Linux深入探索04-Bash shell

----- 最近更新【2021-12-30】-----

本文目录结构预览：

• 一、简介
• 二、shell 变量
  1、查看变量
  2、变量类型
  3、变量操作
  4、系统常见的全局变量
• 三、shell 选项
  1、查看 shell 选项
  2、设置 shell 选项
• 四、元字符
  1、元字符列表
  2、引用与转义
• 五、shell 内置命令
  1、查看说明
  2、常用内置命令
• 六、搜索路径
  1、查看搜索路径
  2、修改搜索路径
• 七、历史列表
  1、查看历史列表
  2、调取历史命令
  3、调取并修改历史命令
  4、搜索历史命令
  5、设置历史列表大小
• 八、别名 alias
  1、语法
  2、创建别名
  3、查看别名
  4、移除别名
  5、不使用别名
• 九、初始化文件
  1、文件名称
  2、登录 shell 与 非登录 shell
  3、初始化文件内容
• 十、参考

一、简介

简单地来说，shell 就是一个 Unix 程序，充当用户界面和脚本解释器，允许用户输入命令以及间接地访问内核的服务。

从功能方面来说：
第一，shell 是一个读取并解释所输入命令的程序。用户每输入一条 Unix 命令，shell 就读取该命令，并指出应该怎么做，所以 shell 是一个命令处理器。
第二，shell 还支持一些类型的编程语言。使用该语言可以编写由 shell 解释的程序，这些程序称为 shell 脚本。

目前比较流行的shell有以下几种 ：Bash、Korn shell、C-Shell、Tcsh。

Bash是目前最流行的 shell，本文也是以 Bash 为环境。

如果不知道你目前使用的是哪种 shell，可以使用命令echo $SHELL来查看。

本文内容可能会比较多，为了方面提前知道有哪些内容，这里先作一个简要的列表：

• shell 变量
  --查看变量、变量类型、变量操作、系统常见的全局变量
• shell 选项
  --查看 shell 选项、设置 shell 选项
• 元字符
  --元字符列表、引用与转义
• shell 内置命令
  --查看说明、常用内置命令
• 搜索路径
  --查看搜索路径、修改搜索路径
• 历史列表
  --查看历史列表、调取历史命令、调取并修改历史命令、搜索历史命令、设置历史列表大小
• 别名 alias
  --语法、创建别名、查看别名、移除别名
• 初始化文件
  --文件名称、登录 shell 与 非登录 shell、初始化文件内容

二、shell 变量

1、查看变量

上面说的$SHELL是 shell 的一个全局变量，shell 中还有很多其它的变量。可以使用命令env或者printenv去查看全局变量。

使用不带选项或者参数的 set 命令也可以显示所有的 shell 变量以及它们的值。

2、变量类型

根据储存类型，shell变量几乎总是存储一种类型的数据，即字符串。

根据变量的作用域(Scope)，shell 变量可以划分为以下三种类型：

• 有的变量可以在当前shell进程及其子进程中使用，这叫做全局变量
• 有的变量仅可以在当前shell进程中使用，这叫做环境变量
• 有的变量只能在函数内部使用，这叫做局部变量（作用域仅为某代码片断(函数上下文)）

如果使用export命令将环境变量导出，那么它就在所有的子进程中也可以使用了，这时称为“全局变量”。

很多书本或网站对环境变量与全局变量的定义都比较模糊，我这里采用一种比较好理解的方式来定义。

3、变量操作

变量通常有4种不同类型的操作，即创建变量、查看变量、修改变量、删除变量。

变量的创建非常简单，使用如下语法就行：

变量名称=变量值  # 注意！等号前后不能有空格。

删除变量：

unset 变量名 ...

例：

[14:59 linux1@noseeu ~]$ MYNAME=Nosee    #创建变量（当前shell可用）
[14:59 linux1@noseeu ~]$ echo $MYNAME    #查看变量
Nosee
[14:59 linux1@noseeu ~]$ export $MYNAME     #导出变量（当前shell及子进程可用）
[15:00 linux1@noseeu ~]$ unset MYNAME    #删除变量
[15:00 linux1@noseeu ~]$ echo $MYNAME

[15:00 linux1@noseeu ~]$ 

注意：
通过 export 导出的变量只对当前 Shell 进程以及所有的子进程有效，如果最顶层的父进程被关闭了，那么这个全局变量也就随之消失了，其它的进程也就无法使用了，这个变量只是临时的。
只有将变量写入 Shell 配置文件中才能达到永久的目的，Shell 进程每次启动时都会执行配置文件中的代码做一些初始化工作，如果将变量放在配置文件中，那么每次启动进程都会定义这个变量。

