 10。COPROC是coproc命令给进程起的名字。你可以使用命令的扩展语法自己设置这个名字。
:~$ coproc my_jobs { sleep 10; }
[1] 49556
:~$ jobs
[1]+ Running coproc my_jobs { sleep 10; } &
:~$通过扩展语法，协程的名字被设置为my_jobs。需要注意：大括号{}之间，前后都有一个空格，而且命令以分号；结束。
协程能够让我们尽情发挥想象力，发送或接受来自子shell中进程的信息。只有在拥有多个协程的时候才需要对协程进行命名，因为我们需要和它们进行通信。否则的话，让coproc命令将其设置成默认的名字coproc就行了。
可以尽情发挥，将协程与进程列表结合起来产生嵌套的子shell。只需要输入进程列表，然后把命令coproc放在前面就行了。
:~$ coproc friends { sleep 10; sheep 2; }
[1] 49667
:~$ jobs
[1]+ Running coproc friends { sleep 10; sheep 2; } &
:~$Remember：生成子shell的成本不低，而且速度还慢。创建嵌套子shell更是火上浇油！
在命令中使用子shell能够获得灵活性和便利。要想获得这些优势，重要的是理解子shell的行为方式。对于命令也是如此，下面我们将看看内建命令与外部命令之间的行为差异。
理解shell的内建命令
弄明白shell内建命令和非内建（外部）命令非常重要。内建命令和非内建命令的操作方式大不相同。
外部命令
外部命令，有时候也被称为文件系统命令，是存在于bash shell之外的程序。它们并不是shell程序的一部分。外部命令程序通常位于/bin、/usr/bin、/sbin、/usr/sbin中。
ps就是一个外部命令。可以使用which和type命令找到它。
:~$ which ps /bin/ps :~$ type -a ps ps is /bin/ps :~$ ls -lF /bin/ps -rwxr-xr-x 1 root root 97408 5月 14 2018 /bin/ps* :~$
当外部命令执行时，会创建出一个子进程。这种操作被称为衍生（forking）。外部命令ps很方便显示出它的父进程以及自己 所对应的衍生子进程。
:~$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD xiaoyu 2906 2899 0 10:23 pts/6 00:00:00 bash xiaoyu 50292 2906 0 14:30 pts/6 00:00:00 ps -f :~$
作为外部命令，ps命令执行时会创建出一个子进程。在这里，ps命令的PID是50292。PPID是2906。作为父进程的bash shell的PID是2906。下图展示了外部命令执行时的衍生过程。
当进程必须执行衍生操作时，它需要花费时间和精力来设置新子进程的环境。所以说，外部命令多少还是由代价的。
说明：就算衍生出子进程或是创建了子shell，你仍然可以通过发送信号与其沟通，这一点无论是在命令行还是在脚本编写中都是极其有用的。发送信号（signaling）使得进程间可以通过信号进行通信。
内建命令
内建命令和外部命令的区别在于前者不需要使用子进程来执行。它们已经和shell编译成了一体，作为shell工具的组成部分存在。不需要借助外部程序文件来运行。
cd和exit命令都内建于bash shell。可以利用type命令来了解某个命令是否是内建的。
:~$ type cd cd is a shell builtin :~$ type exit exit is a shell builtin :~$
因为即不需要通过衍生出子进程来执行，也不需要打开程序文件，内建命令的执行速度要更快，效率也更高。
需要注意的是：有些命令有多种实现。例如echo和pwd既有内建命令也有外部命令。两种实现略有不同。要查看命令的不同实现，使用type命令的-a选项。
:~$ type -a echo echo is a shell builtin echo is /bin/echo :~$ which echo /bin/echo :~$ type -a pwd pwd is a shell builtin pwd is /bin/pwd :~$ which echo /bin/echo :~$
命令type -a会显示出每个命令的两种实现。注意：which命令只显示出了外部命令文件。
对于有多种实现的命令，如果想要使用其外部命令实现，直接指明对应的文件就可以了。例如，要使用外部命令pwd，可以输入/bin/pwd。
1、使用history命令
