七、Linux Shell 与脚本基础

作者：IvanCodes
日期：2025年8月7日
专栏：Linux教程

思维导图 (占位)

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在掌握了Linux的各种命令之后，我们迈入了一个全新的领域：自动化。本章将深入探讨Shell的核心概念，区分交互式Shell与Shell脚本，并详细讲解如何创建、配置和执行你的第一个脚本。这是从手动操作到自动化运维的关键一步。

7.1 Shell 简介

1. Shell 的定义与作用

Shell，通常被称为命令行解释器 (Command Line Interpreter)，是用户与 Linux/Unix 操作系统内核进行交互的“桥梁”。它扮演着翻译官的角色：

• 接收用户输入的命令 (如 ls, cd, mkdir)。
• 解释这些命令的含义。
• 调用操作系统内核执行相应的功能。
• 将内核执行的结果返回并显示给用户。

简单来说，没有 Shell，我们就很难方便地直接与强大的操作系统内核打交道了。

2. 常见的 Shell 类型

存在多种不同的 Shell 实现，它们在语法、功能和效率上可能有所差异：

• bash (Bourne Again SHell): 这是目前最流行、最常用的 Shell，是绝大多数 Linux 发行版的默认 Shell。它兼容 sh，并增加了许多新特性（命令历史、命令补全、作业控制等）。我们后续的脚本主要会以 bash 为基础。
• sh (Bourne Shell): 一个早期且经典的 Unix Shell。许多旧的或要求高兼容性的脚本仍会使用它。在很多系统中，/bin/sh 可能是一个指向 bash 的符号链接，但 bash 在以 sh 模式运行时会限制某些功能以保持兼容。
• zsh (Z Shell): 一个功能极其强大的 Shell，提供了比 bash 更丰富的功能、更强的自动补全、主题和插件系统（如 Oh My Zsh），深受许多开发者喜爱。
• ksh (Korn Shell): 试图融合 sh 的脚本能力和 C Shell 的交互特性。
• csh/tcsh (C Shell / TENEX C Shell): 语法风格类似 C 语言，交互性较好。

提示: 你可以在终端输入 echo $SHELL 来查看你当前正在使用的 Shell 类型。

3. Shell 与 Shell 脚本的区别

这是一个基础但重要的概念：

• Shell (交互式): 指的是你直接在终端（命令行界面）中输入命令，按回车后立即看到执行结果的环境。这是一种你问我答式的交互方式。

# 这就是在交互式 Shell 中输入命令
ls -l
pwd

• Shell 脚本 (非交互式): 是一个文本文件，里面包含了一系列按照特定顺序编写的 Shell 命令。你可以一次性执行这个脚本文件，让计算机自动完成一系列复杂的或重复性的任务，实现自动化。这是一种批量处理的执行方式。

# my_script.sh 文件内容可能像这样:
# #!/bin/bash
# echo "开始执行任务..."
# mkdir temp_dir
# cd temp_dir
# echo "任务完成！"

7.2 编写第一个 Shell 脚本

1. 脚本文件的创建与命名

创建一个 Shell 脚本非常简单：

1. 使用文本编辑器： 打开你喜欢的文本编辑器（如 vim, nano 等）。
2. 编写命令： 在文件中输入你的 Shell 命令。
3. 保存文件： 将文件保存。
   • 命名约定: 虽然不是强制性的，但强烈建议将 Shell 脚本文件以 .sh 后缀结尾（例如 my_first_script.sh, backup_data.sh）。这有助于识别文件类型，并且让其他用户（以及未来的你）更容易理解。

2. 指定解释器 (Shebang)

这是 Shell 脚本中至关重要的一行！

• 什么是 Shebang? 脚本文件的第一行内容，格式为 #!解释器路径。
• 作用: 它告诉操作系统内核，当直接执行这个脚本文件时（即使用 ./script.sh 方式），应该调用哪个解释器来处理文件中的命令。
• 绝对要求: Shebang 行必须是脚本文件的绝对第一行，前面不能有任何字符，包括空格或空行。

常见的 Shebang 选项详解:

1. #!/bin/bash:

