進入子shell的各種情況分析

子shell的概念貫穿整個shell，寫shell指令碼時更是不可不知。所謂子shell，即從當前shell環境新開一個shell環境，這個新開的shell環境就稱為子shell(subshell)，而開啟子shell的環境稱為該子shell的父shell。子shell和父shell的關係其實就是子進程和父進程的關係，只不過子shell和父shell是關聯的進程是bash進程。

子shell會從父shell中繼承很多環境，如變數、命令全路徑、檔案描述符、當前工作目錄、陷阱等等，但子shell有很多種型別，不同型別的子shell繼承的環境不相同。可以使用$BASH_SUBSHELL變數來檢視從當前進程開始的子shell層數，$BASHPID檢視當前所處BASH的PID，這不同於特殊變數"$$"值，因為"$$"會從父進程繼承。

何時產生子shell

要解釋清楚子shell以及產生何種型別的子shell，需要搞清楚Linux中如何產生子進程。Linux上建立子進程的方式有三種：一種是fork出來的進程，一種是exec出來的進程，一種是clone出來的進程。此處無需關心clone，因為它用來實現Linux中的執行緒。

(1).fork是複製進程，它會複製當前進程的副本(不考慮寫時複製的模式)，以適當的方式將這些資源交給子進程。所以子進程掌握的資源和父進程是一樣的，包括記憶體中的內容，所以也包括環境變數和變數。但父子進程是完全獨立的，它們是一個程式的兩個範例。

(2).exec是載入另一個應用程式，替代當前執行的進程，也就是說在不建立新進程的情況下載入一個新程式。exec還有一個動作：在進程執行完畢後，退出exec所在的shell環境。

所以為了保證進程安全，若要形成新的且獨立的子進程，都會先fork一份當前進程，然後在fork出來的子進程上呼叫exec來載入新程式替代該子進程。例如在bash下執行cp命令，會先fork出一個bash，然後再exec載入cp程式覆蓋子bash進程變成cp進程。

再來說明子shell的問題。一般fork出來的子進程，內容和父進程是一樣的(包括變數)，例如執行cp命令時也能獲取到父進程的變數。但是cp命令在哪裡執行呢？執行cp命令敲入回車後，當前的bash進程fork出一個子bash，然後子bash通過exec載入cp程式替代子bash。這算是進入了子shell嗎？更通用的問題是：什麼情況下會進入子shell環境，什麼時候不進入子shel環境呢？

判斷是否進入了子shell的方式非常簡單，執行"echo $BASHPID"，如果該值和父bash進程的pid值不同，則表示進入了子shell。在shell中是否進入子shell的情況可以分為幾種：

①.執行bash內建命令時。

bash內建命令是非常特殊的，父進程不會建立子進程來執行這些命令，而是直接在當前bash環境中執行。但如果將內建命令放在管道後，則此內建命令將和管道左邊的進程同屬於一個行程群組，所以仍然會建立子shell。

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID   # 當前BASHPID
65230
[root@linuxidc ~]# let a=$BASHPID   # bash內建命令，不進入子shell
[root@linuxidc ~]# echo $a
65230

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65230
[root@linuxidc ~]# cd | expr $BASHPID      # 管道使得任何命令都進入行程群組，會進入子shell   
65603

②.執行bash命令本身時。

這是一個很巧合的命令。bash命令本身是bash內建命令，在當前shell環境下執行內建命令本不會建立子shell，也就是說不會有獨立的bash進程出現，而實際結果則表現為新的bash是一個子進程。其中一個原因是執行bash命令會載入各種環境設定項，為了父bash的環境得到保護而不被覆蓋，所以應該讓其以子shell的方式存在。雖然fork出來的bash子進程內容完全繼承父shell，但因重新載入了環境設定項，所以子shell沒有繼承普通變數，更準確的說是覆蓋了從父shell中繼承的變數。不妨試試在/etc/bashrc檔案中定義一個變數，再在父shell中export名稱相同值卻不同的環境變數，然後到子shell中看看該變數的值為何？

[root@linuxidc ~]# echo "var=55" >>/etc/bashrc
[root@linuxidc ~]# export var=66
[root@linuxidc ~]# bash
[root@linuxidc ~]# echo $var
55

