关于Shell

为了能对shell能够有整体的认识，我们需要先简单介绍下Linux系统。

Linux系统

Linux系统主要分四部分：

Linux内核
GNU工具
图形桌面化环境
应用软件

Linux系统

Linux内核

Linux内核主要负责以下四种功能：

系统内存管理：物理内存、虚拟内存
软件程序管理：Linux操作系统将运行中的程序称为进程。内核控制着Linux系统如何管理运行在系统上的所有进程。内核创建了第一个进程(称为init进程)来启动系统上所有其他进程，Linux使用一个表来管理在系统开机时要自动启动的进程。Linux操作系统的init系统采用了运行级。运行级决定了init进程运行/etc/inittab文件或 /etc/rcX.d目录中定义好的某些特定类型的进程（X代表运行级）。Linux操作系统有5个启动运行级。每个启动运行级便是一种启动模式。
硬件设备管理：内核的另一职责是管理硬件设备。任何Linux系统需要与之通信的设备，都需要在内核代码中加入其驱动程序代码。驱动程序代码相当于应用程序和硬件设备的中间人，允许内核与设备之间交换数据。
文件系统管理：不同于其他一些操作系统，Linux内核支持通过不同类型的文件系统从硬盘中读写数据。

GNU

操作系统用以执行一些标准功能，比如控制文件和程序的工具。Linus在创建Linux系统内核时，没有可用的系统工具。GNU是由GNU组织(GNU是GNU’s Not Unix的缩写)开发了一套完整的Unix工具，是开源的，但没有运行它们的内核系统。于是将Linus的Linux内核和GNU操作系统工具整合起来，就产生了一款完整的、功能丰富的免费操作系统：GNU/Linux系统（为了感谢GNU组织）也称：Linux系统。

GNU分两部分，一部分为核心GNU工具（core utilities），由处理文件、操作文本、管理进程三部分工具包组成；另一部分便是Shell。

Shell简介

Shell是一种特殊的交互式工具。它为用户提供了启动程序、管理文件系统中的文件以及运行在Linux系统上的进程的途径。也就是Shell负责将命令行中输入的文本命令，进行解释，并传递到内核进行执行的工具，也可称解释器。

Shell的核心是命令行提示符。命令行提示符是Shell负责交互的部分，它允许你输入文本命令，然后解释命令，并在内核中执行。将多个shell命令放入文件中作为程序执行，这个文件便被称为Shell 脚本。

在Linux系统上，通常有好几种Linux shell可用。不同的shell有不同的特性，有些更利于创建脚本，有些则更利于管理进程。所有Linux发行版（完整的Linux系统包）默认的shell都是bash shell。

bash shell由GNU组织开发，被当作标准Unix shell——Bourne shell(以创建者的名字命名)的替代品。bash shell的名称就是针对Bourne shell的拼写所玩的一个文字游戏，称为Bourne again shell。总结：sh是标准，bash是sh的替代品。除了bash shell，Linux中常见的几种不同shell有：

ash：一种运行在内存受限环境中简单的轻量级shell，但与bash shell完全兼容。
korn：一种与Bourne shell兼容的编程shell，但支持如关联数组和浮点运算等一些高级的编程特性。
tcsh：一种将C语言中的一些元素引入到shell脚本中的shell。
zsh：一种结合了bash、tcsh和korn的特性，同时提供高级编程特性、共享历史文件和主题化提示符的高级 shell。

从 macOS Catalina 版开始，苹果的Mac系统将使用zsh作为默认登录Shell 和交互式 Shell。具体请看官网。

环境变量

这一部分将基于bash shell展开陈述。

bash shell中使用环境变量在内存中存储有关shell会话和工作环境的数据，以便程序或shell中运行的脚本能够访问到它们。

bash shell中的环境变量主要有两种：全局变量与局部变量。查看系统中所有全局变量，可以使用env或printenv命令；要显示个别环境变量的值，可以使用printenv命令，但是不能用env命令。

#查看shell个别全局变量
printenv HOME
#查看shell个别全局变量：通过echo 以变量的形式输出
echo $HOME

系统的环境都是大写，定义属于用户自己局部变量时统一使用小写，避免冲突。

定义局部变量

定义形式如下：

variable=Hello
echo $variable #输出：Hello

重要：变量名、等号和值之间没有空格。如果在赋值表达式中加上了空格， bash shell就会把值当成一个单独的命令，变量值有空格需要使用引号。

variable="Hello word"
echo $variable #输出：Hello word

定义全局变量

在设定全局环境变量的进程所创建的子进程中，该全局变量都是可见的；创建全局环境变量的方法是先创建一个局部环境变量，然后再把它导出到全局环境中；父shell定义的全局变量，子shell的修改不会影响父shell的值。示例如下：

variable="global variable ~~~~"
export variable
#开启子shell
bash
#子shell 输出一下
echo $variable #global variable ~~~~
#子shell修改
variable="子shell修改"
#子shell 输出一下
echo $variable #输出：子shell修改
#导出
export variable
#退出子shell
exit
#父shell输出
echo $variable #子shell的修改不会影响父shell:global variable ~~~~

