Shell

简介

Shell 是一个命令解释器，提供了与操作系统内核进行交互的环境，有时会被翻译为 外壳 以对应 内核。

基本概念

使用模式

Shell 有不同的使用模式

• 交互 模式，或者叫 REPL 模式。比如终端创建时就会启动一个这样的 Shell，不断地读取输入、运行命令、打印结果、循环，这就是 REPL 全称 Read-Eval-Print-Loop 的含义
• 脚本 模式，启动一个新的 Shell 进程执行给定的脚本/命令。比如 sh -c 'echo hello' 让 Shell 执行 echo hello 单条命令，而 sh test.sh 则让 Shell 执行 test.sh 这个脚本

变量和环境变量

Shell 中存在变量和环境变量。两者有点类似，主要的区别在于作用域

• 环境变量作用域更广，会自动传递给子进程
• 变量作用域更窄，只有当前 Shell 会话可用，不会自动传递给子进程

常见变量/环境变量

有些变量或环境变量会被系统进程和多数程序拿去使用，因此成为了一种约定。这些变量用处广泛，以 Ubuntu 上的 Bash 为例

• PATH 用于查找命令的目录列表
• HOME 家目录
• PWD 工作目录
• PS1/PS2 主提示符/次提示符
• EDITOR 默认编辑器
• LANG 默认语言
• USER 用户名
• HOST 主机名
• HTTP_PROXY/HTTPS_PROXY HTTP 代理/HTTPS 代理

Shell 通常会自动设置一些变量/环境变量，当然它们也可以被手动创建、修改、求值。大多数 Shell 关于变量/环境变量的语法都是一样的

• 使用 $VAR 获取变量/环境变量的值
• 使用 VAR=xxx 创建或者修改变量
• 使用 export VAR=xxx 创建或者修改环境变量

环境变量持久化

通过 export VAR=xxx 设置的环境变量只在当前 Shell 进程及子进程中有效。如果希望持久化设置，需要把命令添加到 配置文件 中。

可以使用 env 命令查看当前会话中所有的环境变量，而 set 命令可以查看所有的变量

Pwsh 的环境变量

Pwsh 中变量和环境变量的用法与 UNIX Shell 存在较大的区别

• 对于变量用 $VAR 获取值，用 $VAR=xxx 创建或修改值
• 对于环境变量用 $env:VAR 获取值，用 $env:VAR=xxx 创建或修改值

查找命令

Shell 中命令查找通常遵循以下的优先级

1. 别名。Shell 可以添加命令别名，以便简写常用的命令
2. 关键字。Shell 会存在一些关键字，比如 if/while 等
3. 函数。Shell 可以定义函数，比别名更适合应对复杂的命令
4. 内置命令。Shell 会有一些内置命令，通常包括 cd/echo/pwd/type 等
5. 外部命令。Shell 会在环境变量 PATH 中按目录顺序来寻找外部命令

工作目录

工作目录是 Shell 进程当前所在的目录路径，所谓的相对路径就是相对于工作目录的。

终端新建 Shell 时的初始工作目录一般都是家目录。大多数 Shell 都可以

• 使用 cd 切换工作目录
• 使用 pwd 打印工作目录
• 使用 PWD 环境变量获取工作目录

提示符

在 REPL 模式中，Shell 会在每个循环的开始打印提示符。这些提示符中可能包含当前的用户名、主机名、工作目录、权限级别等各种信息。

提示符可以高度自定义。有很多工具（比如 starship）能够帮助我们快速定制出既美观又实用的提示符，也可以直接使用别人制作好的主题。

配置文件

Shell 通常都支持使用文件进行配置。不同 Shell 的配置文件可能不一样

• Bash 的配置文件为 ~/.bashrc
• Zsh 的配置文件为 ~/.zshrc
• Pwsh 的配置文件路径保存在变量 $PROFILE 中

提示符、别名、环境变量等都可以在配置文件中修改。不过一般不需要在配置文件中写特别复杂的脚本，因为社区里总会有工具能够解决这些问题。

管道和重定向

多数 Shell 都支持管道。所谓管道就是把前一个命令的输出作为后一个命令的输入，语法通常都是 command1 | command2

多数 Shell 也都支持重定向。所谓重定向就是把命令的输出写入文件中，或者从文件中读取输入，语法通常都是

• command > file 将输出写入文件，会覆盖原有内容
• command >> file 将输出追加写入文件，不覆盖原有内容
• command < file 从文件中读取输入

