首頁 > shell教程 閱讀:0更新時間:2020-03-28 02:15:37

Shell是什么?1分鐘理解Shell的概念!

現在我們使用的操作系統(Windows、Mac OS、Android、iOS 等)都是帶圖形界面的,簡單直觀,容易上手,對專業用戶(程序員、網管等)和普通用戶(家庭主婦、老年人等)都非常適用;計算機的普及離不開圖形界面。

然而在計算機的早期并沒有圖形界面,我們只能通過一個一個地命令來控制計算機,這些命令有成百上千之多,且不說記住這些命令非常困難,每天面對沒有任何色彩的“黑屏”本身就是一件枯燥的事情;這個時候的計算機還遠遠談不上炫酷和普及,只有專業人員才能使用。
早期的計算機
圖:早期的電腦,都是“黑紙白字”

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對于圖形界面,用戶點擊某個圖標就能啟動某個程序;對于命令行,用戶輸入某個程序的名字(可以看做一個命令)就能啟動某個程序。這兩者的基本過程都是類似的,都需要查找程序在硬盤上的安裝位置,然后將它們加載到內存運行。

關于程序的運行原理,請猛擊《載入內存,讓程序運行起來》。

換句話說,圖形界面和命令行要達到的目的是一樣的,都是讓用戶控制計算機。

然而,真正能夠控制計算機硬件(CPU、內存、顯示器等)的只有操作系統內核(Kernel),圖形界面和命令行只是架設在用戶和內核之間的一座橋梁。

如果你不了解操作系統的作用,請轉到《操作系統是什么》。

由于安全、復雜、繁瑣等原因,用戶不能直接接觸內核(也沒有必要),需要另外再開發一個程序,讓用戶直接使用這個程序;該程序的作用就是接收用戶的操作(點擊圖標、輸入命令),并進行簡單的處理,然后再傳遞給內核,這樣用戶就能間接地使用操作系統內核了。你看,在用戶和內核之間增加一層“代理”,既能簡化用戶的操作,又能保障內核的安全,何樂不為呢?

用戶界面和命令行就是這個另外開發的程序,就是這層“代理”。在linux下,這個命令行程序叫做 shell。

Shell 是一個應用程序,它連接了用戶和 Linux 內核,讓用戶能夠更加高效、安全、低成本地使用 Linux 內核,這就是 Shell 的本質。

Shell 本身并不是內核的一部分,它只是站在內核的基礎上編寫的一個應用程序,它和 QQ、迅雷、Firefox 等其它軟件沒有什么區別。然而 Shell 也有著它的特殊性,就是開機立馬啟動,并呈現在用戶面前;用戶通過 Shell 來使用 Linux,不啟動 Shell 的話,用戶就沒辦法使用 Linux。

Shell 是如何連接用戶和內核的?

Shell 能夠接收用戶輸入的命令,并對命令進行處理,處理完畢后再將結果反饋給用戶,比如輸出到顯示器、寫入到文件等,這就是大部分讀者對 Shell 的認知。你看,我一直都在使用 Shell,哪有使用內核哦?我也沒有看到 Shell 將我和內核連接起來呀?!

其實,Shell 程序本身的功能是很弱的,比如文件操作、輸入輸出、進程管理等都得依賴內核。我們運行一個命令,大部分情況下 Shell 都會去調用內核暴露出來的接口,這就是在使用內核,只是這個過程被 Shell 隱藏了起來,它自己在背后默默進行,我們看不到而已。

接口其實就是一個一個的函數,使用內核就是調用這些函數。這就是使用內核的全部內容了嗎?嗯,是的!除了函數,你沒有別的途徑使用內核。

比如,我們都知道在 Shell 中輸入cat log.txt命令就可以查看 log.txt 文件中的內容,然而,log.txt 放在磁盤的哪個位置?分成了幾個數據塊?在哪里開始?在哪里終止?如何操作探頭讀取它?這些底層細節 Shell 統統不知道的,它只能去調用內核提供的 open() 和 read() 函數,告訴內核我要讀取 log.txt 文件,請幫助我,然后內核就乖乖地按照 Shell 的吩咐去讀取文件了,并將讀取到的文件內容交給 Shell,最后再由 Shell 呈現給用戶(其實呈現到顯示器上還得依賴內核)。整個過程中 Shell 就是一個“中間商”,它在用戶和內核之間“倒賣”數據,只是用戶不知道罷了。