4、系统常见的全局变量

HISTFILE # 历史列表：用来存储历史命令的文件名称
HISTSIZE # 历史列表：用来存储历史命令的最大数目
HOME # home目录
HOSTNAME # 计算机名称
LOGNAME # 当前用户标志（用户名）
PATH # 程序搜索目录
PS1 # shell提示
PWD # 当前工作目录
SHELL # shell类型
TERM # 终端类型
USER # 当前用户标志（用户名）

三、shell 选项

在Bash shell中，当我们需要控制 shell 行为的各个方面时，则可以使用shell 选项。

shell 选项就像 on/off 开关一样。当打开一个选项时，就说设置了这个选项；当关闭这个选项时，就说复位了这个选项。

shell 选项或者是 off 或者是 on ，它们不需要创建。

1、查看 shell 选项

可以使用命令set -o或者set +o来查看所有 shell 选项，两种查看方式只是在显示格式上不一样。

set -o命令以一种易于阅读的方式显示（人类可读）
set +o命令显示的输出适合用作 shell 脚本的数据（机器可读）

选项介绍：

选项	短名称	含义
allexport	-a	导出随后定义的所有变量和函数
braceexpand	-B	启用括号扩展（生成字符模式）
emacs		命令行编辑器：Emacs模式，关闭vi模式
hashall	-h	查找到命令时(记住)的命令哈希位置
hisexpand	-H	历史列表：启用!风格替换
history		历史列表：启用
ignoreeof		忽略eof信号^D；使用exit或logout退出shell
minitor	-m	作业控制：启用
noclobber	-C	不允许重定向的输出替换某个文件
notify	-b	作业控制：当后台作业结束时立即通知
vi		vi模式：立即处理每个键入的字符

使用命令 shopt可以查看更多的 shell 选项。

2、设置 shell 选项

语法：

set -o option  # 打开shell选项（开启）
set +o option  #复位shell选项（关闭）

注意，这里的-o表示开启一个选项，+o表示关闭一个选项。

1）如，我要开启某个选项（选项noclobber表示不允许重定向的输出替换某个文件）
则可以：

set -o noclobber # 开启该选项

或者：

set -C

关闭该选项则这样：set +o noclobber或set +C

2）忽略eof信号^D

[21:34 linux1@noseeu ~]$ set -o ignoreeof
# 此时我再按 <Crlt>-D 组合键
[21:34 linux1@noseeu ~]$ Use "logout" to leave the shell.

设计 shell 的程序员们知道人们会如何使用 shell，因此在大多数情况下，默认的 shell 选项就可以满足要求。这意味着我们极少需要云修改 shell 选项。

四、元字符

在shell中，有许多字符拥有它特殊的含义，我们称这样的字符为元字符。如;(分号)、\(反斜杠)、.(点号)，抽象一点的如按键<Space>、<Tab>、<Enter>也是使用了元字符。

1、元字符列表

字符	名称	作用
|	管道	命令行：创建一个管道线
<	小于	命令行：重定向输入
>	大于	命令行：重定向输出
()	圆括号	命令行：在子shell中运行命令
#	hash、pound	命令行：注释
;	分号	命令行：用于分隔多条命令
`	反引号	命令行：命令替换
~	波浪号	文件名扩展：插入home目录的名称
?	问号	文件名扩展：匹配任意一个字符
[]	方括号	文件名扩展：与一组字符中的字符匹配
*	星号	文件名扩展：匹配0个或多个字符
!	叹号、bang	历史列表：事件标记
&	和号	作业控制：在后台运行命令
\	反斜杠	引用：下一个字符转义
'	单引号	引用：取消所有的替换
"	双引号	引用：取消大部分替换
{}	花括号	变量：确定变量名称的界限
$	美元符号	变量：用变量的值替换
	空格符	空白符：在命令行中分隔单词
	制表符	空白符：在命令行中分隔单词
/	新行字符	空白符：标记一行结束

以上元字符列表展示的就是元字符在shell中的常用作用。

2、引用与转义

有时候，我们希望按字面上的含义使用元字符（而不是使用其特殊含义），这时我们必须告诉shell按字面意思解释字符。这样做时，可以称其为引用字符。
字符的引用有3种方法：使用反斜杠、一对单引号或者一对双引号。

当使用反斜杠引用单个字符时，我们称反斜杠为“转义字符”。

如：

echo It is warm\; come on.