   • 指定使用 Bourne Again Shell (bash) 来执行脚本。
   • 优点: 可以使用 bash 提供的所有扩展功能（如数组、双方括号 [[ ]] 条件测试等）。
   • 缺点: 如果系统没有安装 bash 或者 bash 不在 /bin/bash 路径下，脚本会执行失败。可移植性稍差。

2. #!/bin/sh:

   • 指定使用 Bourne Shell (sh) 来执行脚本。
   • 优点: 目标是编写符合 POSIX 标准的脚本，具有更好的可移植性。在很多系统中，/bin/sh 是一个指向 bash、dash 等兼容 Shell 的符号链接。
   • 缺点: 不能使用 bash 等现代 Shell 的扩展语法和功能。

3. #!/usr/bin/env <interpreter> (例如 #!/usr/bin/env bash):

   • 这是强烈推荐的一种方式，特别是对于需要分发的脚本。
   • env 是一个命令，它会在系统的PATH 环境变量所指定的目录中查找第一个找到的 <interpreter>（如 bash, python 等）并使用它。
   • 优点: 极大地提高了可移植性。不同系统或用户可能将解释器安装在不同的路径下（如 /usr/bin/bash, /usr/local/bin/bash）。使用 env 可以确保只要解释器在用户的 PATH 中，脚本就能找到它。
   • 缺点: 有极其微小的额外启动开销。

如何选择 Shebang？

• 为了最大化可移植性，通常首选推荐使用 #!/usr/bin/env <interpreter> 的形式。
• 如果脚本严格依赖 bash 的特性，并且只在已知环境下运行，#!/bin/bash 也可以接受。

3. 脚本的执行方式

你有三种主要的方式来运行你的 Shell 脚本：

1. 作为解释器的参数执行:
   • 这种方式不需要给脚本文件设置执行权限。
   • 你直接调用 Shell 解释器 (如 bash)，并将脚本文件名作为参数传递给它。
   • 核心特点: 脚本在子 Shell (subshell) 中执行，脚本中对环境的修改（如 cd）在脚本结束后不会影响当前的 Shell 环境。
   • 命令格式：

bash my_script.sh

2. 赋予执行权限后直接运行:
   • 第一步：添加执行权限 (x)。

chmod +x my_script.sh

*   第二步：<font color="saddlebrown">**直接执行**</font>。如果脚本在<font color="darkmagenta">当前目录</font>，你需要使用 `./` 来执行。

./my_script.sh

*   **核心特点:** 这是最<font color="firebrick">**标准、常用**</font>的执行方式。Shebang 行 `#!` <font color="darkslategray">决定了</font>使用哪个解释器。脚本同样在<font color="indigo">**子 Shell**</font> 中执行，对当前 Shell 环境<font color="blue">**没有持久影响**</font>。
*   **为什么需要 `./`？** 出于<font color="red">**安全考虑**</font>。Linux 系统默认<font color="green">**不会**</font>在当前目录下查找可执行文件。使用 `./` 可以<font color="orange">明确指定</font>执行当前目录下的文件，防止<font color="purple">意外执行</font>了与系统命令同名的<font color="teal">恶意脚本</font>。

3. 使用 source 或 . 命令在当前 Shell 环境中执行:
   • source 是一个 Shell 内建命令，它的简写形式是一个点 (.)。
   • 这种方式也不需要执行权限 (只需要读权限 r 即可)。
   • 命令格式：

source my_script.sh
# 或者使用点号 (点号和脚本名之间必须有空格!)
. my_script.sh

*   **<font color="navy">核心区别:</font>** 使用 `source` 或 `.` 执行时，脚本中的命令<font color="olive">**直接在当前的 Shell 环境中**</font>执行，<font color="darkcyan">**而不是**</font>启动一个新的<font color="saddlebrown">子 Shell</font>。
*   **主要用途:** 脚本中定义的<font color="darkmagenta">**变量、函数、别名 (alias)**</font>，或者执行的 `cd`、`export` 等命令，在脚本执行完毕后会<font color="firebrick">**保留在当前的 Shell 会话中**</font>。因此，它常用于：*   <font color="darkslategray">加载配置文件</font> (如 `.bashrc`, `.profile`)。*   <font color="indigo">设置环境变量</font>供后续命令使用。*   <font color="blue">定义可以在</font>当前终端后续使用的<font color="red">函数库</font>。

