Linux(BASH)命令搜索机制

From:http://www.mike.org.cn/articles/linux-linux-bash-command-search-mechanism/

本文假设的环境是GNU/Linux，且shell是BASH;
　　
　　注意: 另外,我们讨论的前提是当你键入一个命令时并没有指定该命令的路径, 举例来说就是我们键入的命令是以commandname的形式而不是/path/commandname或./path/commandname的形式来 运行的. 一旦我们指定了命令(或脚本或二进制文件)相对或绝对路径时就谈不上搜索机制了.

　　本文讲解的内容是: 通常,我们在Linux系统终端提示符下键入如ls等命令时,shell是如何找到这个命令的呢? shell下都有哪几类命令呢? 这些命令是如何被加载的呢?
　　
　　一、Linux命令的分类:
　　
　　包括:alias, keyword, function, built-in, $PATH这5类

　　二、 Linux命令搜索顺序:

　　当我们键入某个命令时, 那么shell会按照alias->keyword->function,->built-in->$PATH的顺序进行搜索, 本着”先到先得”的原则, 就是说如果有如名为mycmd的命令同时存在于alias和function中的话, 那么肯定会使用alias的mycmd命令(当然, 这不是绝对的, 下面会说到特例).

　　三、相关

　　set +-h, hash, type, command, enable, builtin

　　1) hash命令:

　　首先, 我们来看hash这命令(和我上面说的”不是绝对的”有关系了!), hash命令用于记录在当前shell环境下用户曾经键入的命令路径记录缓存表, 主要是为了加快命令搜寻速度. 下面看个例子:

　　例:我在shell下键入 ls, find, pwd, ls, echo “Hello, world”, mail及if共7个命令(注意, ls执行2次), 下面是history的结果:

　　1 ls
　　2 find
　　3 pwd
　　4 ls
　　5 echo “Hello, world”
　　6 mail
　　7 if
　　
　　那么, 现在我执行hash命令, 其显示结果为:
　　
　　[ancharn@fc8 ~]$ hash
　　hits command
　　1 /bin/mail
　　2 /bin/ls
　　1 /usr/bin/find

　　不知大家发现了什么没有? 这个hash表左边一列表示该命令在当前shell环境下共被使用了几次, 右边一列表示命令路径. 但是我们发现这个hash缓存中缺少了if,pwd和echo3个命令, 为什么呢? 我们在这儿要得出一个重要的结论就是: (1) hash不会记录function, built-in命令(其实还包括alias), 为什么呢? 答案是因为他们没有路径, 即不会存在于某个目录之下, 它们是随shell而加载进而存在于内存中, 所以这样的命令还有必要进行缓存以提高搜索效率吗?!

　　但是有人会说, ls不是被hash记录下来了吗? 没错, 你的观察很细致, 通常ls在bash中是一个alias, 那么, 在这儿我们先下一个结论: (2) alias中若定义的是包含了路径的别名命令则不会被记录到hash中, 只有没有指定路径的alias才会被记录到hash中. 情况例子:

　　这是我当前shell(bash)环境下的ls别名的定义

　　[ancharn@fc8 //]$ alias ls
　　alias ls=’ls –color=auto’
　　
　　(注意:后面的”ls –color=auto”没有指定如/bin/ls这样的路径)

　　所以, 正如你看到的, 上面我键入了2次ls命令(是ls –color=auto的别名), 那么在hash中能够看到被记录; 下面看个write命令的例子:

　　[ancharn@fc8 //]$ alias write
　　-bash: alias: write: not found
　　
　　[ancharn@fc8 //]$ write
　　usage: write user [tty]

　　[ancharn@fc8 //]$ hash　　
　　hits command
　　1 /usr/bin/write
　　1 /bin/mail
　　2 /bin/ls
　　1 /usr/bin/find

　　write 这个命令没有alias, 也就是说当执行write命令时其实找到的是PATH变量中的/usr/bin/write这个二进制文件来执行的, 这时hash记录了write的路径并被引用了1次, 然后我定义write别名就是write本身, 但是指定具体路径是/usr/bin/write:

　　[ancharn@fc8 //]$ alias write=’/usr/bin/write’
　　[ancharn@fc8 //]$ alias write
　　alias write=’/usr/bin/write’
　　[ancharn@fc8 //]$ write
　　usage: write user [tty]
　　[ancharn@fc8 //]$ hash
　　hits command
　　1 /usr/bin/write
　　1 /bin/mail
　　2 /bin/ls
　　1 /usr/bin/find

　　请看, hash表中的write的hits数还是1次; 这里要注意的是当我们定义了write的alias后(指定路径), PATH就不会被搜到了, 为什么呢? 很简单, 因为write的alias中已经指明了它的具体路径了!

