本文的目的：分享一下在學校的時候分析shell源碼的一些收獲，幫助大家了解shell的一個工作流程，從軟體設計的角度，看看shell這樣一個曆史悠久的軟體的一些設計優點和缺陷。本文重點不是講SHELL文法，相信很多同僚玩shell都很熟了。
本文的局限：限于本人技術水準和時間，肯定有不少錯誤和遺漏的地方，在當時的源碼注釋的過程中，也确實會有一直都不了解和存疑的地方，還請指正。但總的來說，主要邏輯和流程還是可以理清的。
分析的版本：首先選用最常用的bash，然後版本是bash4.2-release
bash代碼簡介：之前做過一個統計，shell源碼大概有10萬行，其中核心邏輯在1萬多行，這也是分析的目标代碼。剩下的包括引入的readline庫（也是個開源庫，處理輸入的），yacc文法分析器生成工具（開源庫，相信很多學過編譯原理的都知道這東西），以及很多為提高使用者界面友好性做得優化和輔助代碼（比如！的曆史操作）。
建議：在了解shell運作機制的同時，從軟體設計的角度來看他，會發現有很多可以優化和改進的地方（當然，因為shell本身是從比較久遠的年代發展而來，各種曆史因素相關），特别是，讀了下面内容的同學應該可以發現，指令解析那一塊，用C++的OO思想可以合理的設計指令的類層次結構，大大簡化代碼量和邏輯，有興趣的同學甚至可以自己動手寫來試試替換掉這一部分。
<code>shell.c</code>是shell主函數main所在檔案。是以shell的啟動可以認為從<code>shell.c</code>檔案開始。main函數完成的主要工作流程是包括：檢查啟動的運作環境（是否通過sshd啟動，是否運作于emacs環境下，是否運作于cgywin環境下，是否是互動式shell，是否是login shell等，對系統進行記憶體洩露檢查，是否是受限shell），讀取配置檔案（順序為<code>/etc/profile and</code>( <code>~/.bash_profile OR ~/.bash_login OR ~/.profile</code>)前面的存在不會讀後面的），設定運作需要的全局變量的值（目前環境變量、shell的名稱、啟動時間、輸入輸出檔案描述符、語言本地化的相關設定），處理參數和選項（即帶有<code>-c -s --debugger</code>等參數和選項），設定參數和選項的值（<code>run_shopt_alist ()</code>函數調用<code>shopt_setopt</code>函數設定選項的值；綁定$位置參數的值）,然後根據不同的啟動參數進入以下不同分支：
如果是隻進行參數擴充而不執行指令，調用<code>run_wordexp</code>函數擴充參數，然後調用<code>exit_shell</code> (<code>last_command_exit_value</code>)函數以上次指令執行的傳回值為傳回值退出。
如果是以-c參數模式啟動shell，分為兩種情況：一：如果是附帶了字元串參數作為要執行的指令，則調用<code>run_one_command (command_execution_string)</code>執行-c附帶的指令，參數<code>command_execution_string</code>儲存-c後面附帶的字元串指令值。執行完畢後調用<code>exit_shell (last_command_exit_value)</code>退出。二：如果是期待使用者輸入要執行的指令，則跳轉到分支3。
将<code>shell_initialized</code>置為1表示shell初始化完成。調用<code>eval.c</code>中定義的函數<code>reader_loop()</code>不斷的讀取和解析使用者輸入，如果<code>reader_loop</code>函數傳回，則調用<code>exit_shell</code>、<code>(last_command_exit_value)</code>退出shell。
shell中用如下結構體來表示一個指令。
其中一個很關鍵的成員是聯合union類型value，它指出了該指令的類型，也給出了儲存指令具體内容的指針。從該結構的可選值來看，shell定義的指令共有for循環、case條件、while循環、函數定義、協同異步指令等14種。
其中，經過對所有指令執行路徑的分析，确定類型為simple的command是經過指令替換後的最原子的指令操作，其餘類型的指令都是由若幹simple command構成的。
在shell啟動之後，無論是進入上面的2和3兩個分支中的哪一個，最後解析指令所用到的函數都是<code>execute_cmd.c</code>中定義的函數。分支1不涉及到指令的解析，是以不在這裡分析。
run_one_command (command_execution_string) 執行的過程中調用<code>parse_and_execute</code> (在evalstring.c中定義）解析與執行指令，<code>parse_and_execute</code>中實際調用<code>execute_command_internal</code>函數進行指令的執行。
