锐客网

  1. 首页 > it技术 > >

unix/linux|实例解析shell子进程（subshell )

UNIX


实例解析shell子进程（subshell )

通过实例，解析个人对shell子进程的一个了解，主要包括以下几个方面
1：什么是shell子进程
2：shell什么情况下会产生子进程
3：子进程的特点与注意事项
4:$变量$$在脚本里的意义，及如何得到子进程里的进程号

参考文档：apue，bash的man和info文档

1：什么是shell子进程

子进程，是从父子进程的概念出发的，unix操作系统的进程从init进程开始（init进程为1,而进程号0为系统原始进程，以下讨论的进程原则上不包括进程0)均有其对应的子进程，就算是由于父进程先行结束导致的孤儿进程，也会被init领养，使其父进程ID为1。

【unix/linux|实例解析shell子进程（subshell )】也因为所有的进程均有父进程，事实上，所有进程的创建，都可视为子进程创建过程。在apue一书里提及unix操作系统进程的创建，大抵上的模式都是进行fork+exec类系统调用。

理解子进程的创建执行，需要至少细分到二个步骤，包括
通过fork创建子进程环境，
通过exec加载并执行进程代码。
其间诸如继承的环境变量等细节，可以查看apue第八章相关章节。

而shell子进程（以下均称subshell），顾名思义，就是由“当前shell进程”创建的一个子进程



2：shell什么情况下会产生子进程

以下几个创建子进程的情况。（以下英文摘自info bash)
1：&，提交后台作业
If a command is terminated by the control operator `&', the shell executes the command asynchronously in a subshell.
2:管道
Each command in a pipeline is executed in its own subshell
3:括号命令列表
()操作符
Placing a list of commands between parentheses causes a subshell
environment to be created
4：执行外部脚本、程序：
When Bash finds such a file while searching the `$PATH' for a command, it spawns a subshell to execute it.In other words, executing
filename ARGUMENTS
is equivalent to executing
bash filename ARGUMENTS

说明：大致上子进程的创建包括以上四种情况了。需要说明的是只要是符合上边四种情况之一，便会创建(fork)子进程，不因是否是函数，命令，或程序，也不会因为是内置函数(buitin)或是外部程序。


此外，上边提到子进程创建与执行的二个步骤，shell子进程的创建在步骤之一并无多大差别，一般还是父进程调用fork产生进程环境，估在第二步exec的时候，是存在差别的。

shell做为解释语言程序，提供给第二步exec加载和执行的程序体并不是脚本本身，而是由第一行#!指定的，默认为shell程序,当然也可以是awk,sed等程序，在之前写过的一篇文章里:shell脚本的set id如何生效就有提及。这里不再展开讨论。

只不过子进程的执行会根据情况而有所差别，对于内置函数，exec程序体为shell程序，并在会在子shell直接调用内置函数，

而外部函数或程序，在创建了子进程环境后，大致会有二种执行情况：
1：直接exec外部程序，
比如下边例子中直接执行的sleep,pstree命令等
2：subshellexec程序体为shell程序，在此基础上会进一步创建一个子进程以执行函数。
比如下边例子中通过函数提交后台程序中的shell命令等


例：内置函数（直接在subshell里执行，不管是否通过函数）
[root@localhost shell]# mkfifo a
[root@localhost shell]# type echo
echo is a shell builtin
[root@localhost shell]# b(){ echo a>a; }
[root@localhost shell]# b &
[1] 15697
[root@localhost shell]# echo a>a &
[2] 15732
[root@localhost shell]# pstree -pa $$
bash,571
|-bash,15697
|-bash,15732
`-pstree,15734 -pa 571