执行方式对比小结:

执行方式	需要执行权限 (x)?	在子 Shell 中执行?	对当前 Shell 环境的影响	主要用途
bash script.sh	否	是	无	运行一次性任务，不需改变当前环境
./script.sh	是	是	无	标准的脚本执行，分发工具脚本
source script.sh	否 (需r)	否	有 (持久)	加载配置/环境/函数，改变当前环境

7.3 注释与可读性

编写清晰易懂的脚本至关重要，而注释是实现这一目标的关键工具。

1. 单行注释

• 在 Shell 脚本中，使用 # 符号来表示单行注释。
• 从 # 开始，直到该行的末尾，所有的内容都会被 Shell 解释器忽略，不会被执行。

# 这是一个完整的单行注释，用于说明脚本的目的
echo "Hello, World!" # 这也是一个注释，解释这行命令的作用

2. 多行注释的实现方式

Shell 本身没有提供原生多行注释块语法。但是，可以通过技巧来实现类似的效果：

• 方法一：使用 Here Document (推荐)
  将你想要注释掉的内容通过 Here Document (<<LIMITER ... LIMITER) 重定向给一个空命令 : (冒号)。

: <<'COMMENT_BLOCK'
这里是第一行注释内容。
这里是第二行注释内容。
这整块代码/文字都不会被执行。
COMMENT_BLOCK

• 方法二：连续使用单行注释
  这是最简单直接的方法，只需在每一行注释前都加上 #。

3. 良好的注释习惯

• 解释“为什么”（Why），而不是“干什么”（What）: 好的代码本身应能说明它在做什么。注释应该聚焦于解释为什么选择这种实现方式、背后的逻辑或潜在的陷阱。
• 保持注释简洁且同步: 当代码发生变化时，务必更新相关的注释。
• 文件头注释: 在脚本文件的开头添加注释块，说明脚本的用途、作者、创建日期、版本号、使用方法等信息，是一个非常好的实践。

#!/usr/bin/env bash
# ==============================================================================
# Script Name:    backup_database.sh
# Description:    Performs a daily backup of the production PostgreSQL database.
# Author:         Your Name <your.email@example.com>
# Date Created:   2023-05-02
# Version:        1.2
# Usage:          ./backup_database.sh
# ==============================================================================

总结

本章我们奠定了Shell脚本编程的坚实基础。我们理解了Shell作为命令行解释器的角色，区分了交互式Shell和Shell脚本的不同用途。最重要的是，我们详细学习了如何创建一个脚本，正确使用Shebang来指定解释器，并掌握了三种核心的执行方式及其对当前环境的不同影响。良好的注释习惯将贯穿我们后续的自动化编程之旅。

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练习题 (共15道)

题目：

1. 简述 Shell 在 Linux/Unix 系统中的主要作用是什么？
2. Shell 脚本的第一行 #!/bin/bash 有什么作用？它通常被称为什么？
3. 如何让一个名为 my_script.sh 的 Shell 脚本文件，能够直接通过 ./my_script.sh 的方式运行？请写出关键命令。
4. 执行 Shell 脚本时，使用 bash script.sh 和 source script.sh 的主要区别是什么？哪种方式会影响当前的 Shell 环境？
5. 在 Shell 脚本中，如何添加单行注释？请给出表示注释的符号。
6. Shell 没有原生的多行注释块语法。请描述一种常用的、基于 Here Document 的方法来模拟多行注释。
7. 为什么通常推荐使用 #!/usr/bin/env bash 而不是直接使用 #!/bin/bash 作为 Shebang？
8. 如果一个脚本文件 test.sh 没有执行权限，但有读权限，以下哪种方式可以成功执行它？ A) ./test.sh B) bash test.sh C) source test.sh D) B和C均可
9. 要查看当前系统默认的 Shell 是什么，应该执行什么命令？
10. . (点号) 命令和 source 命令在执行脚本时有什么关系？
11. 为什么在执行当前目录下的脚本时，通常需要在脚本名前加上 ./？
12. 你为一个脚本添加了 chmod +x script.sh 权限，但执行 ./script.sh 时提示 “bad interpreter: No such file or directory”。最可能的原因是什么？
13. 写一个标准的文件头注释块，包含脚本名称、描述和作者。
14. zsh 和 bash 都是 Shell 的一种实现，这种说法正确吗？
15. 如果你有一个脚本 setup_env.sh，其内容是 export MY_VAR="hello"。为了在当前终端会话中设置 MY_VAR 这个环境变量，你应该使用哪种方式执行这个脚本？

