shell编程

Posted 2022-10-09 wanghao-boke

shell编程

shell历史

Shell的作用是解释执行用户的命令，用户输入一条命令，Shell就解释执行一条，这种方式称为交互式（Interactive），Shell还有一种执行命令的方式称为批处理（Batch），用户事先写一个Shell脚本（Script），其中有很多条命令，让Shell一次把这些命令执行完，而不必一条一条地敲命令。Shell脚本和编程语言很相似，也有变量和流程控制语句，但Shell脚本是解释执行的，不需要编译，Shell程序从脚本中一行一行读取并执行这些命令，相当于一个用户把脚本中的命令一行一行敲到Shell提示符下执行。

由于历史原因，UNIX系统上有很多种Shell：

1. sh（Bourne Shell）：由Steve Bourne开发，各种UNIX系统都配有sh。
2. csh（C Shell）：由Bill Joy开发，随BSD UNIX发布，它的流程控制语句很像C语言，支持很多Bourne Shell所不支持的功能：作业控制，命令历史，命令行编辑。
3. ksh（Korn Shell）：由David Korn开发，向后兼容sh的功能，并且添加了csh引入的新功能，是目前很多UNIX系统标准配置的Shell，在这些系统上/bin/sh往往是指向/bin/ksh的符号链接。
4. tcsh（TENEX C Shell）：是csh的增强版本，引入了命令补全等功能，在FreeBSD、MacOS X等系统上替代了csh。
5. bash（Bourne Again Shell）：由GNU开发的Shell，主要目标是与POSIX标准保持一致，同时兼顾对sh的兼容，bash从csh和ksh借鉴了很多功能，是各种Linux发行版标准配置的Shell，在Linux系统上/bin/sh往往是指向/bin/bash的符号链接。虽然如此，bash和sh还是有很多不同的，一方面，bash扩展了一些命令和参数，另一方面，bash并不完全和sh兼容，有些行为并不一致，所以bash需要模拟sh的行为：当我们通过sh这个程序名启动bash时，bash可以假装自己是sh，不认扩展的命令，并且行为与sh保持一致。

itcast$ vim /etc/passwd

    其中最后一列显示了用户对应的shell类型

    root:x:0:0:root:/root:/bin/bash

    nobody:x:65534:65534:nobody:/nonexistent:/bin/sh

    syslog:x:101:103::/home/syslog:/bin/false

    itcast:x:1000:1000:itcast,,,:/home/itcast:/bin/bash

    ftp:x:115:125:ftp daemon,,,:/srv/ftp:/bin/false

用户在命令行输入命令后，一般情况下Shell会fork并exec该命令，但是Shell的内建命令例外，执行内建命令相当于调用Shell进程中的一个函数，并不创建新的进程。以前学过的cd、alias、umask、exit等命令即是内建命令，凡是用which命令查不到程序文件所在位置的命令都是内建命令，内建命令没有单独的man手册，要在man手册中查看内建命令，应该执行

itcast$ man bash-builtins

如export、shift、if、eval、[、for、while等等。内建命令虽然不创建新的进程，但也会有Exit Status，通常也用0表示成功非零表示失败，虽然内建命令不创建新的进程，但执行结束后也会有一个状态码，也可以用特殊变量$?读出。

执行脚本

编写一个简单的脚本test.sh：

#! /bin/sh

cd ..

ls

Shell脚本中用#表示注释，相当于C语言的//注释。但如果#位于第一行开头，并且是#!（称为Shebang）则例外，它表示该脚本使用后面指定的解释器/bin/sh解释执行。如果把这个脚本文件加上可执行权限然后执行：

itcast$ chmod a+x test.sh

itcast$ ./test.sh

Shell会fork一个子进程并调用exec执行./test.sh这个程序，exec系统调用应该把子进程的代码段替换成./test.sh程序的代码段，并从它的_start开始执行。然而test.sh是个文本文件，根本没有代码段和_start函数，怎么办呢？其实exec还有另外一种机制，如果要执行的是一个文本文件，并且第一行用Shebang指定了解释器，则用解释器程序的代码段替换当前进程，并且从解释器的_start开始执行，而这个文本文件被当作命令行参数传给解释器。因此，执行上述脚本相当于执行程序

itcast$ /bin/sh ./test.sh

以这种方式执行不需要test.sh文件具有可执行权限。

如果将命令行下输入的命令用()括号括起来，那么也会fork出一个子Shell执行小括号中的命令，一行中可以输入由分号;隔开的多个命令，比如：

itcast$ (cd ..;ls -l)

