Linux 环境变量：从基础到高级用法

介绍

欢迎参加这个关于 Linux 环境变量的动手实验！环境变量是能够影响计算机上运行进程行为的动态值。它们在系统配置和程序执行中起着至关重要的作用。通过掌握环境变量，你将获得 Linux 系统管理和软件开发的核心技能。

在本实验中，你将学习如何创建、查看、修改和删除环境变量。我们还将探索如何使这些更改永久生效，并了解 Linux 中一些最重要的内置环境变量。无论你是初学者还是希望巩固理解，本实验都将提供宝贵的实践经验。

让我们开始吧！

理解 Linux 中的变量

在深入研究环境变量之前，我们先从基础的 Shell 变量开始。这将帮助你理解 Linux 中变量的概念。

打开你的终端。你应该处于 /home/labex/project 目录下。如果不是，可以使用以下命令切换到该目录：
```
cd /home/labex/project
```
现在，让我们创建一个简单的 Shell 变量。在 Linux 中，你可以通过简单地为名称赋值来创建变量。让我们创建一个名为 my_var 的变量：
```
my_var="Hello, Linux"
```
重要提示： 在 Bash（以及我们在本实验中使用的 Zsh）中分配变量时，等号（=）两边不能有空格。my_var = "Hello, Linux" 或 my_var= "Hello, Linux" 都会导致错误。
要查看变量的值，我们使用 echo 命令，并在变量名前加上 $ 符号。$ 告诉 Shell 替换该变量的值：
```
echo $my_var
```
你应该会看到输出：
```
Hello, Linux
```
你也可以在其他命令或赋值中使用变量。例如：
```
echo "The value of my_var is: $my_var"
```
这将输出：The value of my_var is: Hello, Linux

做得好！你刚刚创建并使用了你的第一个 Shell 变量。但是，这个变量仅在当前的 Shell 会话中可用。如果你打开一个新的终端窗口或标签页，这个变量将不再可用。这就是环境变量派上用场的地方。

环境变量简介

既然我们理解了基础变量，现在来探索环境变量。环境变量是可供 Shell 的任何子进程使用的变量。这意味着从该 Shell 运行的脚本和程序都可以访问它们。

要查看当前所有的环境变量，请使用 env 命令：
```
env
```
这将显示一长串变量。如果你现在还不理解所有的变量，请不要担心——我们稍后会介绍其中一些最重要的变量。
最重要的环境变量之一是 PATH。让我们来看看它：
```
echo $PATH
```
PATH 变量列出了系统查找可执行程序的目录。每个目录之间用冒号（:）分隔。
现在，让我们创建自己的环境变量。我们使用 export 命令来创建环境变量：
```
export MY_ENV_VAR="This is an environment variable"
```
export 命令使该变量对子进程可用。这是 Shell 变量和环境变量之间的关键区别。
为了说明这种区别，让我们创建一个 Shell 脚本，尝试同时访问一个普通的 Shell 变量和一个环境变量。我们可以使用 cat 命令配合 heredoc 来实现，这是向文件写入多行内容的常用方法：
```
cat << 'EOF' > test_vars.sh
#!/bin/bash
echo "Shell variable: $my_var"
echo "Environment variable: $MY_ENV_VAR"
EOF
```
使脚本具有可执行权限：
```
chmod +x test_vars.sh
```
现在运行脚本：
```
./test_vars.sh
```
你应该会看到环境变量（MY_ENV_VAR）是可以访问的，而 Shell 变量（my_var）则不行。这是因为 my_var 没有被导出，所以子进程（如该脚本）不知道它的存在。
要验证 MY_ENV_VAR 现在确实是一个环境变量，我们可以再次使用 env 命令，但这次我们将使用 grep 过滤输出：
```
env | grep MY_ENV_VAR
```
你应该在输出中看到你的新变量。
你也可以直接检查新环境变量的值：
```
echo $MY_ENV_VAR
```

太棒了！你现在已经创建了你的第一个环境变量，并了解了它与 Shell 变量的区别。关键区别在于，使用 export 创建的环境变量对子进程可用，而 Shell 变量则不可用。

环境变量和 Shell 变量各有其作用域。当你导出（export）一个变量时（例如 export MY_ENV_VAR="something"），它对于从该 Shell 启动的任何子进程（例如由该 Shell 运行的脚本）都是可见的。但是，如果你打开一个完全独立的 Shell 会话，它不会继承当前 Shell 的变量，除非你专门在启动文件（如 .zshrc 或 .bashrc）中设置它们。

换句话说：

普通 Shell 变量仅在当前会话中可见。
导出的变量对从该会话启动的子进程可用。
在 Shell 启动文件（如 .zshrc）中设置的变量适用于该 Shell 的所有新会话。