Shell 還能連接其它程序

在 Shell 中輸入的命令,有一部分是 Shell 本身自帶的,這叫做內置命令;有一部分是其它的應用程序(一個程序就是一個命令),這叫做外部命令。

Shell 本身支持的命令并不多,功能也有限,但是 Shell 可以調用其他的程序,每個程序就是一個命令,這使得 Shell 命令的數量可以無限擴展,其結果就是 Shell 的功能非常強大,完全能夠勝任 Linux 的日常管理工作,如文本或字符串檢索、文件的查找或創建、大規模軟件的自動部署、更改系統設置、監控服務器性能、發送報警郵件、抓取網頁內容、壓縮文件等。

更加驚訝的是,Shell 還可以讓多個外部程序發生連接,在它們之間很方便地傳遞數據,也就是把一個程序的輸出結果傳遞給另一個程序作為輸入。

大家所說的 Shell 強大,并不是 Shell 本身功能豐富,而是它擅長使用和組織其他的程序。Shell 就是一個領導者,這正是 Shell 的魅力所在。

可以將 Shell 在整個 Linux 系統中的地位描述成下圖所示的樣子。注意“用戶”和“其它應用程序”是通過虛線連接的,因為用戶啟動 Linux 后直接面對的是 Shell,通過 Shell 才能運行其它的應用程序。

Shell在整個Linux系統中的地位示意圖

Shell 也支持編程

Shell 并不是簡單的堆砌命令,我們還可以在 Shell 中編程,這和使用 C++、C#、Java、Python 等常見的編程語言并沒有什么兩樣。

Shell 雖然沒有 C++、Java、Python 等強大,但也支持了基本的編程元素,例如:

  • if...else 選擇結構,case...in 開關語句,for、while、until 循環;

  • 變量、數組、字符串、注釋、加減乘除、邏輯運算等概念;

  • 函數,包括用戶自定義的函數和內置函數(例如 printf、export、eval 等)。


站在這個角度講,Shell 也是一種編程語言,它的編譯器(解釋器)是 Shell 這個程序。我們平時所說的 Shell,有時候是指連接用戶和內核的這個程序,有時候又是指 Shell 編程。

Shell 主要用來開發一些實用的、自動化的小工具,而不是用來開發具有復雜業務邏輯的中大型軟件,例如檢測計算機的硬件參數、搭建 Web 運行環境、日志分析等,Shell 都非常合適。

使用 Shell 的熟練程度反映了用戶對 Linux 的掌握程度,運維工程師、網絡管理員、程序員都應該學習 Shell。

尤其是 Linux 運維工程師,Shell 更是必不可少的,是必須掌握的技能,它使得我們能夠自動化地管理服務器集群,否則你就得一個一個地登錄所有的服務器,對每一臺服務器都進行相同的設置,而這些服務器可能有成百上千之多,會浪費大量的時間在重復性的工作上。

Shell 是一種腳本語言

任何代碼最終都要被“翻譯”成二進制的形式才能在計算機中執行。

有的編程語言,如 C/C++、Pascal、Go語言、匯編等,必須在程序運行之前將所有代碼都翻譯成二進制形式,也就是生成可執行文件,用戶拿到的是最終生成的可執行文件,看不到源碼。

這個過程叫做編譯(Compile),這樣的編程語言叫做編譯型語言,完成編譯過程的軟件叫做編譯器(Compiler)。

而有的編程語言,如 Shell、JavaScript、Python、PHP等,需要一邊執行一邊翻譯,不會生成任何可執行文件,用戶必須拿到源碼才能運行程序。程序運行后會即時翻譯,翻譯完一部分執行一部分,不用等到所有代碼都翻譯完。

這個過程叫做解釋,這樣的編程語言叫做解釋型語言或者腳本語言(Script),完成解釋過程的軟件叫做解釋器。

編譯型語言的優點是執行速度快、對硬件要求低、保密性好,適合開發操作系統、大型應用程序、數據庫等。

腳本語言的優點是使用靈活、部署容易、跨平臺性好,非常適合 Web 開發以及小工具的制作。

Shell 就是一種腳本語言,我們編寫完源碼后不用編譯,直接運行源碼即可。

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