Linux中的二進制可執行文件和腳本可執行文件及Shebang

二進制可執行文件

我們知道，一個C程序經過預處理、編譯、匯編、鏈接就會得到一個二進制可執行文件，這種文件在Linux中叫做ELF文件。比如我們有一個C源代碼hello.c：

#include <stdio.h>int main(int argc, char** argv){printf("Hello !\n");
}

我們編譯得到 hello 文件，并用file命令可以查看到生成的二進制可執行文件的信息：

gcc hello.c -o hello
file hello
# 輸出：
# hello: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=cf2738fd1715f096d4b0e0e4b264146b78b454b1, not strippe

確實是ELF文件，我們可以直接執行它：

./hello
# 輸出：
# Hello

這是我們常見的，可以理解的，鏈接后的可執行文件就是可以直接運行，就像我們在Windows上雙擊打開一個exe文件那樣自然。那么，腳本可執行文件又是怎么一回事呢？

腳本可執行文件及Shebang

腳本可執行文件也可以像運行二進制可執行文件那樣來直接運行它。我們知道shell、python等屬于腳本語言。令我們好奇的是，腳本程序如 train.py 等看上去只是一個文本文件，為什么也能直接被執行呢 ？

我們知道，想要運行一個腳本文件，我們需要指定一個解釋器。通常，我們有兩種方式來指定腳本文件的解釋器：

1. 在命令行中指定，如bash run.sh，python train.py等。
2. 通過文件中的第一行Shebang指定。在腳本文件的頭上，通常會有一行Shebang：#!。比如：#!/bin/bash，#!/home/song/bin/python等。

Shebang通常出現在類Unix系統的腳本中第一行，作為前兩個字符。在Shebang之后，可以有一個或數個空白字符，后接解釋器的絕對路徑，用于指明執行這個腳本文件的解釋器。在直接調用腳本時，系統的程序載入器會分析 Shebang 后的內容，將這些內容作為解釋器指令，并調用該指令，將載有 Shebang 的文件路徑作為該解釋器的參數，執行腳本，從而使得腳本文件的調用方式與普通的可執行文件類似。例如，以指令#!/bin/sh開頭的文件，在執行時會實際調用 /bin/sh 程序（通常是 Bourne shell 或兼容的 shell，例如 bash、dash 等）來執行。

由于 # 符號在許多腳本語言中都是注釋標識符，這既是偶然，也是必然。Shebang 的內容會被這些腳本解釋器自動忽略。 在 # 字符不是注釋標識符的語言中，例如 Scheme，解釋器也可能忽略以 #! 開頭的首行內容，以提供與 Shebang 的兼容性。

實際上，#!兩個字符的ASCII碼是兩個magic字符，當類UNIX操作系統看到一個文件以這兩個字符開頭，會將這個文件當做是可執行文件，并且按照其后的解釋器來執行它（需要有執行權限）。這時，操作系統實際上加載的是 #! 后面跟的那個二進制文件（即解釋器），然后將腳本文件的文本內容作為參數傳給這個二進制文件。這一點可以通過觀察腳本可執行文件運行使得strace結果中的execve來驗證。

Shebang的一些具體用法和注意事項：

1. 如果腳本文件中沒有#!這一行，那么執行時會默認采用當前Shell去解釋這個腳本(即：SHELL環境變量）。
2. 如果#!之后的解釋程序是一個可執行文件，那么執行這個腳本時，它就會把文件名及其參數一起作為參數傳給那個解釋程序去執行。
3. 如果#!指定的解釋程序沒有可執行權限，則會報錯 bad interpreter: Permission denied。如果#!指定的解釋程序不是一個可執行文件，那么指定的解釋程序會被忽略，轉而交給當前的SHELL去執行這個腳本。
4. 如果#!指定的解釋程序不存在，那么會報錯 bad interpreter: No such file or directory。注意：#!之后的解釋程序，需要寫其絕對路徑（如：#!/bin/bash），它是不會自動到環境變量PATH中尋找解釋器的。要用絕對路徑是因為它會調用系統調用execve，這可以用strace工具來查看。
5. 腳本文件必須擁有可執行權限。可通過chmod +x [filename] 來添加可執行權限。
6. 當然，如果你使用類似于 bash test.sh ，python train.py這樣的命令來執行腳本，那么#!這一行將會被忽略掉，解釋器當然是用命令行中顯式指定的解釋器。

我們來試一下，先創建一個py文件world.py，并直接寫入為：

print('World !')

我們可以通過在命令行指定python解釋器來運行，就像我們一直做的那樣：

python world.py
# 輸出：
# World !

但是，當我們想像運行二進制可執行文件那樣來運行它：

./world.py
# 輸出：
# -bash: ./world.py: Permission denied

首先會受到一條沒有執行權限的命令，如上。這很正常，因為我們創建的時候它是一個文本文件嘛。我們通過 chmod 來使得它可執行，并再次嘗試運行它：

chmod +x world.py
./world.py
# 輸出：
# ./world.py: line 1: syntax error near unexpected token `'World !''
# ./world.py: line 1: `print('World !')'

問題出現了，和我們之前討論的一樣，由于我們沒有通過Shebang來指定腳本的解釋器，系統默認用了Shell來解釋，那我們的python語法自然是不對的。那這時，想要像運行二進制可執行文件那樣去運行它，必須請出我們的Shebang來幫忙在文件內指明解釋器的絕對路徑。更改world.py 為：

#!/home/song/anaconda3/envs/JJ_env/bin/python
print("World")

這時我們再來運行：

./world.py
# 輸出：
# World !

就可以了。我們還可以通過 file 命令再來看一下 world.py 的文件信息：

file world.py
# 輸出：
# world.py: a /home/song/anaconda3/envs/JJ_env/bin/python script, ASCII text executable

我們看到該文件是一個ASCII text executable，即 ”文本可執行文件“。不同于ELF二進制可執行文件，但也是可執行文件。也就是說，在Linux的世界中，可執行文件不只有ELF一種。

另外，由于Linux系統對后綴名并不嚴格要求，我們可以直接將world.py改為world，這樣也是可以的，然后就可以通過將world這個腳本可執行文件放到PATH環境變量下，從而將world直接作為一個命令來使用啦！具體可參考筆者另一篇介紹Linux常用環境變量的博客。

總結

總結一下：Linux中除了ELF二進制可執行文件之外，還有腳本可執行文件，要想讓腳本可執行文件直接像二進制可執行文件一樣運行，而不需在命令行中指定解釋器，需要在腳本文件頭通過Shebang !#來指定解釋器的絕對路徑。Shebang的一些具體的注意事項在上文中已經指出。另外，通過將可執行文件（二進制、腳本都可）添加到PATH環境變量的可執行文件搜索目錄下，可將在命令行中通過命令來直接使用這些可執行文件。

Ref：

https://blog.csdn.net/u012294618/article/details/78427864