shell的前世今生

1.shell是什么

        shell是一个命令解释器.是介于操作系统kernel与用户之间的一个绝缘层.准确地说,它也是一一种强力的计算机语言.一个shell程序,被称为一个脚本,是一种很容易使用的工具,它可以通过将系统调用,公共程序,工具,和编译过的程序粘合在一起来建立应用.事实上,所有的UNIX命令和工具再加上公共程序,对于shell脚本来说,都是可调用的.shell是一种应用程序，是一门解释型编程语言。

2.为什么需要shell

        由于安全、复杂、繁琐等原因，用户不能直接接触内核（也没有必要），需要另外再开发一个程序，让用户直接使用这个程序；该程序的作用就是接收用户的操作（点击图标、输入命令），并进行简单的处理，然后再传递给内核，这样用户就能间接地使用操作系统内核了。在用户和内核之间增加一层“代理”，既能简化用户的操作，又能保障内核的安全，何乐不为呢？ 用户界面和命令行就是这个另外开发的程序，就是这层“代理”。回顾历史，在unix诞生时，还没有图形界面，所以这个代理层，在类unix下，shell专指命令行程序。 Shell 是一个应用程序，它连接了用户和 内核，让用户能够更加高效、安全、低成本地使用内核，这就是 Shell 的本质。 Shell 本身并不是内核的一部分，它只是站在内核的基础上编写的一个应用程序，它和 QQ、迅雷、Firefox 等其它软件没有什么区别。然而 Shell 也有着它的特殊性，就是随内核安装，开机立马启动，并呈现在用户面前；用户通过 Shell 来使用 Linux，不启动 Shell 的话，用户就没办法使用 Linux

3.shell是怎样工作的      

  ​​​​​​​        用户远程或者本机登陆的时候，就会创建一个shell进程，如上图是bash，为什么是bash而不是其他的shell呢，其实是在创建账号的时候指定的，useradd命令的格式是这样的：

useradd [－d home] [－s shell] [－c comment] [－m [－k template]] [－f inactive] [－e expire ] [－p passwd] [－r] name，其中 -s shell就是指定这个账号之后登陆的时候启用什么shell进程交互，设置好的信息会保存在/etc/passwd中

        bash启动之后，能够接收用户输入的命令，并对命令进行处理，处理完毕后再将结果反馈给用户，比如输出到显示器、写入到文件等。如果用户输入的指令执行时需要系统调用才能完成，比如读写文件，访问网络，那么shell就会去调用系统调用接口。

4.shell底层原理

4.1 指令种类：内建命令与外部命令。

        内建命令对于shell来说就是一次函数调用，而外部命令，则会创建一次子进程，它需要花费时间和精力来设置新的子进程的环境，所以外部指令的执行效率要比内建指令低。(如果将内建指令放在()中，那么将起一个子进程来执行)。

4.2 指令执行方式：前端执行与后台执行。

        指令最后跟&表示后台执行，本行指令单元会起一个子进程来执行，它有两种结束方式：一是父进程结束前他已经执行完毕，二是父进程退出时他还没有执行完毕，那么它会直接挂接到init进程下，父进程id为1。

 如果在()中直接用&，则会直接在init下创建一个子进程，

 4.3 输入输出重定向

        实际上就是unistd.h中的dup2函数，具体见bash源码文件redir.c的do_redirection_internal函数：

 4.4 管道符|

        

        管道符连接的程序队列叫做 pipeline，在man中这样说

        管道链路中的各个命令都是独立的子进程，前面进程的输出与后面进程的输入对接，整个链路的执行时间以最长的子进程时间为准，正常退出的话最后一条指令的退出状态就是整个链路的退出状态，除非中间出现pipefail

5.shell的分类

Bourne Shell：从1979起Unix就开始使用Bourne Shell，Bourne Shell的主文件名为sh。 这是主流的

C Shell： C Shell主要在BSD版的Unix系统中使用，其语法和C语言相类似而得名

Shell的两种主要语法类型有Bourne和C，这两种语法彼此不兼容。

Bourne家族主要包括sh、ksh、Bash、psh、zsh；

C家族主要包括：csh、tcsh

bash： Bash与sh兼容，现在使用的Linux 就是使用Bash作为用户的基本Shell。

6.shell的使用场景

6.1 shell适合做什么

1）完全在系统之外做复杂程序的demo，初期可以验证可行性，避免直接用高级语言进行大规模的编程。比如与第三方的接口调试，直接curl或者wget可以验证对方的返回数据格式与参数要求，这时并不需要直接讲http模块集成在大系统中测试。

2）负责部分系统功能，由已经成熟的shell命令来完成一部分工作，可以大大提高工作效率，这一点比损失一部分性能更有吸引力，比如切割完成文件压缩，同步发送之类。

3）整个系统都由shell来调度执行，Shell编程遵从经典UNIX哲学：把复杂的问题分解成简单的小问题，然后再把各部分功能组合起来解决复杂问题。这样一个大系统可以分拆成各个模块，然后各司其责，子模块功能相对独立，可以很好地利用现有shell的成熟功能。

6.2 shell不适合做什么

1）跨平台的程序需求，当前windows与linux下的脚本执行机制不同，linux与unix下也有一些程序是不兼容的。

2）性能要求很高的需求，比如大数据的排序，浮点计算之类，shell的执行效率不如高级编程语言中的库函数，因为库函数的执行还在进程空间，而shell中调度执行会有进程间通信，性能有损耗。

3）特殊的函数库调用或者是系统调用，比如json处理库，socket编程，硬件直接存取。

4）大型系统逻辑模拟，比如游戏server，模拟玩家逻辑

参考文档：

linux shell为什么重要,为什么要有shell编程_橘右京-我爱你的博客-优快云博客

Shell是什么？1分钟理解Shell的概念！