删除全局变量

使用如下命令：

#删除
unset variable

需要注意的是在子shell中是无法删除父shell创建的全局变量。

默认全局变量

默认情况下，bash shell会用一些特定的环境变量来定义系统环境。这些变量在你的Linux系统上都已经设置好了，只管放心使用。bash shell源自当初的Unix Bourne shell，因此也保留了Unix Bourne shell里定义的那些环境变量。
列举几个比较常见的环境变量：

CDPATH：冒号分隔的目录列表，作为cd命令的搜索路径
HOME：当前用户的主目录
PATH：shell查找命令的目录列表，由冒号分隔
BASH：当前shell实例的全路径名
PWD：当前工作目录

设置PATH变量

当我们在shell命令行界面中输入一个外部命令时，shell必须搜索系统来找到对应的程序。PATH环境变量定义了用于进行命令和程序查找的目录：

#输出下
echo $PATH
#结果
/Users/*/.rvm/gems/ruby-2.3.0/bin:
/Users/*/.rvm/gems/ruby-2.3.0@global/bin:
/Users/*/.rvm/rubies/ruby-2.3.0/bin:
/Users/*/Desktop/development/flutter/bin:
/usr/local/bin:
/usr/bin:
/bin:
/usr/sbin:
/sbin:
/Users/*/.rvm/bin

输出的结果中显示了有10个可供shell用来查找命令和程序的路径。PATH中的目录使用冒号分隔。这些路径下分别都存放了不同的命令和程序，举个/bin的示例：

/bin目录下的程序与命令

如果命令或者程序的路径没有包括在PATH变量中，则不使用绝对路径的情况下，shell是没法找到该程序的。

问题：应用程序放置可执行文件的目录常常不在PATH环境变量所包含的目录中。

解决：是保证PATH环境变量包含了所有存放应用程序的目录。可以把新的搜索目录添加到现有的PATH环境变量中，无需从头定义。PATH中各个目录之间是用冒号分隔的，我们只需要引用原来的PATH值，然后再给这个字符串添加新目录就行了。

举例终端启用flutter命令：

#查看path
echo $PATH
#结果不包含：/Users/*/Desktop/development/flutter/bin:
#通过终端启用
PATH=$PATH:~/Desktop/development/flutter/bin
#再次查看
echo $PATH
#结果包含：/Users/*/Desktop/development/flutter/bin:
#执行flutter
flutter -v
#不再提示找不到命令。

值得注意的是：对PATH变量的修改只能持续到退出或重启终端系统。这种效果并不能一直持续。如何让这种效果持续？

为了解决这个问题，我们需要了解一些关于定位环境变量的知识。

在我们登入Linux系统启动一个bash shell时，默认情况下bash会在几个文件中查找命令。这些文件叫作启动文件或环境文件。bash检查的启动文件取决于你启动bash shell的方式。启动bash shell有3种方式：

登录时作为默认登录shell
作为非登录shell的交互式shell
作为运行脚本的非交互shell

默认登录shell

当我们登录Linux系统时，bash shell会作为登录shell启动。登录shell会从5个不同的启动文件里读取命令：

/etc/profile

#/etc/profile启动文件内容

# System-wide .profile for sh(1)

if [ -x /usr/libexec/path_helper ]; then
    eval `/usr/libexec/path_helper -s`
fi

if [ "${BASH-no}" != "no" ]; then
    [ -r /etc/bashrc ] && . /etc/bashrc
fi

$HOME/.bash_profile
$HOME/.bashrc

#macOS系统中.bashrc启动文件内容,非登录的交互式shell会以此为启动文件的。
export PATH="$PATH:$HOME/.rvm/bin"

$HOME/.bash_login
$HOME/.profile

/etc/profile文件是系统上默认的bash shell的主启动文件。系统上的每个用户登录时都会执行这个启动文件。另外4个启动文件是针对用户的，提供一个用户专属的启动文件来定义该用户所用到的环境变量，可根据个人需求定制，且都是隐藏文件。它们位于用户的HOME目录下，所以每个用户都可以编辑这些文件并添加自己的环境变量，这些环境变量会在每次启动bash shell会话时生效。其中2和5我们在macOS中是比较熟悉的。

shell会按照下列顺序，运行第一个被找到的文件，余下的则被忽略（不会重复）:
$HOME/.bash_profile=>$HOME/.bash_login=>$HOME/.profile 注：$HOME和波浪号~作用一样，都代表用户目录。正是因为此规则的存在，我们有些时候只需要在$HOME/.profile中配置我们的PATH即可。

