Linux Bash Shell 探究

• 本篇文章参考自：

  • https://mp.weixin.qq.com/s/rmUXqYulX3pyrNfINk90WQ

  • https://ixyzero.com/blog/archives/2070.html

  • https://www.maoyingdong.com/what_is_a_login_shell_and_a_non_login_shell/

  • https://www.maoyingdong.com/what_is_a_interactive_shell/

  • https://www.maoyingdong.com/linux_bash_environment_file/

• Linux 也算是用了好几年了吧，Shell（主要是 Bash、Zsh）也一直在用，之前其实看到过交互式 Shell、非交互式 Shell、登录 Shell 的内容，但当时什么都不懂，理解也不深，只是脑子里留下了一个印象而已；

• 现在无意中又碰到了这个话题，作为一个知识的奴隶，补充一下这方面的知识。

注：实验环境为 - CentOS 7 - Bash

1 Login & Non-Login

• 经常看到一个概念 Login Shell 或者叫登录 Shell，但很难从名称理解它的含义，从网上也很少找到详细的解释，今天来整理一下 Login Shell 的概念以及如何区分 Login Shell 和 Non-Login Shell。

• 先来看看平常我们使用 SSH 协议登录 Linux 服务器时的样子：

Connecting to 10.10.8.137:22...
Connection established.
To escape to local shell, press Ctrl+Alt+].

Last login: Wed Oct 18 21:55:30 2023 from 10.10.8.1
[root@localhost ~]# 

• 可以看到有一个 Last login 的时间和 IP。

• 这时，有两种命令可以断开 SSH 连接：

  • logout：在用户登录 Shell 会话时，用于安全地注销用户并终止该会话。

  • exit：退出当前 Shell 环境，并返回到上一级 Shell 或关闭终端会话。

[root@localhost ~]# logout
Connection closed.
Disconnected from remote host(CentOS 7) at 00:28:31.

[root@localhost ~]# exit
logout
Connection closed.
Disconnected from remote host(CentOS 7) at 00:28:49.

• 可以看到两者的具体作用上有细微差别，比如在使用 bash 命令开启一个子 Shell 时，却不能使用 logout 退出，只能使用 exit：

[root@localhost ~]# bash
[root@localhost ~]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root      52446  52442  0 15:52 pts/1    00:00:00 -bash
root      52486  52446  0 15:52 pts/1    00:00:00 bash
root      52515  52486  0 15:52 pts/1    00:00:00 ps -f
[root@localhost ~]# logout
bash: logout: not login shell: use `exit'

• 这是为什么？很简单，因为 bash 的子 Shell 是一个 Non-login，对于一个非登录 Shell 来说，这个 Shell 没有用户登录又何来用户登出呢。

1.1 Login Shell

• 在 sudo 命令中有个参数 -i，用于运行一个 Login Shell：

[root@localhost ~]# sudo --help | grep 'login'
  -i, --login                   run login shell as the target user; a command may also be specified
  
[root@localhost ~]# sudo -i echo $0
-bash

• 在 su 命令中也有类似的参数：

[root@localhost ~]# su --help | grep 'login'
 -, -l, --login                  make the shell a login shell
 
[root@localhost ~]# su - centos7
Last login: Thu Oct 19 00:37:52 CST 2023 on pts/2
[centos7@localhost ~]$ echo $0
-bash

• 关于 Login Shell 这部分定义，可以从 Bash 手册里看到：

A login shell is one whose first character of argument zero is a -, or one started with the --login option.
## 登录 Shell 是 &0 的第一个字符是 - 或以 ——login 选项开头的 Shell。

• 可以看到 - 与 --login 两个条件二者取其一。

1.1.1 Login Shell 条件一

• 先看前面半句：first character of argument zero is a -，即一个 Shell 的 argument zero 的第一个字符是个连字符 -。

• 在这里 argument zero 其实指的是 $0。

注：$0 是 Shell 的一个参数，这个参数保存的是 bash 脚本的名称，bash 初始化的时候会设置 $0 这个变量。

• 在 bash 中打印一下：

[root@localhost ~]# echo $0
-bash

• 可以看到，打印出来脚本名称是 -bash，第一个字符是 -，说明这个是一个 Login Shell。

• 使用 ps 命令查看进程，也可以看到 bash 的进程名称为 -bash：

[root@localhost ~]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root       5586   5578  0 00:32 pts/2    00:00:00 -bash
root       5957   5586  0 00:43 pts/2    00:00:00 ps -f

