SHELL運行流程是怎么樣的

這篇文章給大家分享的是有關SHELL運行流程是怎么樣的的內容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

一.啟動過程

shell.c是shell主函數main所在文件。因此shell的啟動可以認為從shell.c文件開始。main函數完成的主要工作流程是包括：檢查啟動的運行環境（是否通過sshd啟動，是否運行于emacs環境下，是否運行于cgywin環境下，是否是交互式shell，是否是login shell等，對系統進行內存泄露檢查，是否是受限shell），讀取配置文件（順序為/etc/profile and( ~/.bash_profile OR ~/.bash_login OR ~/.profile)前面的存在不會讀后面的），設置運行需要的全局變量的值（當前環境變量、shell的名稱、啟動時間、輸入輸出文件描述符、語言本地化的相關設置），處理參數和選項（即帶有-c -s --debugger等參數和選項），設置參數和選項的值（run_shopt_alist ()函數調用shopt_setopt函數設置選項的值；綁定$位置參數的值）,然后根據不同的啟動參數進入以下不同分支：

1. 如果是只進行參數擴展而不執行命令，調用run_wordexp函數擴展參數，然后調用exit_shell (last_command_exit_value)函數以上次命令執行的返回值為返回值退出。

2. 如果是以-c參數模式啟動shell，分為兩種情況：一：如果是附帶了字符串參數作為要執行的命令，則調用run_one_command (command_execution_string)執行-c附帶的命令，參數command_execution_string保存-c后面附帶的字符串命令值。執行完畢后調用exit_shell (last_command_exit_value)退出。二：如果是期待用戶輸入要執行的命令，則跳轉到分支3。

3. 將shell_initialized置為1表示shell初始化完成。調用eval.c中定義的函數reader_loop()不斷的讀取和解析用戶輸入，如果reader_loop函數返回，則調用exit_shell、(last_command_exit_value)退出shell。

二.命令解析和執行流程

1. 主要相關文件

Eval.c

Command.h

Copy_cmd.c

Execute_cmd.c

Make_cmd.c

2. shell命令結構：

shell中用如下結構體來表示一個命令。

typedef struct command {

  enum command_type type;   /* 命令的類型 */

  int flags;                /* 標記位，將影響命令的執行環境 */

  int line;                 /* 命令從哪一行開始 */

  REDIRECT *redirects;      /*關聯的重定向操作*/


  union {/*以下是一個聯合value，保存具體的“命令體”，可能是for循環，case條件，

while循環等，union結構體的特征是只有一個值是有效的，因此以下命令種類是并列的，后

面有每一種命令類型的注釋*/

    struct for_com *For;

    struct case_com *Case;

    struct while_com *While;

    struct if_com *If;

    struct connection *Connection;

    struct simple_com *Simple;

    struct function_def *Function_def;

    struct group_com *Group;

#if defined (SELECT_COMMAND)

    struct select_com *Select;

#endif

#if defined (DPAREN_ARITHMETIC)

    struct arith_com *Arith;

#endif

#if defined (COND_COMMAND)

    struct cond_com *Cond;

#endif

#if defined (ARITH_FOR_COMMAND)

    struct arith_for_com *ArithFor;

#endif

    struct subshell_com *Subshell;

    struct coproc_com *Coproc;

  } value;

} COMMAND;

其中一個很關鍵的成員是聯合union類型value，它指出了該命令的類型，也給出了保存命令具體內容的指針。從該結構的可選值來看，shell定義的命令共有for循環、case條件、while循環、函數定義、協同異步命令等14種。

其中，經過對所有命令執行路徑的分析，確定類型為simple的command是經過命令替換后的最原子的命令操作，其余類型的命令都是由若干simple command構成的。

在shell啟動之后，無論是進入上面的2和3兩個分支中的哪一個，最后解析命令所用到的函數都是execute_cmd.c中定義的函數。分支1不涉及到命令的解析，所以不在這里分析。

3. 分支2的第一種情況：

run_one_command (command_execution_string) 執行的過程中調用parse_and_execute (在evalstring.c中定義）解析與執行命令，parse_and_execute中實際調用execute_command_internal函數進行命令的執行。

