Grundlagen der Shell (bash, sh und andere)

Arbeitsschritte

Die Bash-Referenzdokumentation finden Sie auf https://www.gnu.org/software/bash/manual/html_node/index.html. Lassen Sie am besten dieses Inhaltsverzeichnis immer geöffnet und öffnen Sie gewünschte Abschnitt immer in einem separaten Tab.

Referenzdokumentation "auf Vorrat" zu lesen, wenn man also das Wissen noch gar nicht akut braucht, ist für die meisten Leute viel zu trocken. Wir stellen Ihnen deshalb Recherchefragen, die Sie beantworten sollen – und verraten gleich den passenden Abschnitt in der Bash-Referenz. Zum Beispiel meint "BR 6.8" die Seite https://www.gnu.org/software/bash/manual/html_node/The-Directory-Stack.html.

Wir machen als Erstes einen Spaziergang durch Shell-Features, die das Arbeiten viel bequemer machen, als man als Anfänger vielleicht glaubt ("Bequem"), und dann einen durch Features, die der Shell Ihre enorme Mächtigkeit verleihen ("Flexibel"). Wie man am Inhaltsverzeichnis von BR sieht, kratzen wir dabei nur an der Oberfläche; die Shell bietet viel mehr.

Halten Sie Ihre Antworten kurz; dies ist keine Prüfung, sondern ein Lernpfad. Oft reicht ein Halbsatz, selten braucht es mehr als einen längeren Satz.

Start 1: Überblick

• 1 Was bedeutet es, wenn eine Shell nicht interaktiv ist (BR 1.2)?
• 2 Was bedeutet es, wenn Kommandos asynchron ausgeführt werden (BR 1.2)?
• Verstehen Sie die Definitionen exit status, metacharacter, token, word (BR 2).
• Was vermuten Sie, hinter welcher davon sich die meisten interessanten Eigenschaften verbergen?

Start 2: Ein paar Kommandos, Terminologie, Kommandozeilen-Editor

Für unsere Fragen brauchen wir ein paar Kommandos, die nicht zur Shell gehören. Lesen Sie (jetzt oder bei Bedarf) auf den jeweiligen Manpages kurz(!) nach, wozu folgende Kommandos dienen: cat, echo, find, grep, less, sort, wc.

Hier ist ein Beispiel für ein komplexes Kommando:

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grep -r -P --include '*.py' "^import re" . | wc -l

Das Kommando zählt, wieviele Python-Dateien im ganzen Dateibaum unter dem aktuellen Verzeichnis das Modul für reguläre Ausdrücke importieren. (Die Zählung ist nur ungefähr, denn der Suchausdruck ist in manchen (seltenen) Fällen nicht passend.)

Achtung, jetzt kommen wichtige Begriffe, bitte gut aufpassen:

• grep und wc sind die Kommandonamen
• | ist das pipe-Symbol, dass die beiden Kommandos zu einer Pipeline verbindet
• -r, -P und -l heißen Optionen (Kurzoptionen, die man auch zusammenfassen kann: -rP)
• --include heißt auch Option (Langoption)
• *.py heißt Argument der Option --include
• '...' und "..." heißen als Notation "quoting" (Englisch), man sagt auch, *.py sei "gequotet" (Denglisch, grässlich, aber gängig). Doppelquotes (Denglisch) sind weniger streng als "Singlequotes" (Denglisch):
• * heißt Wildcard (Englisch und Denglisch). Dateinamen mit Wildcards werden normalerweise von der Shell durch Listen von Dateinamen ersetzt ("expandiert") und das Quoting dient hier dazu, das zu verhindern. Beide Sorten von Quotes verhindern die Wildcard-Expansion, aber nur Singlequotes verhindern auch die Variablen-Expansion (vergleichen Sie die Ausgaben von echo "-->$HOME" und echo '-->$HOME').
• "^import re" ist der Suchausdruck für grep, er ist gequoted, weil er ein Leerzeichen enthält, das andernfalls dazu führen würde, dass die Shell hier zwei Argumente erkennt anstatt nur eins – das Kommando funktioniert dann nicht (bitte ausprobieren).
• . ist der Dateiname für grep. Der Punkt steht in Unix immer für das aktuelle Verzeichnis.
• Jedes dieser Teile bis zum Pipe-Symbol heißt Argument von grep, die Leerzeichen dazwischen entscheiden, wo ein Argument anfängt und aufhört – außer mit Quoting.
• Genaueres siehe BR 3.1.1 und BR 3.1.2.

