Shell 就像編輯器一樣：每個人都有自己喜歡的選擇并極力為該選擇辯護(hù)（還告訴您為什么應(yīng)該使用該選擇）。確實(shí)如此，shell 可提供不同的功能，但它們都實(shí)現(xiàn)了數(shù)十年前開發(fā)的核心理念。

我第一次使用現(xiàn)代 shell 是在二十世紀(jì) 80 年代，當(dāng)時我正在 SunOS 上開發(fā)軟件。當(dāng)我了解了將一個程序的輸出用作另一個程序的輸入（甚至多次連環(huán)地使用）的能力后，我就有了一種簡單且高效的方式來創(chuàng)建過濾器和轉(zhuǎn)換。該核心理念提供了一種方式來構(gòu)建一些簡單工具，這些工具足夠靈活，可與其他工具組合使用。通過這種方式，shell 不僅提供了一種與內(nèi)核和設(shè)備交互的方式，還提供了現(xiàn)在作為軟件開發(fā)中的常見設(shè)計模式的集成服務(wù)（比如管道和過濾器）。

讓我們首先簡單介紹一下現(xiàn)代 shell 的發(fā)展歷史，然后探討如今一些可用于 Linux 的外來的有用 shell。

shell 的發(fā)展歷史

Shell（或命令行解釋器）具有很長的歷史了，但我們的討論從第一個 UNIX® shell 開始。（貝爾實(shí)驗(yàn)室的）Ken Thompson 于 1971 年開發(fā)了第一個用于 UNIX 的 shell，名為 V6 shell。類似于它在 Multics 中的前身，這個 shell (/bin/sh) 是一個在內(nèi)核外部執(zhí)行的獨(dú)立用戶程序。globbing（參數(shù)擴(kuò)展的模式匹配，比如 *.txt）等概念是在一個名為 glob的獨(dú)立實(shí)用程序中實(shí)現(xiàn)的，就像用于評估條件表達(dá)式的 if 命令一樣。這種獨(dú)立性可保持 shell 很小，只需不到 900 行 C 源代碼（請參見 參考資料 獲取原始源代碼的鏈接）。

該 shell 為重定向（< > 和 >>）和管道（| 或 ^）引入了一種緊湊的語法，這種語法已延續(xù)到現(xiàn)代 shell 中。您也可以找到對調(diào)用順序命令（使用 ;）和異步命令（使用 &）的支持。

Thompson shell 缺少的是編寫腳本的能力。它的唯一用途就是用作一個交互式 shell（命令解釋器）來調(diào)用命令和查看結(jié)果。

1977 年以來的 UNIX shell

撇開 Thompson shell，我們開始將目光轉(zhuǎn)移到 1977 年引入 Bourne shell 時的現(xiàn)代 shell。Bourne shell 由 Stephen Bourne 在 AT&T Bell Labs 為 V7 UNIX 創(chuàng)建，它在如今仍然是一個有用的 shell（在一些情況下還被用作默認(rèn)的根 shell）。作者在研究 ALGOL68 編譯器之后開發(fā)了 Bourne shell，所以您會發(fā)現(xiàn)它的語法比其他 shell 更加類似于 Algorithmic Language (ALGOL)。盡管使用 C 開發(fā)，源代碼本身甚至使用了宏賦予它一種 ALGOL68 特色。

Bourne shell 有兩個主要目標(biāo)：用作一個命令解釋器來交互式執(zhí)行操作系統(tǒng)命令，以及用于編寫腳本（編寫可通過 shell 調(diào)用的可重用腳本）。 除了取代 Thompson shell，Bourne shell 還提供了相對于其前身的多項優(yōu)勢。Bourne 向腳本中引入了控制流、循環(huán)和變量，提供了一種更加強(qiáng)大的語言來與操作系統(tǒng)交互（包括交互式和非交互式）。該 shell 還允許您使用 shell 腳本作為過濾器，提供對處理信號的集成支持，但缺乏定義函數(shù)的能力。 最后，它整合了我們?nèi)缃袷褂玫脑S多功能，包括命令替換（使用反引號）和用于將保留的字符串文字嵌入到腳本中的 HERE 文檔。

