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一篇文章帶你了解什么是Shell

現(xiàn)在我們使用的操作系統(tǒng)（Windows、MacOS、Android、iOS等）都是帶圖形界面的，簡單直觀，容易上手，對(duì)專業(yè)用戶（程序員、網(wǎng)管等）和普通用戶（家庭主婦、老年人等）都非常適用；計(jì)算機(jī)的普及離不開圖形界面。

然而在計(jì)算機(jī)的早期并沒有圖形界面，我們只能通過一個(gè)一個(gè)地命令來控制計(jì)算機(jī)，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(duì)沒有任何色彩的“黑屏”本身就是一件枯燥的事情；這個(gè)時(shí)候的計(jì)算機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上炫酷和普及，只有專業(yè)人員才能使用。

圖：早期的電腦，都是“黑紙白字”

(如果想欣賞更多早起的計(jì)算機(jī)，可以閱讀《帶你逛西雅圖活電腦博物館》)

對(duì)于圖形界面，用戶點(diǎn)擊某個(gè)圖標(biāo)就能啟動(dòng)某個(gè)程序；對(duì)于命令行，用戶輸入某個(gè)程序的名字（可以看做一個(gè)命令）就能啟動(dòng)某個(gè)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(nèi)存運(yùn)行。

(關(guān)于程序的運(yùn)行原理，請(qǐng)閱讀《載入內(nèi)存，讓程序運(yùn)行起來》)

換句話說，圖形界面和命令行要達(dá)到的目的是一樣的，都是讓用戶控制計(jì)算機(jī)。

然而，真正能夠控制計(jì)算機(jī)硬件（CPU、內(nèi)存、顯示器等）的只有操作系統(tǒng)內(nèi)核（Kernel），圖形界面和命令行只是架設(shè)在用戶和內(nèi)核之間的一座橋梁。

(如果你不了解操作系統(tǒng)的作用，請(qǐng)轉(zhuǎn)到《操作系統(tǒng)是什么》)

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

用戶界面和命令行就是這個(gè)另外開發(fā)的程序，就是這層“代理”。在Linux下，這個(gè)命令行程序叫做 Shell。

Shell是一個(gè)應(yīng)用程序，它連接了用戶和Linux內(nèi)核，讓用戶能夠更加高效、安全、低成本地使用Linux內(nèi)核，這就是Shell的本質(zhì)。

Shell本身并不是內(nèi)核的一部分，它只是站在內(nèi)核的基礎(chǔ)上編寫的一個(gè)應(yīng)用程序，它和QQ、迅雷、Firefox等其它軟件沒有什么區(qū)別。然而Shell也有著它的特殊性，就是開機(jī)立馬啟動(dòng)，并呈現(xiàn)在用戶面前；用戶通過Shell來使用Linux，不啟動(dòng)Shell的話，用戶就沒辦法使用Linux。

Shell能夠接收用戶輸入的命令，并對(duì)命令進(jìn)行處理，處理完畢后再將結(jié)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(duì)Shell的認(rèn)知。你看，我一直都在使用Shell，哪有使用內(nèi)核哦？我也沒有看到Shell將我和內(nèi)核連接起來呀？！

其實(shí)，Shell程序本身的功能是很弱的，比如文件操作、輸入輸出、進(jìn)程管理等都得依賴內(nèi)核。我們運(yùn)行一個(gè)命令，大部分情況下Shell都會(huì)去調(diào)用內(nèi)核暴露出來的接口，這就是在使用內(nèi)核，只是這個(gè)過程被Shell隱藏了起來，它自己在背后默默進(jìn)行，我們看不到而已。

接口其實(shí)就是一個(gè)一個(gè)的函數(shù)，使用內(nèi)核就是調(diào)用這些函數(shù)。這就是使用內(nèi)核的全部內(nèi)容了嗎？嗯，是的！除了函數(shù)，你沒有別的途徑使用內(nèi)核。

比如，我們都知道在Shell中輸入catlog.txt命令就可以查看log.txt文件中的內(nèi)容，然而，log.txt放在磁盤的哪個(gè)位置？分成了幾個(gè)數(shù)據(jù)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(xì)節(jié)Shell統(tǒng)統(tǒng)不知道的，它只能去調(diào)用內(nèi)核提供的open()和read()函數(shù)，告訴內(nèi)核我要讀取log.txt文件，請(qǐng)幫助我，然后內(nèi)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(nèi)容交給Shell，最后再由Shell呈現(xiàn)給用戶（其實(shí)呈現(xiàn)到顯示器上還得依賴內(nèi)核）。

整個(gè)過程中Shell就是一個(gè)“中間商”，它在用戶和內(nèi)核之間“倒賣”數(shù)據(jù)，只是用戶不知道罷了。

在Shell中輸入的命令，有一部分是Shell本身自帶的，這叫做內(nèi)置命令；有一部分是其它的應(yīng)用程序（一個(gè)程序就是一個(gè)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(diào)用其他的程序，每個(gè)程序就是一個(gè)命令，這使得Shell命令的數(shù)量可以無限擴(kuò)展，其結(jié)果就是Shell的功能非常強(qiáng)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(chuàng)建、大規(guī)模軟件的自動(dòng)部署、更改系統(tǒng)設(shè)置、監(jiān)控服務(wù)器性能、發(fā)送報(bào)警郵件、抓取網(wǎng)頁內(nèi)容、壓縮文件等。

更加驚訝的是，Shell還可以讓多個(gè)外部程序發(fā)生連接，在它們之間很方便地傳遞數(shù)據(jù)，也就是把一個(gè)程序的輸出結(jié)果傳遞給另一個(gè)程序作為輸入。

大家所說的Shell強(qiáng)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(gè)領(lǐng)導(dǎo)者，這正是Shell的魅力所在。

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(qiáng)大，但也支持了基本的編程元素，例如：

if...else選擇結(jié)構(gòu)，case...in開關(guān)語句，for、while、until循環(huán)；

變量、數(shù)組、字符串、注釋、加減乘除、邏輯運(yùn)算等概念；

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

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

Shell主要用來開發(fā)一些實(shí)用的、自動(dòng)化的小工具，而不是用來開發(fā)具有復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯的中大型軟件，例如檢測計(jì)算機(jī)的硬件參數(shù)、搭建Web運(yùn)行環(huán)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(duì)Linux的掌握程度，運(yùn)維工程師、網(wǎng)絡(luò)管理員、程序員都應(yīng)該學(xué)習(xí)Shell。

尤其是Linux運(yùn)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(dòng)化地管理服務(wù)器集群，否則你就得一個(gè)一個(gè)地登錄所有的服務(wù)器，對(duì)每一臺(tái)服務(wù)器都進(jìn)行相同的設(shè)置，而這些服務(wù)器可能有成百上千之多，會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間在重復(fù)性的工作上。

任何代碼最終都要被“翻譯”成二進(jìn)制的形式才能在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行。

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

這個(gè)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(zhí)行一邊翻譯，不會(huì)生成任何可執(zhí)行文件，用戶必須拿到源碼才能運(yùn)行程序。程序運(yùn)行后會(huì)即時(shí)翻譯，翻譯完一部分執(zhí)行一部分，不用等到所有代碼都翻譯完。

這個(gè)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(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行速度快、對(duì)硬件要求低、保密性好，適合開發(fā)操作系統(tǒng)、大型應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫等。

腳本語言的優(yōu)點(diǎn)是使用靈活、部署容易、跨平臺(tái)性好，非常適合Web開發(fā)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(yùn)行源碼即可。

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