例：定义函数并提交后台进行
（函数调用中的sleep在subshell之下又创建一个子进程,
而pstree,sleep命令的直接执行，则是直接在子进程上进行）

[root@localhost shell]#a(){ sleep 30; } ;
[root@localhost shell]# sleep 40 &
[1] 15649
[root@localhost shell]# a &
[2] 15650
[root@localhost shell]# pstree -pa $$
bash,571
|-bash,15650
|`-sleep,15651 30
|-pstree,15652 -pa 571
`-sleep,15649 40


对于第四点，要注意，shell脚本的执行模式，在第四点的二种模式下，shell是会创建子进程的：
filename ARGUMENTS
bash filename ARGUMENTS

但shell同时提供二种不创建子程序的进程创建方式
1：source命令，使用方法
Sourcefilename ARGUMENTS
或
.filename ARGUMENTS

此种方法，直接在当前shell进程中执行filename脚本，filename结束后继续返回当前shell进程

2：exec命令，使用方法
Execfilename ARGUMENTS
此种方法直接在当前shell进程中执行filname脚本，filename结束后退出当前shell进程

3：子进程的特点与注意事项
这方面不具体展开，只提一点写脚本容易出现的错误。

做为子进程，其进程环境与父进程的环境是独立的， 所以在变量传递过程中，需要注意子进程内部不能更改到父进程的变量。

比如如下通过管道求和并赋给外部变量sum例子，结果sum值并不会因此改变：
[root@localhost shell]# sum=0
[root@localhost shell]# echo '1 2 3 4' |sed 's/ //n/g'|while read line; dosum+=$line; done
[root@localhost shell]# echo $sum
0
[root@localhost shell]#


4:变量$$在脚本里的意义

变量$$代表的是当前shell进程的进和id，这里要特别留意“当前shell”，
看看info bash里的说明
`$'
Expands to the process ID of the shell.In a `()' subshell, it
expands to the process ID of the invoking shell, not the subshell.
再看看man bash里的说明
$
Expandstothe process ID of the shell.In a () subshell, it expands to the process ID of the currentshell, not the subshell.


所以在实际环境中，$$并不一定“当前进程”的进程号，而是当前shell进程的进程号。
从文档中，需要留意的便是 invoking shell (info) 或currentshell（man) 与 当前subshell进程的关系了

这就引出了几个问题
1：到底怎么样算是currentshell
2：子进程里的$$对应的是哪个currentshell
3：如何猎取子进程的$$?

做为调试和测试，下边的例子引用几个变量,

BASH_SOURCE'
An array variable whose members are the source filenames
corresponding to the elements in the `FUNCNAME' array variable.
`BASH_LINENO'
An array variable whose members are the line numbers in source
files corresponding to each member of FUNCNAME.
`${BASH_LINENO[$i]}' is the line number in the source file where
`${FUNCNAME[$i]}' was called.The corresponding source file name
is `${BASH_SOURCE[$i]}'.Use `LINENO' to obtain the current line
number.
`FUNCNAME'
An array variable containing the names of all shell functions
currently in the execution call stack.The element with index 0
is the name of any currently-executing shell function.The
bottom-most element is "main".This variable exists only when a
shell function is executing.Assignments to `FUNCNAME' have no
effect and return an error status.If `FUNCNAME' is unset, it
loses its special properties, even if it is subsequently reset.

脚本里set -x,并设置PS4跟踪程序执行过程

PS4='+[$SHELL][$BASH_SUBSHELL][$PPID-$$][$LINENO]["${BASH_SOURCE[*]}"][${FUNCNAME[*]}][${BASH_LINENO[*]}]/n+


PS4设置显示值如下：
[$SHELL]:当前shell路径
[$BASH_SUBSHELL]：子shell路径长度
[$PPID-$$]：父进程id，和变量$$值（currentshell进程ID）
[$LINENO]：在当前shell的命令行号
["${BASH_SOURCE[*]}"]：源脚本程序文件记录队列
[${FUNCNAME[*]}]：函数调用记录队列
[${BASH_LINENO[*]}]：执行行号记录队列