　　接着unalias掉write重新定义write别名:
　　
　　[ancharn@fc8 //]$ unalias write
　　[ancharn@fc8 //]$ alias write
　　-bash: alias: write: not found

　　[ancharn@fc8 //]$ alias write=’write’
　　[ancharn@fc8 //]$ alias write
　　alias write=’write’

　　[ancharn@fc8 //]$ write
　　usage: write user [tty]

　　[ancharn@fc8 //]$ hash
　　hits command
　　2 /usr/bin/write
　　1 /bin/mail
　　2 /bin/ls
　　1 /usr/bin/find

　　这次, 我们没有指定write别名中的路径, 当我们定义好write的别名后去执行write时, hash表中就会增加一次hits.这里要注意的是当我们定义了write的alias后(不指定路径, 请和上面的例子比较下), PATH就会被搜到了, 所以hash的hits增加了. 请大家切记alias中若定义的是包含了路径的别名命令则不会被记录到hash中, 只有没有指定路径的alias才会被记录到hash中这条结论.

　　另外, hash因为是built-in命令, 所以用help hash来查看帮助. 常用的有hash -r用于清空hash表, hash -d name用于delete某个command. 如:

　　[ancharn@fc8 //]$ hash
　　hits command
　　3 /usr/bin/write
　　1 /bin/mail
　　2 /bin/ls
　　1 /usr/bin/find

　　删除具体的:
　　[ancharn@fc8 //]$ hash -d ls
　　[ancharn@fc8 //]$ hash
　　hits command
　　3 /usr/bin/write
　　1 /bin/mail
　　1 /usr/bin/find
　　
　　清空hash:
　　[ancharn@fc8 //]$ hash -r
　　[ancharn@fc8 //]$ hash
　　hash: hash table empty

　　2) set +-h:
　　
　　set 命令大家应该很熟悉, 我们在这里主要说的是set +-h的作用: help set可以看到”-h Remember the location of commands as they are looked up.” 中文意思就是记忆命令的路径以便于查询. 当我们键入set +h后再运行hash:
　　
　　[ancharn@fc8 //]$ set +h
　　[ancharn@fc8 //]$ hash
　　-bash: hash: hashing disabled
　
　　也就是说”set +h”用于禁用hash而”set -h”用于启用hash.

　　3) type:

　　此命令用于列出某个命令属于哪类. 如:

　　[ancharn@fc8 //]$ type -a pwd
　　pwd is a shell builtin
　　pwd is /bin/pwd
　　pwd属于内置和PATH变量中.

　　[ancharn@fc8 //]$ type pwd
　　pwd is a shell builtin
　　直接用type commandname可以告诉你该命令在运行时会执行哪一类.

　　4) command:
　　
　　该命令的作用是: 如果你有一个命令如gcc既是一个function, 同时又是一个PATH变量中的命令, 那么如果你直接执行gcc, 按照顺序来说, 会执行function而不是gcc的PATH变量中的命令, 而用command gcc会跳过function的选择.

　　[ancharn@fc8 //]$ function gcc { echo “just a test for gcc”; }

　　[ancharn@fc8 //]$ gcc
　　just a test for gcc

　　[ancharn@fc8 //]$ command gcc
　　gcc: no input files

　　5)enable:
　　
　　enable命令如果直接运行则会列出当前shell的所有built-in命令, enable -n commandname会在当前shell下disable掉该内置命令:
　　
　　[ancharn@fc8 ~]$ type -a pwd
　　pwd is a shell builtin
　　pwd is /bin/pwd

　　[ancharn@fc8 ~]$ enable -n pwd
　　[ancharn@fc8 ~]$ type -a pwd
　　pwd is /bin/pwd

　　[ancharn@fc8 ~]$ enable pwd
　　[ancharn@fc8 ~]$ type -a pwd
　　pwd is a shell builtin
　　pwd is /bin/pwd

