shell 的初始化流程

目录

• 1 shell 初始化
  • 1.1 基本概念
    • 1.1.1 login shell
    • 1.1.2 interactive shell
  • 1.2 不同的组合读取配置文件的区别
  • 1.3 这套神秘机制造成的麻烦
    • 1.3.1 ~/.bashrc 与 ~/.bash_profile 之间的互动
    • 1.3.2 crond 找不到命令，但是自己在终端里操作时又有
    • 1.3.3 更多例子

shell 初始化

众所周知，shell 初始化是一坨巨大的不祥之物。但是如果不了解初始化的过程的话，可能会在编写各种 rc、crontab 时被折磨。所以分享让大家试吃一下。

基本概念

login shell

login shell 是个比较古老的概念，指由 logind 验证用户身份后，便提供一个 login shell 供用户工作。这个 shell 的特殊意义在于，它和用户的会话紧紧绑定在一起，在它开始运行前与它结束运行后都会往 /var/log/wtmp 写入用户的登录记录。除了它以外，所有的被用户手动运行的 shell 都被视作普通的应用程序。

因为大家现在都在 tty7 用各种基于 X 的登录管理器，它们验证用户身份后会提供一个桌面环境，所以 login shell 的概念没啥用了。但是它的一些历史遗留问题还是可能给大家带来困惑。

生成一个 login shell 有两种方法：

1. 在 shell 后面加上 -l 参数，比如 bash -l。

比如，这是一个 login shell：

03:18 Syameimaru-Aya ~
0 bash -l
03:18 Syameimaru-Aya ~
0 logout

而这不是一个 login shell：

03:18 Syameimaru-Aya ~
0 bash
03:18 Syameimaru-Aya ~
0 logout
bash: logout: not login shell: use `exit'

2. 让 shell 的 argv[0] 以 - 开头。

我们在通过 ssh 远程登录，或者从 ttyN 用 logind 登录时都可以获得 login shell。显然 logind 和 ssh 不应当对 shell 的参数做出假设（即不能假设自己即将运行的程序有一个 -l 参数）。所以他们用改 argv[0] 的方式来通知 shell。

sshd 是这么干的的 ssh/session.c ：

/*
 * If we have no command, execute the shell.  In this case, the shell
 * name to be passed in argv[0] is preceded by '-' to indicate that
 * this is a login shell.
 */

logind 也是这么干的（在 ttyN 里面试试这些东西）：

Debian GNU/Linux bookworm/sid Syameimaru-Aya tty2
Syameimaru-Aya login: jyi
Password:
Linux Syameimaru-Aya 5.19.0-2-amd64 #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Debian 5.19.11-1 (2022-09-24) x86_64 GNU/Linux

The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
Last login: Fri Sep 30 03:06:30 CST 2022 on tty2
03:34 Syameimaru-Aya ~/tmp
0 echo $0
-bash

interactive shell

区分 interactive 与 non-interactive 的意义在于，让 shell 在给人类使用时与执行脚本时表现出不同的行为。

要求标准输入和标准输出都指向终端（用 isatty 系统调用确定）。仅在 interactive shell 里面会打印提示符，同时启用行编辑和 job control 特性，对人类十分友好！

这也解释了为啥用 nc -l -p 2333 -e /bin/bash 搞的丐版远程登录非常难用，因为这不是 interactive shell，没有方便的编辑特性。也能解释为啥 echo echo hello | bash 不会输出提示符而是直接输出命令结果，因为这不是 interactive shell，不会输出提示符。

当然，也可以用 -i 选项暴力启动交互模式。

03:42 Syameimaru-Aya ~
0 echo echo hello | bash -i
    03:43 Syameimaru-Aya ~
    0 echo hello
    hello
    03:43 Syameimaru-Aya ~
    0 exit
03:43 Syameimaru-Aya ~
0

（为了分辨命令的输出，输出部分往右缩进了一些）。

此时 shell 会像正常一样输出提示符，读取输出并且执行。

不同的组合读取配置文件的区别

以 bash 为例：

login：首先是 /etc/profile，接着是 /etc/profile.d/*，最后是 ~/.bash_profile ~/.bash_login ~/.profile 三者按顺序检查，读取第一个可读的文件。（注意没有 ~/.bashrc）在 shell 退出时，还会读取 ~/.bash_logout。
non-login：不会读取任何配置。
interactive：依次读取 /etc/bash.bashrc ~/.bashrc。
non-interactive：不会读取任何配置。

一般情况下，shell 启动时读取的配置是上列之一，并且 login 优先于 interactive。比如，如果 shell 以 login + interactive 的方式启动，则会读取 /etc/profile、/etc/profile.d/*、~/.bash_profile或~/.bash_login或~/.profile，但是并不会考虑 /etc/bash.bashrc 和 ~/.bashrc，即使这是一个 interactive shell。

有个仅用于 bash 的例外是，当其以 non-login 且 non-interactive 的方式启动时，它会检查名为 BASH_ENV 的环境变量。如果变量值所表示的文件存在，则会读取该文件作为配置。

这套神秘机制造成的麻烦

~/.bashrc 与 ~/.bash_profile 之间的互动

1. login shell 不会读取 ~/.bashrc，这使得 login shell 不能读取一些配置，很难用。为了解决这个问题，人们决定在 ~/.bash_profile 里引用 ~/.bashrc
2. 一些人会在 ~/.bashrc 里对命令加入一些保护措施，比如 alias rm='rm -I --preseve-root'，使得在同时删除三个以上文件时需要确认才能删除，另外，有些人可能会拿垃圾桶代替 rm。
3. 一些脚本会以 login 的方式执行（通常是运行得非常早的脚本，甚至不能从父进程里继承 PATH），以保证自己能读取 /etc/profile，得到正确的环境变量。

当这三点齐聚时，会发生什么呢？

1. 安装软件包时，本来应该被彻底删除的临时文件被不明不白地扔进了垃圾箱里，占用不知道多少的空间。
2. 即使用了 -y 参数来避免安装时的用户输出，仍然有可能因为 rm -I 等命令而需要等待输入。这对一些后台执行的脚本（比如定时自动更新）来说是非常坏的，因为很可能没有用户会来输入一个 y。

为了解决这个问题，只好在 ~/.bashrc 前面加上这一句看起来很像魔法咒语的指令：

[[ $- == *i* ]] || return

……使得 bash 在读取 ~/.bashrc 当配置文件时，如果是非交互终端则立即停止读取。

crond 找不到命令，但是自己在终端里操作时又有

为了方便描述，把这个命令叫作 lolcat

1. 有些人喜欢把 lolcat 放在 ~/.local/bin/ 里
2. 有些人写 crontab 时喜欢用 lolcat（？）
3. 他在 ~/.bashrc 里面将 ~/.local/bin/ 加入到 PATH 中
4. crond 运行 shell 时为 non-interactive + non-login 模式

会发生什么呢？

1. 当在终端里试图运行 lolcat 时，因为现有的是 interactive + non-login 模式，所以读取了 ~/.bashrc，正确地设置了路径。
2. 当在 crond 里运行 lolcat 时，因为是 non-interactive + non-login 模式，没有读取 ~/.bashrc，PATH 里没有 ~/.local/bin，找不到 lolcat

所以在写 crontab 时，只好写 bash -lc lolcat

不仅仅是 shell 脚本，C 中的 system()、Python 的 os.system() 以及更多类似物都会遇到这个问题。在终端里直接执行时，会从 bash 中继承 PATH，从而表现出正确的行为。而如果在 crond 内执行，则会出现找不到命令的问题。

更多例子

暂时没遇到……