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shell淺談之九子shell與進程處理

本文轉載自   查看原文   2017-01-02 11:42   5948    shell/ 子shell

轉自：http://blog.csdn.net/taiyang1987912/article/details/39529291

版權聲明：本文為博主原創文章，未經博主允許不得轉載。

目錄(?)[+]

一、簡介

      Linux是一種用戶控制的多作業操作系統，系統允許多個系統用戶同時提交作業，而一個系統用戶又可能用多個shell登錄，每個系統用戶可以用一個shell提交多個作業。了解Bash Shell在多作業管理和進程處理方面的命名和機制有助於理解多用戶、多作業的系統。

二、詳解

1、子Shell

（1）父子Shell是相對的，它描述了兩個Shell進程的fork關系，父Shell指在控制終端或xterm窗口給出提示符的進程，子Shell是由父Shell創建的進程。父Shell創建子Shell調用的是fork函數。

      Shell命令可以分為內建命令（Shell本身執行的命令）和外部命令（fork創建出來的子shell執行的命名），內建命令不創建子Shell而外部命令創建子Shell。

（2） 內建命令是包含在Shell工具包中的命令，其中保留字對Shell有特殊含義，保留字本身不是一個命令而是命令結構的一部分。

      冒號是Shell中一個特殊的符號，首先冒號可以表示永真（相當於TRUE關鍵字）如while :;do...done（while循環的條件始終為真）；其次冒號可以清空一個文件，:>log將冒號重定向到文件，log文件內容被清空，所 以:>命名是常用的清空文件的命令；接着冒號最重要的用法是：不做任何事，只做參數展開。

（3）圓括號結構，能強制將其中的命令運行在子shell中，bash3后定義了內部變量BASH_SUBSHELL記錄子shell的層次。

 

[cpp] view plain copy
  1. #圓括號結構用法  
  2. #!/bin/bash  
  3.   
  4. echo "Father Shell is: $BASH_SUBSHELL"      #打印父shell的層次，為0  
  5. outervar=OUTER                              #父shell的變量outervar  
  6.   
  7. (                                           #利用圓括號結構創建子shell  
  8.     echo "SubShell is: $BASH_SUBSHELL"        #子shell的層次為1  
  9.     (  
  10.         echo "GrandSubShell is: $BASH_SUBSHELL" #孫shell的層次為2  
  11.     )   
  12.     innervar=INNER                            #子shell的變量  
  13.     echo "innervar=$innervar"  
  14.     echo "outervar=$outervar"                 #outervar繼承了符shell所賦給它的值  
  15. )                                           #回到父shell  
  16.   
  17. echo "Father Shell is: $BASH_SUBSHELL"     
  18.   
  19. if [ -z "$innervar" ]                      #子shell中定義變量為空，則說明  
  20. then  
  21.   echo "The \$innervar is not defined in main body."  
  22. else  
  23.    echo "The \$innervar is defined in main body."  
  24. fi  


      innervar為空值，說明子shell中變量的作用域不能在父Shell中生效。在子shell中將變量export成環境變量，子shell對變量的更改仍然對父shell不可見。

      子shell是允許嵌套調用的，可以在函數或圓括號結構內再次調用圓括號結構創建子shell。

      子shell只能繼承父shell的一些屬性，而子shell不可能反過來改變父shell的屬性。子shell能夠從父shell繼承得來的屬性有：當 前的工作目錄、環境變量、標准輸入輸出和錯誤輸出、所有已打開的文件描述符、忽略的信號。子shell不能從父shell繼承得來的屬性是：除了環境變量 和.bashrc文件中定義變量之外的shell變量、未被忽略的信號處理。

       利用子shell測試變量是否已經定義的例子：

[cpp] view plain copy
  1. #!/bin/bash  
  2.   
  3. if (set -u; : $var)  #冒號與$間有空格  
  4. then   
  5.   echo "Variable is set."  
  6. fi  

      其中set -u命令用於設置shell選項，u是nounset表示當使用未定義的變量時，輸出錯誤信息並強制退出。: $var中冒號是不做任何事只是參數展開，若沒有冒號則$var被解釋成shell命令，shell試圖去執行var變量的值。加上冒號，shell試圖 將var變量進行參數展開但不會試圖去執行var變量的值。

