Shell 十三问
作者：www.chinaunix之網中人
详细讨论在：bbs.chinaunix/forum/viewtopic.php?t=218853&postdays=0&postorder=asc&start=0
1) 为何叫做 shell ？

在介绍 shell 是甚么东西之前，不妨让我们重新检视使用者与计算机系统的关系：
图(FIXME)

我们知道计算机的运作不能离开硬件，但使用者却无法直接对硬件作驱动，
硬件的驱动只能透过一个称为"操作系统(Operating System)"的软件来控管，
事实上，我们每天所谈的 linux ，严格来说只是一个操作系统，我们称之为"核心(kernel)"。
然而，从使用者的角度来说，使用者也没办法直接操作 kernel ，
而是透过 kernel 的"外壳"程序，也就是所谓的 shell ，来与 kernel 沟通。
这也正是 kernel 跟 shell 的形像命名关系。如图：
图(FIXME)

从技术角度来说，shell 是一个使用者与系统的互动界面(interface)，
主要是让使用者透过命令行(command line)来使用系统以完成工作。
因此，shell 的最简单的定义就是---命令解译器(Command Interpreter)：
* 将使用者的命令翻译给核心处理，
* 同时，将核心处理结果翻译给使用者。

每次当我们完成系统登入(log in)，我们就取得一个互动模式的 shell ，也称为 login shell 或 primary shell。
若从行程(process)角度来说，我们在 shell 所下达的命令，均是 shell 所产生的子行程。这现像，我们暂可称之为 fork 。
如果是执行脚本(shell script)的话，脚本中的命令则是由另外一个非互动模式的子 shell (sub shell)来执行的。
也就是 primary shell 产生 sub shell 的行程，sub shell 再产生 script 中所有命令的行程。
(关于行程，我们日后有机会再补充。)

这里，我们必须知道：kernel 与 shell 是不同的两套软件，而且都是可以被替换的：
* 不同的操作系统使用不同的 kernel ，
* 而在同一个 kernel 之上，也可使用不同的 shell 。
在 linux 的预设系统中，通常都可以到好几种不同的 shell ，且通常会被列于如下档案里：
/etc/shells
不同的 shell 有着不同的功能，且也彼此各异、或说"大同小异"。
常见的 shell 主要分为两大主流：
sh：
burne shell (sh)
burne again shell (bash)
csh：
c shell (csh)
tc shell (tcsh)
korn shell (ksh)
(FIXME)

大部份的 Linux 系统的预设 shell 都是 bash ，其原因大致如下两点：
* 自由软件
* 功能强大
bash 是 gnu project 最成功的产品之一，自推出以来深受广大 Unix 用户喜爱，
且也逐渐成为不少组织的系统标准。
2) shell prompt(PS1) 与 Carriage Return(CR) 的关系？

当你成功登录进一个文字界面之后，大部份情形下，
你会在荧幕上看到一个不断闪烁的方块或底线(视不同版本而别)，
我们称之为*游标*(coursor)。
游标的作用就是告诉你接下来你从键盘输入的按键所插入的位置，
且每输如一键游标便向右边移动一个格子，若连续输入太多的话，则自动接在下一行输入。

假如你刚完成登录还没输入任何按键之前，你所看到的游标所在位置的同一行的左边部份，
我们称之为*提示符号*(prompt)。
提示符号的格式或因不同系统版本而各有不同，在 Linux 上，只需留意最接近游标的一个可见的提示符号，通常是如下两者之一：
$：给一般使用者帐号使用
#：给 root (管理员)帐号使用

事实上，shell prompt 的意思很简单：
* 是 shell 告诉使用者：您现在可以输入命令行了。
我们可以说，使用者只有在得到 shell prompt 才能打命令行，
而 cursor 是指示键盘在命令行所输入的位置，使用者每输入一个键，cursor 就往后移动一格，
直到碰到命令行读进 CR(Carriage Return，由 Enter 键产生)字符为止。
CR 的意思也很简单：
* 是使用者告诉 shell：老兄你可以执行我的命令行了。
严格来说：
* 所谓的命令行，就是在 shell prompt 与 CR 字符之间所输入的文字。
(思考：为何我们这里坚持使用 CR 字符而不说 Enter 键呢？答案在后面的学习中揭晓。)

不同的命令可接受的命令行格式或有不同，一般情况下，一个标准的命令行格式为如下所列：
command-name options argument

若从技术细节来看，shell 会依据 IFS(Internal Field Seperator) 将 command line 所输入的文字给拆解为"字段"(word)。
然后再针对特殊字符(meta)先作处理，最后再重组整行 command line 。
(注意：请务必理解上两句话的意思，我们日后的学习中会常回到这里思考。)

