系统调用和 UNIX Shell
本讲内容：
- Shell
- xv6 shell 代码讲解
(UNIX) Shell
为用户封装操作系统 API
我们需要一个 “用户能直接操作” 的程序管理操作系统对象。
需要一个程序能协调多个应用程序
Shell: Kernel 的 “外壳”
- “与人类直接交互的第一个程序”
The UNIX Shell
“终端” 时代的伟大设计
- “Command-line interface” (CLI) 的巅峰
Shell 是一门 “把用户指令翻译成系统调用” 的编程语言
“Unix is user-friendly; it's just choosy about who its friends are.”
如果把 shell 理解成编程语言，“不好用” 好像也没什么毛病了
The Shell Programming Language
基于文本替换的快速工作流搭建
- 重定向:
cmd > file < file 2> /dev/null - 顺序结构:
cmd1; cmd2,cmd1 && cmd2,cmd1 || cmd2 - 管道:
cmd1 | cmd2 - 预处理:
$(),<() $(ls | grep 'A')-
vim <(ls)：将 ls 的内容，作为 vim 的文件输入 -
变量/环境变量、控制流……
Job control：类比窗口管理器里的 “叉”、“最小化”
- jobs, fg, bg, wait
- (今天的 GUI 并没有比 CLI 多做太多事)
人工智能时代，我们为什么还要读手册？
今天的人工智能还是 “被动” 的
- 它还不能很好地告诉你，你应该去找什么
- Manual 是一个 complete source
- 当然，AI 可以帮助你更快速地浏览手册、理解程序的行为
复刻经典
A Zero-dependency UNIX Shell (from xv6)
Shell 是 Kernel 之外的 “壳”
- 它也是一个状态机 (同 minimal.S)
- 完全基于系统调用 API
随堂实验代码：移植了 xv6 的 shell
- 零库函数依赖 (
-ffreestanding编译、ld 链接) - 可以作为最小 Linux 的 init 程序
支持的功能（命令需要绝对路径）
- 重定向/管道
ls > a.txt,ls | wc -l - 后台执行
ls & - 命令组合
(echo a ; echo b) | wc -l
如何阅读代码
strace
- 适当的分屏和过滤
- AI 使阅读文档的成本大幅降低
gdb
- AskGPT: How to debug a process that forks children processes in gdb?
- AI 也可以帮你解释 (不用去淘文档了)
- 以及，定制的 visualization
- 对于 Shell，我们应该显示什么？
理解管道
展望未来
UNIX Shell: Traps and Pitfalls
在 “自然语言”、“机器语言” 和 “1970s 的算力” 之间达到优雅的平衡
-
平衡意味着并不总是完美
-
操作的 “优先级”？
-
ls > a.txt | cat- 我已经重定向给 a.txt 了，cat 是不是就收不到输入了？
-
bash/zsh的行为是不同的- 所以脚本一般都是
#!/bin/bash甚至#!/bin/sh保持兼容
- 所以脚本一般都是
另一个有趣的例子
$ echo hello > /etc/a.txt
bash: /etc/a.txt: Permission denied
# 重定向操作仍然是以当前用户的权限进行
# correct: sudo sh -c 'echo hello > /etc/a.txt'
$ sudo echo hello > /etc/a.txt
bash: /etc/a.txt: Permission denied
展望未来
Open question: 我们能否从根本上改变管理操作系统的方式？
需求分析
- Fast Path: 简单任务
- 尽可能快
- 100% 准确
- Slow Path: 复杂任务
- 任务描述本身就可能很长
- 需要 “编程”
未来的 Shell
自然交互/脑机接口：心想事成
- Shell 就成为了一个应用程序的交互库
- UNIX Shell 是 “自然语言”、“机器语言” 之间的边缘地带
系统管理与语言模型