什么是 Shell?

　　Shell是一種具備特殊功能的程序，它是介于使用者和 UNIX/linux 操作系統(tǒng)之核心程序(kernel)間的一個接口。為什么我們說 shell 是一種介于系統(tǒng)核心程序與使用者間的中介者呢？讀過操作系統(tǒng)概論的讀者們都知道操作系統(tǒng)是一個系統(tǒng)資源的管理者與分配者，當(dāng)您有需求時，您得向系統(tǒng)提出；從操作系統(tǒng)的角度來看，它也必須防止使用者因?yàn)殄e誤的操作而造成系統(tǒng)的傷害？眾所周知，對計算機(jī)下命令得透過命令(command)或是程序(PRogram)；程序有編譯器(compiler)將程序轉(zhuǎn)為二進(jìn)制代碼，可是命令呢？其實(shí)shell 也是一支程序，它由輸入設(shè)備讀取命令，再將其轉(zhuǎn)為計算機(jī)可以了解的機(jī)械碼，然后執(zhí)行它。

　　各種操作系統(tǒng)都有它自己的 shell，以 DOS 為例，它的 shell 就是 command.com 檔。如同 DOS 下有 NDOS，4DOS，DRDOS 等不同的命令解譯程序可以取代標(biāo)準(zhǔn)的 command.com ，UNIX 下除了 Bourne shell(/bin/sh) 外還有 C shell(/bin/csh)、Korn shell(/bin/ksh)、Bourne again shell(/bin/bash)、Tenex C shell(tcsh) … 等其它的 shell。UNIX/Linux 將 shell 獨(dú)立于核心程序之外，使得它就如同一般的應(yīng)用程序，可以在不影響操作系統(tǒng)本身的情況下進(jìn)行修改、更新版本或是添加新的功能。

　　Shell 的激活

　　在系統(tǒng)起動的時候，核心程序會被加載內(nèi)存，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的工作，直到系統(tǒng)關(guān)閉為止。它建立并控制著處理程序，管理內(nèi)存、檔案系統(tǒng)、通訊等等。而其它的程序，包括 shell 程序，都存放在磁盤中。核心程序?qū)⑺鼈兗虞d內(nèi)存，執(zhí)行它們，并且在它們中止后清理系統(tǒng)。Shell 是一個公用程序，它在您簽入時起動。藉由解譯使用者輸入的命令(由命令列或命令檔)，Shell 提供使用者和核心程序產(chǎn)生交談的功能。
當(dāng)您簽入(login)時，一個交談式的shell 會跟著起動，并提示您輸入命令。在您鍵入一個命令后，接著就是 shell 的工作了，它會進(jìn)行：

　　1. 語法分析命令列

　　2. 處理萬用字符(wildcards)、轉(zhuǎn)向(redirection)、管線(pipes)與工作控制(job control)

　　3. 搜尋并執(zhí)行命令

　　當(dāng)您剛開始學(xué)UNIX/Linux系統(tǒng)時，您大部份的時間會花在于提示符號(prompt)下執(zhí)行命令。

　　如果您經(jīng)常會輸入一組相同形式的命令，您可能會想要自動執(zhí)行那些工作。如此，您可以將一些命令放入一個檔案(稱為命令檔，script)，然后執(zhí)行該檔。一個shell 命令檔很像是 DOS 下的批次檔(如 Autoexec.bat)：它把一連串的 UNIX 命令存入一個檔案，然后執(zhí)行該檔。較成熟的命令檔還支持若干現(xiàn)代程序語言的控制結(jié)構(gòu)，譬如說能做條件判斷、循環(huán)、檔案測試、傳送參數(shù)等。要寫著寫命令檔，不僅要學(xué)習(xí)程序設(shè)計的結(jié)構(gòu)和技巧，而且對 UNIX/Linux 公用程序及如何運(yùn)作需有深入的了解。有些公用程序的功能非常強(qiáng)大(例如 grep、sed 和awk)，它們常被用于命令檔來操控命令輸出和檔案。在您對那些工具和程序設(shè)計結(jié)構(gòu)變得熟悉之后，您就可以開始寫命令檔。當(dāng)由命令檔執(zhí)行命令時，此刻，您就已經(jīng)把 shell 當(dāng)做程序語言使用了。