Bourne shell 不僅是向前發(fā)展的重要一步，也是眾多衍生的 shell 的基礎(chǔ)，其中許多 shell 如今應(yīng)用在典型的 Linux 系統(tǒng)中。圖 1 演示了重要 shell 的系列。Bourne shell 導(dǎo)致了 Korn shell (ksh)、Almquist shell (ash) 和流行的 Bourne Again Shell（或 Bash）的開發(fā)。在 Bourne shell 發(fā)布時，C shell (csh) 正在開發(fā)。圖 1 顯示了主要系列，但沒有展示所有影響，也沒有展示一些具有重要貢獻(xiàn)的 shell。

圖 1. 1977 年以來的 Linux shell
 

我們稍后將分析其中一些 shell，查看為它們的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)的語言和功能示例。

基本 shell 架構(gòu)

一種假想的 shell 的基本架構(gòu)很簡單（Bourne 的 shell 就是一個證據(jù)）。在圖 2 中可以看到，基本架構(gòu)看起來類似一個管道，其中會分析和解析輸入，展開符號（使用各種方法，比如括號、波浪號、變量、參數(shù)擴(kuò)展和替換，以及文件名生成），最終執(zhí)行命令（使用 shell 內(nèi)置的命令或外部命令）。

圖 2. 假想 shell 的簡單架構(gòu)
 

在 參考資料 部分中，您可以找到一些鏈接來了解開源 Bash shell 的架構(gòu)。

探索 Linux shell

現(xiàn)在讓我們看看其中一些 shell，回顧它們所做的貢獻(xiàn)并在每個 shell 中查看示例腳本。查看的內(nèi)容包括 C shell、Korn shell 和 Bash。

Tenex C shell

C shell 是 Bill Joy 1978 年在加州大學(xué)伯克利分校攻讀研究生期間為 Berkeley Software Distribution (BSD) UNIX 系統(tǒng)開發(fā)的。5 年后，該 shell 引入了來自 Tenex 系統(tǒng)（在 DEC PDP 系統(tǒng)上很流行）的功能。Tenex 引入了文件名和命令完成功能，以及命令行編輯功能。Tenex C shell (tcsh) 仍然向后兼容 csh，但改進(jìn)了它的整體交互式功能。tcsh 是 Ken Greer 在 Carnegie Mellon University 開發(fā)的。

該 C shell 的一個重要的設(shè)計目標(biāo)是創(chuàng)建一種類似 C 語言的腳本語言。這是一個有用的目標(biāo)，因?yàn)?nbsp;C 語言是所使用的主要語言（此外，該操作系統(tǒng)也是主要使用 C 語言開發(fā)的）。

Bill Joy 在 C shell 中引用的一項有用功能是命令歷史。此功能維護(hù)以前執(zhí)行的命令的歷史，允許用戶檢查并輕松選擇之前的命令來執(zhí)行。例如，鍵入命令 history 將顯示以前執(zhí)行的命令。可使用向上和向下箭頭來選擇命令，或者可以使用 !! 執(zhí)行前一個命令。也可以引用以前的命令的參數(shù)，例如 !* 引用前一個命令的所有參數(shù)，其中 !$ 引用前一個命令的最后一個參數(shù)。

看一下 tcsh 腳本的一個簡單示例（清單 1）。這段腳本獲取一個參數(shù)（一個目錄名稱），輸出該目錄中的所有可執(zhí)行文件以及找到的文件數(shù)量。我將在每個示例中重用此腳本設(shè)計來演示區(qū)別。

tcsh 腳本可分解為 3 個基本部分。首先，請注意，我使用了 shebang 或 hashbang 符號來將此文件聲明為可由定義的 shell 可執(zhí)行文件（在本例中為 tcsh 二進(jìn)制文件）解釋。這允許我以常規(guī)可執(zhí)行文件的形式執(zhí)行該文件，而不在它之前添加解釋器二進(jìn)制文件。它維護(hù)找到的可執(zhí)行文件數(shù)量，所以我將此數(shù)量初始化為 0。

清單 1. 用 tcsh 編寫的查找所有可執(zhí)行文件的腳本

				
#!/bin/tcsh
# find all executables

set count=0

# Test arguments
if ($#argv != 1) then
  echo "Usage is $0 <dir>"
  exit 1
endif

# Ensure argument is a directory
if (! -d  $1) then
  echo "$1 is not a directory."
  exit 1
endif

# Iterate the directory, emit executable files
foreach filename ($1/*)
  if (-x $filename) then
    echo $filename
    @ count = $count + 1
  endif
end

echo
echo "$count executable files found."