• 如果打印出来第一个字符不是 -，例如：

[root@localhost ~]# bash
[root@localhost ~]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root       2133   2125  0 20:50 pts/0    00:00:00 -bash
root       2205   2133  0 20:52 pts/0    00:00:00 bash
root       2238   2205  0 20:52 pts/0    00:00:00 ps -f

• 不过，这也不能说明这不是 Login Shell 还要看后半句。

1.1.2 Login Shell 条件二

• Shell 启动的时候有 --login 参数，尝试一下：

[root@localhost ~]# bash --login
[root@localhost ~]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root       2133   2125  0 20:50 pts/0    00:00:00 -bash
root       2255   2133  0 20:53 pts/0    00:00:00 bash --login
root       2287   2255  0 20:53 pts/0    00:00:00 ps -f
[root@localhost ~]# logout
[root@localhost ~]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root       2133   2125  0 20:50 pts/0    00:00:00 -bash
root       2288   2133  0 20:54 pts/0    00:00:00 ps -f

• 可以使用 logout 命令，用 Docker 试一试：

[root@localhost ~]# docker run -it centos:7 /bin/bash --login
[root@3341ceb0da2a /]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root          1      0  0 12:55 pts/0    00:00:00 /bin/bash --login
root         19      1  0 12:55 pts/0    00:00:00 ps -f
[root@3341ceb0da2a /]# logout
[root@localhost ~]# 

• 可以看到，如果带上 --login，那它就是一个 Login shell，可以使用 logout 退出 Shell。

1.2 Login & Non-Login 区别

• Login Shell（登录 Shell）和 Non-Login Shell（非登录 Shell）是两种不同类型的 Shell 环境，它们在启动时加载的配置文件以及行为方面存在一些区别。

• Login Shell（登录 Shell）：

  • 当用户登录到系统时，通常会启动一个登录 Shell。

  • 登录 Shell 会加载一系列的配置文件，用于设置用户的环境（具体文件在第三章说明）。

• Non-Login Shell（非登录 Shell）：

  • 当用户在已登录的会话中打开新的终端窗口或启动一个新的 Shell 时，会使用非登录 Shell。

  • 非登录 Shell 通常是为了执行用户的命令而启动的，不需要执行登录过程的设置。

  • 非登录 Shell 也会加载一系列的配置文件，用于设置用户的环境（具体文件在第三章说明）。

2 Interactive & Non-Interactive

• 交互模式就是在终端上执行，Shell 等待你的输入，并且立即解释执行你提交的命令。

• 这种模式被称作交互式，是因为 Shell 与用户进行交互。

• 这种模式也是大多数用户非常熟悉的：登录、执行一些命令、退出，当你退出后，Shell 也终止了。

注：通常来说，Login Shell 都是 Interactive Shell。

• 同理，Shell 也可以运行在另外一种模式：非交互式模式。

• 非交互模式以 Shell Script（非交互）方式执行。

• 在这种模式下，Shell 不与你进行交互，而是读取存放在文件中的命令，并且依此解释执行它们。

• 当它读到文件的结尾 Shell 也就终止了。

2.1 Interactive Shell

• 关于 Interactive Shell 这部分定义，可以从 Bash 手册里看到：

An  interactive  Shell  is  one started without non‐option arguments (unless -s is specified) and without the -c option,  whose  standard input  and  error  are both connected to terminals (as determined by isatty(3)), or one started with the -i option.  PS1 is  set  and  $- includes  i  if  bash  is  interactive, allowing a Shell script or a startup file to test this state.
## 一个交互式 Shell 是在没有非选项参数（除非指定了 -s 选项）和 -c 选项的情况下启动的 Shell，其标准输入和错误都连接到终端，或者使用 -i 选项启动的Shell。如果 bash 是交互式的，PS1 被设置并且 $- 包含 i，允许 Shell 脚本或启动文件测试此状态。

• 上面那句话出现了一个单词：non‐option arguments（非选项参数），这是什么？

2.1.1 option & argument

• 在 Linux 中，命令行使用空格分割为一个个的 argument，例如：

• 以上图为例，命令执行时，在 ls 脚本的内部，可以使用 $0 来获取到 ls 这个字符串。

• 同理，$1 可以获取到 -l，使用 $2 来获取到 -a 选项等等。

• arguments 就是 $0、$1、$2、…，以空格分割命令行后的每个部分。

• 像 -l 和 -a 这种可以改变 ls 命令的行为的，叫做选项（即 option），它们一般会被写在命令使用文档中：

• 那非选项参数是哪个？

  • 上述命令中参数 /path/to/folder 既不是 -l 选项的值，也不是 -a 选项的值，它不属于任何一个 option，所以它是一个 non-option arguments。

