作業系統_4：shell基礎
目錄：
1、Shell是什麼？1分鐘理解Shell的概念！
現在我們使用的作業系統（Windows、Mac OS、Android、iOS 等）都是帶圖形介面的，簡單直觀，容易上手，對專業使用者（程式設計師、網管等）和普通使用者（家庭主婦、老年人等）都非常適用；計算機的普及離不開圖形介面。
然而在計算機的早期並沒有圖形介面，我們只能通過一個一個地命令來控制計算機，這些命令有成百上千之多，且不說記住這些命令非常困難，每天面對沒有任何色彩的“黑屏”本身就是一件枯燥的事情；這個時候的計算機還遠遠談不上炫酷和普及，只有專業人員才能使用。
圖：早期的電腦，都是“黑紙白字”
猛擊《帶你逛西雅圖活電腦博物館》可以欣賞更多早期的計算機。
對於圖形介面，使用者點選某個圖示就能啟動某個程式；對於命令列，使用者輸入某個程式的名字（可以看做一個命令）就能啟動某個程式。這兩者的基本過程都是類似的，都需要查詢程式在硬碟上的安裝位置，然後將它們載入到記憶體執行。
關於程式的執行原理，請猛擊《載入記憶體，讓程式執行起來》。
換句話說，圖形介面和命令列要達到的目的是一樣的，都是讓使用者控制計算機。
然而，真正能夠控制計算機硬體（CPU、記憶體、顯示器等）的只有作業系統核心（Kernel），圖形介面和命令列只是架設在使用者和核心之間的一座橋樑。
如果你不瞭解作業系統的作用，請轉到《作業系統是什麼》。
由於安全、複雜、繁瑣等原因，使用者不能直接接觸核心（也沒有必要），需要另外再開發一個程式，讓使用者直接使用這個程式；該程式的作用就是接收使用者的操作（點選圖示、輸入命令），並進行簡單的處理，然後再傳遞給核心，這樣使用者就能間接地使用作業系統核心了。你看，在使用者和核心之間增加一層“代理”，既能簡化使用者的操作，又能保障核心的安全，何樂不為呢？
使用者介面和命令列就是這個另外開發的程式，就是這層“代理”。在Linux下，這個命令列程式叫做Shell。
Shell 是一個應用程式，它連線了使用者和 Linux 核心，讓使用者能夠更加高效、安全、低成本地使用 Linux 核心，這就是 Shell 的本質。
Shell 本身並不是核心的一部分，它只是站在核心的基礎上編寫的一個應用程式，它和 QQ、迅雷、Firefox 等其它軟體沒有什麼區別。然而 Shell 也有著它的特殊性，就是開機立馬啟動，並呈現在使用者面前；使用者通過 Shell 來使用 Linux，不啟動 Shell 的話，使用者就沒辦法使用 Linux。
Shell 是如何連線使用者和核心的？
Shell 能夠接收使用者輸入的命令，並對命令進行處理，處理完畢後再將結果反饋給使用者，比如輸出到顯示器、寫入到檔案等，這就是大部分讀者對 Shell 的認知。你看，我一直都在使用 Shell，哪有使用核心哦？我也沒有看到 Shell 將我和核心連線起來呀？！
其實，Shell 程式本身的功能是很弱的，比如檔案操作、輸入輸出、程序管理等都得依賴核心。我們執行一個命令，大部分情況下 Shell 都會去呼叫核心暴露出來的介面，這就是在使用核心，只是這個過程被 Shell 隱藏了起來，它自己在背後默默進行，我們看不到而已。
介面其實就是一個一個的函式，使用核心就是呼叫這些函式。這就是使用核心的全部內容了嗎？嗯，是的！除了函式，你沒有別的途徑使用核心。
比如，我們都知道在 Shell 中輸入cat log.txt命令就可以檢視 log.txt 檔案中的內容，然而，log.txt 放在磁碟的哪個位置？分成了幾個資料塊？在哪裡開始？在哪裡終止？如何操作探頭讀取它？這些底層細節 Shell 統統不知道的，它只能去呼叫核心提供的 open() 和 read() 函式，告訴核心我要讀取 log.txt 檔案，請幫助我，然後核心就乖乖地按照 Shell 的吩咐去讀取檔案了，並將讀取到的檔案內容交給 Shell，最後再由 Shell 呈現給使用者（其實呈現到顯示器上還得依賴核心）。整個過程中 Shell 就是一個“中間商”，它在使用者和核心之間“倒賣”資料，只是使用者不知道罷了。