　　6) builtin
　
　　用于运行一个内置命令. 例如:
　　
　　[ancharn@fc8 ~]$ cd /var
　　[ancharn@fc8 var]$ function pwd { echo “just a test for pwd”; }
　　[ancharn@fc8 var]$ type -a pwd
　　pwd is a function
　　pwd ()

　　{
　　echo “just a test for pwd”
　　}
　　pwd is a shell builtin
　　pwd is /bin/pwd

　　(注: pwd既是函数, 又是内置命令, 又存在PATH变量中)

　　[ancharn@fc8 var]$ pwd
　　just a test for pwd
　　[ancharn@fc8 var]$ builtin pwd // (注: 此时我们就去直接执行pwd这个内置命令)
　　/var

　　小结: 我们都知道了shell在搜索命令时的顺序是alias->keyword->function,->built-in->$PATH, 那么其中还有2点需要注意的就是 (1) hash不会记录function, built-in命令(其实还包括alias), (2) alias中若定义的是包含了路径的别名命令则不会被记录到hash中, 只有没有指定路径的alias才会被记录到hash中. 另外, (3) 不要忘记, 我们讨论的前提是a) 受限于具体的shell种类b)且只在当前shell环境有效.切记!!!

　　到这里, 请大家来思考一个问题:

　　请看下面的执行情况:

　　[ancharn@fc8 var]$ function gcc { echo “just a test for gcc”; }
　　[ancharn@fc8 var]$ alias gcc=’gcc’

　　[ancharn@fc8 var]$ gcc
　　just a test for gcc

　　[ancharn@fc8 var]$ /usr/bin/gcc
　　gcc: no input files

　　[ancharn@fc8 var]$ alias gcc=’/usr/bin/gcc’
　　[ancharn@fc8 var]$ gcc
　　gcc: no input files

　　[ancharn@fc8 var]$

　　为什么定义了gcc这个funtion后, 两次定义gcc的alias时指定不指定具体的/usr/bin/gcc路径时, 执行gcc这个命令的反应不同呢? 按照alias->keyword->function,->built-in->$PATH 这个顺序来看, 应该执行alias的gcc啊?! 请思考!
当然, 别着急, 后面我会给出答案. 但是, 请您思考下!

　　四, 命令举例:

　　* alias(别名):
　　alias 命令通常被设定在文件~/.bashrc和/etc/bashrc中,~/.bashrc通常用于用户自己的环境,而/etc/bashrc用于全局定义 (即对所有用户生效,当然,只对用户shell是bash生效). 具体的这两个文件的关系及如何加载在后面有介绍.

　　* Shell keyword(shell关键字):
　　诸如if,while,until,case,for这些命令.

　　* Function(函数):
　　
　　举例:
　　
　　定义个名为pwd的函数, 其功能是简单地显示”my function pwd”这句话
　　function pwd { echo “my function pwd”; }
　　定义好了之后可以用set或type -a pwd来查看，取消则用unset pwd即可。

　　* Shell built-in command(shell内置命令):
　　命令enable可以查看所有当前shell环境下的内置命令; 或者用man cd（任何一个内置命令均可）查看到的manpage的上部列出了全部的内置命令.　

　　* PATH variable
　　该变量定义在文件/etc/profile, /etc/profile.d/*.sh(POSIX), ~/.bash_profile(Bash)中.

　　其加载顺序是: 先/etc/profile (invoke /etc/profile.d/*.sh), 然后是~/.bash_profile, 再由~/.bash_profile调用执行 ~/.bashrc, 然后由~/.bashrc去调用执行 ~/.bashrc, ~/.bashrc再调用执行文件/etc/bashrc.
　　
　　1) 为了查看具体的加载顺序, 你可以在四个文件中的头部和尾部分别添加两句话, 例如:

　　[ancharn@fc8 ~]$ cat ~/.bashrc
　　echo “start of ~/.bashrc”
　　if [ -f /etc/bashrc ] ; then
　　. /etc/bashrc
　　fi
　　alias ll=’ls -l’
　　alias cp=’cp -i’
　　alias mv=’mv -i’
　　alias rm=’rm -i’
　　……

　　echo “end of ~/.bashrc”
　　其它的文件一样添加, 这样当你用某个用户登录系统时就会看到如下的显示, 诸如:
　　start of /etc/profile
　　end of /etc/profile
　　start of ~/.bash_profile
　　start of ~/.bashrc
　　start of /etc/bashrc
　　end of /etc/bashrc
　　end of ~/.bashrc
　　end of ~/.bash_profile

　　从上面的显示你能够清晰的看到每个文件的加载顺序及相互调用执行关系(注意查看start和end).

