Linux Shell进化简史

计算机上的大多数日常工作任务，通过鼠标点击即可完成，但要想真正发挥Linux本身的威力，还需要Shell和命令行。Shell就如同编辑器一样，你可以根据个人爱好选择。虽然不同的Shell可以提供不同的功能，但是它们的核心开发思想都是一致的。

现在让我们来追寻Shell的发展足迹，并探讨几个现在流行的Shell。

Shell的历史

Shell也称命令行解释器，有着悠久的历史，我们从第一个UNIX Shell说起。

V6 Shell

1971年，贝尔实验室的Ken Thompson为UNIX开发了第一个Shell——V6 Shell。类似于它在Multics上的前身，V6 Shell（/bin/sh）是一个在内核之外执行的独立的用户程序。

诸如通配符（模式匹配参数扩展，如*.txt）之类的概念在独立的glob实用程序中实现，如同if命令评估条件表达式一样。这种实现保证了Shell的短小精悍，它只有不到900行的C源代码。

V6 Shell引入了一系列简洁的语法，用于重定向（< >和>>）和管道（|或^），并一直沿用至今。你也会发现，它提供了对顺序调用命令（;）和异步命令（&）的支持。

Thompson Shell（即V6 Shell）的缺陷在于脚本编程能力的不足，它只是一个交互性的命令解释器。

Bourne Shell

1977年，Stephen Bourne在贝尔实验室为V7 UNIX开发了Bourne Shell，并一直沿用至今。很多情况下，它甚至是默认的Shell。Bourne Shell是用C语言开发的，但相比其他Shell，其语法更类似于算法语言（ALGOL）。

Bourne Shell的设计有两个目标：作为命令行解释器交互执行操作系统命令和脚本编程。

为了取代Thompson Shell，Bourne Shell有着巨大的优势：

1.在脚本中引入了控制流、循环和变量，提供了更强大的语言与操作系统交互

2.允许使用脚本作为筛选器，为处理信号提供集成支持，但缺乏自定义函数机制

3.纳入了一系列今天我们仍在使用的功能，包括命令替换、here-document等

Bourne Shell在前进的道路上迈出了至关重要的一步，同时也成了其他派生Shell的基石。Bourne Shell的出现推动了Korn shell （ksh）、Almquist Shell（ash）和流行的Bourne Again Shell（Bash）的开发，在Bourne Shell发布之际，C Shell也已在开发之中。下图显示了Shell之间的血缘关系。

图一：Shell之间的传承

 

Shell的基础架构

Linux Shell的基础架构并不复杂，如下图所示。

图二：Linux Shell基础架构示意图

Linux Shell的架构看起来非常类似于一条管道，对输入进行语法解析、符号扩展，最后执行。

探索Linux Shell

接下来，让我们来探讨几个Shell，看看它们为Linux Shell的发展做出了哪些贡献。

C Shell

1978年，Bill Joy还在加州大学伯克利分校读书的时候，就为BSD UNIX（Berkeley Software Distribution UNIX）开发了C Shell。

五年之后，C Shell引入了Tenex系统中的一些功能，如命令行编辑功能和文件名和命令自动补全功能。Tenex C shell（tcsh）保持了对csh的向后兼容，并且提升了整体的交互性，它是Ken Greer在卡内基-梅隆大学开发出来的。

C Shell的一个主要设计目标就是创建一种语法类似于C语言的脚本语言，因为C语言在当时非常流行，而且UNIX是用C来开发的。

Bill Joy在C Shell中引入的另一个重要特性是命令历史记录。此功能可以保留之前执行的命令的历史记录，并允许用户查看并选择执行之前的命令。

例如，键入history命令可以查看之前执行的命令，使用上下箭头键可以选择一个命令，使用!!可以执行前一个命令。引用前一个命令的参数也是可以的，比如，!*可以引用前一个命令的所有参数，!$可以引用前一个命令的最后一个参数。

