操作系统学习笔记 · 第 25 课 · Shell 是什么——交互式与脚本

从这一课起进入第七阶段：Shell 与脚本编程。前面几十课，你一直在"用命令"——ls、cd、grep、gcc——但你有没有想过：你敲下 ls 回车，到底是谁在背后把它翻译成动作、再交给内核执行的？ 那个幕后的"翻译官"，就叫 shell。这一课，我们回到终端这个最熟悉的地方，揭开 shell 的面纱。

从"敲命令"这个动作说起

你在终端敲下 ls，回车，屏幕上出现一堆文件名。

这中间发生了什么？不是内核直接"看懂"了 ls 这两个字母。内核只认"执行某个程序"这种机器指令，它不知道 ls 是什么。中间有个翻译官：

你敲 ls；
shell 读到这两个字母，理解"你想执行 ls 这个命令"；
shell 去 PATH 里找到 /bin/ls 这个程序；
shell fork 一个子进程去跑它（还记得第 7 课的 fork 吗）；
结果打印回你的屏幕。

这就是 shell 的本职：命令解释器。

25.1 shell 是什么

一句话理解：shell 是命令解释器——你在终端敲的命令，由它解析、找到程序、交给内核去执行，再把结果打印回来。它是"你和内核之间的翻译官"。

shell 扮演的角色，可以这样记：

对上（对用户）：接收你敲的命令，理解你的意图；
对下（对内核）：找到程序、fork 子进程、让它去执行；
结果：把输出打印回来给你看。

所以 shell 不是内核的一部分，它是一个用户态程序，只是它的工作就是"帮你跟内核打交道"。

25.2 bash / zsh / sh 的关系

你可能听过好几个名字：sh、bash、zsh。它们都是 shell，是一家人：

一句话理解：sh 是最早的 shell，bash 是它的增强兼容版（Linux 默认），zsh 交互体验更强（补全、主题）。脚本第一行 #!/bin/bash 就是指定用哪个解释器。

sh：最古老、最标准的 shell；
bash：sh 的增强兼容版，Linux 的默认 shell，功能更强、更好用；
zsh：交互体验最炫（强大的自动补全、主题、插件），很多人手动换它当日常 shell。

你写脚本时，第一行的 #!/bin/bash（叫 shebang）就是在声明："这个脚本，请用 bash 来解释执行"。

两个命令帮你了解现状：

echo $SHELL：看当前默认 shell；
cat /etc/shells：看系统装了哪些 shell。

25.3 登录 shell vs 非登录 shell

shell 还分两种"身份"，加载的配置不同：

类型	什么时候	加载的配置
登录 shell	SSH 登录、`su -`	`/etc/profile`、`~/.bash_profile`/`~/.profile`
非登录 shell	开新终端窗口、跑脚本	`~/.bashrc`

一句话理解：登录时读"全局 + 个人 profile"，日常开终端读 ~/.bashrc——所以你的别名和提示符通常写在 ~/.bashrc。

登录 shell：你 SSH 登录进系统、或 su - user 切用户时，那个 shell 是"登录 shell"，会加载全局配置 /etc/profile 和个人配置 ~/.bash_profile；
非登录 shell：你登录后新开一个终端窗口，或跑一个脚本，那个 shell 是"非登录 shell"，只加载 ~/.bashrc。

这就是为什么你平时定义的别名（alias ll='ls -l'）通常写在 ~/.bashrc 里——因为日常用的都是非登录 shell，读的是它。

判断方法：echo $0，前面带 - 的是登录 shell；su - user 是登录、su user 不是。

25.4 环境变量与 PATH

一句话理解：环境变量是"传给子进程的全局设置"，PATH 是最重要的一个——它列出 shell 找命令时搜索的目录列表。

环境变量：一串 名字=值 的全局设置，会被传给子进程。

其中最重要的就是 PATH：

你敲 ls，shell 去哪找？就是按 PATH 里列出的目录，一个个找过去，找到第一个叫 ls 的可执行文件就用它。

echo $PATH：看到一串冒号分隔的目录（比如 /usr/local/bin:/usr/bin:/bin）；
which ls：告诉你 ls 到底在哪个目录被找到。