上面例子中，;(分号)在shell中有特殊的含义，如果我们想原样输出则必须转义。这时可以说“使用反斜杠转义了分号”，或者可以说“使用反斜杠引用了分号”。

当元字符少时，上面的方法没有什么问题。但是当元字符多的时候，我们就需要用到单引号或者双引号了。

1）强引用（单引号）
单引号里面的所有元字符都会被转义，也就是所有元字符都会原样输出。

如，下面的$会被转义，$NAME会原样输出：

linux1@noseeu:~$ echo 'My name is $NAME'
My name is $NAME

2）弱引用（双引号）
双引号引用时，会保留$(美元符号)、`(反引号)、\(反斜杠)的特殊含义。

如：

linux1@noseeu:~$ echo "My name is $NAME"
My name is Chan
[22:04 linux1@noseeu ~]$ echo "now is `date`."
now is Sun 26 Dec 2021 10:04:24 PM UTC.

上面的$不会被转义，$NAME会被替换为NAME的实际值；`也不会被转义，date会被当作嵌入命令优先执行。

注：反斜杠是所有引用中最强的，所以它甚至可以引用新行字符(<Enter>)。
如，

linux1@noseeu:~$ echo hi \
> nosee.
hi nosee.
linux1@noseeu:~$ date;\
> cal
Sun 26 Dec 2021 05:28:01 PM UTC
   December 2021      
Su Mo Tu We Th Fr Sa  
          1  2  3  4  
 5  6  7  8  9 10 11  
12 13 14 15 16 17 18  
19 20 21 22 23 24 25  
26 27 28 29 30 31 

在这里新行字符(<Enter>)失去了它的特殊含义，所以这时它并不是一行结束的信号了，意味着后面输入的内容都是接着上一行的。

五、shell 内置命令

当在shell中输入命令时，shell会将命令进行解析，然后决定如何处理命令，其中有两种可能。一些命令在shell的内部，这意味着shell可以直接解释它们，这些命令是内部命令，称为内置命令。其他所有命令都是外部命令，即必须独自运行的独立程序。

当输入内置命令时，shell在自己的进程内运行该命令（不创建新的进程）。当输入外部命令时，shell将搜索合适的程序然后以一个单独的进程运行该命令（创建一个子进程）。

查看某一条命令是不是内置命令的快捷方法是使用type。如：

linux1@noseeu:~$ type time set date type
time is a shell keyword
set is a shell builtin
date is hashed (/usr/bin/date)
type is a shell builtin

可以看出，time、set、type都是shell的内置命令，而date是外部命令。

1、查看说明

几乎所有的Unix程序在发行的时候都提供有说明明书页，即可以用man或者info去查看它们的说明。但内置命令不是一个单独的程序，它们是shell的一部分，每种shell都会提供大量的命令，所以每个内置命令都开发一个单独的说明书页是不现实的。

其实，所有的内置命令都记录在shell的说明书页中，即你可以使用man bash去查看。但是shell的说明书页都非常长，可能需要使用搜索才能找到所需的内容（可以使用apropos命令或者man -k命令进行搜索）。

还有一个方法，就是使用help命令也可以查看内置命令的说明，如：help unset

linux1@noseeu:~$ help unset
unset: unset [-f] [-v] [-n] [name ...]
    Unset values and attributes of shell variables and functions.
    ...
    ...
    Exit Status:
    Returns success unless an invalid option is given or a NAME is read-only.

使用不带参数的help命令，可以显示一个所有内置命令的摘要列表。如下图：

使用help -s命令可以查看某个内置命令的语法：

linux1@noseeu:~$ help -s set
set: set [-abefhkmnptuvxBCHP] [-o option-name] [--] [arg ...]

2、常用内置命令

alias # 为指定命令定义一个别名
echo # 将指定字符串输出到STDOUT
exit # 强制 shell 以指定的退出状态码退出
export  # 将变量导出到全局变量
fc  # 从历史记录中选择命令列表
help # 显示帮助说明
history # 显示命令历史记录
kill # 向指定的进程 ID(PID) 发送一个系统信号
pwd  # 显示当前工作目录的路径名
set # 设置并显示环境变量的值和 shell 属性
shopt # 打开/关闭控制 shell 可选行为的变量值
type # 显示指定的单词如果作为命令将会如何被解释
unset # 刪除指定的环境变量或 shell 属性

六、搜索路径

大部分命令都不是 shell 内置的，那么 shell 必须查找出合适的程序来执行。那么 shell 在哪里查找外部命令？

shell 通过查找变量 PATH 来获得一系列目录名称，然后在这些目录下寻找对应的程序，这些目录名称就是我们所说的搜索路径。

1、查看搜索路径

搜索路径是包含所有外部命令的程序的目录列表，使用命令echo $PATH可以查看 搜索路径。

[21:31 linux1@noseeu ~]$ echo $PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin

