shell言語とは何か｜シェルの役割と種類をLinuxの仕組みから解説
システム開発に携わることがあれば、shell言語という言葉を耳にする機会もあるでしょう。コンピューターとの橋渡し的な役割を担うプログラムです。
shell自体はOSを操作するためのプログラムですが、そのshellで実行させる一連の命令を記述したプログラミング言語を、一般的にシェルスクリプトと呼びます。
特にLinux環境に携わる場合、欠かせない基本的なプログラムです。このshell言語の理解度によって、転職市場における評価が大きく変わります。
今回はshell言語とはどのようなプログラミング言語なのか、役割やできること、できないことなどを見ていきます。
以下を見れば、なぜshell言語が評価されているのかわかるでしょう。
目次
shell（シェル）言語とは
shell言語は何となく理解しているものの、使ったことがあるけれども具体的な定義を解説できない方もいるでしょう。まずshell言語の基本について、見ていきましょう。
shellとは、OSとユーザーをつなぐことが主要な役割です。コマンド解釈を行うプログラムで、標準入力と標準出力を担うプログラムです。
shellはただのコマンド集にとどまりません。shellの役割を理解できれば、shellを扱った実務経験も自己紹介で伝えやすくなるでしょう。
コマンド解釈を行うプログラム
shellとは、ユーザーとOSをつなぐプログラムです。Linuxをはじめ、OSではカーネルと呼ばれる中核を用いて、さまざまな処理が行えます。
しかし、カーネルそのものはユーザーと直接やり取りができません。shellはユーザーの要求を解釈し、カーネルに操作を指示する役割を担います。
shellからの命令に応じて、カーネルが処理を行います。その結果やメッセージをユーザーに理解できるように画面に表示するのも、shellの役割です。
このようにユーザーからのコマンド解釈を行い、OSを動かすための重要な役割を担当しています。
標準入力と標準出力を扱う仕組み
shellとは一言で紹介すると、通訳のようなプログラムです。ユーザーはキーボードをはじめとしたツールを使い、標準入力としてデータを与えます。
そしてコンピューターが入手したデータを処理し、出力するのが基本的なやり取りです。このときshellはまずカーネルが解釈できるコマンドに変換し、指令を送ります。
カーネルは指令に応じて、処理します。その結果をshellに返しますが、そのままではユーザーが理解できません。
そこでユーザーが内容を理解できるように標準出力し、処理結果が確認できます。つまり、ユーザー自身が変換作業をする必要がなく、データのやり取りを効率的に済ませられます。
shellがOS操作で担う役割
shellの基本がわかったところで、どのような役割を担っているか見ていきましょう。日常的にOS操作を行っていても、shellの果たしている役割を意識していない方もいるかもしれません。
shellの担っている役割は、主に2つです。2つの主要な役割とは、以下のとおりです。
- ユーザー入力の受け取り
- プロセス起動と終了管理
それぞれ、具体的にどのような役割を担っているのか見ていきます。以下を見れば、自分が普段どのようにshellを活用しているか、より具体的に理解できるでしょう。
ユーザー入力の受け取り
shellの基本的な機能の一つが、ユーザー入力の受け取りです。ユーザーがOSに対して、何らかの操作を要求します。
要求内容をユーザーから受け取り、OSに伝達し、適切に対応するよう指示する役割です。まずプロンプトを表示して、ユーザーにコマンド入力を促します。
ユーザーが要求内容をキーボードで入力します。入力された内容を解釈し、対象のプログラムを探し出したり、OSへ要求を伝えたりするのが主な役割です。
プロセス起動と終了管理
プロセス起動と終了管理も、shellの役割の一つです。ユーザーがとあるアプリケーションの起動を要求したと仮定しましょう。
shellはその要求を受け取り、アプリケーションを起動するようOSに求めます。OSは命令を受けて、プロセスを起動します。shellを介して、初めてプロセスの起動が可能です。
OSはユーザーからの指示を受けて、処理結果を出します。shellがユーザーにわかるように結果を画面に表示して、一連のプロセスは終了します。
shellとシェルスクリプトの違い
シェルとしばしば混同されるのが、シェルスクリプトです。何となくプログラムとスクリプト言語に違いがあることはわかっていても、具体的に解説できない方もいるでしょう。
ここではshellとシェルスクリプトの違いについて、解説します。主に両者の違いは2点です。まずは対話実行とファイル実行の違いです。
ほかにも実行単位や再利用性にも、両者には違いが見られます。スクリプト化によって、業務効率や評価の変化にどのようにつながるのか、理解しておきましょう。
対話実行とファイル実行
2つともshellという名称が使われているものの、両者は別のものを指す用語です。shellはプログラムで、シェルスクリプトはファイルを指す用語です。
