什么是 Shell？

如果您使用的是 Microsoft、Apple 或 Linux 操作系统（OS），您很可能在不知不觉中就在使用 shell 脚本。事实上，每次启动 Linux 操作系统，您都会与 shell 进行交互。

Shell 脚本通过自动化，帮助程序员、数据科学家和普通用户节省时间，避免重复性工作。例如，脚本可以执行每日备份、安装补丁、监控系统及活动，并进行常规审计。

Shell 能读取相对直观、面向人的命令，并将其转换为系统可以理解的内容。

什么是 Shell？

Shell 是一种称为命令行解释器的计算机程序，允许 Linux 和 Unix 用户通过命令行界面控制其操作系统。Shell 使用户能够高效且直接地与操作系统进行通信。

Shell 脚本并不是单一语言，但由于它使用了一些自然语言式的命令，即便没有编程背景也很容易上手。不过，每一种 shell 脚本变体都可以视为一门语言；如果您计划编写更复杂的脚本，就需要大量练习。

Shell 脚本是搭建自动化的最简单方式之一。借助 Linux 或 Unix 命令，Shell 为数据科学家、DevOps 和 TechOps 提供条件与循环控制结构，以便重复执行命令。

Shell 脚本并不总是同名。sh、Bash（最常见）、csh 和 tesh 都是 shell 脚本。在 IBM 的 VM 操作系统中，它们被称为 EXEC；在 DOS 中，shell 脚本被称为批处理文件（batch files）。

Shell 有两类：命令行 shell 和图形 shell。命令行 shell 通过命令行界面访问，系统以人类可读的命令接收输入，并通过命令行界面显示输出。

图形 shell 使用图形用户界面（GUI）来执行交互与基本操作，例如打开、关闭和保存文件。

以下是一些示例 shell 命令：

查看当前所在目录：pwd

在手册中查找某个命令：man command

将文本文件以可滚动方式查看：less file 1 或 more file 1

不同类型的 Shell

Bourne Shell

尽管名字很酷，Bourne shell 与间谍或高速飙车并无关系。Bourne shell 是第二常用的 Unix shell，由 Stephen Bourne 于 1979 年在贝尔实验室创建。与其前身 Thompson shell 一样，Bourne 的可执行文件名为 sh。

Bourne shell 是 Solaris 操作系统的默认 shell。尽管年代久远，Bourne shell 至今仍受欢迎，原因在于其速度快、体积小。但它的交互性不强，无法调用其命令历史，也缺乏逻辑与算术表达能力。

Bourne 提示符包括：

• 命令完整路径：/bin/sh 和 /sbin/sh
• 非 root 用户默认提示符：$
• root 用户默认提示符：#

命令行

C shell，文件名为 csh，以及其前身文件名 tcsh，是 70 年代末期的另一种 Unix shell。它由当时就读于加州大学伯克利分校的研究生 Bill Joy 创建。

与 Bourne shell 不同，C shell 具有交互性，并支持命令历史和别名。C shell 还包含类似 C 的表达式语法和内置算术运算。

命令行提示符包括：

• 命令完整路径：/bin/csh
• 非 root 用户默认主机名提示符：%
• root 用户默认主机名提示符：#

KornShell

KornShell，文件名为 ksh，由 David Korn 在 20 世纪 80 年代初于贝尔实验室开发。KornShell 包含了 C shell 的许多功能，并且是 Bourne shell 的超集，因此向后兼容 Bourne shell。

KornShell 运行速度比 C shell 更快。它能运行 Bourne shell 脚本，并提供类似 C 的数组、函数和字符串处理功能。此外，它还具备内置算术运算。

KornShell 提示符包括：

• 命令完整路径：/bin/ksh
• 非 root 用户默认提示符：$
• root 用户默认提示符：#

GNU Bourne-Again shell

GNU Bourne-Again，或称 Bash，是 Bourne shell 的开源替代方案。它由 Brian Fox 为 GNU 项目设计，并于 1989 年发布。它不仅与 Bourne shell 完全兼容，还吸收了 KornShell 和 C shell 的诸多优点。GNU Bourne-Again shell 自动映射了用于编辑和命令回显的方向键。

