当我们在 shell 上输入一个简单的命令时会发生什么？

Question

我有一个关于执行简单命令的简单问题。根据我的理解，当我们ls在交互式 shell 中键入命令时，

1. Shell 解释命令。
2. Shell 创建子进程并在子进程上执行命令。
3. Shell 等待子进程完成。

如果我的理解是正确的，我们在 shell 提示符下键入的一个简单命令会在子进程上执行，并且该命令的结果不会影响当前 shell 的环境。

如果是这样，那么内置命令cd呢？如果cd在子进程上执行并且不能影响当前shell的环境，那么如何更改当前shell的工作目录？

Answer 1

shell 只是一个程序，虽然它在系统中扮演着重要的角色。Bash 和我假设大多数其他常见的 shell 都是用 C 实现的。用于创建子进程的两个最重要的本地 C系统调用是fork()和exec()。这些函数通常也用高级语言实现，包括 shell。

1. fork()

   “Fork”创建调用进程的副本作为其子进程。这就是系统上除第一个（init）之外的几乎所有进程开始的方式：作为启动它们的进程的副本。Shell 语言实际上没有fork函数，但它确实包含生成子shell 的语法，它们是相同的。

2. exec()

   exec()C 中实际上没有调用，但它通俗地指的是一组相关的函数；您可以看到带有 的列表man 3 exec，通常以 开头：

   exec() 系列函数用新的进程映像替换当前进程映像...

   这正是它所做的：用从可执行文件（例如，/usr/bin/ls）加载的新内容替换当前进程内存堆栈的定义部分。这就是为什么fork()在创建一个新进程时首先是必要的——否则，调用进程不再是它原来的样子，而是变成别的东西；实际上不会创建新进程。

乍一看，这听起来像是一种荒谬且低效的做事方式：为什么不直接创建一个从头开始创建新进程的命令呢？事实上，由于以下几个原因，这可能不会那么有效：

• 产生的“复制”fork()有点抽象，因为内核使用写时复制系统；真正需要创建的只是一个虚拟内存映射。如果复制然后立即调用exec()，则大部分数据如果已被流程活动修改而将被复制，则实际上不必复制/创建，因为流程不执行任何需要使用它的事情。

• 子进程的各个重要方面（例如，其环境）不必根据对上下文的复杂分析等单独复制或设置。它们只是假设与调用进程的相同，并且这是我们熟悉的相当直观的系统。

有关将“环境复制”到生成的子进程的确切含义的详细讨论，请参阅我的答案here。

如果是这样，那么像 cd 这样的内置命令呢？

同样，这些只是在 C 中实现的 chdir()，就像fork()和一样exec()，是标准 C 的 Unix 平台扩展的一部分，也是 shellcd命令的基础。来自man 2 chdir：

chdir() 将调用进程的当前工作目录更改为 path 中指定的目录。

这不需要子进程——它会影响调用者。shell 是一个交互式运行时解释器，这意味着它会在您提供命令时执行用 shell 语言编写的代码。它通常不需要执行新进程来执行此操作，它会自行完成。

Answer 2

如果是这样，那么像 cd 这样的内置命令呢？如果在子进程上执行 cd

这就是你逻辑的缺陷。cd，作为 shell 内置函数，由 shell 专门解释并在进程内“执行”。您可以使用该type命令来确定某个命令是否内置。