其中的 IFS 是 shell 预设使用的字段分隔符，可以由一个及多个如下按键组成：
* 空格键(White Space)
* 表格键(Tab)
* 回车键(Enter)

系统可接受的命令名称(command-name)可以从如下途径获得：
* 明确路径所指定的外部命令
* 命令别名(alias)
* 自定功能(function)
* shell 内建命令(built-in)
* $PATH 之下的外部命令
每一个命令行均必需含用命令名称，这是不能缺少的。
3) 别人 echo、你也 echo ，是问 echo 知多少？

承接上一章所介绍的 command line ，这里我们用 echo 这个命令加以进一步说明。
温习---标准的 command line 包含三个部件：
* command_name option argument

echo 是一个非常简单、直接的 Linux 命令：
* 将 argument 送出至标准输出(STDOUT)，通常就是在监视器(monitor)上输出。
(注：stdout 我们日后有机会再解说，或可先参考如下讨论：
www.chinaunix/forum/viewtopic.php?t=191375 )

为了更好理解，不如先让我们先跑一下 echo 命令好了：
代码:
$ echo

$

你会发现只有一个空白行，然后又回到 shell prompt 上了。
这是因为 echo 在预设上，在显示完 argument 之后，还会送出一个换行符号(new-line charactor)。
但是上面的 command 并没任何的 argument ，那结果就只剩一个换行符号了...
若你要取消这个换行符号，可利用 echo 的 -n option ：
代码:
$ echo -n
$

不妨让我们回到 command line 的概念上来讨论上例的 echo 命令好了：
* command line 只有 command_name(echo) 及 option(-n)，并没有任何 argument 。
要想看看 echo 的 argument ，那还不简单﹗接下来，你可试试如下的输入：
代码:
$ echo first line
first line
$ echo -n first line
first line $

于上两个 echo 命令中，你会发现 argument 的部份显示在你的荧幕，而换行符号则视 -n option 的有无而别。
很明显的，第二个 echo 由于换行符号被取消了，接下来的 shell prompt 就接在输出结果同一行了... ^_^

事实上，echo 除了 -n options 之外，常用选项还有：
-e ：启用反斜线控制字符的转换(参考下表)
-E：关闭反斜线控制字符的转换(预设如此)
-n ：取消行末之换行符号(与 -e 选项下的 \c 字符同意)

关于 echo 命令所支持的反斜线控制字符如下表：
\a：ALERT / BELL (从系统喇叭送出铃声)
\b：BACKSPACE ，也就是向左删除键
\c：取消行末之换行符号
\E：ESCAPE，跳脱键
\f：FORMFEED，换页字符
\n：NEWLINE，换行字符
\r：RETURN，回车键
\t：TAB，表格跳位键
\v：VERTICAL TAB，垂直表格跳位键
\n：ASCII 八进位编码(以 x 开首为十六进制)
\\：反斜线本身
(表格资料来自 O'Reilly 出版社之 Learning the Bash Shell, 2nd Ed.)

或许，我们可以透过实例来了解 echo 的选项及控制字符：

例一：
代码:
$ echo -e "a\tb\tc\nd\te\tf"
a       b       c
d       e       f

上例运用 \t 来区隔 abc 还有 def ，及用 \n 将 def 换至下一行。

例二：
代码:
$ echo -e "\141\011\142\011\143\012\144\011\145\011\146"
a       b       c
d       e       f

与例一的结果一样，只是使用 ASCII 八进位编码。

例三：
shell代码
代码:
$ echo -e "\x61\x09\x62\x09\x63\x0a\x64\x09\x65\x09\x66"
a       b       c
d       e       f

与例二差不多，只是这次换用 ASCII 十六进制编码。

例四：
代码:
$ echo -ne "a\tb\tc\nd\te\bf\a"
a       b       c
d       f $

因为 e 字母后面是删除键(\b)，因此输出结果就没有 e 了。
在结束时听到一声铃向，那是 \a 的杰作﹗
由于同时使用了 -n 选项，因此 shell prompt 紧接在第二行之后。
若你不用 -n 的话，那你在 \a 后再加个 \c ，也是同样的效果。

事实上，在日后的 shell 操作及 shell script 设计上，echo 命令是最常被使用的命令之一。
比方说，用 echo 来检查变量值：
代码:
$ A=B
$ echo $A
B
$ echo $?
0

(注：关于变量概念，我们留到下两章才跟大家说明。)

好了，更多的关于 command line 的格式，以及 echo 命令的选项，
就请您自行多加练习、运用了...
4) " "(双引号) 与 ' '(单引号)差在哪？