Pwsh 的重定向

Pwsh 不支持 < 重定向，通常可以使用管道 cat file | command 进行替代。

替换 Shell

Shell 只是一个运行在用户空间的普通 CLI 程序，并不是操作系统内核的一部分。因此尽管系统安装时自带了 Shell，但这是可替换的。

Linux

Linux 系统通常自带 Bash，这是事实上的标准。

Linux 使用其它 Shell 只需用系统包管理器安装然后修改登录 Shell 即可。以 Ubuntu + Zsh 为例，操作如下

# 安装 zsh
apt install zsh
# 修改登录 shell 为 zsh
chsh -s $(which zsh)

Windows

Windows 系统通常自带了 CMD 和 PowerShell。日常使用推荐优先选择后者。

Windows 如果要使用别的 Shell，可能需要配置 UNIX 环境。目前有两种主流的方法，当然后者应该更主流一点

• 通过 MSYS 在一个模拟的 UNIX 环境中使用移植的 Shell
• 通过 WSL 在一个 Linux 子系统里使用 Shell

macOS

macOS 系统通常自带 Zsh。

macOS 使用其它 Shell 也只需简单安装即可，因为 macOS 是标准的类 UNIX 系统。具体方式和 Linux 类似。

常用 Shell

名称	系统自带	主要特点
Bash	Linux	脚本标准，兼容性最好
Pwsh	Windows	基于对象，擅长处理复杂数据
Zsh	macOS	高度可定制，有强大的生态
Fish	无	开箱即用，提供良好的交互体验
Nushell	无	现代的交互设计和数据处理

现代 Shell 的发展趋势主要有以下几个

• 改善交互体验。增强 REPL 模式，降低使用门槛。比如 Fish 自带了 命令补全、语法高亮、自动建议 等功能
• 优化数据处理。用 结构化数据 替代纯文本流，提高数据处理的可靠性和效率。比如 Nushell 为数据添加了类型，并提供强大的、基于类型的操作
• 实现跨平台一致。不再绑定操作系统，并减少环境差异所产生的问题。比如 Pwsh 就是旧的 PowerShell 改进架构后的可跨平台版本
• 打造开源生态。通过 平台 和 框架，形成社区驱动的共享生态。比如 Zsh 通过 GitHub 和 Oh My Zsh 让用户可以轻松分享并获取主题、插件等配置

Bash

Bash 是 Linux 的默认 Shell。使用 Windows 配置的 UNIX 环境（比如 WSL、MSYS 和 Git for Windows）也将 Bash 作为默认 Shell。

Bash 的生态比较一般，但还是有一些不错的工具

• blesh 行编辑器，有语法高亮和自动建议等功能，非常强大。但在 Windows 上性能问题有点严重

Pwsh

如果喜欢在 Windows 中使用 PowerShell，那么最好去 安装新 PowerShell。这比自带的旧 PowerShell 好用很多。

新旧 PowerShell 的区别

微软官方用如下两个名称区分新旧 PowerShell

• PowerShell 基于新版本的 .NET 而不是 .NET Framework，可在 Windows、Linux 和 macOS 上运行
• Windows PowerShell 是 Windows 中自带的 PowerShell 版本，使用了仅可在 Windows 上运行的完整 .NET Framework

本文使用 Pwsh 称呼新 PowerShell，且不关注旧 PowerShell

Pwsh 相比旧 PowerShell 有以下主要区别

• 交互体验更好，比如错误提示更精确、内置命令的输出有高亮
• 生态更好，因为开源和社区驱动
• 可跨平台，因为改进了架构

Pwsh 自带了模块的管理框架，通过 Install-Module PSReadLine 命令就可以安装新的模块。以下是一些推荐的模块

• PSReadLine 改善使用体验的模块。有语法高亮、命令补全（只支持 PowerShell 内置命令）、自动建议等功能，体验上不如 Zsh 的类似插件，但也算够用。
• PSFzf 集成 fzf 的模块，需要先安装 fzf。
• PSCompletions 命令补全模块，提供了常用命令（包括 git、npm、scoop 等）的补全，并且可以管理这些补全。

Zsh

Zsh 是 macOS 的默认 Shell。其余系统可手动安装 Zsh。而 Windows 需要先配置类 UNIX 环境

# Arch/MSYS
pacman -S zsh
# Ubuntu
apt install zsh

Zsh 的特色就是高度可定制。而 Oh My Zsh 是一个 Zsh 的框架，可以用于管理配置，同时自带了很多插件。安装方法可参考 官方文档。

以下是一些常用的但 Oh My Zsh 中没有的插件

• zsh-autosuggestions 自动建议。可以 使用 Oh My Zsh 安装。
• zsh-syntax-highlight 语法高亮。同样可以 使用 Oh My Zsh 安装。
• zsh-completions 额外的命令补全。一般来说没必要装这个插件，因为 zsh 自带的补全已经够多了。建议先去 仓库 里看看有没有需要的补全。

Fish

Fish 通常不会自带，需要手动安装。Windows 同样得先配置类 UNIX 环境

# Arch/MSYS
pacman -S fish
# Ubuntu
apt install fish
# macOS
brew install fish

Fish 是开箱即用的，不过同样可以进行配置。Fish 有 Oh My Fish 这个框架，但生态不如 Zsh。

Nushell

Nushell 通常也不会自带，需要手动安装。不过 Windows 可以直接安装，不需要配置类 UNIX 环境

# Windows
scoop install nu
# macOS/Linux
brew install nushell

目前 Nushell 的生态还在发展。官方维护的 awesome-nu 记录了一些好用的 Nushell 工具，包括插件、脚本、编辑器扩展等。