请参看下面的一个Tcsh脚本示例，这个脚本使用了一个参数（目录名称），统计该目录下所有可执行文件的数目。

代码1：在tcsh中统计可执行文件的数目

#!/bin/tcsh
# find all executables

set count=0

# Test arguments
if ($#argv != 1) then
echo "Usage is $0 <dir>"
  exit 1
endif

# Ensure argument is a directory
if (! -d  $1) then
  echo "$1 is not a directory."
  exit 1
endif

# Iterate the directory, emit executable files
foreach filename ($1/*)
  if (-x $filename) then
    echo $filename
    @ count = $count + 1
  endif
end

echo
echo "$count executable files found."

exit 0

Korn Shell

Korn Shell是由David Korn设计的，差不多跟Tenex C Shell同时发布。除了向后兼容Bourne Shell，Korn Shell最引人瞩目的特性就是支持脚本编程。

Korn Shell原来是专有软件，直到2000年，它才（遵照通用公共许可协议）作为开源软件发布。除了对Bourne提供很好的兼容性，Korn Shell还包含了一些来自其他Shell的功能，如csh的历史记录功能。它还提供了一些更先进的功能，这些功能可以在诸如Ruby和Python之类的现代脚本语言中找到——例如，关联数组和浮点运算。

Korn Shell在许多操作系统上都是可用的，这些系统包括IBM AIX and HP-UX。Korn Shell努力支持Portable Operating System Interface for UNIX（POSIX）Shell语言的标准。

我们来看一下在Korn Shell中统计可执行文件数目脚本的例子：

代码2：在Korn Shell中统计可执行文件的数目

#!/usr/bin/ksh
# find all executables

count=0

# Test arguments
if [ $# -ne 1 ] ; then
  echo "Usage is $0 <dir>"
  exit 1
fi

# Ensure argument is a directory
if [ ! -d  "$1" ] ; then
  echo "$1 is not a directory."
  exit 1
fi

# Iterate the directory, emit executable files
for filename in "$1"/*
do
  if [ -x "$filename" ] ; then
    echo $filename
    count=$((count+1))
  fi
done

echo
echo "$count executable files found."

exit 0

Bourne-Again Shell

Bourne-Again Shell，即bash，是一个开源的GNU项目，旨在替换Bourne Shell。Bourne-Again Shell由Brian Fox开发，现在已经成为最流行的Shell之一，被广泛应用在Linux、Darwin、Windows和Cygwin之上。

除了支持脚本的向后兼容性，bash还吸收了Korn Shell和C Shell的一些特性。例如，命令历史记录，命令行编辑，目录堆栈，很多实用的环境变量，命令行自动完成，等等。

Bash继续发展了一些新的特性，如支持正则表达式和关联数组。

虽然一些特性是bash独有的，但我们仍然可以编写与其他脚本语言相兼容的脚本。下面是在bash中统计可执行文件数目的脚本示例。

代码3：在Bourne-Again Shell中统计可执行文件的数目

#!/bin/bash
# find all executables

count=0

# Test arguments
if [ $# -ne 1 ] ; then
  echo "Usage is $0 <dir>"
  exit 1
fi

# Ensure argument is a directory
if [ ! -d  "$1" ] ; then
  echo "$1 is not a directory."
  exit 1
fi

# Iterate the directory, emit executable files
for filename in "$1"/*
do
  if [ -x "$filename" ] ; then
    echo $filename
    count=$((count+1))
  fi
done

echo
echo "$count executable files found."

exit 0

这些Shell之间的一个关键区别是它们使用了不同的授权。Bash是一个GNU项目，遵循GPL授权，而C Shell则遵循了BSD许可，Korn Shell则遵循了通用公共许可证。

早期Shell的许多理念和接口在35年之后依然保持不变，这对其作者是一个巨大的肯定。任何一个行业都在不断重塑自我，Shell也在发生着历史的变迁。尽管许多新的Shell被开发出来，但Bourne Shell及其后继者依然是现在的首选