Shell环境和子Shell★★★

shell如何让命令执行

假设敲下命令行：

1	echo hello

shell是如何让echo命令执行起来的？

shell首先读取命令行、解析命令行，解析期间会发现echo是一个外部命令。解析通过后，那么就准备让echo命令执行起来。

因为exec是调用echo程序来替换子shell进程，所以子shell进程继承自父shell的属性都会被覆盖，也就是说，继承自父Shell的变量已经不存在了。

如图：

+--------+
| pid=7  |
| ppid=4 |
| bash   |
+--------+
    |
    | calls fork
    V
+--------+             +--------+
| pid=7  |    forks    | pid=22 |
| ppid=4 | ----------> | ppid=7 |
| bash   |             | bash   |
+--------+             +--------+
    |                      |
    | waits for pid 22     | calls exec to run echo
    |                      V
    |                  +--------+
    |                  | pid=22 |
    |                  | ppid=7 |
    |                  | echo   |
    V                  +--------+
+--------+                 |
| pid=7  |                 | exits
| ppid=4 | <---------------+
| bash   |
+--------+
    |
    | continues
    V

上面是Shell如何让外部命令运行的过程。但在Shell中，可执行的内容有多种。

Shell中的可执行程序

外部命令：比如cat,ls
shell内置命令：比如cd,set,export,read
shell函数
别名
shell保留关键字：time,while,if,case,do,done,function,for等

Shell让它们执行的方式不一样：

外部命令的执行需要先fork子shell进程，然后在子shell进程中exec调用外部命令
shell函数、shell内置命令、shell保留关键字都依赖于Shell进程，没有Shell进程，它们都没有意义。它们都是直接在当前Shell进程内执行的，不会创建新的子Shell进程来执行
别名会在命令行解析阶段先替换成对应的内容，然后重新执行命令行解析

补充：命令优先级

当别名、shell保留关键字、shell函数、shell内置命令、外部命令的名称有冲突时，会执行谁呢？详细内容可参考：https://www.junmajinlong.com/shell/call_order/

这里只给它们的优先级：别名>保留关键字>shell函数>shell内置命令>外部命令

Shell环境

何为环境？在Shell中这是极其重要的概念，是深入Shell必须搞懂的内容，所以请一定要重视。

每个shell进程有一个自己的运行环境，不同的Shell进程有不同的Shell环境。Shell解析命令行、调用命令行的过程都在这个环境中完成。

可以把一个Shell环境想象成一个盒子。

关于环境的几个结论：

调用shell程序(比如bash)时，会读取shell配置文件来初始化Shell环境。对于bash来说，是读取：

/etc/profile
/etc/profile.d/*.sh
~/.bash_profile
~/.bashrc
/etc/bashrc

环境主要体现在对环境的设置，包括但不限于的环境设置有：

cd /tmp表示设置当前shell环境的工作目录(cd命令是一个内置命令)
shopt或set命令进行的shell功能设置，即打开或关闭某个功能
- 比如shopt -s globstar表示开启当前Shell环境的双星号**目录递归通配功能，例如grep "declare" /etc/**/*.sh
环境变量设置
- 主要用于Shell进程和其子进程之间的数据传递
- 子进程(不仅仅是子Shell进程)可以继承父Shell环境中的环境变量
- 环境变量通常以大写字母定义，但非一定
- 使用bash内置命令export可以定义环境变量
- 命令前定义变量var=value cmd，表示定义一个专属环境变量，该环境变量只能在cmd进程环境中可访问，其它任何地方都无法访问，cmd进程退出后，var环境变量也消失
export X=xyz表示在当前Shell环境下定义一个环境变量X，以便让子进程继承这个变量

每当提到shell内置命令，就要想到这个命令的作用有可能是在当前Shell环境下进行某项设置
shell内置命令不会创建新进程，而是直接在当前Shell环境内部执行
内置命令source或.执行脚本时，表示在当前Shell环境下执行脚本内容，即脚本中的所有设置操作都会直接在当前Shell下设置
父Shell环境可能会影响子Shell环境，但子Shell环境一定不影响父Shell环境，比如Shell脚本中的环境变量不会粘滞到父Shell环境中

何时会进入子Shell：两种子Shell

如何是不同的Shell环境？查看$BASHPID的值即可，如果变量的值不同，说明进入了新的Shell环境。

1	echo $BASHPID

有两种类型的子Shell：

(1).当前Shell进程因命令行中使用了某些特殊语法而产生的子Shell：
- 小括号(cmd1;cmd2)
- 管道cmd1|cmd2
- 命令替换$(cmd)
- 进程替换<(cmd),>(cmd)
(2).显式调用bash程序产生的子Shell进程：
- bash -c 'cmd'
- bash命令
- shell脚本

第一种进入子Shell的方式，在fork产生子bash进程后不会执行exec，所以会继承父Shell很多设置，比如继承普通变量。

第二种进入子Shell的方式，在刚fork产生子bash进程时也会继承父Shell设置，但因为exec调用bash程序会替换覆盖掉子bash进程，所以这种方式只会保留环境变量。

第二种方式的子Shell环境更应该称为一个独立的进程环境，只不过这个进程是Shell进程，且和父Shell有父子进程的关系，所以也可以称为子Shell。

另外需要注意，shell内置命令、shell函数、shell保留关键字都不会主动开启子Shell，但如果将它们放在管道前后，由于它们依赖于shell进程，所以会单独创建一个新的子shell进程提供它们的运行环境。

比如，Shell环境1中的设置、变量，在第一种形式的子Shell环境2中都生效，在第二种形式的子Shell环境3中都不生效。

$ echo $BASHPID
$ x=10
$ echo $x
$ shopt -s globstar
$ shopt globstar 
globstar        on

# 进入第一种形式的子Shell环境
$ (echo $x)         # 10
$ (shopt globstar)
globstar        on

# 进入第二种形式的子Shell环境
$ bash
$ echo $x
$ shopt globstar
globstar        off