　　細(xì)說 Shell 的生平

　　第一個有重要意義的，標(biāo)準(zhǔn)的 UNIX shell 是V7(AT&T的第七版)UNIX，在1979 年底被提出，且以它的創(chuàng)造者 Stephen Bourne 來命名。Bourne shell 是以 Algol 這種語言為基礎(chǔ)來設(shè)計，主要被用來做自動化系統(tǒng)管理工作。雖然 Bourne shell 以簡單和速度而受歡迎，但它缺少許多交談性使用的特色，例如歷程、別名和工作控制。

　　C shell 是在加州大學(xué)柏克來分校于70年代末期發(fā)展而成，而以2BSD UNIX的部分發(fā)行。這個 shell 主要是由 Bill Joy 寫成，提供了一些在標(biāo)準(zhǔn) Bourne shell 所看不到的額外特色。C shell 是以C 程序語言作為基礎(chǔ)，且它被用來當(dāng)程序語言時，能共享類似的語法。它也提供在交談式運(yùn)用上的改進(jìn)，例如命令列歷程、別名和工作控制。因?yàn)?C shell 是在大型機(jī)器上設(shè)計出來，且增加了一些額外功能，所以 C shell 有在小型機(jī)器上跑得較慢，即使在大型機(jī)器上跟 Bourne shell 比起來也顯得緩慢。

　　有了 Bourne shell 和 C shell 之后，UNIX 使用者就有了選擇，且爭論那一個 shell 較好。AT&T 的David Korn 在 80 年代中期發(fā)明了 Korn shell，在 1986 年發(fā)行且在 1988 年成為正式的部分 SVR4 UNIX。Korn shell 實(shí)際上是 Bourne shell 的超集，且不只可在 UNIX 系統(tǒng)上執(zhí)行，同時也可在 OS/2、VMS、和 DOS上執(zhí)行。它提供了和 Bourne shell 向上兼容的能力，且增加了許多在 C shell 上受歡迎的特色，更增加了速度和效率。 Korn shell 已歷經(jīng)許多修正版，要找尋您使用的是那一個版本可在 ksh 提示符號下按 Ctrl-v 鍵。

　　三種主要的 Shell 與其分身

　　在大部份的UNIX系統(tǒng)，三種著名且廣被支持的shell 是Bourne shell(AT&T shell，在 Linux 下是BASH)、C shell(Berkeley shell，在 Linux 下是TCSH)和 Korn shell(Bourne shell的超集)。這三種 shell 在交談(interactive)模式下的表現(xiàn)相當(dāng)類似，但作為命令文件語言時，在語法和執(zhí)行效率上就有些不同了。

　　Bourne shell 是標(biāo)準(zhǔn)的 UNIX shell，以前常被用來做為管理系統(tǒng)之用。大部份的系統(tǒng)管理命令文件，例如 rc start、stop 與shutdown 都是Bourne shell 的命令檔，且在單一使用者模式(single user mode)下以 root 簽入時它常被系統(tǒng)管理者使用。Bourne shell 是由 AT&T 發(fā)展的，以簡潔、快速著名。 Bourne shell 提示符號的默認(rèn)值是 $。

　　C shell 是柏克萊大學(xué)(Berkeley)所開發(fā)的，且加入了一些新特性，如命令列歷程(history)、別名(alias)、內(nèi)建算術(shù)、檔名完成(filename completion)、和工作控制(job control)。對于常在交談模式下執(zhí)行 shell 的使用者而言，他們較喜愛使用 C shell；但對于系統(tǒng)管理者而言，則較偏好以 Bourne shell 來做命令檔，因?yàn)?Bourne shell 命令檔比 C shell 命令檔來的簡單及快速。C shell 提示符號的默認(rèn)值是 %。

　　Korn shell 是Bourne shell 的超集(superset)，由 AT&T 的 David Korn 所開發(fā)。它增加了一些特色，比 C shell 更為先進(jìn)。Korn shell 的特色包括了可編輯的歷程、別名、函式、正規(guī)表達(dá)式萬用字符(regular expression wildcard)、內(nèi)建算術(shù)、工作控制(job control)、共作處理(coprocessing)、和特殊的除錯功能。Bourne shell 幾乎和 Korn shell 完全向上兼容(upward compatible)，所以在 Bourne shell 下開發(fā)的程序仍能在 Korn shell 上執(zhí)行。Korn shell 提示符號的默認(rèn)值也是 $。在 Linux 系統(tǒng)使用的 Korn shell 叫做 pdksh，它是指 Public Domain Korn Shell。

