关于终端、Shell、Bash以及环境变量那点事
在实际工作中，终端(terminal)、Shell、bash等概念都模糊化了，其实也并没有引起太大的歧义，本文对上述概念做一个梳理归纳
同时对环境变量的一些概念再进一步总结
1 终端Terminal
先举个栗子！
我通过我个人笔记本的Xshell这款终端软件，利用SSH协议远程登录了阿里云一台ECS主机
注意，Xshell名字里虽然有Shell，但它就是是一个Terminal，而不是第一个Shell
终端软件是一款具有图形界面的管理软件，是一种文本的输入和输出环境，我们输入的ls命令具体是怎么工作的？
先回答第一个问题，终端、Shell、Bash到底有什么区别？
1.1 电传打印机teletypewriter
先从计算机的历史演变开始，最早的计算机非常昂贵且提及庞大
有一段时间，输出输出是靠一种电传打印机输入以及打印在纸上的，例如teletypewriter 电传打印机，如下图
可以看出来，电传打印机设备由一个键盘和一个打印机组成，用户通过键盘输入命令，计算机将结果打印在打印机上
这里就是一个很重要的一个概念，TTY(teletypewriter )设备，显而易见通过电传打印机这种tty设备，输入输出的时间和成本代价是极其高昂的
注意，tty设备特指的是硬件，我们在Linux系统还会看到类似tty和pts等概念，后续再说
1.2 终端设备
重要分割线，此时终端设备上场
正如前述所说，最早的计算机非常昂贵且提及庞大，都会被安置在单独的房间，而用户会在其他房间通过其他类型的设备进行连接，这里的连接是指专用的电线，这些其他类型设备就是终端设备
DEC VT100就是当时著名的终端设备型号
原先TTY设备被不断取代，一个很明显的变化就是：电子显示单元取代了传统电子打印机
另外这里的硬件终端设备都是专用设备，并没有采用CPU，而是采用了逻辑门等芯片
注意这里我特指了
硬件终端设备，随着个人电脑的普及，软件终端即将步入历史舞台
1.3 终端模拟器
现代Linux的内核都保留了终端模拟器和tty的驱动
1、硬件键盘设备通过内核的键盘驱动，再通过终端模拟器向tty驱动模拟发出输入信号
2、终端模拟器同时从tty驱动接收到输出信号，再通过显示器驱动，显示在最终的物理显示器上
3、这里的终端模拟器侦听来自键盘的事件并将其发送给tty驱动，不同之处在于没有物理设备或电缆连接到 TTY 驱动程序上它负责向内核tty驱动模拟tty设备
4、终端模拟器存在内核态和用户态之分，内核也提供了终端模拟器叫做虚拟终端，而用户态提供的终端模拟器，就是桌面环境提供的各种终端软件，例如Ubuntu GNOMEE Terminal，这点很重要，可以详细看《虚拟控制台和伪终端》章节
这里中间再插播一下有关于终端和控制台的区别，在实际工作中不必区分这么明显
终端和控制台的区别在于
1、控制台严格意义来说就是物理设备，它不需要通过串口线等物理连接方式连接到计算机上的，它本身就是计算机的一部分。一个终端可以有多个，例如多个用户通过终端软件同时连接到一台计算机上
2、严格意义来说，一台计算机只有一台控制台，但可以有多个终端
可以看出来这里的终端(Terminal)是一个物理设备的概念逐步向软件模拟的概念演进的过程
在没有shell之前，输入输出设备通过终端模拟器只能和应用进程进行交互，但是无法对内核进行交互式的处理，没办法去理解命令行的意义
了解shell之前，先记住一个很重要概念，shell是由终端进行调用，是运行在终端之内的
1.4 虚拟控制台和伪终端
接下来我们重新看看最开始的栗子！
通过Xshell这款终端软件通过SSH协议远程登录阿里云一台ECS主机
此时我们在本机的Xshell终端输入tty和who命令，返回如下内容
1 | [root@localhost ~]# tty |
通过
tty命令可以知道当前具体是什么终端
who命令可以显示当前登录的用户名、终端、登录时间等信息
注意，时间2024-04-29 16:10 后面的IP地址就是我本地用于远程SSH登录电脑的公网地址
但是如果我们通过本地控制台或者类似vSphere Web控制台进去后，出现如下欢迎界面【实际是这就是一个虚拟终端tty1】
此时我们再次输入tty和who命令，返回如下内容
1 | [root@localhost ~]# tty |
注意对比之前同样命令的返回结果的区别
1、前者``tty命令返回了/dev/pts/0后者返回了/dev/tty1`
2、前者who命令返回了pts/0，后者返回了tty1
3、后者who命令没有远程登录的IP地址信息了，说明这是一个本地的登录结果
总结
1、tty0-6代表的就是虚拟终端，是由Linux kernel提供的虚拟控制台或者叫做虚拟终端