4. 分支2的第二種情況和分支3：

reader_loop函數調用read_command函數解析命令，read_command函數調用parse_command()函數進行語法分析，parse_command()調用語法分析器y.tab.c中的yyparse()（該函數由yyac自動生成，因此不再往函數內部跟進），將解析結果的命令字符串保存在全局變量GLOBAL_COMMAND中，然后執行execute_command函數（定義在execute_cmd.c中），execute_command函數再調用execute_command_internal函數進行命令的執行。至此分支2和分支3的情況又合并到execute_command_internal的執行上。

5. execute_command_internal內部流程：

該函數是shell源碼中執行命令的實際操作函數。他需要對作為操作參數傳入的具體命令結構的value成員進行分析，并針對不同的value類型，再調用具體類型的命令執行函數進行具體命令的解釋執行工作。

具體來說：如果value是simple，則直接調用execute_simple_command函數進行執行，execute_simple_command再根據命令是內部命令或磁盤外部命令分別調用execute_builtin和execute_disk_command來執行,其中，execute_disk_command在執行外部命令的時候調用make_child函數fork子進程執行外部命令。

如果value是其他類型，則調用對應類型的函數進行分支控制。舉例來說，如果是value是for_commmand,即這是一個for循環控制結構命令，則調用execute_for_command函數。在該函數中，將枚舉每一個操作域中的元素，對其再次調用execute_command函數進行分析。即execute_for_command這一類函數實現的是一個命令的展開以及流程控制以及遞歸調用execute_command的功能。

因此，從main函數啟動到命令執行的主要流程圖可以表現為下圖所示：

6. 從啟動到命令解釋的函數級流程圖：

括號內為函數定義所在的文件。

三. 變量控制

1. 主要相關文件

variables.c

variables.h

2. 重要數據結構

BASH中主要通過變量上下文和變量兩個結構體來描述一個變量結構。以下分別介紹。

變量上下文：上下文又可以理解為作用域，可以比照C語言中的函數作用域，全局作用域來理解。一個上下文中的變量都是在這個上下文中可見的。
變量上下文結構定義：

typedef struct var_context {

  char *name;           /* name如果為空則表示它存儲的是bash全局上下文，否則表示名為name的函數的局部上下文*/

  int scope;         /*上下文在調用棧中的層數，0代表全局上下文 ，每深入一層函數調用scope遞增1*/

  int flags;  /*標志位集合flags記錄該上下文是否為局部的、是否屬于函數、是否屬于內部命令，或者是不是臨時建立的等信息*/

  struct var_context *up; /* 指向函數調用棧中上一個上下文*/

  struct var_context *down;   /*指向函數調用棧中下一個上下文*/

  HASH_TABLE *table;    /* 同一上下文中的所有變量集合hash表，即名值對 */

} VAR_CONTEXT;

描述一個變量的作用域的結構體。一個上下文中的所有變量，存放在var_context的table成員中。

變量：bash中的變量不強調類型，可以認為都是字符串。其存儲結構如下

typedef struct variable {

  char *name;                  /*指向變量的名 */

  char *value;                  /*指向變量的值*/

  char *exportstr;            /*指向一個形如“名=值”的字符串*/

  sh_var_value_func_t *dynamic_value;    /* 如果是要返回一個動態值的函數，比如$SECONDS       或者$RANDOM，則函數指針指向生成該值的函數。*/

  sh_var_assign_func_t *assign_func; /* 如果是特殊變量被賦值時需要調用的回調函數，則其函數指針值保存在這里

*/

  int attributes;         /* 只讀，可見等屬性*/

  int context;                    /*記錄該上下文變量屬于可訪問的作用域內局部變量
棧的哪一層*/

} SHELL_VAR;

由于所有變量籠統的由字符串來表示，因此提供了attributes屬性成員來修飾變量的特性，比如屬性可以是att_readonly表示只讀，att_array表示是數組變量，att_function表示是個函數，att_integer表示是整型類變量等等。

3. 作用機理

shell程序的執行伴隨著一個個上下文的切換，shell源碼中的變量控制也是基于這一點。將變量綁定于一個一個的上下文中。

舉例來說，一開始默認存在的是全局上下文，這里稱為global，其中包含有由main函數的參數或者配置文件傳入的變量值。如果這時進入了一個函數foo的執行中，則foo先從全局上下文獲取要導出的變量，加上自己新增的變量，構成foo的上下文局部變量，將foo的上下文壓入調用棧。這時調用棧看起來如下所示。

• 棧頂 ：foo上下文(包含foo上下文的所有局部變量)