　　除了執(zhí)行效率稍差外，Korn shell 在許多方面都比 Bourne shell 為佳；但是，若將 Korn shell 與 C shell 相比就很困難，因?yàn)槎咴谠S多方面都各有所長，就效率和容易使用上看，Korn shell 是優(yōu)于 C shell，相信許多使用者對于 C Shell 的執(zhí)行效率都有負(fù)面的印象。
在shell 的語法方面，Korn shell 是比較接近一般程序語言，而且它具有子程序的功能及提供較多的資料型態(tài)。至于 Bourne shell，它所擁有的資料型態(tài)是三種 shell 中最少的，僅提供字符串變量和布爾型態(tài)。在整體考量下 Korn shell 是三者中表現(xiàn)最佳者，其次為 C shell，最后才是 Bourne shell，但是在實(shí)際使用中仍有其它應(yīng)列入考慮的因素，如速度是最重要的選擇時，很可能應(yīng)該采用 Bourne shell，因它是最基本的 shell，執(zhí)行的速度最快。

　　tcsh 是近幾年崛起的一個免費(fèi)軟件(Linux 下的C shell 其實(shí)就是使用 tcsh)執(zhí)行，它雖然不是UNIX 的標(biāo)準(zhǔn)配備，但是從許多地方您都可以下載到它。如果您是 C shell 的擁護(hù)者，筆者建議不妨試試 tcsh，因?yàn)槟辽倏梢詫⑺?dāng)作是 C shell 來使用。如果您愿意花點(diǎn)時間學(xué)習(xí)，您還可以享受許多它新增的優(yōu)越功能，例如：

　　1. tcsh 提供了一個命令列(command line)編輯程序。

　　2. 提供了命令列補(bǔ)全功能。

　　3. 提供了拼字更正功能。它能夠自動檢測并且更正在命令列拼錯的命令或是單字。

　　4. 危險命令偵測并提醒的功能，避免您一個不小心執(zhí)行了rm* 這種殺傷力極大的命令。

　　5. 提供常用命令的快捷方式(shortcut)。

　　bash 對 Bourne shell 是向下兼容(backward compatible)，并融入許多C shell 與Korn shell 的功能。這些功能其實(shí) C shell(當(dāng)然也包括了tcsh)都有，只是過去 Bourne shell 都未支持。以下筆者將介紹 bash 六點(diǎn)重要的改進(jìn)(詳細(xì)的使用說明筆者會在以后的章節(jié)介紹)：

　　1. 工作控制(job contorl)。bash 支持了關(guān)于工作的訊號與指令，本章稍后會提及。

　　2. 別名功能(aliases)。alias 命令是用來為一個命令建立另一個名稱，它的運(yùn)作就像一個宏，展開成為它所代表的命令。別名并不會替代掉命令的名稱，它只是賦予那個命令另一個名字。

　　3. 命令歷程(command history)。BASH shell 加入了C shell 所提供的命令歷程功能，它以 history 工具程序記錄了最近您執(zhí)行過的命令。命令是由 1 開始編號，默認(rèn)值為500。history 工具程序是一種短期記憶，記錄您最近所執(zhí)行的命令。要看看這些命令，您可以在命令列鍵入 history，如此將會顯示最近執(zhí)行過之命令的清單，并在前方加上編號。

　　這些命令在技術(shù)上每個都稱為一個事件。事件描述的是一個已經(jīng)采取的行動(已經(jīng)被執(zhí)行的命令)。事件是依照執(zhí)行的順序而編號，越近的事件其編號碼越大，這些事件都是以它的編號或命令的開頭字符來辨認(rèn)的。history 工具程序讓您參照一個先前發(fā)生過的事件，將它放在命令列上并允許您執(zhí)行它。最簡單的方法是用上下鍵一次放一個歷程事件在您的命令列上；您并不需要先用 history 顯示清單。按一次向上鍵會將最后一個歷程事件放在您的命令列上，再按一次會放入下一個歷程事件。按向下鍵則會將前一個事件放在命令列上。