由結果55可知，執行bash時載入的/etc/bashrc中的變數覆蓋了父bash中的匯出的環境變數值66。

其實執行bash命令，既可以認為進入了子shell，也可以認為沒有進入子shell。從bash是內建命令的角度來考慮，它不會進入子shell，這一點在執行bash命令後從變數$BASH_SUBSHELL的值為0可以驗證出來。但從執行bash命令後進入了新的shell環境來看，它有其父bash進程，且$BASHPID值和父shell不同，所以它算是進入了子shell。

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65230
[root@linuxidc ~]# bash
[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65534

③.執行shell指令碼時。

指令碼中第一行總是"#!/bin/bash"或者直接"bash xyz.sh"，這和上面的執行bash進入子shell其實是一回事，都是使用bash命令進入子shell。只不過此時的bash命令和情況②中直接執行bash命令所隱含的選項不一樣，所以繼承和載入的shell環境也不一樣。事實也確實如此，它僅只繼承父shell的某些環境變數，其餘環境一概初始化。

另外，執行shell指令碼相比於直接執行bash命令，還多了一個動作：指令碼執行完畢後自動退出子shell。

[root@linuxidc ~]# cat b.sh 
#!/bin/bash
echo $BASHPID

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65534
[root@linuxidc ~]# ./b.sh 
65570

④.執行shell函數時。

其實shell函數就是命令，它和bash內建命令的情況一樣。直接執行時不會進入子shell，但放在管道後會進入子shell。

[root@linuxidc ~]# fun_test (){ echo $BASHPID; }   # 定義一個函數，輸出BASHPID變數的值
[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID 
65230
[root@linuxidc ~]# fun_test      # 說明執行函數不會進入子shell
65230
[root@linuxidc ~]# cd | fun_test   # 但放在管道後會進入子shell
65605

⑤.執行非bash內建命令時。

例如執行cp命令、grep命令等，它們直接fork一份bash進程，然後使用exec載入程式替代該子bash。此類子進程會繼承所有父bash的環境。但嚴格地說，這已經不是子shell，因為exec載入的程式已經把子bash進程替換掉了，這意味著丟失了很多bash環境。在bash文件中，直接稱呼這種環境為"單獨的環境"，和子shell的概念類似。

[root@linuxidc ~]# let a=$BASHPID   # let是內建命令
[root@linuxidc ~]# echo $a
65230
[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID    # echo是非內建命令，結果是不進入子shell
65230

⑥.命令替換。

當命令列中包含了命令替換部分時，將開啟一個子shell先執行這部分內容，再將執行結果返回給當前命令。因為這次的子shell不是通過bash命令進入的子shell，所以它會繼承父shell的所有變數內容。這也就解釋了"echo $(echo $$)"中"$$"的結果是當前bash的pid號，而不是子shell的pid號，但"echo $(echo $BASHPID)"卻和父bash進程的pid不同，因為它不是使用bash命令進入的子shell。

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65230
[root@linuxidc ~]# echo $(echo $BASHPID)      # 使用命令替換$()進入子shell
65612

⑦.使用括號()組合一系列命令。

例如(ls;date;echo haha)，獨立的括號將會開啟一個子shell來執行括號內的命令。這種情況等同於情況⑤。

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65230
[root@linuxidc ~]# (echo $BASHPID)  # 使用括號()的命令組合進入子shell
65613

⑧.放入後台執行的任務。

它不僅是一個獨立的子進程，還是在子shell環境中執行的。例如"echo hahha &"。

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65230
[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID &   # 放入後台執行的任務進入子shell
[1] 65614
[root@linuxidc ~]# 65614

[1]+  Done                    echo $BASHPID 

⑨.進程替換。

既然是新進程了，當然進入子shell執行。例如"cat <(echo haha)"。

[root@linuxidc ~]# echo $BASHPID
65230

[root@linuxidc ~]# cat <(echo $BASHPID)    # 進程替換"<()"進入子shell
65616

需要說明的是，子shell的環境設定不會黏滯到父shell環境，也就是說子shell的變數等不會影響父shell。

最後，建議同時閱讀另一篇文章：bash啟動時環境設定流程，此文中詳細解釋了bash啟動時載入哪些組態檔。

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