       子shell還可以接收到父shell從管道傳送過來的數據，例：cat /etc/passwd | (grep 'root')，使用管道符向子shell發送數據，符shell將cat的結果通過管道發送給子shell，子shell執行grep命令。

        shell應用將一個計算量較大的任務分成若干個小任務並行執行。

 

[cpp] view plain copy
  1. #子shell用於並行計算的用法  
  2. #!/bin/bash  
  3.   
  4. #用圓括號結構創建三個子shell同時執行  
  5. (grep -r "root" /etc/* | sort > part1)       &       #與root關鍵字匹配的行，排序后輸出到某文件  
  6. (grep -r "root" /usr/local/* | sort > part2) &  
  7. (grep -r "root" /lib/* | sort > part3)       &  
  8.   
  9. wait                                                 #等待后台執行的作業全部完成  
  10. cat part1 part2 part3 | sort > parttotal  
  11. echo "Run time of this script is:$SECONDS"           #輸出該腳本執行時間  

      grep -r遞歸搜索，搜索時的計算量比較大，對每個目錄創建一個子shell進行並行處理，然后合並。每個圓括號之外有一個&符號，表示此命令放在后台 執行，繼續執行下一條命令；若無&符號則需要一條命令執行完畢后再執行下一條命令，就沒真正實現並行計算。wait是一個內建命令，用於等待后台 執行的作業全部完成后再執行下面的命令；若沒有wait，腳本將三個子shell放在后台執行后直接執行合並臨時文件的命令，三個子shell可能並未執 行完畢，此時臨時文件中的結果不完整，合並后也將產生不完整的結果。

2、Shell的限制模式

       處於限制模式下的shell運行一個腳本或腳本片段，將會禁用一些命令或操作。shell的限制模式是Linux系統基於安全方面的考慮，目的為了限制腳本用戶的權限，並盡可能地減小腳本所帶來的危害。

       Shell的限制模式限制的操作有：用cd命令更改當前工作目錄、更改重要的環境變量的值（$PATH、$SHELL、$BASH_ENV、$ENV 和$SHELLOPTS）、輸出重定向符號（>、>>、>|、>&、<>和&>）、調 用含有一個或多個斜杠的命令名稱、使用內建命令exec、使用set+r等命令關閉限制模式。

 

[cpp] view plain copy
  1. #正常模式和限制模式的區別  
  2. #!/bin/bash  
  3.   
  4. echo "Changing current work directory"   
  5. cd /etc                                    #正常模式下改變當前工作目錄  
  6. echo "Now in $PWD"  
  7.   
  8. set -r                                     #shell選項使代碼運行在限制模式下（r是restricted）  
  9. echo "------IN RESTRICTED MODE---------"   #開始運行在限制模式下  
  10. echo "Trying to change directory"  
  11. cd /usr/local                              #cd命令出錯，被限制了  
  12. echo "\$SHELLOPTS=$SHELLOPTS"              #可以讀取$SHELLOPTS變量的值  
  13. echo "Now in `pwd`"                        #還是/etc為當前目錄  
  14. echo  
  15. echo "Trying to change \$SHELL"  
  16. SHELL="/bin/sh"                            #$SHELL變量在限制模式下只讀  
  17. echo "\$SHELL=$SHELL"                
  18. echo  
  19. echo "Trying to redirect output to a file"  
  20. who > outputnull                          #輸出重定向失敗，被限制了  
  21. ls -l outputnull                          #outputnull沒有被創建  

    set -r開啟shell的restricted選項進入限制模式，還有一種以限制模式運行腳本的方式，就是#!/bin/bash -r，-r表示在限制模式下運行該腳本。

 

3、進程處理

（1）進程角度看shell執行

內建命令是由shell本身執行的命令，而外部命令則需要創建新的進程來執行。從進程角度歸納shell執行內建命令和外部命令的過程。

      當shell命令不是內建命令時，linux利用fork對一個子進程執行該命令，父進程處於等待狀態。若該命令或腳本中包含編譯過的可執行文件，則內核 將新程序裝載到內存，並覆蓋子進程，執行結束退出子進程，父進程被重新激活開始讀取shell的后一條命令。

      fork是系統調用，fork創建的子進程是父進程的副本，兩個進程具有同樣的環境、打開的文件、用戶標志符、當前工作目錄和信號等。

（2）進程和作業

      作業是用戶層面的概念，而進程是操作系統層面的概念。其區別：一個正在執行的進程稱為作業，一個作業可以包含多個進程，用戶提交作業到操作系統，作業的完成可能依賴於啟動多個進程。

