Se lo esegui in strace, puoi vedere che la versione che usa lsavvia il comando in una subshell, dove la versione che usa echo esegue tutto nella shell esistente.
Confronta l'output di
$ strace -f /bin/bash -o trace.txt -c 'i=5; echo $i; echo file_c-$((++i)).txt; echo $i'
5
6
6
contro
strace -f /bin/bash -o trace.txt -c 'i=5; echo $i; ls > file_c-$((++i)).txt; echo $i'
5
5
Vedrai nel primo:
1251 execve("/bin/bash", ["/bin/bash", "-c", "i=5; echo $i; echo file_c-$(( ++"...], [/* 19 vars */]) = 0
...
1251 write(1, "5\n", 2) = 2
1251 write(1, "file_c-6.txt\n", 13) = 13
1251 write(1, "6\n", 2) = 2
E nel secondo:
1258 execve("/bin/bash", ["/bin/bash", "-c", "i=5; echo $i; ls > file_c-$(( ++"...], [/* 19 vars */]) = 0
...
1258 write(1, "5\n", 2) = 2
...
1258 stat("/bin/ls", {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=110080, ...}) = 0
1258 access("/bin/ls", R_OK) = 0
1258 clone(child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7f7301f40a10) = 1259
1259 open("file_c-6.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
1259 dup2(3, 1) = 1
1259 close(3) = 0
1259 execve("/bin/ls", ["ls"], [/* 19 vars */]) = 0
1259 write(1, "71\nbin\nfile_a-5.txt\nfile_b-5.txt"..., 110) = 110
1259 close(1) = 0
1259 munmap(0x7f0e81c56000, 4096) = 0
1259 close(2) = 0
1259 exit_group(0) = ?
1259 +++ exited with 0 +++
1258 <... wait4 resumed> [{WIFEXITED(s) && WEXITSTATUS(s) == 0}], 0, NULL) = 1259
1258 rt_sigaction(SIGINT, {SIG_DFL, [], SA_RESTORER, 0x7f7301570d40}, {0x4438a0, [], SA_RESTORER, 0x7f7301570d40}, 8) = 0
1258 rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0
1258 --- SIGCHLD {si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=1259, si_status=0, si_utime=0, si_stime=0} ---
1258 wait4(-1, 0x7ffd23d86e98, WNOHANG, NULL) = -1 ECHILD (No child processes)
1258 rt_sigreturn() = 0
1258 write(1, "5\n", 2) = 2
In questo ultimo esempio, si vede clonein un nuovo processo (dal 1258 -> 1259), quindi ora siamo in un sottoprocesso. L'apertura di file_c-6.txt che significa che abbiamo valutato $((++i))nella subshell e l'esecuzione di lscon il suo stdout impostato su quel file.
Infine, vediamo che il sottoprocesso esce, raccogliamo il bambino, quindi continuiamo da dove avevamo interrotto ... con $iset su 5, ed è quello che riecheggiamo di nuovo.
(Ricorda che le modifiche variabili in un sottoprocesso non percorrono fino al processo genitore, a meno che tu non faccia esplicitamente qualcosa nel genitore per afferrare le modifiche del figlio)