Bash 启动配置

bash (Bourne Again SHell) 是默认的 shell，有必要了解一下它不同启动方式下的配置过程。

当执行bash命令或者用户登录系统时，会陆续加载各种bash配置文件，还会设置或清空一系列变量，有时还会执行一些自定义的命令，这些行为都算是启动bash时的过程。在不同的系统中具体的逻辑还是不同的，目前只关注Ubuntu和CentOS。

启动过程有两个维度的分类方式：

  • 交互式和非交互式
    • 交互式的标准情景：输入一个命令，然后输出user@host:path$，等待用户输入；
    • 非交互式的标准情景：bash执行一个脚本，例如bash demo.sh。
  • 登录和非登录：顾名思义，非登录情景可以加上--login或-l选项来伪装为登录情况。

可以通过下面的方法进行判断：

  • 交互式的判断：
    • 交互式环境下的$-变量会含有字母i；
    • 交互式定义了提示符$PS1，但是非交互式会清空这个变量，因此echo $PS1可以区分。
  • 登录和非登录的判断：shopt login_shell，返回on或off。
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echo $PS1;shopt login_shell

使用ssh命令时：

  • ssh远程登录：交互式、登录式；
  • ssh远程执行命令但不登录：非交互式、非登录式

使用bash命令启动shell时：

  • bash：交互式、非登录式
  • bash -l：交互式、登录式

使用bash命令执行脚本时：

  • bash demo.sh：非交互式、非登录式
  • bash -l demo.sh：非交互式、登录式

使用su命令切换用户时，加不加-有不同的效果：

  • su user2：切换到user2，打开的shell是交互式、非登录式
  • su - user2：切换到user2，打开的shell是交互式、登录式

在图形用户界面下打开终端时，默认为交互式、非登录式；但是可以在设置中改为交互式、登录式。

bash不同启动过程中涉及到的配置文件可能有

  • 系统级：
    • /etc/profile（通常在脚本中自动加载/etc/profile.d/*.sh）
    • /etc/bash.bashrc
    • /etc/bashrc
  • 用户级：
    • ~/.bash_profile
    • ~/.bash_login
    • ~/.profile（这三个文件的角色几乎是等价的，只是出于兼容性进行的保留，系统通常只会自动生成其中的一个文件，并且只会加载第一个存在且可读的文件）
    • ~/.bashrc（通常用户只需要在这里进行修改自定义配置，各种启动方式通常都会直接或间接地加载这个文件）

bash退出时还涉及~/.bash_logout等文件，这里不做讨论。此外，~/.bash_history文件记录了bash的历史命令。（但是如果命令以空格开头，就不会记录）

对于一个交互式、登录式启动的shell，或者非交互式但是使用-l选项的情况：

  • 首先读取 /etc/profile；
  • 然后依次搜索 ~/.bash_profile、~/.bash_login和 ~/.profile（在某些系统中，某一个文件会自动生成，其它文件则默认不存在），仅加载其中第一个存在到且可读的文件。

使用--noprofile可以跳过这个过程。如果这里使用的是sh名称，出于兼容性考虑，只会依次加载etc/profile和~/.profile。

对于一个交互式、非登录式启动的shell：

  • 读取/etc/bash.bashrc 和 ~/.bashrc；

对于一个非交互式、非登录式的shell（通常是执行一个脚本），不会加载类似的配置文件，但是会尝试加载$BASH_ENV这个环境变量所代表的配置文件，如果存在的话。

实践中发现，CentOS会自动生成~/.bash_profile，Ubuntu会自动生成~/.profile。两者的作用是类似的，大意是：

  • 如果存在~/.bashrc，读取这个文件；
  • 如果存在~/.local/bin这个目录，添加到PATH中。具体的措施不太一样，有的会加在PATH的头部，有的则会加在PATH的最后。

因此，在默认情况下，无论是哪一种方式启动，~/.bashrc中的内容都会被加载执行一次。

系统通常都会自动生成~/.bashrc文件，其中的内容却大不相同：
对于CentOS，自动生成的文件中会尝试加载/etc/bashrc文件

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# Source global definitions
if [ -f /etc/bashrc ]; then
        . /etc/bashrc
fi

对于Ubuntu，自动生成的文件头部有如下内容

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# If not running interactively, don't do anything
case $- in
    *i*) ;;
      *) return;;
esac