Bitte vollziehen Sie anhand der Manpages nach, wie das Kommando funktioniert und variieren Sie die Suchmuster und vor allem das Quoting, um seine Funktionsweise zu verstehen.

Dafür sind die Pfeiltasten hilfreich, um alte Kommandos wiederzuholen und zu editieren. Es gibt noch viel mehr Editierfunktionen.

Start 3: TAB-Vervollständigung

Die coolste Funktion beim Editieren auf der Kommandozeile ist die Vervollständigung von Kommandonamen und Dateinamen durch Drücken der Taste TAB.

Probieren Sie gre<TAB>. Wenn nichts erscheint, ist die bisherige Eingabe mehrdeutig, dann hilft ein weiteres TAB. Probieren Sie das: grep<TAB><TAB>. Alle Interpretationsmöglichkeiten werden angezeigt.

Wenn Sie weiterschreiben, passiert das gleiche Spiel mit Dateinamen:
grep partner stu<TAB>.

Sehr hilfreich. Wenn man die Shell passend dressiert (das machen wir hier aber nicht), funktioniert das Gleiche sogar auch mit Optionsnamen von Kommandos.

Bequem 1: Wildcards und andere Ersetzungen

3 Beschreiben Sie sprachlich welche Dateien das Argument ~/*/process_*.{py,txt} erfasst (BR 3.5.1, BR 3.5.2, BR 3.5.8).

Shellvariablen und Umgebungsvariablen werden in Kommandos ersetzt, wenn man ein $ davorsetzt, z.B. echo $HOME.

Mit diesen beiden Möglichkeiten kann man enorm viel anfangen.

Bequem 2: Shellvariablen, Umgebungsvariablen, CDPATH

Angenommen Sie tun etwas Komplexes, das ständig mit zwei verschiedenen langen Pfaden zu tun hat, /my/comparatively/long/and/winded/path1 und /my/other/also/not/exactly/short/path2, und müssten eigentlich dauernd solche Kommandos hinschreiben wie cp /my/comparatively/long/and/winded/path1/file384 /my/other/also/not/exactly/short/path2/subdir. Kann man diese Quälerei reduzieren? Ja, man kann: mittels Shellvariablen.

4 Wie lautet das aus drei Kommandos zusammengesetzte Kommando, mit dem man sich erst für die zwei obigen Pfade je eine Variable definiert und dann mit deren Hilfe das cp-Kommando verkürzt ausdrückt? (BR 3.2.4, BR 3.4)

5 Wenn es um das Wechseln zwischen Verzeichnissen geht, geht es manchmal sogar noch bequemer: Wie setzt man die Shellvariable CDPATH so, dass man anschließend anstelle von cd /my/other/also/not/exactly/short/path2/subdir schreiben kann cd subdir (BR 5.1)?

Bequem 3: Aliase und Shellfunktionen

Das obige Kommando grep -r -P --include '*.py' "^import re" . | wc -l könnte man ja durchaus öfter gebrauchen, wenn man anstelle von "re" andere Modulnamen einsetzt. Für solche Zwecke gibt es Aliase (BR 6.6) und Shellfunktionen (BR 3.3). Shellfunktionen entsprechen ungefähr Python-Funktionen, allerdings werden Parameter nicht benannt, sondern per Positionsnummer als $1, $2 usw. angesprochen.

Aliase sind eine Art Billigversion davon, die schlanker aussieht, wenn das Ganze auf eine Zeile passt. Für mehrzeilige Routinen kommen nur Shellfunktionen in Frage.