　　4. 命令列編輯程序。BASH shell 命令列編輯能力是內(nèi)建的，讓您輕松地在執(zhí)行之前修改您輸入的命令。若是您在輸入命令時拼錯了字，您不需重新輸入整個命令，只需在執(zhí)行命令之前使用編輯功能糾正錯誤即可。這尤其適合于使用冗長的路徑名稱當(dāng)作參數(shù)的命令時。命令列編輯作業(yè)是 Emacs 編輯命令的一部份。您可以用 Ctrl-F 或向右鍵往前移一個字符，Ctrl-b 或向左鍵往回移一個字符。Ctrl-d 或DEL 鍵會刪除光標(biāo)目前所在處的字符。要增加文字的話，您只需要將光標(biāo)移到您要插入文字的地方并鍵入新字符即可。無論何時，您都可以按 ENTER 鍵執(zhí)行命令。

　　5. 允許使用者自訂按鍵。

　　6. 提供更豐富的變量型態(tài)、命令與控制結(jié)構(gòu)至 shell 中。

　　bash 與tcsh 一樣可以從許多網(wǎng)站上免費(fèi)下載，它們的性質(zhì)也十分類似，都是整合其前一代的產(chǎn)品然后增添新的功能，這些新增的功能主要都著重在強(qiáng)化 shell 的程序設(shè)計能力以及讓使用者能夠自行定義自己偏好的作業(yè)環(huán)境。除了上述的五種 shell 之外，zsh 也是一個廣為UNIX 程序設(shè)計人員與進(jìn)階使用者所采用的 shell，zsh 基本上也是 Bourne shell 功能的擴(kuò)充。

　　Shell 的使用

　　不論是哪一種Shell，它最主要的功用都是解譯使用者在命令列提示符號下輸入的指令。Shell 語法分析命令列，把它分解成以空白區(qū)分開的符號(token)，在此空白包括了跳位鍵(tab)、空白和換行(New Line)。如果這些字包含了metacharacter，shell 將會評估(evaluate)它們的正確用法。另外，shell 還管理檔案輸入輸出及幕后處理(background processing)。在處理命令列之后，shell 會尋找命令并開始執(zhí)行它們。

　　Shell 的另一個重要功用是提供個人化的使用者環(huán)境，這通常在 shell 的初始化檔案中完成(.profile、.login、.cshrc、.tcshrc 等等)。這些檔案包括了設(shè)定終端機(jī)鍵盤和定義窗口的特征；設(shè)定變量，定義搜尋路徑、權(quán)限限、提示符號和終端機(jī)類形；以及設(shè)定特殊應(yīng)用程序所需要的變量，例如窗口、文字處理程序、及程序語言的鏈接庫。Korn shell 和 C shell 加強(qiáng)了個別化的能力:增加歷程、別名、和內(nèi)建變量集以避免使用者誤殺檔案、不慎簽出、并在當(dāng)工作完成時通知使用者。

　　Shell 也能當(dāng)解譯性的程序語言(interpreted programing language)。Shell 程序，通常叫做命令文件，它由列在檔案內(nèi)的命令所構(gòu)成。此程序在編輯器中編輯(雖然也可以直接在命令列下寫作程序, online scripting)，由 UNIX 命令和基本的程序結(jié)構(gòu)，例如變量的指定、測試條件、和循環(huán)所構(gòu)成。您不需要編譯 shell 命令檔。Shell 本身會解譯命令檔中的每一行，就如同由鍵盤輸入一樣。shell 負(fù)責(zé)解譯命令，而使用者則必須了解這些命令能做什么。這本書的索引列出了一些有用的命令和它們的使用方法。

　　Shell 的功用

　　為了確保任何提示符號下輸入的命令都能夠適當(dāng)?shù)貓?zhí)行。shell 擔(dān)任的工作包括有：

　　1. 讀取輸入和語法分析命令列

　　2. 對特殊字符求值

　　3. 設(shè)立管線、轉(zhuǎn)向、和幕后處理

　　4. 處理訊號

　　5. 設(shè)立程序來執(zhí)行