程序如下：
[root@localhost shell]# cat -n subshell.sh
+[/bin/bash][0][569-571][1060][""][][]
+cat -n subshell.sh
1#!/bin/bash
2
3set -x
4sub2() {
5#sh subshell2.sh
6sleep 1
7}
8sub() {
9sub2 &
10sleep 20
11}
12sub&
13pstree -p $PPID


执行结果如下：

[root@localhost shell]# bash subshell.sh
+[/bin/bash][0][569-571][1059][""][][]
+bash subshell.sh
+[/bin/bash][0][571-17858][12]["subshell.sh"][][0]
+sub
+[/bin/bash][0][571-17858][13]["subshell.sh"][][0]
+pstree -p 571
+[/bin/bash][1][571-17858][10]["subshell.sh subshell.sh"][sub main][12 0]
+sleep 20
+[/bin/bash][1][571-17858][9]["subshell.sh subshell.sh"][sub main][12 0]
+sub2
+[/bin/bash][2][571-17858][6]["subshell.sh subshell.sh subshell.sh"][sub2 sub main][9 12 0]
+sleep 1
bash(571)---bash(17858)-+-bash(17859)-+-bash(17860)---sleep(17863)
|`-sleep(17862)
`-pstree(17861)


说明：
1：
首先在当前shell（进程id 571)下执行subshell.sh ,产生子进程，
[$PPID-$$]=[571-17858]显示此时执行subshell.sh脚本的进程号为17858，
[][0]显示未进行函数调用，未产生函数记录记录
说明在subshell.sh执行进程里，$$值保存的“current shell”即为本身，17858

[$LINENO]=[12]显示在subshell.sh第12行调用sub函数
sub函数在程序里通过&提交后台方式调用，
进程树显示，sub函数的调用在17858进程后创建子进程17859，执行体为bash
此时，ppid指示父进程为571，$$变量值为17858，
说明对于sub调用产生的进程，其“current shell”仍然为subshell.sh脚本执行进程17858

[$LINENO]=[13]显示在subshell.sh第13行执行pstree命令
pstree命令调用方式是在脚本里直接调用
进程树显示，pstree命令直接在17858进程后创建子进程17861并执行
此时，ppid指示父进程为571，$$变量值为17858，
说明对于这里运行的pstree命令的子进程，其“current shell”仍然为subshell.sh脚本执行进程17858


2：
[sub main][12 0]显示进入sub函数内部

[$LINENO]=[9]显示执行（在sub函数内）脚本第9行，调用sub2函数
进程树显示，sub2函数的调用在17859进程后创建子进程17860，执行体为bash
此时，ppid仍然指示父进程为571，$$变量值为17858，
说明对于sub2调用产生的进程，其“current shell”仍然为subshell.sh脚本执行进程17858


[$LINENO]=[10]显示执行（在sub函数内）脚本第10行，sleep命令
此处sleep命令调用方式是在脚本里的sub函数内直接调用
进程树显示，sleep命令是sub函数调用时创建的进程17859后创建子进程17862并执行
此时，ppid指示父进程为571，$$变量值为17858，
说明对于这里运行的pstree命令的子进程，其“current shell”仍然为subshell.sh脚本执行进程17858

3：
[sub2 sub main][9 12 0]显示进入sub2函数内部
[6]显示执行（在sub2函数内）脚本第6行，sleep 1
此处sleep命令调用方式是在脚本里的sub2函数内直接调用
进程树显示，sleep命令是sub2函数调用时创建的进程17860后创建子进程17863并执行
此时，ppid指示父进程为571，$$变量值为17858，
说明对于这里运行的sleep命令的子进程，其“current shell”仍然为subshell.sh脚本执行进程17858

终上
这里的$$只有二个值，
一个是最初的bash shell: 571,
一个是subshell.sh脚本调用时产生的进程:17858
其他由subshell.sh产生的子进程，无论是函数还是命令运行，$$变量值保存的“current shell”均为subshell.sh调用时产生的进程：17858