ここまで何度か紹介したように、shellはコマンドをOSに伝えます。ユーザーとOSの橋渡し役です。
シェルスクリプトは、命令を記述したファイルを指します。具体的に解説すると、特定のアプリケーションを立ち上げるとしましょう。
このときユーザーはアプリケーション起動のコマンドをコンピューターに出します。このコマンドをOSにわかるように指令を出すのが、shellです。
そして、「このアプリケーションを起動する」といった命令をまとめて記述したものが、シェルスクリプトです。
shellはプログラム自体を指し、シェルスクリプトは指令のメッセージが含まれたファイルを意味すると理解しておきましょう。
実行単位と再利用性
shellとシェルスクリプトの違いに、実行単位が挙げられます。シェルスクリプトは、shellで実行可能なコマンドを複数まとめたファイルです。
シェルのみを使用した場合、操作を行うたびにコマンドを一つずつ入力する必要があります。一方シェルスクリプトは一度に複数のコマンドをまとめて実行できるため、効率的に作業できます。
またシェルスクリプトは、一度指示内容を定義しておけば、同じ指示を何度でも繰り返しできるのもshellとの違いです。ルーティン作業の自動化が可能になります。
shellとLinuxカーネルの仕組みの違い
shellに関して紹介するなかで、切っても切り離せない存在といえるのがLinuxカーネルです。shellとLinuxカーネルは密接に関係しているためです。
Linuxカーネルのことを、何となく把握している方もいるかもしれません。ただshellとの違いについて、明確にわかっていない方もいるでしょう。
ここでは、shellとLinuxカーネルの違いを解説します。両者の違いがわかれば、Linuxの仕組みを全体的に把握できるようになるでしょう。
ユーザーランドで動作する位置
shellとLinuxカーネルの違いとして、動作する位置が挙げられます。この違いを理解するうえでのキーワードが、ユーザーランドです。
ユーザーランドとは、OSのなかにおける領域です。中核を構成するカーネル以外のプログラムが、ユーザーランドに該当します。
よってshellも、ユーザーランドで動作するプログラムの一つです。ユーザーランドは、一般ユーザーの権限でも操作が可能な領域です。
カーネル機能を呼び出す経路
shellとLinuxカーネルの違いには、もう一つカーネル機能を呼び出す経路も挙げられます。両者は動作する領域が異なるためです。
コンピューターの領域にはユーザー空間とカーネル空間があります。shellはユーザー空間、Linuxカーネルはカーネル空間で動作するプログラムです。
ユーザー空間からカーネル空間にアクセスするためにはシステムコールが必要です。shellはユーザー空間で動作するため、カーネル空間へシステムコールを発行する必要があります。
私たちテクニケーションでは、shellを扱った経験があまりない方でもいろいろな案件に取り組めます。これはチーム制を導入しているためです。
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shellで実行できる処理内容
shellを使ったことがあっても、どこまで対応できるのかきちんと解説できない方もいるでしょう。ここではshellで実行できる処理内容を解説します。
shellで行える主な処理内容として、以下の3つが挙げられます。
- ファイル操作コマンド
- プロセス制御コマンド
- パイプとリダイレクト
現在携わっている領域で、shellを活用できる事例がないかチェックしてみましょう。一方、不足している領域を強化すれば、転職市場でより高く評価されるでしょう。
ファイル操作コマンド
shellでできることの一つは、ファイル操作コマンドです。コンピューター上でデータを保存するためには、ファイルを用いるのが一般的です。
ファイルが増えれば、内容や用途などで整理しなければなりません。複数のファイルをまとめて管理する単位がディレクトリです。
shellを使えば、ディレクトリの作成や移動、ファイル一覧の表示ができます。またファイルのコピーや移動、削除などの操作もコマンドで実行可能です。
プロセス制御コマンド
shellでできることに、プロセス制御コマンドも挙げられます。スクリプトを実行する際に、常に順番どおりにコマンドを実行しない場合もあります。
例えばバックグラウンドで処理を同時並行に実行する場合もあるでしょう。また中断時に適切な処理が求められる事態も考えられます。
shellを使えば、スクリプトを終了する際に特定の処理もあわせて行うことが可能です。一時ファイルの削除も終了時に一緒に行えます。
また、バックグラウンドの実行もshellでできます。処理に時間がかかるコマンドを同時並行で処理できれば、スクリプトの全体的な実行時間の短縮が可能です。
パイプとリダイレクト
shellでできることにパイプも含まれます。正式名称はパイプラインといって、前のコマンドの出力を次のコマンドへ渡す仕組みです。
