【Linux】Linux系统编程——Linux命令解析器

简介: 【Linux】Linux系统编程——Linux命令解析器

【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:


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。


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。


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。


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。


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


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。


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。


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)。


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。


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。


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。


  1. 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。
  1. 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。

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。

  1. 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。
  1. 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。

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)。

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。

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。

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

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。


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。


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。


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。


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。


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]。


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