还是回到我们的 command line 来吧...
经过前面两章的学习，应该很清楚当你在 shell prompt 后面敲打键盘、直到按下 Enter 的时候，
你输入的文字就是 command line 了，然后 shell 才会以行程的方式执行你所交给它的命令。
但是，你又可知道：你在 command line 输入的每一个文字，对 shell 来说，是有类别之分的呢？

简单而言(我不敢说这是精确的定议，注一)，command line 的每一个 charactor ，分为如下两种：
* literal：也就是普通纯文字，对 shell 来说没特殊功能。
* meta：对 shell 来说，具有特定功能的特殊保留字符。
(注一：关于 bash shell 在处理 command line 时的顺序说明，
请参考 O'Reilly 出版社之 Learning the Bash Shell, 2nd Edition，第 177 - 180 页的说明，
尤其是 178 页的流程图 Figure 7-1 ... )

Literal 没甚么好谈的，凡举 abcd、123456 这些"文字"都是 literal ... (easy？)
但 meta 却常使我们困惑..... (confused?)
事实上，前两章我们在 command line 中已碰到两个机乎每次都会碰到的 meta ：
* IFS：由 <space> 或 <tab> 或 <enter> 三者之一组成(我们常用 space )。
* CR：由 <enter> 产生。
IFS 是用来拆解 command line 的每一个词(word)用的，因为 shell command line 是按词来处理的。
而 CR 则是用来结束 command line 用的，这也是为何我们敲 <enter> 命令就会跑的原因。
除了 IFS 与 CR ，常用的 meta 还有：
= ： 设定变量。
$ ： 作变量或运算替换(请不要与 shell prompt 搞混了)。
> ：重导向 stdout。
< ：重导向 stdin。
|：命令管线。
& ：重导向 file descriptor ，或将命令置于背境执行。
( )：将其内的命令置于 nested subshell 执行，或用于运算或命令替换。
{ }：将其内的命令置于 non-named function 中执行，或用在变量替换的界定范围。
; ：在前一个命令结束时，而忽略其返回值，继续执行下一个命令。
&& ：在前一个命令结束时，若返回值为 true，继续执行下一个命令。
|| ：在前一个命令结束时，若返回值为 false，继续执行下一个命令。
!：执行 history 列表中的命令
....

假如我们需要在 command line 中将这些保留字符的功能关闭的话，就需要 quoting 处理了。
在 bash 中，常用的 quoting 有如下三种方法：
* hard quote：' ' (单引号)，凡在 hard quote 中的所有 meta 均被关闭。
* soft quote： " " (双引号)，在 soft quoe 中大部份 meta 都会被关闭，但某些则保留(如 $ )。(注二)
* escape ： \ (反斜线)，只有紧接在 escape (跳脱字符)之后的单一 meta 才被关闭。
( 注二：在 soft quote 中被豁免的具体 meta 清单，我不完全知道，
有待大家补充，或透过实作来发现及理解。 )

下面的例子将有助于我们对 quoting 的了解：
代码:
   $ A=B C   # 空格键未被关掉，作为 IFS 处理。
   $ C: command not found. (FIXME)
   $ echo $A
   
   $ A="B C"   # 空格键已被关掉，仅作为空格键处理。
   $ echo $A
   B C

在第一次设定 A 变量时，由于空格键没被关闭，command line 将被解读为：
* A=B 然后碰到<IFS>，再执行 C 命令
在第二次设定 A 变量时，由于空格键被置于 soft quote 中，因此被关闭，不再作为 IFS ：
* A=B<space>C
事实上，空格键无论在 soft quote 还是在 hard quote 中，均会被关闭。Enter 键亦然：
代码:
   $ A='B
   > C
   > '
   $ echo $A
   B
   C

在上例中，由于 <enter> 被置于 hard quote 当中，因此不再作为 CR 字符来处理。
这里的 <enter> 单纯只是一个断行符号(new-line)而已，由于 command line 并没得到 CR 字符，
因此进入第二个 shell prompt (PS2，以 > 符号表示)，command line 并不会结束，
直到第三行，我们输入的 <enter> 并不在 hard quote 里面，因此并没被关闭，
此时，command line 碰到 CR 字符，于是结束、交给 shell 来处理。

上例的 <enter> 要是被置于 soft quote 中的话，也会同样被关闭，用 escape 亦可：
代码:
   $ A=B\
   > C\
   >
   $ echo $A
   B
   C

上例中，第一个 <enter> 跟第二个 <enter> 均被 escape 字符关闭了，因此也不作为 CR 来处理，
但第三个 <enter> 由于没被跳脱，因此作为 CR 结束 command line 。

至于 soft quote 跟 hard quote 的不同，主要是对于某些 meta 的关闭与否，以 $ 来作说明：

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