      進程的三種基本狀態：

      作業號標識的是在該shell下運行的所有進程，而進程號就標識整個系統下正在運行的所有進程。


其中[1]是作業號，7574是進程號。

（3）作業控制

作業是針對shell而言的，有前台運行和后台運行。內建命令fg可將后台運行的作業放到前台，而&符號使得作業在后台運行。

fg可以指定作業的方法（Ctrl+Z組合鍵可將正在運行的作業阻塞）：


       bg命令可將阻塞狀態的作業轉入后台運行。jobs查看作業列表。disown用於從shell的作業表中刪除作業。wait命令用與等待后台作業完成。

（4）信號

      信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，原理上一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求是一樣的。信號事件的來源：硬件來源（比如按下鍵盤或其他 硬件故障）、軟件來源（比如系統函數kill、raise、alarm、setitimer和sigqueue函數）。信號是進程間通信機制中唯一的異步通信機制。

      shell向進程發送信號大多通過Ctrl鍵加上一些功能鍵來實現。

       除了利用組合鍵發送信號外，內建命令kill可用於向進程發送TERM（即terminal）信號，功能和INT信號類似用於停止進程。kill可以通過進程號、作業號（kill  %n）或進程命令名想任何作業發送信號。kill

殺掉自己本身的進程（

記錄了運行該腳本的進程號），其中大於128的退出碼表示腳本是被系統強行結束的。kill -l可看出，kill命令一共能發出64種信號。

（5）trap命令

      trap是Linux的內建命令，用於捕捉信號，trap命令可以指定收到某種信號時所執行的命令。trap命令的格式如下：trap command sig1 sig2 ... sigN，當接收到sinN中任意一個信號時，執行command命令，command命令完成后繼續接收到信號前的操作，直到腳本結束。

 

[cpp] view plain copy
  1. #!/bin/bash  
  2.   
  3. trap "echo 'You hit Ctrl+c!'" INT  
  4.   
  5. while :; do  
  6.   let count=count+1  
  7.   echo "This is the $count sleep"  
  8.   sleep 5  
  9. done  

      利用trap命令捕捉INT信號（即與Ctrl+c綁定的中斷信號）。trap還可以忽略某些信號，將command用空字符串代替即可，如trap "" TERM INT，忽略kill %n和Ctrl+c發送的信號（kill發送的是TERM信號）。LInux更強勁的殺死進程的命令：kill -9 進程號（或kill -9 %n作業號）等價與kill -KILL 進程號。

 （6）子shell的信號

子shell能繼承父shell所忽略的信號，但是不能繼承父shell未忽略的信號。

[cpp] view plain copy
  1. #!/bin/bash  
  2.   
  3. trap "" QUIT            #忽略kill -3信號，並且子shell能繼承父shell所忽略的信號  
  4. trap "echo 'You want to kill me'" TERM    #父shell處理的信號，子shell不能繼承  
  5. (                       #子shell，子進程號比父進程號大1  
  6.     while :; do  
  7.         let count=count+1  
  8.         echo "This is the $count sleep"  
  9.         sleep 5  
  10.     done  
  11. )  

       父shell忽略QUIT信號但不忽略TERM信號，9987為父 shell進程號9988為子shell進程號，kill -3 9987向父shell發送3信號和kill -3 9988向子shell發送3信號，均未退出，可以看出子shell對QUIT的忽略是從父shell繼承而來的。

       kill 9987向父shell發送TERM信號，父shell仍存活（因處理了TERM信號），kill 9988向子shell發送TERM信號，子shell退出，隨后父shell執行完畢結束。TERM信號能殺掉子shell，說明子shell不能繼承 父shel未忽略的信號。


      最后出現父shell響應TERM信號的輸出，是因為子shell執行fork一個子進程后父shell處於等待狀態，只有子shell退出后父shell才會被激活執行輸出。

三、總結

（1）理解shell在多作業管理和進程處理方面的命名和機制，有助於控制和管理Linux中的進程和作業。

（2）父shell和子shell的繼承特性因充分了解，以及shell的限制模式。

（3）有很多的細節問題還需不斷的總結歸納。

（3）在shell編程中不斷強化其中的概念，進一步消化


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