　　2) PATH变量和hash的关系
　　这里, 我们来看一个例子:

　　[ancharn@fc8 ~]$ echo $PATH
　　/usr/kerberos/bin:/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/home/ancharn/bin
　
　　我首先在/home/ancharn/bin目录下写一个名为test.sh的脚本,内容如下:
　　[ancharn@fc8 bin]$ cat /home/ancharn/bin/test.sh
　　
　　#!/bin/sh
　　# just test for PATH and hash
　　echo “This is my 1st shell script in /home/ancharn/bin directory.”

　　# end
　　
　　[ancharn@fc8 bin]$
　　那么, 执行test.sh这个脚本如下：
　　[ancharn@fc8 /]$ echo $PATH
　　/usr/kerberos/bin:/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/home/ancharn/bin
　　[ancharn@fc8 /]$ test.sh
　　This is my 1st shell script in /home/ancharn/bin directory.
　　[ancharn@fc8 /]$ hash
　　hits command
　　1 /home/ancharn/bin/test.sh
　　接着，在/usr/bin目录下建立一个同test.sh名的文件, 内容如下:

　　[ancharn@fc8 /]$ cat /usr/bin/test.sh
　　#!/bin/sh
　　# just test for PATH and hash
　　echo “This is my 2nd shell script in /usr/bin directory.”

　　# end
　　继续执行test.sh脚本:

　　[ancharn@fc8 /]$ test.sh
　　This is my 1st shell script in /home/ancharn/bin directory.
　　[ancharn@fc8 /]$ hash
　　hits command
　　2 /home/ancharn/bin/test.sh
　
　　说明什么呢?

　　如果按照PATH的顺序即/usr/kerberos/bin:/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/home/ancharn /bin, 会先找/usr/bin然后再找/home/ancharn/bin, 注意, 这个前提是hash表中没有该命令的记录, 因此我们看到/usr/bin/test.sh脚本并没有被执行, 因为在执行test.sh前, shell去hash表中查看了缓存, 进而继续执行了/home/ancharn/bin/test.sh脚本, 所以我们看到hits数增加了一次, 而/usr/bin/test.sh不会被执行.

　　现在, 我们清空hash, 重新执行test.sh脚本:
　　
　　[ancharn@fc8 /]$ hash -r
　　[ancharn@fc8 /]$ hash
　　hash: hash table empty
　　[ancharn@fc8 /]$ test.sh
　　This is my 2nd shell script in /usr/bin directory.
　　[ancharn@fc8 /]$ hash
　　hits command
　　1 /usr/bin/test.sh

　　现在正常了. 所以一定要注意PATH和hash的这层关系.

　　注意: su, su-, bash –login, bash –norc这些命令的不同就在于是否执行了login-shell, 大家可以su和su -后, 再去运行echo $PATH看看有何不同.

　　好了, 回答上面的思考题, 其核心在于alias如果定义的如alias gcc=’gcc’时, 其实alias->keyword->function,->built-in->$PATH 这个顺序并没有变, 但是要知道alias gcc=’gcc’这种没有指定路径的alias会在找到gcc这个alias后, 再去找到后面指定的’gcc’, 怎么找? 当然到下一个了, 就是keyword->function….这个顺序了. 而如果是alias gcc=’/usr/bin/gcc’这样的指定具体路径的定义alias的话, 那么alias执行后就直接找到了那个具体文件而跳过了后面的所有搜索(即keyword->function,->built-in->$PATH). 请大家留意.

　　最后, 大家在做实验验证的时候可以分成2类验证, 因为一个命令不可能既属于keyword又属于built-in, 所以你可以:
　　
　　1) 选择一个keyword如while, 定义一个while的alias,function,然后编写一个shell脚本名为while存放于PATH变量的某个路径下;

　　2) 选择一个built-in命令如pwd来验证.