拿最容易理解的场景解释下：
我们都知道Linux6个用户界面，包括1个图形界面，5个字符界面 ，可以靠ctrl+alt+fn功能键进行切换
其中ctrl+alt+F2到ctrl+alt+F6代表了5个字符的虚拟终端，这些虚拟终端都是内核提供的，他们都位于内核态运行，例如下图
内核提供的虚拟终端，需要使用键盘/鼠标直接连接，或者使用类似vSphere Web控制台这种模拟的本地控制台进行操作
2、pty终端全称就是pseudoterminal即伪终端的意思，它与tty终端本质区别，在于pty终端是一个虚拟的，是运行在用户态的，tty终端运行在内核态
而我们远程连接到主机上时，当用户通过SSH等远程登录方式登录到Linux系统时，会在服务器上创建一个伪终端设备，用于与用户进行交互，才会显示root pts/0 2024-04-29 16:10 (114.84.238.103)这样的信息
在启动图形化界面的Linux桌面环境下，使用ctrl+alt+F1从字符界面切换到代表图形界面，这个图形界面下GUI终端就是是位于用户态
可以简单理解，是在GUI桌面环境下产生的伪终端概念
1.4.1 pty master-slave模型
伪终端有一个很重要的概念就是master-slave模型
1、当我们启动GNOME Terminal软件，进程就会打开/dev/ptmx获得一个字符描述符
2、然后在/dev/pts目录下创建序列文件
3、GNOME Terminal进程fork一个shell进程，例如Bash
4、我们使用键盘输入ls两个字符，由内核态的键盘驱动输出至GUI系统，由GUI系统输出至GNOME Terminal
5、GNOME Terminal会侦听键盘事件，然后将ls字符到获得的PTY master
6、PTY master输入字符发送到缓冲区，同时缓冲区也会发送回PTY master，交由终端模拟器通过显示驱动，显示在物理显示器上
7、Line Discilpine会进行字符检测，例如发现回车键时，就会直接将字符发送到PTY slave
8、Bash的标准输入是PTY slave
9、shell负责解析命令，当解析到ls命令时，是一个内置的命令，就会fork一个ls进程
10、ls进程执行完后输出值PTY slave
11、PTY slave输出值缓冲区
12、缓冲区再输出至pty master，由后者再输出至终端模拟器，由后者通过显示驱动显示你在物理显示器上
1.4.2 虚拟终端和伪终端互相通讯的试验
为了进一步验证pty master-slave模型，我们做一个虚拟终端和伪终端的通讯试验
在linux里，一切皆文件，在这个试验里/dev/pts/0就是对应通过who命令显示的第二个远程客户pts/0
我们在本地tty1终端里，输入ehco 'hello' > /dev/pts/0就可以将
实际上，如果你感兴趣的话，你完全可以通过两个伪终端进行试验，
pts/0和pts/1
2 Shell
终端是一个可以调用shell的程序，它可以接受字符流的输入和输出用于人类可读取的方式显示出来
2.1 基本概念
操作系统包括内核(kernel)态和用户态，内核态和用户态的设计确保了操作系统的稳定性和安全性
内核不提供和用户的交互功能，可以使用shell这一层翻译官
shell为用户提供用户界面的软件，通常指的是命令行界面的解析器，负责用户层和内核之间的交互工作
shell的核心点就是命令行界面的解析器
在Linux环境下，可以记住两个经典的shell实现
1、Sh就是最经典的Unix shell，全称是Bourne Shell
2、Bash是shell的最常用的一种，Bash全称是Bourne-Again Shell
除了Bash以外，还有更多的其他shell，例如zsh、fish等
可以这么认为，
shell是一个统称，而bash、zsh、fish才是具体shell的具体实现
在Windows环境下，操作系统也提供了shell的功能
1、Windows 95 / 98下的command.exe
2、Windows NT内核下的cmd以及PowerShell
3、而图形界面壳层即为explorer.exe
记住之前反复提及的一个概念：shell是由终端进行调用，是运行在终端之内的
2.2 内部命令和外部命令
再次强调，shell负责命令的解析
内置命令(builtin command) 是shell解释程序内建的，有shell直接执行，不需要派生新的进程。有一些内部命令可以用来改变当前的shell环境
对于外部命令，shell会创建一个新的进程来执行命令，当命令的进程运行时，默认shell将等待直到该进程结束