• 棧底：global全局上下文(包含所有全局變量)

為了解釋更詳細的情況，假設在foo中又調用了fun函數，則fun先從foo中獲取要導出的變量，加上自己新增的變量，構成fun的上下文局部變量，然后將fun的上下文壓入調用棧的棧頂

。這是調用棧看起來如下所示。

• 棧頂 ：fun上下文(包含fun上下文的所有局部變量)

• 棧中 ：foo上下文(包含foo上下文的所有局部變量)

• 棧底：global全局上下文(包含所有全局變量)

此時假設fun函數執行完畢，則將fun上下文從棧中pop出，局部變量全部失效。調用棧又變成如下所示。

• 棧頂 ：foo上下文(包含foo上下文的所有局部變量)

• 棧底：global全局上下文(包含所有全局變量)

變量的查找順序：從棧頂往棧底，即如果棧頂上下文中沒有要查找的變量，則查找其在棧中的下一個上下文，如果整個調用棧查找完畢也沒有找到，則查找失敗。舉例來說，如果在棧頂上下文中有PWD變量（當前工作路徑），就不會去查找全局的PWD變量，這保證了局部變量覆蓋的正確語義。

4. 特殊變量：

bash中定義了若干特殊變量，特殊變量的意思是在該變量被修改后需要做一些額外的連貫工作。比如表示時區的變量TZ被修改了之后需要調用tzset函數修改系統中相應的時區設置。bash給這一類變量提供了一個回調函數接口，供其值發生改變的情況下來調用該回調函數。這可以類比數據庫中的觸發器機制。在bash中，特殊變量保存在一個全局數組special_vars中。其定義如下：

struct name_and_function {

            char *name;/*變量名*/

            sh_sv_func_t *function;/*變量值修改時要觸發的回調函數的函數指針*/

};

該結構表示一個特殊變量結構，用于生成specialvars數組。回調函數一般是sv變量名的命名方式。

static struct name_and_function special_vars[] = {

  { "BASH_XTRACEFD", sv_xtracefd },

#if defined (READLINE)

#  if defined (STRICT_POSIX)

  { "COLUMNS", sv_winsize },

#  endif

  { "COMP_WORDBREAKS", sv_comp_wordbreaks },

#endif

  { "FUNCNEST", sv_funcnest },

  { "GLOBIGNORE", sv_globignore },

#if defined (HISTORY)

  { "HISTCONTROL", sv_history_control },

  { "HISTFILESIZE", sv_histsize },

  { "HISTIGNORE", sv_histignore },

  { "HISTSIZE", sv_histsize },

  { "HISTTIMEFORMAT", sv_histtimefmt },

#endif

#if defined (__CYGWIN__)

  { "HOME", sv_home },

#endif

#if defined (READLINE)

  { "HOSTFILE", sv_hostfile },

#endif

  { "IFS", sv_ifs },

  { "IGNOREEOF", sv_ignoreeof },

  { "LANG", sv_locale },

  { "LC_ALL", sv_locale },

  { "LC_COLLATE", sv_locale },

  { "LC_CTYPE", sv_locale },

  { "LC_MESSAGES", sv_locale },

  { "LC_NUMERIC", sv_locale },

  { "LC_TIME", sv_locale },

#if defined (READLINE) && defined (STRICT_POSIX)

  { "LINES", sv_winsize },

#endif

  { "MAIL", sv_mail },

  { "MAILCHECK", sv_mail },

  { "MAILPATH", sv_mail },

  { "OPTERR", sv_opterr },

  { "OPTIND", sv_optind },

  { "PATH", sv_path },

  { "POSIXLY_CORRECT", sv_strict_posix },

#if defined (READLINE)

  { "TERM", sv_terminal },

  { "TERMCAP", sv_terminal },

  { "TERMINFO", sv_terminal },

#endif /* READLINE */

  { "TEXTDOMAIN", sv_locale },

  { "TEXTDOMAINDIR", sv_locale },

#if defined (HAVE_TZSET) && defined (PROMPT_STRING_DECODE)

  { "TZ", sv_tz },

#endif

#if defined (HISTORY) && defined (BANG_HISTORY)

  { "histchars", sv_histchars },

#endif /* HISTORY && BANG_HISTORY */

  { "ignoreeof", sv_ignoreeof },

  { (char *)0, (sh_sv_func_t *)0 }

};

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