GNU Bourne-Again 提示符包括：

• 命令完整路径：/bin/bash
• 非 root 用户默认提示符：bash-x.xx$
• root 用户默认提示符：bash-x.xx#

Shell 脚本的作用

这个类比略显简化，但可以把 shell 脚本想象成程序员的“自动填充”。与其逐条在键盘上输入命令，不如把一系列命令写成单个脚本，用户只需在命令行中输入一个简单的文件名即可触发。Shell 脚本可以执行程序运行、文本处理和文件操作。

Shell 脚本可以完成多种任务，包括监控（如磁盘使用情况）、执行备份、创建命令行工具、操作文件、运行程序、将程序链接在一起、完成批处理等。

Shell 的主要替代方案

在 IBM 的 VM 操作系统中，它们被称为 EXEC；在 DOS 中，shell 脚本被称为批处理文件。这些仍然是 shell 脚本。其他脚本语言，如 Javascript、Python、Perl 和 TCL，也都是脚本语言。不出所料，计算机专业人士各有所爱；我们稍后会谈到 shell 的优缺点。

为什么 Shell 如此流行？

Shell 在几乎所有操作系统上都很常见，因为它高效且易于更新。它可以监控您的计算机系统并执行常规备份，而无需您操心。

无需切换语法，因为 shell 的语法和命令与在命令行中输入的完全一致。此外，编写 shell 脚本简单且快速：启动快，调试也方便。

Shell 脚本有哪些缺点？

Shell 脚本容易出错，一旦出现问题也不易诊断。Shell 并非为复杂或大型任务设计，执行速度较慢。此外，Shell 在数据结构方面支持有限，还可能存在语法或设计缺陷。

Shell 是何时创建的？

第一份 shell 脚本由 MIT 的计算机工作人员 Louis Pouzin 于 20 世纪 60 年代初创建。他的第一个命令行是 RUNCOM，它让计算机科学家从编译、更新、重命名和移动等重复性任务中解放出来。

Pouzin 并非计算机语言专家，或许正因如此，他认为命令行本身就可以成为一种语言。

到 60 年代中期，Pouzin 与英国科学家 Christopher Strachey 合作。Strachey 设计了一个宏生成器，作为 Pouzin 命令语言的基础，运行在当时最先进的 Multics 操作系统之上。

Shell 名称的由来

Pouzin 将他的新语言命名为 “shell”，因为它是操作系统的最外层。

Shell 特性

Shell 之所以受程序员欢迎，是因为它简洁。但这并不意味着它很“基础”。Shell 提供了多项特性，包括：

后台处理

Shell 脚本的一大优势在于它能在后台运行。根据命令不同，Shell 可以在前台或后台执行。前台进程显示在屏幕上，只能按顺序运行。

后台进程不会显示在屏幕上，可以非顺序运行。要在后台运行 shell 脚本，用户只需在脚本末尾添加一个和号（&）。

通配符替换

通配符替换允许系统一次处理多个命令，或从文本文件中查找短语片段。例如，* 告诉系统匹配任意字符串，甚至是空字符串；? 匹配单个字符；[example] 匹配任一字符（“example” 仅为示例）；[1-9]（另一个示例）指示 shell 匹配某个范围内的字符。

命令别名

Shell 别名是命令快捷方式。有的别名是一个词，有的是单个字母。要查看别名列表，用户只需输入 ·alias。

命令历史

Shell 有许多节省时间和精力的方式，其中一个特别方便的功能是命令历史。无需重新输入命令，history 命令会显示该会话期间使用过的所有命令。

文件名替换

文件名替换也称为 “globbing”。当一个词包含 ?、* 或 [ 等字符，或者以 ~ 开头时，Shell 会将其视为模式，并用按字母顺序排列、与该模式匹配的文件名列表来替换。

输入/输出重定向

输入/输出（i/o）重定向允许用户将标准输入（stdin）和标准输出（stdout）与显示屏、键盘或文件进行互换关联。

管道

Shell 管道是另一种重定向方式，可将某个命令/进程/程序的输出发送到另一个命令/进程/程序。这使各命令/进程/程序能够同时运行，并实现连续的数据传输，而无需经过显示屏或临时文本文件。