搜索顺序：
当 shell 在查找外部程序时，它在搜索路径中会按指定顺序逐个检查目录，进到找到期望的外部命令时，它就停止搜索并执行程序。

2、修改搜索路径

修改搜索路径的基本思想就是将修改PATH变量的命令放到登录时自动执行的初始化文件中。

PATH的值就是一个包含若干目录名称的字符串，各个目录名称用:(冒号)隔开。

如我有一些自定义的程序放在 ~/bin 目录，那么我可以这样设置:

export PATH="$PATH:$HOME/bin"

一般修改 PATH 的值我们都是在原有的路径上再加上我们想要添加的路径。

七、历史列表

在输入命令时，shell 会将命令保存到所谓的历史列表中。然后我们可以采用不同方式访问历史列表，调取前面的命令，然后再对命令进行修改，并重新输入命令。

1、查看历史列表

最简单的查看历史列表的办法就是使用<Up>和<>Down键，但是这个方法每次只能查看一条命令。

还有一个更强大的命令，可以查看全部或者部分历史命令，就是使用history或者fc命令。

在历史列表中，每条命令称为一个事件，而每个事件都有一个内部编号，称为事件编号。历史列表的主要功能就是它可以基于事件编号调取命令。

查看历史列表：

[23:12 linux1@noseeu ~]$ fc -l
...
931      echo "'now is `date`."
932      help fc
933      fc-l
[23:12 linux1@noseeu ~]$ history
    1  sudo -i
    2  exit
...
934  fc -l
935  history

每条命令前面的数字就是事件编号。

2、调取历史命令

如我们想再次运行932号命令，可以使用fc -s 932或者!932。

[23:14 linux1@noseeu ~]$ fc -s 932
help fc
fc: fc [-e ename] [-lnr] [first] [last] or fc -s [pat=rep] [command]
    Display or execute commands from the history list.
    ...
    Exit Status:
    Returns success or status of executed command; non-zero if an error occurs.
[23:22 linux1@noseeu ~]$ !932
help fc
fc: fc [-e ename] [-lnr] [first] [last] or fc -s [pat=rep] [command]
    Display or execute commands from the history list.
    ...
    Exit Status:
    Returns success or status of executed command; non-zero if an error occurs.

如果只是希望输入最近上一条命令，则可以不带事件编号：fc -s或者!!

3、调取并修改历史命令

shell 允许在重新执行历史命令之前对命令进行小的修改，语法如下：

fc -s pattern=replacement number
!number:s/pattern/replacement

例：

937      vim sh_test1 
[23:34 linux1@noseeu ~]$ fc -s sh_=Sh 937
vim Shtest1 
[23:35 linux1@noseeu ~]$ !937:s/sh_/Sh
vim Shtest1 

如果只是想修改上一条输错的命令，还可以这样：

[23:39 linux1@noseeu ~]$ datw
Command 'datw' not found.
[23:39 linux1@noseeu ~]$ ^w^e
date
Sun 26 Dec 2021 11:40:12 PM UTC
[23:40 linux1@noseeu ~]$ 

记住，这个方法仅适用于对上一条历史命令修改。

4、搜索历史命令

bash 还提供了一个非常方便的历史命令搜索方式，即使用<Ctrl>-R（^R）。
如我需要调取一条设置PS1变量的命令，查历史列表又觉得麻烦。这时我就可以按下<Ctrl>-R键，然后输入关键词PS：

linux1@noseeu:~$ 
(reverse-i-search)`PS': PS1="\[\033[0;32m\][\A \u\[\033[0;33m\]@\H \w]$ \[\033[0m\]"

如果显示出的命令是你想要的，直接按回车就可以执行了：

linux1@noseeu:~$ PS1="\[\033[0;32m\][\A \u\[\033[0;33m\]@\H \w]$ \[\033[0m\]"
[23:54 linux1@noseeu ~]$ 

如果看到的不是你想要的命令，可以继续按<Ctrl>-R搜索下一个。

5、设置历史列表大小

Bash shell 将历史列表存储在一个文件中，所以下次登录时还是可以继续使用。为了避免历史列表太多，shell 允许通过设置一个变量来设置历史列表的大小。

查看 shell 默认设置：

linux1@noseeu:~$ set | grep HIST
HISTCONTROL=ignoreboth
HISTFILE=/home/linux1/.bash_history
HISTFILESIZE=2000
HISTSIZE=1000