答案与解析：

1. Shell 的作用：

   • 解析： Shell 是命令行解释器，作为用户与操作系统内核交互的接口或桥梁。它负责接收和解释用户的命令，调用内核执行，并返回结果。

2. Shebang 的作用：

   • 解析： #!/bin/bash 的作用是指定解释器。当脚本被直接执行时，操作系统会根据这一行找到 /bin/bash 解释器来处理脚本内容。这一行通常被称为 Shebang。

3. 添加执行权限：

chmod +x my_script.sh

*   **解析：** `chmod +x` 命令为文件<font color="firebrick">添加执行权限</font>，这是<font color="darkslategray">能够直接</font>通过 `./` 方式运行脚本的<font color="indigo">先决条件</font>。

4. bash vs source 的区别：

   • 解析： 主要区别在于执行环境。bash script.sh 会启动一个新的子 Shell 来执行脚本，不影响当前环境。source script.sh 则在当前的 Shell 环境中执行，会影响当前环境（如设置变量、定义函数）。

5. 单行注释符号：

   • 解析： 在 Shell 脚本中，使用 # 符号来添加单行注释。

6. 模拟多行注释：

   • 解析： 使用 Here Document 并将其重定向给一个空命令 :。例如：: <<'COMMENT' ... COMMENT。

7. env 的优势：

   • 解析： #!/usr/bin/env bash 提高了脚本的可移植性。它会在用户的PATH环境变量中查找bash，而不是硬编码为 /bin/bash。这使得脚本在不同系统或自定义环境下更容易成功运行。

8. 无执行权限的执行方式：

   • 答案： D) B和C均可
   • 解析： bash test.sh 和 source test.sh 都是直接调用解释器或内建命令来读取和执行脚本内容，因此只需要对文件有读权限即可，不需要执行权限。

9. 查看默认 Shell：

echo $SHELL

*   **解析：** `$SHELL` 是一个<font color="purple">环境变量</font>，它<font color="teal">存储了</font>当前用户<font color="brown">登录时</font>使用的<font color="darkgreen">默认 Shell</font> 的路径。

10. . 和 source 的关系：

    • 解析： 它们是等价的。. (点号) 是 source 命令的简写形式，两者都用于在当前 Shell 环境中执行脚本。

11. 使用 ./ 的原因：

    • 解析： 出于安全原因。Linux 系统默认不会在当前工作目录下搜索命令。./ 明确地告诉 Shell “请在当前目录下查找并执行这个文件”，防止意外运行了与系统命令同名的恶意脚本。

12. “bad interpreter” 错误原因：

    • 解析： 这个错误最常见的原因是脚本的Shebang行 (#!...) 指定了一个不存在或路径错误的解释器。另一个可能的原因是脚本文件从Windows系统拷贝过来，包含了回车符 (\r)，导致解释器路径 (如 /bin/bash\r) 无效。

13. 标准文件头注释：

#!/usr/bin/env bash
# ===================================================
# Script Name:   my_awesome_script.sh
# Description:   This script does awesome things.
# Author:        IvanCodes
# ===================================================

*   **解析：** 一个<font color="navy">好的文件头</font>注释能让<font color="olive">任何人</font>快速<font color="darkcyan">理解脚本</font>的基本信息，是<font color="saddlebrown">专业脚本编写</font>的<font color="darkmagenta">标志</font>。

14. zsh 和 bash 的关系：

    • 答案： 正确。
    • 解析： 两者都是不同的 Shell 实现，都扮演着命令行解释器的角色，只是在功能、语法细节和用户体验上有所不同。

15. 设置环境变量的执行方式：

    • 答案： source setup_env.sh 或 . setup_env.sh
    • 解析： export 命令只有在当前 Shell 环境中执行时才能真正设置对当前会话生效的环境变量。如果使用 bash setup_env.sh，export 会在子 Shell 中执行，脚本一结束，子 Shell 销毁，设置的环境变量也就随之消失了。