分辨CLI、Terminal、Console和Shell

CLI 命令行界面、Terminal 终端 、Console 控制台和 Shell,是几个比较容易混淆的概念。

虽然经常在工作中遇到这些概念,但常常处于半知半解的状态,下文通过聊聊计算机发展史的方式初步探讨一下这些术语。


一句话概括

  • 命令行界面 (CLI) = 使用文本命令进行交互的用户界面
  • 终端 (Terminal) = TTY = 文本输入/输出环境
  • 控制台 (Console) = 一种特殊的终端
  • Shell = 命令行解释器,执行用户输入的命令并返回结果

命令行界面(CLI)

命令行界面(英语:Command-line Interface,缩写:CLI)是在图形用户界面得到普及之前使用最为广泛的用户界面,它通常不支持鼠标,用户通过键盘输入指令,计算机接收到指令后,予以执行。

命令行界面相对于我们日常使用的图形用户界面(GUI)而言,是一种操作效率极高的操作系统管理和控制方式。

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命令行界面

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图形界面

尽管图形界面人机交互更加友好和现代化,但相对于直观的命令行界面来说,其操作效率远远不如,所以现代所有的操作系统都提供了命令行的操作方式。例如 macOS 的 Terminal,Windows 的 Powershell。

终端(Terminal)

终端是一种用于与计算机进行交互的输入输出设备,其特征就是,我们在上面输入命令,命令传递给计算机,计算机把处理结果反馈到终端的显示界面上。终端本身不参与计算和处理任务。

起源

在大型机和小型机时代,计算机体型相当巨大,往往是安放在单独的计算机室,操作用户则利用另外的终端设备与之交互。而现在常见的键盘和显示器在当时相当昂贵。

Unix 的创始人 Ken Thompson 和 Dennis Ritchie 想让 Unix 成为一个多用户系统。多用户系统就意味着要给每个用户配置一个终端,每个用户都要有一个显示器、一个键盘。但当时所有的计算机设备都非常昂贵(包括显示器),而且键盘和主机是集成在一起的,根本没有独立的键盘。

当时有一种电传打字机,其原本用途是在电报线路上首发电报,它有可以作为输入设备的键盘,也有作为输出设备的纸袋打印机,价格也比较低廉。于是完美满足了这一需求。

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电传打字机

于是他们机智地把电传打字机连接到计算机上,每个用户都可以在终端登录并操作主机。看起来是不是十分 geek?

控制台

控制台是一种特殊的终端,普通的终端都是以外设的形式连接到计算机,而控制台是计算机自带的的控制面板。

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左边是控制台 右边是终端

控制台一般是系统管理员操作,有更高的控制权限。

但随着个人计算机的普及,控制台和终端的概念已经逐渐模糊,我们往往具有对计算机的全部控制权限。目前的输入(键盘等)输出设备(显示器等)既可以充当控制台可以作为终端使用。因此,现在 Console 与 Terminal 基本被看作是同义词。

终端模拟器

如今,图形操作界面已经成为了主流。有许多优秀的命令行程序不兼容如今的图形化操作界面,为了在图形界面下与之交互,人们发明了终端模拟器来模拟终端。

对于命令行程序,终端模拟器与传统的终端实体机无异,而对于我们的图形操作界面,它又相当于一个 GUI 程序。

其工作流如下

终端工作流

实际上起到一个命令行程序和 GUI 的中介作用。

终端模拟器有很多

  • GNU/Linux:gnome-terminal、Konsole;
  • macOS:Terminal、iTerm2;
  • Windows:cmd.exe、ConEmu 等。

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macOS 下的 Terminal 就是一种终端模拟器

tty 是啥

有的时候我们会发现系统进程中有一些名字叫 tty*的进程,对应于我们的终端程序。

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这些 tty 是什么呢,实际上,tty 就是电传打字机 (Teletype / Teletypewriter) 的英文缩写,它表示终端的统称。

在类 UNIX 系统中,硬件设备都被抽象为文件,而当时的作为终端机的电传打字机就对应于操作系统的/dev/tty*的设备文件。随着计算机的发展,终端设备已经有很多种,但是 tty 这个名字还是保留了下来。

实际上 UNIX 系统有许多我们当今看起来十分奇怪的设计,都是早期计算机发展相对不完善的历史遗留问题。例如/bin 和/usr/bin 这两个目录。有兴趣的同学可以去查一查。

Shell

处于稳定性和安全方面的考虑,我们往往不建议用户直接对操作系统进行操作,而是通过应用程序调用操作系统的 API 进行操作。但生产生活中还是需要直接操作操作系统的,这个时候就需要一个专门的程序,接受用户输入的命令,然后帮我们与内核沟通,最后让内核完成我们的任务。它就是 Shell。它与操作系统的构架如下图。

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Shell 分为命令行 Shell 和图形 Shell,前者提供一个命令行界面(CLI),后者则提供一个图形界面(GUI)。

像 macOS 的 Finder 实际上就可以理解为一个图形 Shell。而 Terminal 就是一个命令行 Shell。

常见或历史上知名的命令行 Shell 有:

  • 适用于 Unix 及类 Unix 系统:
    • sh (Bourne shell),最经典的 Unix shell;
    • bash (Bourne-Again shell),目前绝大多数 Linux 发行版的默认 shell;
    • zsh (Z shell),我个人最喜欢的 shell;
    • fish (Friendly interactive shell),专注于易用性与友好用户体验的 shell;
  • Windows 下的 cmd.exe (命令提示符) 与 PowerShell

Shell 与终端

从前文我们得知,终端的作用在于接受用户输入指令并显示输出结果。而 Shell 提供了与操作系统内核的交互接口。可以把终端理解为 Shell 的前端,

  • 终端把用户输入传递给 Shell,把 Shell 返回的结果显示给用户。

  • Shell 从终端那里拿到用户输入的命令,解析后交给操作系统内核去执行,并把执行结果返回给终端。