パイプを利用すれば、複数のコマンド処理を短時間で行えます。しかも2つだけでなく、3つ以上のコマンドを連結することも可能です。
shellではリダイレクトも利用できます。リダイレクトとは、入力元や出力先をデフォルトから変更する作業です。
例えば出力先をデフォルトから変更して、ファイルに結果を残しておきます。もしその後何か問題が起きたら、ファイルの情報をもとに原因の特定が可能です。
このようにshellをマスターしていれば、広範囲の分野で活躍できるでしょう。私たちテクニケーションでは、エンジニアの今後のキャリアプランを尊重して案件を紹介しています。
なぜならエンジニアが任意で案件を選べる、案件選択制を導入しているためです。今後のキャリアプランに合わせて、参画する案件を選択できます。
自分がスキルアップしたい、また興味がある領域に関連するプロジェクトに特化して参画できます。自分のペースで無理なく成長していくことも可能です。
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shellでは扱えない処理領域
shellを使えば、多種多様な処理が行えるのは先に紹介したとおりです。ただ何から何まで、処理できるわけではありません。
もしshellがオールマイティなプログラムだと考えているのであれば、その先入観を改める必要があります。
ここではshellでは扱えない、または扱えたとしても制約のある領域を見ていきます。どこまでshellでできて、どこから別のプログラムが必要なのか、使い分ける際の判断基準に活用しましょう。
グラフィカル描画機能
グラフィックを作成するのであれば、shellは不向きです。shellはスクリプトの一つであり、一般的に処理速度が遅いためです。
shellのようなスクリプトは、ソースコードを基本的に1行ずつ解釈して実行します。このため、処理にどうしても時間がかかります。
グラフィック、特に高解像度の映像を使用する場合、処理にかなりの時間が必要です。コンパイル型言語を使用した方が、スピーディに処理できるでしょう。
常駐型アプリケーション制御
常駐型アプリケーションの制御で、shellを使用するのもおすすめできません。常駐型アプリケーションの制御をする際、基本的に管理者の権限で処理を行います。
もし管理者以外のユーザーがアプリケーションを操作する場合は、認証処理が必要です。shellはスクリプト言語なので、コンパイル型言語と比較すると処理に時間がかかる場合があります。
するとアプリケーションにアクセスしたくても、なかなかできない事態が起こりかねません。特にshellは外部コマンドの起動に時間がかかります。
この場合、ほかのプログラミング言語でアクセスできるような仕組みを構築する必要が出てきます。
高度な数値演算処理
高度な数値演算処理は、shellだけでは対応が難しい場合があります。shellは計算処理に制約があるためです。
一部のshellを除き、原則として整数の計算のみの対応です。またバイナリデータの取り扱いにも制限があります。
後述するzshなどは浮動小数点を扱えますが、bashなどは整数のみ扱えます。
もしこのような計算処理をするためには、外部コマンドに頼らなければなりません。少数（浮動小数点）データやバイナリデータを扱う場合には、ほかのプログラミング言語が必要です。
どうしてもshellのみで対応するのであれば、外部コマンドの起動回数を少なくして対応しなければなりません。
shellの代表的な種類
shellとひとくくりで紹介されがちですが、そのなかでもさまざまな種類があります。ここではshellの主要な種類をいくつか紹介します。
もしshellを使って本格的に作業するのであれば、以下の種類の特徴を理解しておきましょう。
- sh
- bash
- dash
- zsh
複数のshellが使い分けられるようになれば、活躍できる領域も広がります。幅広く対応できるエンジニアとして、高く評価されるでしょう。
sh
shはUNIX系のOSで使用されるshellのなかでも、長い歴史を持つシェルです。AT&Tのベル研究所（Bell Labs）で開発されました。
shの特徴は、UNIX系以外のOSでも利用できる高い互換性です。ただ機能性に制約があるのはネックです。
例えば入力補助機能は、後発のshellと比較すると物足りなく感じる場合があります。このため、現在では主に互換性維持の目的で利用されています。
bash
bashは先ほど紹介したsh系統です。現在使われているshellのなかでも、一般的なシェルの一つとして知られています。
特にLinux系のOSにおいては、標準シェルとして広く利用されています。UNIX系のシステム開発の仕事をしたければ、マスターしておくとよいでしょう。
Linux以外にもmacOSでも標準搭載されており、汎用性の高さが魅力です。複雑なタスクを効率的に処理でき、ログの抽出にも対応しています。
コマンド実行やスクリプト処理など、システム操作の基盤となるシェルです。