<code>reader_loop</code>函數調用<code>read_command</code>函數解析指令，<code>read_command</code>函數調用<code>parse_command()</code>函數進行文法分析，<code>parse_command()</code>調用文法分析器y.tab.c中的yyparse()（該函數由yyac自動生成，是以不再往函數内部跟進），将解析結果的指令字元串儲存在全局變量<code>GLOBAL_COMMAND</code>中，然後執行<code>execute_command</code>函數（定義在<code>execute_cmd.c</code>中），<code>execute_command</code>函數再調用<code>execute_command_internal</code>函數進行指令的執行。至此分支2和分支3的情況又合并到<code>execute_command_internal</code>的執行上。
該函數是shell源碼中執行指令的實際操作函數。他需要對作為操作參數傳入的具體指令結構的value成員進行分析，并針對不同的value類型，再調用具體類型的指令執行函數進行具體指令的解釋執行工作。
具體來說：如果value是simple，則直接調用<code>execute_simple_command</code>函數進行執行，<code>execute_simple_command</code>再根據指令是内部指令或磁盤外部指令分别調用<code>execute_builtin</code>和<code>execute_disk_command</code>來執行,其中，<code>execute_disk_comman</code>d在執行外部指令的時候調用<code>make_child</code>函數fork子程序執行外部指令。
如果value是其他類型，則調用對應類型的函數進行分支控制。舉例來說，如果是value是<code>for_commmand</code>,即這是一個for循環控制結構指令，則調用<code>execute_for_command</code>函數。在該函數中，将枚舉每一個操作域中的元素，對其再次調用<code>execute_command</code>函數進行分析。即<code>execute_for_command</code>這一類函數實作的是一個指令的展開以及流程控制以及遞歸調用<code>execute_command</code>的功能。
是以，從main函數啟動到指令執行的主要流程圖可以表現為下圖所示：
括号内為函數定義所在的檔案。
BASH中主要通過變量上下文和變量兩個結構體來描述一個變量結構。以下分别介紹。
變量上下文：上下文又可以了解為作用域，可以比照C語言中的函數作用域，全局作用域來了解。一個上下文中的變量都是在這個上下文中可見的。
變量上下文結構定義：
描述一個變量的作用域的結構體。一個上下文中的所有變量，存放在var_context的table成員中。
變量：bash中的變量不強調類型，可以認為都是字元串。其存儲結構如下
由于所有變量籠統的由字元串來表示，是以提供了attributes屬性成員來修飾變量的特性，比如屬性可以是<code>att_readonly</code>表示隻讀，<code>att_array</code>表示是數組變量，<code>att_function</code>表示是個函數，<code>att_integer</code>表示是整型類變量等等。
shell程式的執行伴随着一個個上下文的切換，shell源碼中的變量控制也是基于這一點。将變量綁定于一個一個的上下文中。
舉例來說，一開始預設存在的是全局上下文，這裡稱為global，其中包含有由main函數的參數或者配置檔案傳入的變量值。如果這時進入了一個函數foo的執行中，則foo先從全局上下文擷取要導出的變量，加上自己新增的變量，構成foo的上下文局部變量，将foo的上下文壓入調用棧。這時調用棧看起來如下所示。
棧頂 ：foo上下文(包含foo上下文的所有局部變量)
棧底：global全局上下文(包含所有全局變量)
為了解釋更詳細的情況，假設在foo中又調用了fun函數，則fun先從foo中擷取要導出的變量，加上自己新增的變量，構成fun的上下文局部變量，然後将fun的上下文壓入調用棧的棧頂
。這是調用棧看起來如下所示。
棧頂 ：fun上下文(包含fun上下文的所有局部變量)
棧中 ：foo上下文(包含foo上下文的所有局部變量)
此時假設fun函數執行完畢，則将fun上下文從棧中pop出，局部變量全部失效。調用棧又變成如下所示。
變量的查找順序：從棧頂往棧底，即如果棧頂上下文中沒有要查找的變量，則查找其在棧中的下一個上下文，如果整個調用棧查找完畢也沒有找到，則查找失敗。舉例來說，如果在棧頂上下文中有PWD變量（目前工作路徑），就不會去查找全局的PWD變量，這保證了局部變量覆寫的正确語義。
bash中定義了若幹特殊變量，特殊變量的意思是在該變量被修改後需要做一些額外的連貫工作。比如表示時區的變量TZ被修改了之後需要調用tzset函數修改系統中相應的時區設定。bash給這一類變量提供了一個回調函數接口，供其值發生改變的情況下來調用該回調函數。這可以類比資料庫中的觸發器機制。在bash中，特殊變量儲存在一個全局數組<code>special_vars</code>中。其定義如下：
該結構表示一個特殊變量結構，用于生成specialvars數組。回調函數一般是sv變量名的命名方式。