你无法直接读取另一个用户或其他 Shell 的变量，因为每个进程都维护着自己的环境。如果你启动一个新的 Shell，它会获得父进程导出变量的副本，但不会获得那些在原始 Shell 中未经过 export 设置的变量。

我们将在接下来的步骤中学习如何永久设置环境变量。

变量持久化级别

为了帮助你直观地理解这些变量类型及其持久化级别的区别，这里有一个全面的概览：

graph LR
    A["Linux 变量类型"] --> B["Shell 变量"]
    A --> C["环境变量"]
    A --> D["永久变量"]

    B --> B1["仅限当前会话"]
    B --> B2["不被继承"]
    B --> B3["退出即丢失"]

    C --> C1["会话作用域"]
    C --> C2["子进程可访问"]
    C --> C3["退出即丢失"]

    D --> D1["所有新会话"]
    D --> D2["子进程可访问"]
    D --> D3["持久化保存"]

    B1 --> E1["my_var='value'"]
    C2 --> E2["export VAR='value'"]
    D3 --> E3["~/.zshrc 文件"]

    style B fill:#ffebee
    style C fill:#fff3e0
    style D fill:#e8f5e8

该图展示了变量持久化的三个级别。以下是快速参考摘要表：

变量类型	作用域	子进程访问	持久性	语法示例
Shell 变量	仅限当前会话	否	退出即丢失	`my_var='value'`
环境变量	当前会话	是	退出即丢失	`export VAR='value'`
永久变量	所有新会话	是	退出后依然存在	在 `~/.zshrc` 文件中

理解这三个级别对于有效的 Linux 系统管理至关重要，并将帮助你针对不同场景选择正确的方法。

修改 PATH 环境变量

PATH 变量是 Linux 中最重要的环境变量之一。它告诉系统去哪里寻找可执行文件。让我们修改它以包含一个新目录。

首先，让我们创建一个可能用于存储自定义脚本的新目录：
```
mkdir ~/my_scripts
```
这将在你的家目录下创建一个名为 my_scripts 的目录。~ 符号是家目录路径的快捷方式，在本实验中即为 /home/labex。
现在，让我们将这个新目录添加到你的 PATH 中。我们将使用 export 命令，但这次我们要修改一个现有的变量：
```
export PATH="$PATH:$HOME/my_scripts"
```
让我们来分解一下：
- $PATH 是 PATH 环境变量的当前值。我们正在使用现有值并向其添加内容。
- : 用于分隔 PATH 中的目录。如果你漏掉了冒号，Shell 将无法在你添加的目录中找到可执行文件。
- $HOME 是一个指向你家目录的环境变量（在我们的例子中同样是 /home/labex）。
- 因此，我们将 :$HOME/my_scripts 追加到现有的 PATH 后面。这告诉系统在搜索完原始 PATH 中的目录之后，再去 my_scripts 中查找可执行文件。
验证新目录是否已添加：
```
echo $PATH
```
你应该在输出的末尾看到 /home/labex/my_scripts。如果它不在末尾，说明你可能以不同的方式修改了它，这也没关系，只要你的 PATH 中包含 /home/labex/my_scripts 路径即可。
为了测试这一点，让我们在新目录中创建一个简单的脚本：
```
cat << 'EOF' > ~/my_scripts/hello.sh
#!/bin/zsh
echo "Hello from my custom script!"
EOF
```
这会在 ~/my_scripts 目录中创建一个名为 hello.sh 的 Shell 脚本。第一行 #!/bin/zsh 告诉系统这是一个 zsh 脚本，允许它作为程序执行。
使脚本具有可执行权限：
```
chmod +x ~/my_scripts/hello.sh
```
chmod +x 命令为脚本添加执行权限，使其能够作为程序运行。如果你不执行这一步，尝试执行它时会收到「权限被拒绝」（permission denied）的错误。
现在，你应该可以通过直接输入脚本名称在任何地方运行它：
```
hello.sh
```
如果一切正常，你应该看到：Hello from my custom script!

这之所以有效，是因为我们将 my_scripts 目录添加到了 PATH 中。当你输入一个命令时，Shell 会按顺序在 PATH 中列出的每个目录中查找具有该名称的可执行文件。通过将 my_scripts 添加到 PATH，我们告诉了 Shell 也要去那里查找可执行文件。

为了演示这一点，尝试切换到另一个目录并再次运行脚本：

cd /tmp
hello.sh

你会发现脚本仍然可以运行，即使你不在它所在的目录中。这就是 PATH 变量的力量——它允许你从系统中的任何位置运行可执行文件，只要它们位于 PATH 列出的目录中。

