盗梦终端：如何进入第1000层梦境(另附函数大战实况)

“盗梦空间（Inception）”刚刚在国内上映那会（2010年9月1日）我就去看了，确实是一部好电影。后来还在网上看到说盗梦空间就像是一层层的“函数调用”，确实很形象（见此：Inception：一场层层调用的函数大战）。
今天看推时，突然看到一条，说是Shell有个变量：$SHLVL，是查看当前Shell的级别（Level）。我立马一试，果然如此，简直就是Inception的翻版！
我们在使用Shell（以Bash为例）的过程中，实际上就是一个Inception的过程：执行一个脚本的时候，并不是在当前的Shell环境下执行的，而是另起一个Shell，在里面执行，执行完毕后，销毁它，并回到当前的Shell。
一般情况下，我们的Shell都是第一层，如图：

如何进入下一层呢？只需要不停地执行自身（bash）即可，如图，执行了三次bash后，成功进入了第四层Shell：

与Inception一样的是，想要回到前一层，必须得执行“exit”完成任务，或者被“kill”。假如很不幸第一层被kill掉的话，后面的N层梦境都没有了（父进程退出，子进程也遭殃）。
问题来了：Shell到底支持几层梦境呢？在看了Bash的源码后，我发现它竟然支持1000层！在Bash源码的variables.c，约4680行左右中有这样的定义：
if (shell_level < 0) shell_level = 0;else if (shell_level > 1000){ internal_warning (_("shell level (%d) too high, resetting to 1"), shell_level); shell_level = 1;}
也就是说，超过1000层后，又回到第1层，也就是现实世界了？
于是我就想进入1000层看看，如何方便的进入第1000层Shell呢？for loop一次次套一个bash命令肯定是行不通的，因为在进入下一层Shell后，上层的Shell的命令就不再对这层起作用了。
我想了很多方法都行不通，最后只好去请教神通广大、无所不能的华主席（@shellexy）。华主席就是牛逼，马上就给了一个解决方案，用Pygtk来Inception至N层！
原理是这样的：
使用GTK+的vte库来创建一个虚拟终端，通过vte.Terminal的paste_clipboard方法，不停地注入“bash \n”，于是该Terminal就能按照你想要的方式进入N层梦境了。源代码如下：
#!/usr/bin/pythonimport vte, gtkwindow = gtk.Window()window.set_default_size(480, 320)window.set_title('Inception')window.connect('destroy', lambda *w: gtk.main_quit())sw = gtk.ScrolledWindow()sw.set_policy(gtk.POLICY_AUTOMATIC, gtk.POLICY_AUTOMATIC)term = vte.Terminal()term.set_emulation('xterm')sw.add(term)window.add(sw)window.show_all()term.fork_command()clipboard = gtk.Clipboard()for i in range(1000): clipboard.set_text('echo SHLVL \n bash \n') term.paste_clipboard()gtk.main()
代码很简单，基本上不需要讲解。关键的便是clipboard的剪贴版操作及terminal的粘贴动作。
不过，如果你想真正进入第1000层，可是有点难的。这要取决于你的电脑是否有够强劲的CPU，是否有足够的内存——当然还有你是不是有足够的耐心。
在我的电脑上，我跑了很久……基本上是这篇日志开始写的时候开始跑的，一直到日志写完，还只有进入第三百多层，接下来每一层的进入都会花很多的时间，可以说是越来越慢。同时，我的物理内存（2GB）已经消耗完毕，开始烧SWAP了。
来两张图吧，壮观的“盗梦终端”：每一层都在“do_wait”下一层的完成……

pstree命令的效果：bash-bash-bash……实在是显示不过来了。

写完这篇日志时，我已经Inception至四百多层了，SWAP大概还有1700MB，看似可行，不过同时我的机器反应速度也越来越慢了，我还是先把日志发表了吧～
操作系统的世界，还真是跟现实相当类似啊。当然操作系统世界要比当前人类世界领先多了，比如fork()，哈哈。
我在想，要不大家来一个Inception至一千层的比赛，看谁的机器比较给力，能在最短的时间进入呢？