exit 0

第一部分測試用戶傳遞的參數(shù)。#argv 變量表示傳入的參數(shù)數(shù)量（不包括命令名稱本身）。您可指定這些參數(shù)的索引來訪問它們：例如，#1 表示第一個參數(shù)（它是 argv[1] 的簡寫）。該腳本需要一個參數(shù)；如果它未找到該參數(shù)，則輸出一條錯誤消息，使用 $0 表示在控制臺輸入的命令名稱（argv[0]）。

第二部分確保傳入的參數(shù)是一個目錄。如果該參數(shù)是一個目錄，-d 操作符返回 True。但請注意，我首先指定了一個 ! 符號，這表示無效。這樣，表達(dá)式可表明，如果參數(shù)不是一個目錄，則輸出一條錯誤消息。

最后一部分迭代目錄中的文件，以測試它們是否可執(zhí)行文件。我使用方便的 foreach 迭代器，它循環(huán)括號（在本例中為該目錄）中的每一項，然后在循環(huán)中測試每一項。這一步使用 -x 操作符測試文件是否為可執(zhí)行文件，如果是，則輸出該文件并將數(shù)量加一。在腳本的末尾，我輸出可執(zhí)行文件的數(shù)量。

Korn shell

Korn shell (ksh) 由 David Korn 設(shè)計，是在與 Tenex C shell 相同的時期引入的。Korn shell 的一項最有趣的功能是，它除了向后兼容原始的 Bourne shell，還可用作腳本語言。

Korn shell 在 2000 年以開源形式發(fā)布（依據(jù) Common Public License）以前一直是專用的軟件。除了提供與 Bourne shell 強(qiáng)大的向后兼容性，Korn shell 還包含其他 shell 的功能（比如 csh 的歷史功能）。該 shell 還提供了可在現(xiàn)代腳本語言（比如 Ruby 和 Python）中找到的一些更加高級的功能 — 例如，關(guān)聯(lián)數(shù)組和浮點(diǎn)算法。Korn shell 可用于多種操作系統(tǒng)，包括 IBM® AIX® 和 HP-UX，致力于支持 Portable Operating System Interface for UNIX (POSIX) shell 語言標(biāo)準(zhǔn)。

Korn shell 是 Bourne shell 的衍生物，因此看上去更像 Bourne shell 和 Bash 而不是 C shell。讓我們看一個查找可執(zhí)行文件的 Korn shell 示例（清單 2）。

清單 2. 用 ksh 編寫的查找所有可執(zhí)行文件的腳本

				
#!/usr/bin/ksh
# find all executables

count=0

# Test arguments
if [ $# -ne 1 ] ; then
  echo "Usage is $0 <dir>"
  exit 1
fi

# Ensure argument is a directory
if [ ! -d  "$1" ] ; then
  echo "$1 is not a directory."
  exit 1
fi

# Iterate the directory, emit executable files
for filename in "$1"/*
do
  if [ -x "$filename" ] ; then
    echo $filename
    count=$((count+1))
  fi
done

echo
echo "$count executable files found."

exit 0

在清單 2 中，您將注意到的第一點(diǎn)是它與 清單 1 的相似性。在結(jié)構(gòu)上，該腳本基本上是相同的，但在執(zhí)行條件、表達(dá)式和迭代的方式上存在明顯的區(qū)別。沒有采用類似 C 的測試操作符，ksh 采用了典型的 Bourne 風(fēng)格操作符（-eq、-ne 和 -lt 等）。

Korn shell 也有用一些與迭代相關(guān)的區(qū)別。在 Korn shell 中，使用了 for in 結(jié)構(gòu)，使用命令替換來表示從命令 ls '$1/*（表示指定子目錄的內(nèi)容）的標(biāo)準(zhǔn)輸出創(chuàng)建的文件列表。

除了上面定義的其他功能，Korn 還支持別名功能（用于將一個詞替換為用戶定義的字符串）。Korn 還有其他許多功能默認(rèn)已禁用（比如文件名稱完成），但可由用戶啟用。