Shell 還能連線其它程式
在 Shell 中輸入的命令，有一部分是 Shell 本身自帶的，這叫做內建命令；有一部分是其它的應用程式（一個程式就是一個命令），這叫做外部命令。
Shell 本身支援的命令並不多，功能也有限，但是 Shell 可以呼叫其他的程式，每個程式就是一個命令，這使得 Shell 命令的數量可以無限擴充套件，其結果就是 Shell 的功能非常強大，完全能夠勝任 Linux 的日常管理工作，如文字或字串檢索、檔案的查詢或建立、大規模軟體的自動部署、更改系統設定、監控伺服器效能、傳送報警郵件、抓取網頁內容、壓縮檔案等。
更加驚訝的是，Shell 還可以讓多個外部程式發生連線，在它們之間很方便地傳遞資料，也就是把一個程式的輸出結果傳遞給另一個程式作為輸入。
大家所說的 Shell 強大，並不是 Shell 本身功能豐富，而是它擅長使用和組織其他的程式。Shell 就是一個領導者，這正是 Shell 的魅力所在。
可以將 Shell 在整個 Linux 系統中的地位描述成下圖所示的樣子。注意“使用者”和“其它應用程式”是通過虛線連線的，因為使用者啟動 Linux 後直接面對的是 Shell，通過 Shell 才能執行其它的應用程式。
Shell 也支援程式設計
Shell 並不是簡單的堆砌命令，我們還可以在 Shell 中程式設計，這和使用C++、C#、Java、Python等常見的程式語言並沒有什麼兩樣。
Shell 雖然沒有 C++、Java、Python 等強大，但也支援了基本的程式設計元素，例如：
- if...else 選擇結構，case...in 開關語句，for、while、until 迴圈；
- 變數、陣列、字串、註釋、加減乘除、邏輯運算等概念；
- 函式，包括使用者自定義的函式和內建函式（例如 printf、export、eval 等）。
站在這個角度講，Shell 也是一種程式語言，它的編譯器（直譯器）是 Shell 這個程式。我們平時所說的 Shell，有時候是指連線使用者和核心的這個程式，有時候又是指 Shell 程式設計。
Shell 主要用來開發一些實用的、自動化的小工具，而不是用來開發具有複雜業務邏輯的中大型軟體，例如檢測計算機的硬體引數、搭建 Web 執行環境、日誌分析等，Shell 都非常合適。
使用 Shell 的熟練程度反映了使用者對 Linux 的掌握程度，運維工程師、網路管理員、程式設計師都應該學習 Shell。
尤其是 Linux 運維工程師，Shell 更是必不可少的，是必須掌握的技能，它使得我們能夠自動化地管理伺服器叢集，否則你就得一個一個地登入所有的伺服器，對每一臺伺服器都進行相同的設定，而這些伺服器可能有成百上千之多，會浪費大量的時間在重複性的工作上。
Shell 是一種指令碼語言
任何程式碼最終都要被“翻譯”成二進位制的形式才能在計算機中執行。
有的程式語言，如 C/C++、Pascal、Go語言、彙編等，必須在程式執行之前將所有程式碼都翻譯成二進位制形式，也就是生成可執行檔案，使用者拿到的是最終生成的可執行檔案，看不到原始碼。
這個過程叫做編譯（Compile），這樣的程式語言叫做編譯型語言，完成編譯過程的軟體叫做編譯器（Compiler）。
而有的程式語言，如 Shell、JavaScript、Python、PHP等，需要一邊執行一邊翻譯，不會生成任何可執行檔案，使用者必須拿到原始碼才能執行程式。程式執行後會即時翻譯，翻譯完一部分執行一部分，不用等到所有程式碼都翻譯完。
這個過程叫做解釋，這樣的程式語言叫做解釋型語言或者指令碼語言（Script），完成解釋過程的軟體叫做直譯器。
編譯型語言的優點是執行速度快、對硬體要求低、保密性好，適合開發作業系統、大型應用程式、資料庫等。
指令碼語言的優點是使用靈活、部署容易、跨平臺性好，非常適合 Web 開發以及小工具的製作。
Shell 就是一種指令碼語言，我們編寫完原始碼後不用編譯，直接執行原始碼即可。