如我们要修改history命令所展示的历史列表条数：

linux1@noseeu:~$ export HISTSIZE=10

八、别名 alias

别名就是赋予一条命令或者一列命令的名称。可以将别名作为缩写，或者使用别名创建已有命令的自定义变体。

1、语法

Define or display aliases.

alias: alias [-p] [name[=value] ... ]

2、创建别名

我们经常会使用ls -al来查看文件列表，为了方便可以如下定义别名：

alias ll='ls -al'

当一条命令中包含有空格或元字符时，记得要使用引号包围。

linux1@noseeu:~$ alias mytime='date; cal'
linux1@noseeu:~$ mytime
Mon 27 Dec 2021 01:01:56 AM UTC
   December 2021      
Su Mo Tu We Th Fr Sa  
          1  2  3  4  
 5  6  7  8  9 10 11  
12 13 14 15 16 17 18  
19 20 21 22 23 24 25  
26 27 28 29 30 31  

3、查看别名

当需要查看某个别名的含义时，可以这样：

linux1@noseeu:~$ alias mytime
alias mytime='date; cal'

或者使用type命令：

linux1@noseeu:~$ type mytime
mytime is aliased to `date; cal'

查看所有别名：

linux1@noseeu:~$ alias
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 -al'
alias ls='ls --color=auto'
alias mytime='date; cal'

4、移除别名

语法：Remove each NAME from the list of defined aliases.

unalias [-a] name [name ...]

例：

linux1@noseeu:~$ unalias mytime 
linux1@noseeu:~$ mytime
mytime: command not found

5、不使用别名

如ls命令，很多 linux 会默认就在配置文件中设置了ls --color=auto，这时你就会在不知情的情况下使用了别名。如果你不想使用使用别名，可以在命令前面键入一个\，告诉 shell 不使用任何别名，如\ls。

九、初始化文件

以上所说的所有设置都是只有当前shell生效，注销然后再登录之后那些设置都不存在了。如果你想在你下次登录时还可以继续使用你的设置，则需要把你的设置添加到初始化文件中。

Bash shell 的初始化文件包括两个，即登录文件和环境文件。

初始化文件存放着所有希望在每次登录时自动执行的命令，而环境文件存放着所有希望在新 shell 启动时自动执行的程序。

为了提供更多的功能，Bash shell 还提供了注销文件，用于存放注销登录时自动运行的命令。

1、文件名称

初始化文件的名称在不同的系统中可能会稍有不同，但基本都是以下这种：

执行环境	文件名称
登录文件	.bash_profile、.profile、.bash_login
环境文件	.bashrc
注销文件	.bash_logout

文件存放的目录都为用户目录，即：/home/用户名

注：
系统启动的时候会先执行.profile然后执行.bashrc，所以如果这两个文件存在相同的配置的话，前面的会被后面的覆盖。

2、登录 shell 与 非登录 shell

1）登录 shell
在任何时候，如通过ssh连接登录到远程主机，或者使用登录一个 shell，等。这类型需要用户进行登录认证才能进入的shell，我们称之为登录 shell。

登录 shell 的初始化会执行登录文件(.profile)与环境文件(.bashrc)。

2）非登录 shell
当打开一个 shell 窗口不需要登录认证时，如在一个已登录的 shell 窗口输入 bash 打开一个新 shell，或者在桌面环境简单地打开一个终端窗口，等，我们称这类 shell 为 非登录 shell。

非登录 shell 只执行环境文件。

3、初始化文件内容

shell 的初始化文件一般包含下述内容：
1）创建或者修改环境变量的命令
2）执行所有一次性操作的命令
3）合理的注释
4）等

如：

# 设置环境变量
HISTSIZE=50
HISTFILESIZE=1000

# 设置文件创建掩码，控制新创建文件的默认权限
umask 077

# 设置别名
alias ll='ls -alF'
alias la='ls -A'
alias l='ls -CF'

# 设置默认的分页程序（需要调用分页程序显示数据时就会调用该程序，如 man 命令）
export PAGER=less
# 设置分页程序的默认选项，相当于：alias less='less -CMs'
export LESS='-CMs'

# 查看命名为`.bashrc`的文件是否存在，如果存在，则运行这个文件
if [ -f "$HOME/.bashrc" ]; then
    . "$HOME/.bashrc"
fi

十、参考

书箱：《Unix & Linux 大学教程》第11-14章 (美)Harley Hahn 著 张杰良 译
博客： 命令行界面 (CLI)、终端 (Terminal)、Shell、TTY的区别
SegmentFault： Linux TTY/PTS概述