:~$ history cd Downloads/ ls -l tar zxvf VMwareTools-10.3.10-12406962.tar.gz ls -l cd vmware-tools-distrib/ ls sudo ./vmware-install.pl sudo apt-get install open-vm-tools sudo apt-get install open-vm* sudo reboot cd /mnt/hgfs/ ls cd share/ ls ps -forest
这里我就只列出这么多，通常历史记录中会保存最近的1000条命令。这个数量一点都不少。
可以设置保存在bash历史记录中的命令数。要想实现这一点，需要修改名为HISTSIZE的环境变量。
可以唤回并重用历史列表中最近的命令。这样能够节省时间和击键量。输入！！，然后按回车键就能够唤出刚刚用过的那条命令来使用
:~$ ps --forest PID TTY TIME CMD 2906 pts/6 00:00:00 bash 52030 pts/6 00:00:00 \_ ps :~$ !! ps --forest PID TTY TIME CMD 2906 pts/6 00:00:00 bash 52033 pts/6 00:00:00 \_ ps :~$
当输入！！时，bash首先会显示出从shell的历史纪录中唤回的命令。然后执行该命令。
命令历史记录被保存在隐藏文件.bash_history中，它位于用户的主目录中。这里要注意的是，bash命令的历史纪录是先存放在内存中，当shell退出时才被写入到历史文件中。
可以在退出shell会话之前强制将命令历史记录写入.bash_history文件。要实现强制写入，需要使用history命令的-a选项。
说明 如果你打开了多个终端会话，仍然可以使用history -a命令在打开的会话中向.bash_history文件中添加记录。但是对于其他打开的终端会话，历史记录并不会自动更新。这是因为.bash_history文件只有在打开首个终端会话时才会被读取。要想强制重新读取.bash_history文件，更新终端会话的历史记录，可以使用history -n命令。
可以唤回历史列表中任意一条命令。只需输入惊叹号和命令在历史列表中的编号即可。
$ !20 type -a pwd pwd is a shell builtin pwd is /bin/pwd $
2、命令别名
alias命令是另一个shell的内建命令。命令别名允许你为常用的命令（及其参数）创建另一个名称，从而将输入量减少到最低。
你所使用的Linux发行版很有可能已经为你设置好了一些常用命令的别名。要查看当前可用的别名，使用alias命令以及选项-p。
:~$ alias -p alias alert=‘notify-send --urgency=low -i "$([ $? = 0 ] && echo terminal || echo error)" "$(history|tail -n1|sed -e ‘\‘‘s/^\s*[0-9]\+\s*//;s/[;&|]\s*alert$//‘\‘‘)"‘ alias egrep=‘egrep --color=auto‘ alias fgrep=‘fgrep --color=auto‘ alias grep=‘grep --color=auto‘ alias l=‘ls -CF‘ alias la=‘ls -A‘ alias ll=‘ls -alF‘ alias ls=‘ls --color=auto‘ :~$
可以使用alias命令创建属于自己的别名
:~$ alias li=‘ls -i‘ :~$ li 2752525 Desktop 2752526 Downloads 2752530 Music 2752531 Pictures 2752527 Templates 2752982 vmware-tools-distrib 2752529 Documents 2752517 examples.desktop 2755056 new_my_directory 2752528 Public 2752532 Videos 2752953 xiaoyu :~$ bash :~$ li li: command not found :~$ exit exit :~$ li 2752525 Desktop 2752526 Downloads 2752530 Music 2752531 Pictures 2752527 Templates 2752982 vmware-tools-distrib 2752529 Documents 2752517 examples.desktop 2755056 new_my_directory 2752528 Public 2752532 Videos 2752953 xiaoyu :~$
在定义好别名之后，随时都可以在shell中使用，就算再shell脚本中也没问题。要注意：因为命令别名属于内建命令，一个别名尽在它所被定义的shell进程中才有效。上例子中就是很好的说明。