set,env,export,source,exec傻傻分不清楚？

你是否被下面的几个问题困扰过，甚至至今无法真正理解？

1. 什么是export，什么时候用export，为什么有时用了export还要source？
2. 为什么用env来设置环境变量，不用export，有什么好处？
3. source和exec有什么区别？

本文试图通过普及unix进程、环境变量等概念，让读者真真理解这些shell命令的本质，知道这些命令的使用场合。

首先，先对这些命令做一个解释，如果读者能完全理解，那么本文也许对你帮助不大。

• set设置了当前shell进程的本地变量，本地变量只在当前shell的进程内有效，不会被子进程继承和传递。
• env仅为将要执行的子进程设置环境变量。
• export将一个shell本地变量提升为当前shell进程的环境变量，从而被子进程自动继承，但是export的变量无法改变父进程的环境变量。
• source运行脚本的时候，不会启用一个新的shell进程，而是在当前shell进程环境中运行脚本。
• exec运行脚本或命令的时候，不会启用一个新的shell进程，并且exec后续的脚本内容不会得到执行，即当前shell进程结束了。

在这些表述中，反复提到进程和环境变量的概念。如果希望深入理解其中的含义，还必须理解进程的相关概念。

进程和环境变量

进程是一个程序执行的上下文集合，这个集合包括程序代码、数据段、堆栈、环境变量、内核标识进程的数据结构等。一个进程可以生成另一个进程，生成的进程称为子进程，那么相应的就有父进程，所谓子子孙孙无穷尽也。子进程从父进程处会继承一些遗传因素，其中就包括本文的主题环境变量。环境变量是一组特殊的字符型变量，由于具有继承性质，环境变量也经常用于父子进程传递参数用，这一点在shell编程中尤为突出。

fork和exec

在unix系统中进程通过依次调用fork()和exec()系统调用来实现创建一个子进程。
fork其实就是克隆，为什么github复刻别人的项目叫fork？就是这么来的，所谓“克隆”，就是在内存中将当前进程的所有内存镜像复制一份，所有东西都一样，只修改新进程的进程号(PID)。有点类似细胞分裂，细胞分裂后生成的细胞具有与原细胞完全相同的遗传因素。因为fork()会复制整个进程，包括进程运行到哪句代码，这意味着新的进程会继续执行fork()后面的代码，父进程也会运行fork()后面的代码，从fork()开始父子进程才分道扬镳。如果fork返回>0，那么说明在父进程中，如果fork返回==0，说明在子进程中：

pid = fork();
if(pid == 0) {
  //子进程中
} else if(pid > 0) {
  //父进程
}

精确的说exec是一组函数的统称，并且exec的准确定义是，用磁盘上的一个新的程序替换当前的进程的正文段、数据段、堆栈段。所以exec并不产生新的进程，而是替换。如此一来进程将从新代码的main开始执行，相当于另外运行了一个完全不同的程序，但保留了原来环境变量。

依据本文的主题，可以把exec函数分为两类，一类是可以设置并传递新环境变量的，一类是不能传递新环境变量的，只能继承原环境变量的。换句话说，在运行新的程序时，是有机会改变新程序的环境变量的，而不只是继承。如下面这个变种，可以通过envp参数设置环境变量

int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);

作为父进程而言，可以通过waitpid()函数等待子进程退出，并获得退出状态。

进程可通过setenv或putenv更改自己的环境变量，但环境变量的继承只能单向，即从父进程继承给fork出来的子进程。子进程即使修改了自己的环境变量也无法动摇到父进程的环境变量。

shell

shell并没有什么特殊，也是一个进程，当我们在命令行中敲入一个命令，并且按下Enter后，shell这个进程会通过fork和exec为我们创建一个子进程（存在一小部分命令不需要启动子进程，称为build-in命令），并且等待(waitpid)这个子进程完成退出。那么进程的内存镜像显然就包含本文的主题环境变量。比如，如果我们在shell命令行中执行ls -al，shell实际执行如下伪代码：

pid = fork();
if(pid == 0) {
  //子进程中，调用exec
  exec("ls -al");
} else if(pid > 0) {
  //父进程中，waitpid等待子进程退出
  waitpid(pid);
}

上面讨论了shell执行命令的情况，如果在命令行中执行一个shell脚本呢？默认情况下，shell进程会创建一个sub-shell子进程来执行这个shell脚本，并且等待这个子进程执行结束。

最后，再来审视一下本文的主题。首先set,source,export都是shell的build-in命令，命令本身不会创建新进程。

set其实跟进程创建无关，也跟环境变量无关，它只是当前shell进程内部维护的变量（本地变量），用于变量的引用和展开，不能遗传和继承。

但shell的export命令可以通过调用putenv将一个本地变量提升为当前shell的环境变量。但是，记住环境变量的继承只是单向的，sub-shell中export的变量在父shell中是看不到的。有什么办法可以让一个脚本中的export印象到父进程的环境变量呢？

答案是使用source执行脚本，source的用法如下：

source ./test.sh

如果用source执行脚本，意味着fork和exec不会被调用，当前shell直接对test.sh解释执行。这样的话，如果此时test.sh中有export(即putenv)，那么将会改变当前shell的环境变量。

export如此好用，但是问题是它几乎会影响到其后的所有命令，有没有办法可以在运行某个命令时，临时启用某个环境变量，而不影响后面的命令呢？

答案是使用env，env的用法如下：

env GOTRACEBACK=crash ./test.sh

env不是shell的build-in命令，所以shell执行env的时候还是需要创建子进程的

env的作用从本质上说，相当于shell先fork，然后在子进程中运行env，子进程env调用execve运行test.sh时，多传了一个GOTRACEBACK=crash的环境变量（上文提到过execve是可以改变默认的继承行为的），这样test.sh可以看到这个GOTRACEBACK环境变量，但由于没有调用putenv改变父shell的环境变量，所以后续启动的进程并不继承GOTRACEBACK。

exec意味着不调用fork，而是直接调用exec执行！这意味着当前shell的代码执行到exec后，代码被替换成了exec要执行的程序，自然地，后续的shell脚本不会得到执行，因为shell本身都被替换掉了。

上图的env实际并不准确，因为env不是build-in命令，读者可自行脑补

嗯，光是从理论去理解，或许没那么好消化，不如动手“实作+思考”来的印象深刻哦。

问题一：写两个简单的script，分别命名为1.sh及2.sh：

1.sh

#!/bin/bash
A=B
echo "PID for 1.sh before exec/source/fork:$$"
export A
echo "1.sh: \$A is $A"
case $1 in
    exec)
        echo "using exec…"
        exec ./2.sh;;
    source)
        echo "using source…"
        ../2.sh;;
    *)
        echo "using fork by default…"
        ./2.sh;;
esac
echo "PID for 1.sh after exec/source/fork:$$"
echo "1.sh: \$A is $A"

2.sh

#!/bin/bash
echo "PID for 2.sh: $$"
echo "2.sh get \$A=$A from 1.sh"
A=C
export A
echo "2.sh: \$A is $A"

然后，分别跑如下参数来观察结果：

$ ./1.sh fork
$ ./1.sh source
$ ./1.sh exec

问题二：用env设置环境变量后，运行的脚本中又调用了其他脚本，这个环境变量还会继承下去吗？