Bourne-Again Shell

Bourne-Again Shell（或 Bash）是一個開源 GNU 項目，旨在取代 Bourne shell。Bash 由 Brian Fox 開發(fā)，已成為世上最流行的 shell 之一（出現(xiàn)在 Linux、Darwin、Windows®、Cygwin、Novell、Haiku 等系統(tǒng)中）。顧名思義，Bash 是 Bourne shell 的一個超集，大部分 Bourne 腳本都可原封不動地執(zhí)行。

除了支持腳本的向后兼容性，Bash 還整合了來自 Korn 和 C shell 的功能。您將找到命令歷史、命令行編輯、一個目錄棧（pushd 和popd）、許多有用的環(huán)境變量和命令完成等。

Bash 繼續(xù)在發(fā)展，擁有許多新功能，支持正則表達(dá)式（類似于 Perl）和關(guān)聯(lián)數(shù)組。盡管其中一些功能可能在其他腳本語言中不存在，但可以編寫兼容其他語言的腳本。對于這一點(diǎn)，清單 3 中所示的示例腳本等同于 Korn shell 腳本（來自 清單 2），除了 shebang 區(qū)別 (/bin/bash)。

清單 3. 用 Bash 編寫的查找所有可執(zhí)行文件的腳本

				
#!/bin/bash
# find all executables

count=0

# Test arguments
if [ $# -ne 1 ] ; then
  echo "Usage is $0 <dir>"
  exit 1
fi

# Ensure argument is a directory
if [ ! -d  "$1" ] ; then
  echo "$1 is not a directory."
  exit 1
fi

# Iterate the directory, emit executable files
for filename in "$1"/*
do
  if [ -x "$filename" ] ; then
    echo $filename
    count=$((count+1))
  fi
done

echo
echo "$count executable files found."

exit 0

這些 shell 之間的一個關(guān)鍵區(qū)別是它們的發(fā)布所依據(jù)的許可。您可能已猜到，Bash 是在 GNU 項目中開發(fā)的，是依據(jù) GPL 發(fā)布的，而 csh、tcsh、zsh、ash 和 scsh 都是依據(jù) BSD 或一種類似 BSD 的許可來發(fā)布的。Korn shell 可依據(jù) Common Public License 使用。

外來的 shell

對于大膽的開發(fā)人員，可基于您的需要或愛好使用替代的 shell。Scheme shell (scsh) 提供了一種使用 Scheme（Lisp 語言的一種衍生物）的腳本環(huán)境。Pyshell 是對創(chuàng)建使用 Python 語言的類似腳本的一次嘗試。最后，對于嵌入式系統(tǒng)，可以使用 BusyBox，它將一個 shell 和所有命令合并到一個二進(jìn)制文件中，以簡化其分發(fā)和管理。

清單 4 給出了以 Scheme shell (scsh) 編寫的查找所有可執(zhí)行文件的腳本。這段腳本可能看起來很奇怪，但它實(shí)現(xiàn)了與我們目前所提供的腳本類似的功能。這段腳本包含 3 個函數(shù)，直接使用可執(zhí)行代碼（在末尾）來測試參數(shù)數(shù)量。這段腳本真正強(qiáng)大之處在showfiles 函數(shù)內(nèi)，它迭代一個列表（在 with-cwd 后構(gòu)造），在列表的每個元素后調(diào)用 write-ln。這個列表通過迭代指定的目錄并在其中過濾是可執(zhí)行文件的文件來生成。

清單 4. 用 scsh 編寫的查找所有可執(zhí)行文件的腳本

				
#!/usr/bin/scsh -s
!#

(define argc
        (length command-line-arguments))

(define (write-ln x)
        (display x) (newline))

(define (showfiles dir)
        (for-each write-ln
                (with-cwd dir
                        (filter file-executable? (directory-files "." #t)))))

(if (not (= argc 1))
        (write-ln "Usage is fae.scsh dir")
        (showfiles (argv 1)))

結(jié)束語

早期 shell 的許多理念和大量接口在之后的 35 年幾乎未變 — 這是對早期 shell 的原始作者的貢獻(xiàn)的有力證明。在一個不斷自我改造的行業(yè)中，shell 已大大改進(jìn)，但沒有發(fā)生重大變化。盡管存在過創(chuàng)建特殊 shell 的嘗試，但 Bourne shell 的衍生物仍然是所使用的主要 shell。

原文：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-shells/index.html?ca=drs-