Ein beliebter Alias ist z.B. alias ll='/bin/ls -l'. Lesen Sie auf man ls nach, was das bedeutet und warum es so populär sein könnte. Bei diesem Alias passiert nicht mehr als eine direkte Textersetzung; man hätte das auch (etwas weniger elegant) mit einer Shellvariable machen können.

Sobald es komplizierter wird als sowas, sollte man eine Shellfunktion benutzen.

6 Schreiben Sie eine einzeilige Shellfunktion pyimports, die das obige grep|wc-Kommando so umsetzt, dass das erste Argument an die Stelle von "re" tritt.

Bequem 4: source, ., ~/.profile, ~/.bash_profile, ~/.bashrc

Natürlich wären obige Hilfsmittel nur mäßig nützlich, wenn man die Abkürzungen jedes Mal von Hand eintippen müsste, und natürlich kann man sie auch in Dateien ablegen und wiederverwenden.

Die grundlegende Methode dafür sind die Kommandos source bzw. . (BR 4.2): Man legt in diverse Dateien diverse Mengen von Abkürzungen ab und liest immer bei Bedarf eine davon ein. Lesen Sie das kurz nach.

Aber auch das Einlesen kann die Shell von allein erledigen, wenn man die richtigen Dateinamen benutzt. Lesen Sie über die Dateien ~/.profile, ~/.bash_profile und ~/.bashrc nach (BR 6.2). Viele Benutzer_innen verwenden der Bequemlichkeit halber ausschließlich ~/.bashrc.

7 Definieren Sie für Ihre eigenen Zwecke (z.B. des ProPra) praktische Shellvariablen, Aliase und ggf. Shellfunktionen und legen Sie sie in ~/.bash_profile und/oder ~/.bashrc ab; mindestens eine Pfad-Shellvariable und die pyimports-Shellfunktion. Nehmen Sie sich vor, diese Hilfen ständig zu ergänzen und zu verbessern (und irgendwann veraltete auch wieder rauszuwerfen).

Konzept 1: Vier Arten von Kommandos, PATH, which, command -v

Das erste Wort eines Shellkommandos ist meist der Kommandoname. Es gibt vier Quellen, woher der Code dafür kommen kann:

• Alias
• Shellfunktion
• Ausführbare Datei
• Eingebautes Kommando der Shell

Abgesehen vom superhäufigen Kommando cd, das in die Shell eingebaut ist, und Alltagshelferlein wie dem ll-Alias ist der dritte Fall im normalen Leben der häufigste.

Eigentlich müsste man dafür den Pfad angeben und z.B. anstatt grep schreiben, wo es liegt: /bin/grep. Woher weiß Unix, wie es grep findet? Das steht in der Umgebungsvariable PATH deklariert (BR 5.1).

8 Geben Sie ihren PATH an, wie er mit echo $PATH ausgegeben wird. Nein, besser: Wie er mit echo $PATH | perl -pe "s/:/\n/g" | sort ausgegeben wird. (Oh, vielleicht sollte der hintere Teil ein Alias werden? Solche Umgebungsvariablen, die Listen von Einträgen mit : trennen, gibt es nämlich noch ein paar andere und sie lesen sich furchtbar schlecht.)

9 Schauen Sie sich die Einzelteile ihres PATH an. Welcher davon ist am ehesten verzichtbar?

OK, und woher weiß man als Benutzer_in, wo grep gefunden wird? Das sagt einem das Kommando command -v (BR 4.2 und command --help). Die meisten Menschen benutzen stattdessen which, was kürzer ist, aber command hat zwei Vorteile:

• which existiert auf manchen Unix-Systemen nicht. command gibt es hingegen in allen POSIX-kompatiblen Shells.
• which findet nur ausführbare Dateien im PATH, was sehr irritierend sein kann. command -v kennt auch Aliase und Shellfunktionen. command -V gibt sogar deren Definition mit aus.

10 Probieren Sie which aus für die Kommandos grep, man, cd, which, command und pyimports. Dann das Gleiche mit command -v. Dann das Gleiche mit command -V. Welche Variante wollen Sie sich angewöhnen? Warum?