常见的外部命令有：grep、more、cat、mkdir、rmdir、ls、sort、ftp、telnet、ssh、ps等
例如我们在《1.4.1 pty master-slave模型 》看到当bash检测到ls字符时，就会form一个ls进程
我们可以使用type命令去查看是否为内部或者外部命令
1 | [root@localhost ~]# type echo |
2.3 查看当前shell
要查看当前使用的shell，你可以使用echo $0或者echo $SHELL命令。
在终端中执行以下任一命令，可以看出当前shell是由/bin/bash这个具体程序负责用户态和内核态在命令交互的翻译工作
1 | [root@localhost ~]# echo $SHELL |
注意SHELL一定要是大写
查看当前用户可以使用的shell
1 | [root@localhost ~]# cat /etc/shells |
或者使用chsh -l命令
1 | [root@localhost ~]# chsh -l |
2.3 切换下一次使用的shell
切换shell通常指的是在同一个终端会话中更换使用的shell程序
在Linux系统中，这可以通过输入不同的shell命令来完成。例如，如果你当前使用的是bash shell，你可以切换到其他shell，如zsh或者fish
注意
1、切换shell必须使用
-s参数2、下次重启shell才能使用
1 | [root@localhost ~]# chsh -s /bin/zsh |
切换shell背后的原理其实很简单
chsh -s其实修改的就是/etc/passwd文件里和你的用户名相对应的那一行,现在来查看下
1 | [root@ethan ~]# cat /etc/passwd | grep zsh |
使用chsh加选项-s就可以修改登录的shell了！你会发现你现在执行echo $SHELL后仍然输出为/bin/bash，这是因为你需要重启你的shell才完全投入到zsh怀抱中去
3 环境变量
Linux shell在执行命令过程中，有一个绕不开的概念就是Linux环境变量
而且Linux shell还存在交互式和非交互式的概念
Linux环境变量是一个存储在系统中的特殊变量，它为用户在Shell中执行命令时提供了一些有用的信息
例如，PATH 变量包含了一系列目录，Shell会在这些目录中查找可执行文件
3.1 环境变量的分类
按照生命周期来分：
1、永久的：需要用户修改相关的配置文件，变量永久生效
2、临时的：用户利用export命令，在当前终端下声明环境变量，关闭Shell终端失效
按照作用域来分：
1、系统环境变量：系统环境变量对该系统中所有用户都有效
2、用户环境变量：顾名思义，这种类型的环境变量只对特定的用户有效
3.2 交互式和非交互式shell
交互式shell包括登录和非登录两种shell
交互式登录 Shell
指需要用户名、密码登录后才能进入的 shell，例如：通过 ssh 或本地远程登录到终端，还有就是使用 --login 选项启动 Bash
交互式非登录 shell
指不需要用户名和密码即可打开的 shell，例如：直接命令 “bash” 就是打开一个新的非登录 shell，或者在 Linux Gnome 桌面环境打开一个“终端（terminal）”窗口也是一个非登录 shell
例如我们通过vim，在~/.bashrc末尾一句添加echo 打开一个bash
然后直接执行一个bash命令，打开一个子shell进程
1 | [root@localhost ~]# bash |
实际上我们发现~/.bashrc中就放alias别名设置
1 | alias rm='rm -i' |
交互式非登录 shell
指不与终端关联，一般是执行一个命令、一个脚本的 shell ，通常不需要人工干预，例如系统维护脚本、后台脚本
3.3 su命令是否带-的区别
使用su命令切换用户时，不会改变当前的环境变量，即仍然保持原用户的环境变量
而su -命令则会改变为切换到用户的环境变量，获得新用户的环境变量及执行权限
如图所示
su -命令会按优先级顺序执行
su命令则只会按照交互式nologin方式进行加载环境变量配置文件
3.4 修改环境变量的最佳实践
Linux 发行版更新的时候，会更新 /etc 里面的文件，比如 /etc/profile，因此建议不要直接修改这个文件
如果想修改所有用户的环境参数，建议在 /etc/profile.d目录里面新建.sh 脚本，如果想修改个人登录环境，一般是写在 ~/.bashrc 里面