【Linux】Linux系统编程——Linux命令解析器

什么是Linux 命令解析器？

Linux 命令解析器，通常被称为 shell，是 Linux 操作系统中的一个关键组件。它充当用户和系统内核之间的接口，允许用户通过输入命令来控制和管理操作系统和应用程序。

命令解析器的作用与基本原理

Linux系统结构简介

这张图是 Linux 系统结构的一个简化表示，展示了不同组成部分之间的层次关系。从内到外，各层次代表了系统的不同部分：

1. 内核：位于最中心的是 Linux 系统的核心。内核是操作系统的心脏，负责管理硬件资源，以及进程、内存、文件系统的控制等。

2. 内核空间：紧接着内核的是内核空间，这是指那些直接运行在内核权限下的程序或内核模块的空间。在这个层次上，代码能够直接访问硬件和内存等资源。

3. shell层：离内核更远一些的是 shell 层。这个层次代表了系统中的命令解析器，也就是前面解释过的 shell，它为用户提供了一个与系统交互的界面。

4. 应用层：最外层是应用层，代表运行在用户空间的各种应用程序。这些程序通过系统调用与内核进行交云，并通过 shell 与用户进行交互。

5. 用户：在最外层，表示操作系统的用户，他们通过应用程序和 shell 与系统互动。

整个图表示了操作系统的“圈层模型”，其中最内层是最底层的系统组件，负责直接与硬件交互，而向外层逐渐过渡到用户空间和应用程序。这种模型有助于保护系统的安全，因为它限制了对核心系统组件的直接访问。只有经过适当的权限和系统调用，外层的应用程序和用户才能与内核层的组件交互。

作用

1. 命令解释器：用户通过 shell 输入命令，shell 解释这些命令并将其转换为内核能理解的指令。例如，当用户输入文件管理命令（如 ls, cp, mv）时，shell 解释这些命令并将它们传递给内核执行。

2. 程序启动器：用户可以通过 shell 启动应用程序。用户输入程序名后，shell 会在系统中查找这个程序并启动它。

3. 用户界面：shell 提供了一个用户与操作系统交互的界面，既可以是命令行界面（CLI），也可以是图形界面（通过脚本实现）。

4. 脚本执行：shell 脚本是一系列的命令集合，它们被保存在文件中以供以后执行。shell 可以执行这些脚本，使得自动化复杂的任务变得可能。

5. 环境管理：shell 管理着用户的工作环境，包括环境变量、当前工作目录、用户权限等。

6. 输入/输出重定向：shell 允许用户将命令的输出重定向到文件中，或者从文件中读取输入。

基本原理

shell就是用户与系统内核之间的一个桥梁，基本原理是用户在终端输入命令, 由shell命令解析器对命令进行解析(按照$PATH环境变量搜索命令), 解析成内核能够识别的指令, 然后由内核执行命令, 最后由终端显示命令执行的结果给用户。

注意：shell在寻找命令的时候是按照$PATH环境变量去查找的，如果找到了就执行对应的命令，若找不到就报错, 执行echo $PATH可以查看PATH环境变量的值.

以下是 shell 工作的基本步骤和机制：

1. 命令输入：

   • 用户在命令行界面输入命令。
   • 这些命令可以是简单的单个命令、一连串的命令（使用管道 | 连接）、或者是复杂的脚本。

2. 命令解析：

   • Shell 读取输入的命令并进行解析。
   • 它会检查语法并将命令分解为基本的组成部分，如命令名、选项和参数。

3. 变量和文件名展开：

   • Shell 会展开命令行中的变量到它们的值。
   • 它还会对文件名进行通配符匹配，如将 *.txt 展开为当前目录下所有以 .txt 结尾的文件名。

4. 命令执行：

   • 解析后的命令被传递给操作系统。
   • Shell 会查找命令的可执行文件，并启动一个新的进程来运行该命令。
   • 如果命令是内建命令（shell 内部提供的命令，如 cd），shell 会直接执行而不是启动新的进程。

5. 输入/输出重定向：

   • 在执行命令之前，shell 可以根据需要重新分配标准输入、输出和错误流。
   • 用户可以使用重定向操作符，如 >、< 或 >>，来指定输出应该被写入到文件或从文件读取输入。

6. 管道：

   • Shell 允许使用管道将多个命令链接起来。
   • 管道操作符 | 用于将一个命令的输出作为下一个命令的输入。

7. 命令执行反馈：

   • 一旦命令执行完成，shell 会返回状态码给用户。
   • 状态码通常表示命令是否成功执行（通常用 0 表示成功，非 0 值表示错误或异常）。

8. 控制流：

   • Shell 脚本可以包含控制流结构，比如循环（for, while）、条件判断（if, case）和函数。
   • 这些结构控制脚本的执行流程。

9. 信号处理：

   • Shell 能够处理来自操作系统的信号，比如用户按下 Ctrl+C 发出的中断信号。
   • 它可以根据信号执行特定的操作，例如终止当前运行的命令。

10. 环境管理：

    • Shell 管理着一个环境，这个环境包括了定义了用户工作环境的环境变量。
    • 环境变量可以被脚本和程序用来获取有关系统的信息。

常用的命令解析器

常用的命令解析器主要有以下几种：

1. Bash：Bash是Linux上最常用的命令解析器，它是Bourne-Again SHell的缩写。支持命令行历史记录、自动补全、别名、管道等。

2. Bourne Shell：Bourne Shell是Linux系统默认的shell，它是最早的一种shell，也是最基础的一种。在Linux系统中，当我们输入用户名和密码登陆之后，我们就开始执行一个shell解释器程序，通常是/bin/bash，当然也可以是别的，比如/bin/sh。

3. C Shell (csh)：C Shell是另一种常用的Unix shell，它是由Bill Joy在Bourne Shell的基础上开发的，提供了一些Bourne Shell没有的特性，如命令补全、历史命令、作业控制等。

4. Korn Shell (ksh)：Korn Shell是在Bourne Shell的基础上发展起来的，它的设计目标是提供Bourne Shell的所有功能，并增加一些新的特性，如命令补全、历史命令、作业控制等。它是一种非常流行的Unix shell，广泛应用于各种Unix系统中。

5. Tcsh：Tcsh是在Korn Shell的基础上发展起来的，它的设计目标是提供Bourne Shell和Korn Shell的所有功能，并增加一些新的特性，如命令补全、历史命令、作业控制等。它是一种非常流行的Unix shell，广泛应用于各种Unix系统中。

6. Windows PowerShell：Windows PowerShell是微软的.NET Framework技术的Windows NT系统中的一种命令解析器，它提供了强大的命令行操作功能，支持.NET Framework技术，可以方便地进行脚本编程[3]。