做得好！你已成功修改了 PATH 环境变量，并创建了一个可以在任何地方运行的自定义脚本。

使环境变量永久生效

我们设置的环境变量在关闭终端时会丢失。要使它们永久生效，我们需要将它们添加到 Shell 配置文件中。具体文件取决于你使用的 Shell。

在本实验环境中，我们使用的是 Z shell (zsh)，它是 Bourne Shell (sh) 的扩展版本，具有许多改进，包括 Bash、ksh 和 tcsh 的一些特性。Zsh 越来越受欢迎，现在已成为 macOS 的默认 Shell。

如果你使用的是 Bash（在许多 Linux 发行版中仍是默认设置），你会修改 .bashrc。但是，由于我们使用的是 Zsh，我们将修改 .zshrc。使用正确的文件非常重要。如果你在使用 zsh 时修改了 .bashrc，变量将不会生效。

使用文本编辑器打开家目录下的 .zshrc 文件。我们将使用 nano，这是一个简单的基于终端的文本编辑器：
```
nano ~/.zshrc
```
此命令打开 ~/.zshrc 文件，其中 ~ 同样是家目录 /home/labex 的快捷方式。如果 .zshrc 文件不存在，nano 将创建一个新文件。每当你启动一个新的终端会话时，该文件都会被执行。
滚动到文件底部（可以使用箭头键），并添加以下行：
```
export MY_ENV_VAR="This is an environment variable"
export PATH="$PATH:$HOME/my_scripts"
```
确保将这些行添加到文件的最底部。确保拼写和语法正确，特别是 = 符号两边不要有空格。
保存文件并退出编辑器。在 nano 中，你可以通过按 Ctrl+X，然后按 Y（表示保存），最后按 Enter 来完成。
要在不重启终端的情况下应用这些更改，请使用 source 命令：
```
source ~/.zshrc
```
source 命令在当前 Shell 环境中读取并执行指定为参数的文件中的命令。这与简单地使用 bash ~/.zshrc 执行文件不同，后者会在新的 Shell 中运行脚本，不会影响当前 Shell。source 在当前 Shell 中运行它，因此你的更改会立即生效。如果你跳过这一步，更改将不会在当前终端生效，你必须关闭并重新打开终端才能看到更改。

现在，每当你打开新终端时，这些环境变量都会被设置。这对于一致地设置开发环境非常有用。

了解重要的环境变量

Linux 有几个内置的环境变量，对系统运行至关重要。让我们来探索其中的一些：

HOME：指向当前用户的家目录。
```
echo $HOME
```
USER：包含当前用户的用户名。
```
echo $USER
```
SHELL：指定用户的默认 Shell。
```
echo $SHELL
```
PWD：代表「打印工作目录」（Print Working Directory）。它包含当前目录的路径。
```
echo $PWD
```
TERM：指定运行 Shell 时要模拟的终端类型。
```
echo $TERM
```

了解这些变量可以帮助你更好地导航和控制 Linux 环境。

取消设置环境变量

有时，你可能需要删除一个环境变量。这可以使用 unset 命令来完成。

首先，让我们检查 MY_ENV_VAR 是否仍被设置：
```
echo $MY_ENV_VAR
```
你应该能看到我们之前设置的值。
要取消设置（删除）此变量，请使用 unset 命令：
```
unset MY_ENV_VAR
```
验证变量是否已被取消设置：
```
echo $MY_ENV_VAR
```
你应该看不到任何输出，这表明该变量已不再存在。
你也可以在 unset 中使用 -v 选项，以确保你取消设置的是变量而不是 Shell 函数：
```
unset -v MY_ENV_VAR
```
这与直接运行 unset MY_ENV_VAR 的结果相同。

请记住，如果你已将变量添加到 .zshrc 文件中，下次打开终端或执行 source .zshrc 时，它会被重新创建。

总结

恭喜！你已完成了这个关于 Linux 环境变量的综合实验。让我们回顾一下你学到的内容：

你创建并访问了简单的 Shell 变量，理解了它们的作用域。
你学习了环境变量及其与 Shell 变量的区别，特别是它们对子进程的可访问性，以及 export 命令在其中的关键作用。
你修改了重要的 PATH 变量以包含自定义目录，从而允许你在系统任何位置运行脚本，并理解了使用冒号 : 分隔条目的重要性。
你通过将环境变量添加到 .zshrc 使其永久生效，理解了 Bash 和 Zsh Shell 配置的区别，以及使用 source 应用更改的意义。
你探索了 Linux 中一些最重要的内置环境变量。
最后，你学习了如何使用 unset 命令取消设置（删除）环境变量。

这些技能是 Linux 系统管理和软件开发的基础。环境变量允许你灵活地配置系统和应用程序。随着你继续使用 Linux，你会发现在脚本编写、开发和系统配置中，环境变量有无数种用途。

记住，熟能生巧。尝试为不同目的创建自己的环境变量，并探索各种应用程序和脚本如何使用环境变量来控制其行为。祝你学习愉快！