Shell 变量替换

当 Shell 遇到包含特殊字符的表达式时，它会将代码转换为更易于用户识别的形式。这个过程称为变量替换，或简称变量。

变量也常被有经验的程序员使用。例如，如果程序员在执行程序前并不知道实际数值，他们可以用变量作为占位符，待代码准备好执行时再替换。

Shell 的差异

主要有两类 Shell：“sh” 和 “bash”。二者都在 Unix 操作系统中运行。Shell 是对任意 shell 中脚本编写的通称。顾名思义，bash（Bourne Again Shell）是在 shell 基础上的改进与扩展。

Bash 通过升级提供了更多功能，支持作业控制，更易于使用，并支持命令历史。Sh 不支持命令历史；其脚本可在任意 shell 中运行，且可移植性更强。

Shell 多年来如何演进

多年来，Shell 在演进的同时也基本保持了核心不变。Bourne shell 相比最初的 Thompson shell 是一大进步，但许多最初的功能仍被保留。当然，计算机和我们的期望都发生了变化。

理论上，Shell 的种类可以和用户数量一样多；但从根本上讲，主要有两类 shell——命令行或 Bourne。其他都算作变体，而非不同语言。

Unix shells

Unix shell 是最初的形态，并且至今仍然强大。Unix shell 适用于 Unix 及与 Unix 相关的操作系统，如 Mac。

命令行

命令行（csh）是最常见的 Unix shell。命令行在交互式工作方面表现出色，包括别名、cdpath、作业控制、路径哈希、目录栈等功能。它们还提供编辑与历史记录功能。

Tenex 命令行

Tenex 命令行（tcsh）由 Caregia Melo University 的 Ken Greer 开发。Tenex 被认为是对原始命令行版本的改进。与最初的 C 不同，Tenex 提供命令行编辑与补全等功能。1981 年，tsch 与 csh 合并。

Korn shells

Korn shells（ksh）是另一种 Unix shell，可以看作是 C 与 Bourne 的折中方案，并与后者向后兼容。Korn shell 由 David Korn 于 20 世纪 80 年代初在贝尔实验室开发。

Bourne again shells

Bourne Again shell（Bash）是一种开源的 Unix shell，由 Brian Fox 在 20 世纪 90 年代后期为 GNU 项目编写，作为对 Bourne shell 的升级。

奇特的 Shell

尽管它们都构建在 C 或 Bourne shell 之上，程序员已经设计了数百甚至上千种不同的变体。有些很实用，有些则纯属娱乐。

谁在使用 Shell？

几乎所有计算机用户都能从 shell 中受益，但它对系统管理员、DevOps 人员、程序员和数据科学家尤其有用。Shell 被用于自动化任务与应用、安装软件包、备份或恢复数据，当然也用于编程。

Shell 示例

Shell 的复杂程度取决于用户的需求。一个简单的 bash 问候示例如 echo “hello $USER”，而复杂的 shell 脚本几乎没有上限。以下是一些基础示例：

#!/bin/bash
valid=true
count=1
while [ $valid ]
do
echo $count
if [ $count -eq 10 ];
then
break
fi
((count++))
done技术支持

#!/bin/bash
echo "Enter first number"
read x
echo "Enter second number"
read y
((sum=x+y))
echo "The result of addition = $sum"技术支持

与 Shell 相关的职业

与其说是职业路径，不如把 shell 脚本看作数据科学家工具库中的一件利器。各类数据从业者都需要掌握多种语言（或至少应该如此），而 shell 脚本有助于他们更高效地使用这些语言。

尽管如此，一些公司确实有明确要求掌握 shell 脚本的岗位。平均薪资约为 78,000 美元。此外，shell 脚本也是诸如系统管理员等岗位的基石，而这些岗位的薪资可达六位数。

总结

Shell 就像贯穿各类编程语言的一根线。复杂命令被提炼为简洁且直观的速记。理解 shell 对任何数据科学家或计算机工程师而言都是一项重要技能。欢迎在 DataCamp 的Shell 入门课程中进一步学习。