2.1.2 Interactive Shell 条件一

• 看下手册里面的几个单词：PS1 is set，这个 PS1 是啥？

  • $PS1 用于自定义命令提示符的外观和内容，以便增强 Shell 的可视化和交互性。

• 说明是个 Interactive Shell 的话，变量 $PS1 应该是有输出值的：

[root@localhost ~]# echo $PS1
[\u@\h \W]\$

• 使用 bash 命令的 -c 选项来执行上述命令：

注：bash -c 是在当前 Shell 进程中启动一个新的 Bash 子进程，并在该子进程中执行指定的命令或脚本。

[root@localhost ~]# bash -c "echo \$PS1"

• 可以理解为，执行 bash -c "echo \$PS1" 命令的时候，实际上由当前 Shell 启动了一个非交互式 Shell，然后让这个非交互式去执行 echo $PS1 命令。

2.1.3 Interactive Shell 条件二

• 再看下手册里面的几个单词：$- includes i，这个 $- 又是个啥？

  • $- 是一个特殊变量，用于表示当前 Shell 的选项和状态。

  • 当 Bash Shell 是交互式的时候，$- 会包含字母 i，表示 Shell 是交互式的。

• 说明是个 Interactive Shell 的话，变量 $- 的输出值应该包含 i：

[root@localhost ~]# echo $-
himBH

• 使用 bash 命令的 -c 选项来执行上述命令：

[root@localhost ~]# bash -c 'echo $-'
hBc

2.1.4 Interactive Shell 条件三

• 前面已知了两个条件，还有一个容易被忽略的非选项参数。

• 既然已经知道了 non-option arguments 的含义，我们来简单验证一下：

[root@localhost ~]# cat demo
#!/bin/bash
echo $-
[root@localhost ~]# bash demo
hB
[root@localhost ~]# bash
[root@localhost ~]# echo $-
himBH

• 还可以使用 bash -i 进行交互式 Shell 创建：

[root@localhost ~]#  bash -i demo
himB

注：bash -i 是在当前 Shell 进程中启动一个新的 Bash 子进程，并使该子进程成为一个交互式 Shell。

2.2 总结

3 Linux Bash Env-Conf

这里我们可以想一个问题，以前我想的少，现在想得多了：

• Linux 的环境配置文件包括 /etc/profile、~/bash_profile、~/.bashrc 等，它们通常会在用户登录时被执行，这些配置文件是每次登录都会调用吗？

• 为什么有时候 /etc/profile 没有生效？这些配置文件的执行顺序是怎么样的？

注：这里主要基于 Bash，其他 Shell 可能不适用。

3.1 Bash 配置文件调用逻辑

• 可以参考大佬的一张图：

• 总结一下就是：

  • 如果一个 Shell 是 Login Shell 时，/etc/profile 会被调用，随后按顺序查找 ~/.bash_profile、~/.bash_login、~/.profile，并执行最先找到的一个。

  • 如果是交互式的 Non-Login Shell，则会调用 ~/.bashrc。

  • 如果是非交互式的 Non-Login Shell，则会执行环境变量 $BASH_ENV 中的脚本（如果存在，我也没有实践过）。

3.2 特殊情况

• 当然，凡是无绝对，上面这些被调用的脚本可能去调用其它脚本。

• 例如：/etc/profile 可能去调用 /etc/profile.d/ 目录中的脚本。

• 在 CentOS 中 ~/.bash_profile 会调用 ~/.bashrc，查看下代码：

[root@localhost ~]# head -n 6 ~/.bash_profile 
## .bash_profile

## Get the aliases and functions
if [ -f ~/.bashrc ]; then
	. ~/.bashrc
fi

• 所以在 CentOS 中，Login Shell 的配置文件加载是这样的：

  • /etc/profile

  • ~/.bash_profile

  • ~/.bashrc

• 启动 Shell 时可以使用 --noprofile、--norc 等选项使 Shell 不去调用对应的配置文件或者指定调用的配置文件，很少用到不展开讨论。

• 如果启动 Shell 时使用 sh 命令（sh 是 /bin/bash 的一个软链接）情况又不同，如下：

• 使用 . 或者 source 去执行一个脚本，是在当前 Shell 中执行脚本，不会启动新的 Shell，所以不会去加载任何配置文件，没有上面这些流程。

注：

• . 和 source 命令都用于在当前 Shell 环境中执行脚本，使脚本中的变量、函数、别名等定义在当前 Shell 中生效。

• source 命令是 . 命令的一个 Bash 内建命令别名。