具体含义是：通过$-判断当前shell是不是交互式的，如果不是就直接结束，不再执行后面的命令。

上面这个例子说明，不同的系统中这些配置文件发挥的作用是很不一样的。

对于 Ubuntu，在启动时默认会输出一些信息，可以通过在家目录下创建一个空的 .hushlogin 文件来关闭这些信息。

后台任务

通常在shell中执行的任务都是前台任务，即任务会占用前台，在任务结束之前无法进行下一个任务。在命令结尾使用&可以将命令使用后台进程执行，例如

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./test.sh &

其中的测试脚本在不断写入日志，每隔4秒写入一次

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#!/bin/bash

logfile="time_log.txt"

while true; do
    echo "$(date)" >> "$logfile"
    sleep 4
done

使用jobs命令可以查看当前的后台任务，每一个后台任务都有独立的序号（注意不是pid），例如

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[1]+  Running                 ./test.sh &

如果返回值为空，代表没有后台任务。后台任务的状态可能是Running（正在运行），也可能是Stopped（挂起，暂停），Terminated（终止），终止的任务稍后就会从jobs的输出中消失。

需要注意的是，后台任务仍然会向当前终端的输出流写入信息！这可能会混淆其他命令的输出，对于后台任务，最好还是将输出重定向比较稳妥

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./test.sh > output.log 2>&1 &

如果当前的前台任务太长或者卡死了，我们可以使用ctrl+c强行结束前台任务，也可以使用ctrl+z将前台任务挂起，此时任务会转为后台任务，并且设置为暂停状态，此时jobs输出形如

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[1]+  Stopped                 ./test.sh

使用fg %1命令可以将指定的后台任务（正在执行或挂起的）转到前台执行。
使用bg %1命令则可以将指定的后台挂起任务在后台执行，这些命令的百分号很重要）

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bg %1

fg %1

如果缺省编号，默认操作对象是标记为+的最近任务，此外还有标记为-的任务，含义是如果+标记的任务结束，-标记的任务就会变成+标记。

使用kill命令可以终止后台任务，例如 kill %jobnumber 或 kill PID。

需要注意的是，在一个会话中，无论是前台任务还是后台任务都是从属于当前会话的，如果退出当前的登陆，后台任务也会被终止，
有两种方法来解决这种问题：

  • 使用nohup命令；
  • 使用setsid命令。

第一种是基于nohup的方法，可以使用nohup搭配 & 来解决会话退出导致后台任务终止的问题，此时对应的进程不会因为退出会话而被终止，例如

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nohup ./test.sh  &

nohup命令默认会将输出重定向到当前位置下的nohup.out文件（如果当前位置无权限则会回到家目录下创建nohup.out文件），在事后可以使用nohup.out文件来查看这个后台任务的输出。

可以指定全部输出重定向到指定文件，例如

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nohup ./test.sh > out.log 2>&1 &

nohup命令有提示信息，需要回车确认一下。

如果对一个已经正在运行的后台任务忘记使用nohup执行了，还可以使用disown命令进行补救，例如

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./test.sh &
disown -h %1

第二种是基于setsid的方法，它的做法在原理上更加彻底，此时的进程和当前会话不再是从属关系，因此当前会话的终止不会影响该进程，例如

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setsid ./test.sh &

使用小括号似乎有一样的效果

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(./test.sh &)

对后台任务的进一步分析必须从Linux中的进程，信号等机制出发，但是我对此没啥兴趣，这里只是从实用的角度进行学习，浅尝辄止。

Here Document（heredoc）

Bash 允许在命令行中创建一个 here document，这里 document 的内容会作为 stdin 传递给命令。

heredoc = 把一段文本作为 stdin 输入给命令

基本语法

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command <<WORD
line1
line2
WORD

要点：

  • <<WORD 作为开始
  • 中间内容作为 stdin
  • 单独一行的 WORD 结束
  • WORD 只是一个分隔标记符，可以自定义（EOF、END、PY 等）

heredoc 可以根据内容是否被 shell 展开，分为两种情况：

  • 不加引号（会展开），可能发生：$VAR 变量替换，$(cmd) 命令替换，反引号替换等
  • 加引号（不展开，更安全）

不加引号例如

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cat <<EOF
home: $HOME
date: $(date)
EOF

输出

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home: /home/user
date: Sun Mar ...

加引号例如

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cat <<'EOF'
home: $HOME
date: $(date)
EOF

输出

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home: $HOME
date: $(date)

一个更实际的例子：给 Python 传多行代码并立刻执行（习惯上使用 'PY'）

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python3 - <<'PY'
import json
print({"a": 1})
PY

除此之外，下面的特殊写法还支持自动移除前导的 TAB 缩进：（不包括空格）

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cat <<-EOF
	line1
	line2
EOF

补充：在大多数 Unix shell 中，快捷键 Ctrl+D 表示 EOF（End Of File）。
如果当前程序正在读取 stdin，并且输入缓冲区为空，按 Ctrl+D 会告诉程序输入结束，常用于结束交互式输入。