注: 就有这么凑巧的事：上周还在看侯世达 （Hofstadter）先生的《集异璧》，这周就在电影院里看到了书中概念的演绎版——哈，说的当然是日前火爆酷炫的高分电影Inception啦。废话少说，赶快剧透。还没看过的同学们海涵了，虽说透穿了剧情也不会影响你观影的效果。
Inception抓人眼球的是它“梦中做 梦”和盗梦的情节设计。在层层深入的梦境里，人的意识逐步放松警惕，入侵者便可以趁机盗走储存在大脑中的信息。控制梦中的意识，“我做你的梦”，两个 人的思想在同一个大脑中争斗……这都是令人看得过瘾的狂野想象。然而身为一个业余程序员和《集异璧》忠实读者，看到人在梦里死了掉进迷失域（limbo） 再也出不来，我第一反应还是忍不住叫出来：“哇，堆栈溢出！”
堆栈是一个计算机术语，我看来看去，觉得Cobb这群人在剧中完成任务的方法就像出自程序员的手笔。你看每个梦，都是同样的一组人物，抱着同样的目标，只是换到了不同的场景里。这多像一个函数调用的过程啊。
也许你没听说过函数调用，但你也许炒过青菜。 通常我们会先热锅、放油，然后爆炒、加盐、出锅。那么从热锅到出锅的一整套动作就可以写一个名为“炒”的函数。如果我们为白菜调用这个函数，就完成了“炒 白菜”的任务；如果为空心菜调用这个函数，就完成了“炒空心菜”这个任务。你还可以自由发挥，为各种包菜、韭菜、胡萝卜调用同一个函数，就把它们都炒了。

Cobb先生当然不在乎炒的是什么菜，他的任 务是在Fisher的脑中播种下拆分公司的念头。他为Fisher先生设计的函数就是梦，让Fisher的潜意识瓦解的梦。在计算机程序中，一个函数内部 可以调用另一个函数，在第二层函数运行的过程中，第一层的函数就在等待，直到第二层函数返回了运算结果，第一层函数再利用这个返回的值来继续它自身的运 算。这么一比较，Cobb的精心设计实际上就是用一个梦去调用另一个梦，上一层梦境中熟睡的人们都在等待下一层梦境中的人完成任务。一旦成功，就用音乐或失去平衡的方式返还（在迷失域则是死亡），来结束上一层梦境。

就像程序员喜欢在函数中调用函数来使问题步步细化，这些嵌套在一起的梦也起到了步步逼近Fisher内心深处的作用。但是这样层层的调用也有个风险，万一信息链被破坏，函数不知道自己身处的是哪一层，事情就要乱套。这样就使得“堆栈”这个概念变得重要了。
在计算机语言里，“栈”是内存中的存储区，它保存着正在运行中的程序的临时信息，在程序完成后就被新的程序信息覆盖。“堆栈”就是向这些存储区写入信息，好让系统知道现在哪个函数在等待返回值，以及返回来的值要到哪里去读取。
但是计算机的内存容量是有限的。当函数调用的 层数过多，新调用的函数信息在写入内存的时候空间不够，就把一些老的信息覆盖了。麻烦的是，被覆盖的那层函数还在等待下层函数的返回值来完成暂停的任务。 这样虽然新的函数成功运行，老函数却没法正确找到返回值，整个程序就出错了。这种因为空间不够而产生的错误覆盖，就是开头提到的堆栈溢出。
这和情节有什么联系呢？当然有啊，Cobb的 老婆Mal不就是堆栈出错的受害者嘛。根据影片情节设计，Mal在迷失域中就因为待得太久而失去了对现实的记忆。她一直在最底层的函数里，却认为活在最顶层的现实，不需要返回到任何地方。而Cobb的“栈”还是完好的，他还记得 现实中的孩子，知道应该返回到顶层去。
这个时候，如果Cobb直接带着Mal卧轨， 不和她说那些有的没的，两人也许就安全地从底层返还了。但是Cobb犯了个错误，他对Mal的潜意识进行了修改，这就相当于故意在Mal的“栈”里放置了 错误的但是有意义的数据。这样当Mal回到最顶层的现实时，本来整个大程序应该宣告结束，但因为她的“栈”被改写了，这个程序就错误地认为自己并不在顶 层。于是Mal就失去了对梦境和现实的分辨力，觉得自己应该再死一次才回到现实。
“悲剧啊！”看见Mal坠下高楼，我不由叹息，一出内存出错的惨剧。
与其说这是一部关于梦的科学幻想，倒不如说是 利用人类的算法对意识进行的一次设计。据说影片的灵感有部分来自侯世达先生的《集异璧》。这是本涉及甚广的奇书，试图综合各学科的知识来探讨意识的机制。 侯先生虽然也不能完全回答自己提出的这个问题，但他猜想意识的关键之处在于“我”这个概念的产生。而这个概念来自自我和外界的区分，来自人类和外界不断的 信息交流。于是对“我”的认知从出生时起就一层层叠进脑内，这种交流积累终其一生循环往复。书中曾把这个过程类比于函数对自身进行循环调用，那么影片中的 故事设计与计算机原理相似的情况倒也不太出乎人意料。
咦，那么有没有可能，导演在试图把计算机科学的知识植入到我们的潜意识里面？银幕前面的你，被他的Inception施中了吗？