一句话：PATH 就是 shell 的"寻人启事"——它决定了哪些命令能"裸敲"（不带路径）直接执行。

25.5 内建命令 vs 外部命令

这是 shell 里一个很反直觉、但很重要的区别：

一句话理解：cd、export、echo 是 shell 内建的（在 shell 进程里直接执行）；ls、grep 是外部程序（要 fork 子进程）。所以 cd 能改变当前 shell 的工作目录，外部命令不行。

内建命令（builtin）：cd、export、echo 等，就是 shell 自己的一部分，在当前 shell 进程里直接执行；
外部命令：ls、grep 等，是独立的程序，shell 要 fork 一个子进程去跑。

这个区别导致一个关键现象：

cd 能真正改变你当前 shell 的工作目录，因为它是内建的、在"你"这个进程里执行。 而外部命令在子进程里跑，子进程怎么折腾（包括 cd）都影响不到父进程。

验证：

type cd → 显示 "cd is a shell builtin"（内建）；
type ls → 显示 "ls is /bin/ls"（外部程序）。

动手实验：命令观察

echo $SHELL              # 当前默认 shell
echo $0                  # 当前是登录 shell 吗（带 - 前缀）
echo $PATH               # 看搜索路径
which python3            # python3 在哪
export GREETING="hello shell"
echo $GREETING           # 变量已导出
bash -c 'echo $GREETING' # 子 shell 也能看到（因为 export 了）

再做一组对比，理解"内建 vs 外部"：

cd /tmp        # 内建命令，当前 shell 目录真的变了
pwd            # 确认：/tmp

然后写个小脚本：

cat > /tmp/cd_test.sh << 'EOF'
#!/bin/bash
cd /home
EOF
chmod +x /tmp/cd_test.sh
./cd_test.sh   # 脚本里 cd /home
pwd            # 结果还是 /tmp，没变！

为什么 pwd 还是 /tmp？ 因为脚本里的 cd /home 发生在子进程里——脚本运行在一个全新的子 shell，它 cd 到 /home，子进程一结束就消失了，你的当前 shell 纹丝不动。这正好印证了"内建命令在自家里执行、能改状态；外部/子进程里的操作改不了父进程"。

深入点：两个进阶话题

① 子 shell 与变量作用域

不加 export 的变量，只在当前 shell 里有效；要传给子进程，必须 export。

A=1            # 普通变量，只在本 shell
bash -c 'echo $A'   # 空（子进程看不到）
export A=1
bash -c 'echo $A'   # 1（export 后子进程能看到了）

② source vs ./script

./script：开一个子进程跑脚本，脚本里改的环境变量、目录，跑完就没了；
source script：在当前 shell 里逐行执行脚本，改的变量、目录保留在当前 shell。

这就是为什么你改了 ~/.bashrc 后，要 source ~/.bashrc 才生效——因为要在当前 shell 里重新执行一遍，而不是开个子进程。

小结与思考题

这一课，我们揭开了 shell 的面纱：

shell 是命令解释器：你和内核之间的翻译官；
sh → bash → zsh：一家三代，bash 是 Linux 默认；
登录 vs 非登录 shell：登录读 profile，日常读 .bashrc；
环境变量与 PATH：传给子进程的全局设置，PATH 决定命令去哪找；
内建 vs 外部命令：内建在自家执行（能改状态），外部要 fork 子进程。

留三个问题：

shell 在用户和内核之间扮演什么角色？
登录 shell 和非登录 shell 分别加载哪些配置文件？
为什么 export 之后子进程才能看到变量？

现在你知道了 shell 是什么、命令是怎么被执行的。但 shell 能做的远不止"一条条敲命令"——它还能把一堆命令写进一个文件，按顺序、带逻辑地自动执行，这就是 shell 脚本。脚本里的变量怎么定义？怎么判断、怎么循环？怎么写一个真正能用的自动化脚本？下一课，我们写第一个脚本。