非登录的交互式shell

不是登录时启动的shell称为交互式shell。比如：在命令行提示符下敲入bash时启动。
当bash是作为交互式shell启动，则不会访问/etc/profile文件，只会检查用户目录$HOME下的.bashrc文件。

运行脚本的非交互shell

非交互shell，系统执行shell脚本时会使用。不同的地方在于它没有命令行提示符。但是当我们在系统上运行脚本时，可能希望运行一些特定启动的命令。为了处理这种情况，bash shell提供了BASH_ENV环境变量。当shell启动一个非交互式shell进程时，它会检查这个环境变量来查看要执行的启动文件。

在macOS系统下运行echo $BASH_ENV查看，这个环境变量并未被设置。如果BASH_ENV变量没有设置，shell脚本如何获得它们的环境变量呢？

子shell可以继承父shell到处的环境变量；但需要注意的是父shell中设置但却未export的变量，属于局部变量，子shell是无法获取的。也就是说执行脚本时，采用bash命令开启子shell便可以解决这个问题。
不启动子shell的脚本，变量已经存在于当前shell中。

环境变量持久化

在Linux在大多数发行版中，存储个人用户永久性bash shell变量的地方是$HOME/.bashrc文件。这一点适用于所有类型的shell进程。但如果设置了BASH_ENV变量，那么除非BASH_ENV指向的是 $HOME/.bashrc，否则应该将非交互式shell的用户变量放在别的地方。

在macOS系统中，存储个人用户永久性bash shell变量的地方，便是对应的环境文件：~/.profile、~/.bash_profile、~/.bashrc（交互式shell生效）。其中~/.profile和~/.bash_profile任意一个都可以定义我们的永久性bash shell变量。

#在`~/.profile`文件中定义
export LOVE="全局可用的环境变量love"
PEACE="局部环境变量，子shell不可用"
#在`~/.bash_profile`文件中定义
export SHARE="全局可用的环境变量share"
QI="局部环境变量，子shell不可用"
#终端shell，查看全局变量
env
#输出
LOVE=全局可用的环境变量love
SHARE=全局可用的环境变量share
#终端shell，查看永久局部变量
echo $PEACE
echo $QI
#输出
局部环境变量，子shell不可用
#开启非登陆交互式shell
bash
#子shell，查看可用全局变量
env
#输出
LOVE=全局可用的环境变量love
SHARE=全局可用的环境变量share
#子shell，查看可用的父Shell的局部变量
echo $PEACE
echo $QI
#输出为空

关于~/.bashrc，作为非登录式交互shell的启动文件，仅对非登录式交互shell生效：

#在`~/.bashrc`配置
export CHILD="子shell可用"
#重新打开终端，输入
env
#or
echo $CHILD
#都输出：空
 
#开启子shell（交互式shell）
bash
#查看子shell的全局变量
env 
#or
echo $CHILD
#输出
CHILD=子shell可用
子shell可用
#再次开启子shell
bash
#输入
env 
#or
echo $CHILD
#输出
CHILD=子shell可用
子shell可用
#如果`~/.bashrc`文件中配置
CHILD="子shell可用"
#输入
env
#输出：空
#输入
echo $CHILD
#输出
子shell可用
#再次开启子shell，`CHILD`变量将不再生效

数组变量

数组变量：环境变量设置多个值，放置在括号中，且值与值之间用空格隔开。

#定义数组变量
ARRAY_VAR=(one two three)
#输出数组变量
echo $ARRAY_VAR
#不会全部输出，只会输出数组变量中第一个元素
one

要引用数组变量中的某个元素，就必须用代表它在数组中位置的数值索引值。索引值要用方括号括起来：

echo ${ARRAY_VAR[2]}
#输出
three
#显示整个数组
echo ${ARRAY_VAR[*]}

可以用unset命令删除数组中的某个值，但是要小心。比如：

#删除索引为1的元素
unset ARRAY_VAR[1]
#输出整个数组
echo ${ARRAY_VAR[*]}
#删除成功
one three
#输出数组中索引为1的元素
echo ${ARRAY_VAR[1]}
#结果为：空

#输出索引为2的元素
echo ${ARRAY_VAR[2]}
#结果
3

参考资料：
Linux命令行与shell脚本编程大全

Shell环境变量

关于Shell

Linux系统

Linux内核

GNU

Shell简介

环境变量

定义局部变量

定义全局变量

删除全局变量

默认全局变量

设置PATH变量

默认登录shell

非登录的交互式shell

运行脚本的非交互shell

环境变量持久化

数组变量

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