2. Shell如何执行命令

2.1. 执行交互式命令

用户在命令行输入命令后,一般情况下Shell会forkexec该命令,但是Shell的内建命令例外,执行内建命令相当于调用Shell进程中的一个函数,并不创建新的进程。以前学过的cdaliasumaskexit等命令即是内建命令,凡是用which命令查不到程序文件所在位置的命令都是内建命令,内建命令没有单独的man手册,要在man手册中查看内建命令,应该

$ man bash-builtins

本节会介绍很多内建命令,如exportshiftifeval[forwhile等等。内建命令虽然不创建新的进程,但也会有Exit Status,通常也用0表示成功非零表示失败,虽然内建命令不创建新的进程,但执行结束后也会有一个状态码,也可以用特殊变量$?读出。

习题

1、在完成第 5 节 “练习:实现简单的Shell”时也许有的读者已经试过了,在自己实现的Shell中不能执行cd命令,因为cd是一个内建命令,没有程序文件,不能用exec执行。现在请完善该程序,实现cd命令的功能,用chdir(2)函数可以改变进程的当前工作目录。

2、思考一下,为什么cd命令要实现成内建命令?可不可以实现一个独立的cd程序,例如/bin/cd,就像/bin/ls一样?

2.2. 执行脚本

首先编写一个简单的脚本,保存为script.sh

例 31.1. 简单的Shell脚本

#! /bin/sh

cd ..
ls

Shell脚本中用#表示注释,相当于C语言的//注释。但如果#位于第一行开头,并且是#!(称为Shebang)则例外,它表示该脚本使用后面指定的解释器/bin/sh解释执行。如果把这个脚本文件加上可执行权限然后执行:

$ chmod +x script.sh
$ ./script.sh

Shell会fork一个子进程并调用exec执行./script.sh这个程序,exec系统调用应该把子进程的代码段替换成./script.sh程序的代码段,并从它的_start开始执行。然而script.sh是个文本文件,根本没有代码段和_start函数,怎么办呢?其实exec还有另外一种机制,如果要执行的是一个文本文件,并且第一行用Shebang指定了解释器,则用解释器程序的代码段替换当前进程,并且从解释器的_start开始执行,而这个文本文件被当作命令行参数传给解释器。因此,执行上述脚本相当于执行程序

$ /bin/sh ./script.sh

以这种方式执行不需要script.sh文件具有可执行权限。再举个例子,比如某个sed脚本的文件名是script,它的开头是

#! /bin/sed -f

执行./script相当于执行程序

$ /bin/sed -f ./script.sh

以上介绍了两种执行Shell脚本的方法:

$ ./script.sh
$ sh ./script.sh

这两种方法本质上是一样的,执行上述脚本的步骤为:

图 31.1. Shell脚本的执行过程

Shell脚本的执行过程

  1. 交互Shell(bashfork/exec一个子Shell(sh)用于执行脚本,父进程bash等待子进程sh终止。

  2. sh读取脚本中的cd ..命令,调用相应的函数执行内建命令,改变当前工作目录为上一级目录。

  3. sh读取脚本中的ls命令,fork/exec这个程序,列出当前工作目录下的文件,sh等待ls终止。

  4. ls终止后,sh继续执行,读到脚本文件末尾,sh终止。

  5. sh终止后,bash继续执行,打印提示符等待用户输入。

如果将命令行下输入的命令用()括号括起来,那么也会fork出一个子Shell执行小括号中的命令,一行中可以输入由分号;隔开的多个命令,比如:

$ (cd ..;ls -l)

和上面两种方法执行Shell脚本的效果是相同的,cd ..命令改变的是子Shell的PWD,而不会影响到交互式Shell。然而命令

$ cd ..;ls -l

则有不同的效果,cd ..命令是直接在交互式Shell下执行的,改变交互式Shell的PWD,然而这种方式相当于这样执行Shell脚本:

$ source ./script.sh

或者

$ . ./script.sh

source或者.命令是Shell的内建命令,这种方式也不会创建子Shell,而是直接在交互式Shell下逐行执行脚本中的命令。

习题

1、解释如下命令的执行过程:

$ (exit 2)
$ echo $?
2