dash
dashはshellのなかでもash系のシェルの一つです。ashは初期のshellに近い実装を持つシェルとして知られています。
このashをLinux向けに改良・実装したものが、dashです。このため、機能や仕様はashとほぼ同じです。
bashもash系と同様にsh互換のシェルの一つにあたります。しかしdashはbashと比較して、軽量で高速なのが特徴です。
近年ではシステムデフォルトのシェルスクリプトを実行するshellとして、広く利用されています。
zsh
先ほど紹介したshやbashを拡張した高機能なshellが、zshです。ほかのshellの優れた機能を取り入れたシェルといわれています。
高機能性のshellで、ほかにはない独自機能を搭載しているのも特徴の一つです。bashに搭載されている機能の多くは、zshでも利用できます。
bashの機能を拡張したzshは、現在ではmacOSの標準シェルとしても採用されており、エンジニアにとって馴染み深い存在です。
よってbashで作られているスクリプトなら、zshも使用はできます。ただし、多機能である分、起動時間や動作がやや重くなる場合があるため注意が必要です。
bashが標準で使われる理由
shellのなかでも、bashは多くの環境で標準的に使用されています。Linuxだけでなく、WindowsやmacOSでも広く利用されているシェルです。
標準的に使用されている理由の一つは、多機能であるためです。変数や関数、演算処理にも対応しています。
簡単なスクリプトであれば、bashだけでも十分記述できます。また先に紹介したように、主要なOSの多くに対応している点も人気の理由です。
OSによって、細かな注意点がいくつかあります。しかしどのOSでも、基本的な操作は変わらず、すぐに対応できるところが魅力です。
bashはコンパイルが不要で、スクリプトをそのまま実行できます。コマンドを記述する際にはテキストエディタで簡単にスクリプトの作成ができます。
私たちテクニケーションでは、bashを使った案件も少なくありません。SESが作ったSES企業で、エンジニアのキャリアアップのサポートに力を入れているのが特徴です。
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shell言語を扱うエンジニアの実務例
shellを活用して業務を行っているエンジニアは少なくありません。例えばOS操作の自動化です。
shellを使用すれば、特定のタイミングでshell操作を自動実行できます。OSでのルーティン作業を手動で行う必要がありません。
またあらかじめ設定した操作を自動的に実行できます。定期的な作業をうっかり忘れてしまうような心配もありません。
shellを利用して、ネットワーク監視を行っているエンジニアも見られます。問題が発生した場合、自動的に通知を送る仕組みを構築できるためです。
ほかにもリモートサーバーのネットワーク設定変更や管理も行えます。このようにshellを活用すれば、さまざまな領域で活躍できます。
私たちテクニケーションは、shellを使った案件も多数取り扱っているのが特徴です。エンジニアが高いモチベーションで仕事にあたれるような環境づくりにも力を入れています。
単価給与連動制もその一環です。単価給与連動制は、担当するプロジェクトの単価に応じて報酬が決まる制度です。
つまり実力があれば高収入を得やすいため、業務を続けるにあたって高いモチベーションが維持できます。また案件選択制を導入しているのも、テクニケーションの特徴です。
エンジニア一人ひとりが自由に案件を選択できます。自身のキャリアビジョンやスキルにマッチする案件に専念できる制度です。
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shellはユーザーとOSをつなぐ架け橋的な存在です。業務効率化に寄与する技術であり、転職市場でも高い需要があります。
shellの目的や役割、スキルを習得すれば、今後活躍できる領域も広がるでしょう。またほかのプログラミング言語と組み合わせれば、より複雑な処理も可能です。
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案件に対して、複数のチームメンバーで協力して進めます。shellに関する経験が浅い方でも、リーダーと相談しながら業務を進めることが可能です。
ベテランエンジニアのサポートを受けながら作業を進められるため、無理のない範囲で経験が積めます。経験を積めば、マネジメントにも挑戦できる機会が得られることもあります。
案件選択制を導入しているのも、特徴の一つです。エンジニアが任意で担当する案件を選べる制度です。
個々のエンジニアによって、今後のキャリアプランは異なるでしょう。これから目指す理想のエンジニア像に合わせて、担当する案件を取捨選択できます。
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