由此推论出上边提到的四种子shell的创建方法：提交后台，管道，括号命令列表，脚本调用。似乎只有第四种方法--脚本调用--产生的subshell可以做o为“current shell”


可以通过以下二个例子再次论证这个推论
例子一:
更改脚本调用方式，
此种方式采用当前shell进程执行subshell.sh，不再创建一个子进程
结果$$变量值保存的“current shell”均为当前进程

[root@localhost shell]# sourcesubshell.sh
+[/bin/bash][0][569-571][1062][""][][]
+source subshell.sh
++[/bin/bash][0][569-571][3]["subshell.sh"][][1062]
+set -x
++[/bin/bash][0][569-571][13]["subshell.sh"][][1062]
+pstree -p 569
++[/bin/bash][0][569-571][12]["subshell.sh"][][1062]
+sub
++[/bin/bash][1][569-571][1]["subshell.sh subshell.sh"][sub source][12 1062]
+sub2
++[/bin/bash][2][569-571][2]["subshell.sh subshell.sh subshell.sh"][sub2 sub source][1 12 1062]
sleep 1
++[/bin/bash][1][569-571][2]["subshell.sh subshell.sh"][sub source][12 1062]
+sleep 20
sshd(569)---bash(571)-+-bash(18801)---sleep(18804)
|-bash(18806)---bash(18808)---sleep(18809)
`-pstree(18807)


例子二：
在子进程里边，采用脚本调用方式，或取子进程进程号
为此增加一个脚本subshell2.sh,并在subshell.sh进行调用
+cat -n subshell2.sh
1#!/bin/bash
2set -x
3echo $PPID
4sleep 10

+cat -n subshell.sh
1#!/bin/bash
2
3set -x
4sub2() {
5./subshell2.sh &
6sleep 1
7}
8sub() {
9sub2 &
10sleep 20
11}
12sub&
13pstree -pa $PPID



[root@localhost shell]# ./subshell.sh
+[/bin/bash][0][569-571][1138][""][][]
+./subshell.sh
+[/bin/bash][0][571-19715][13]["./subshell.sh"][][0]
+pstree -pa 571
+[/bin/bash][0][571-19715][12]["./subshell.sh"][][0]
+sub
+[/bin/bash][1][571-19715][9]["./subshell.sh ./subshell.sh"][sub main][12 0]
+sub2
+[/bin/bash][2][571-19715][5]["./subshell.sh ./subshell.sh ./subshell.sh"][sub2 sub main][9 12 0]
./subshell2.sh
+[/bin/bash][2][571-19715][6]["./subshell.sh ./subshell.sh ./subshell.sh"][sub2 sub main][9 12 0]
sleep 1
+[/bin/bash][1][571-19715][10]["./subshell.sh ./subshell.sh"][sub main][12 0]
+sleep 20
+[/bin/bash][0][19718-19719][3]["./subshell2.sh"][][0]
+echo 19718
19718
+[/bin/bash][0][19718-19719][4]["./subshell2.sh"][][0]
+sleep 10
bash,571
`-subshell.sh,19715 ./subshell.sh
|-pstree,19717 -pa 571
`-subshell.sh,19716 ./subshell.sh
|-sleep,19721 20
`-subshell.sh,19718 ./subshell.sh
|-sleep,19720 1
`-subshell2.sh,19719 ./subshell2.sh
`-sleep,19722 10


从上边的执行结果可以看出，当程序执行进入subshell2.sh时，创建了进程号19294的进程境，$$变量值保存的“current shell”均为更新为subshell2.sh调用时创建的进程：

这样，打出来的subshell2.sh的父进程id,实际上就是sub2调用时创建的进程，这样就把一些$$本来显示不出来的子进程id给显示了出来。








    推荐阅读


    上一篇：《Java虚拟机》之类加载机制

    下一篇：《Java虚拟机》之内存模型与线程（下）