和上面两种方法执行Shell脚本的效果是相同的，cd ..命令改变的是子Shell的PWD，而不会影响到交互式Shell。然而命令

itcast$ cd ..;ls -l

则有不同的效果，cd ..命令是直接在交互式Shell下执行的，改变交互式Shell的PWD，然而这种方式相当于这样执行Shell脚本：

itcast$ source ./test.sh

或者

itcast$ . ./test.sh

source或者.命令是Shell的内建命令，这种方式也不会创建子Shell，而是直接在交互式Shell下逐行执行脚本中的命令。

基本语法

变量

按照惯例，Shell变量通常由字母加下划线开头，由任意长度的字母、数字、下划线组成。有两种类型的Shell变量：

1. 环境变量

环境变量可以从父进程传给子进程，因此Shell进程的环境变量可以从当前Shell进程传给fork出来的子进程。用printenv命令可以显示当前Shell进程的环境变量。

1. 本地变量

只存在于当前Shell进程，用set命令可以显示当前Shell进程中定义的所有变量（包括本地变量和环境变量）和函数。

环境变量是任何进程都有的概念，而本地变量是Shell特有的概念。在Shell中，环境变量和本地变量的定义和用法相似。在Shell中定义或赋值一个变量：

itcast$ VARNAME=value

注意等号两边都不能有空格，否则会被Shell解释成命令和命令行参数。

一个变量定义后仅存在于当前Shell进程，它是本地变量，用export命令可以把本地变量导出为环境变量，定义和导出环境变量通常可以一步完成：

itcast$ export VARNAME=value

也可以分两步完成：

itcast$ VARNAME=value

itcast$ export VARNAME

用unset命令可以删除已定义的环境变量或本地变量。

itcast$ unset VARNAME

如果一个变量叫做VARNAME，用 ‘ VARNAME ‘ 可以表示它的值，在不引起歧义的情况下也可以用VARNAME表示它的值。通过以下例子比较这两种表示法的不同：

itcast$ echo $SHELL

注意，在定义变量时不用“‘”取变量值时要用。和C语言不同的是，Shell变量不需要明确定义类型，事实上Shell变量的值都是字符串，比如我们定义VAR=45，其实VAR的值是字符串45而非整数。Shell变量不需要先定义后使用，如果对一个没有定义的变量取值，则值为空字符串。

文件名代换（Globbing）

这些用于匹配的字符称为通配符（Wildcard），如：* ? [ ] 具体如下：

    * 匹配0个或多个任意字符

    ? 匹配一个任意字符

    [若干字符] 匹配方括号中任意一个字符的一次出现

 

itcast$ ls /dev/ttyS*

itcast$ ls ch0?.doc

itcast$ ls ch0[0-2].doc

itcast$ ls ch[012] [0-9].doc

注意，Globbing所匹配的文件名是由Shell展开的，也就是说在参数还没传给程序之前已经展开了，比如上述ls ch0[012].doc命令，如果当前目录下有ch00.doc和ch02.doc，则传给ls命令的参数实际上是这两个文件名，而不是一个匹配字符串。

命令代换

由“`”反引号括起来的也是一条命令，Shell先执行该命令，然后将输出结果立刻代换到当前命令行中。例如定义一个变量存放date命令的输出：

itcast$ DATE=`date`

itcast$ echo $DATE

命令代换也可以用$()表示：

itcast$ DATE=$(date)

算术代换

使用$(())，用于算术计算，(())中的Shell变量取值将转换成整数，同样含义的$[ ]等价例如：

itcast$ VAR=45

itcast$ echo $(($VAR+3))   等价于   echo $[VAR+3]或 $[$VAR+3]

$(())中只能用+-*/和()运算符，并且只能做整数运算。

$[base#n]，其中base表示进制，n按照base进制解释，后面再有运算数，按十进制解释。

echo $[2#10+11]

echo $[8#10+11]

echo $[16#10+11]

转义字符

和C语言类似，\在Shell中被用作转义字符，用于去除紧跟其后的单个字符的特殊意义（回车除外），换句话说，紧跟其后的字符取字面值。例如：

itcast$ echo $SHELL

/bin/bash

itcast$ echo \$SHELL

$SHELL

itcast$ echo \\

\

比如创建一个文件名为“$ $”的文件（$间含有空格）可以这样：

itcast$ touch \$\ \$

还有一个字符虽然不具有特殊含义，但是要用它做文件名也很麻烦，就是-号。如果要创建一个文件名以-号开头的文件，这样是不正确的：

itcast$ touch -hello

touch: invalid option -- h

Try `touch --help‘ for more information.

即使加上\转义也还是报错：

itcast$ touch \-hello

touch: invalid option -- h

Try `touch --help‘ for more information.

因为各种UNIX命令都把-号开头的命令行参数当作命令的选项，而不会当作文件名。如果非要处理以-号开头的文件名，可以有两种办法：

itcast$ touch ./-hello

或者

itcast$ touch -- -hello

\还有一种用法，在\后敲回车表示续行，Shell并不会立刻执行命令，而是把光标移到下一行，给出一个续行提示符>，等待用户继续输入，最后把所有的续行接到一起当作一个命令执行。例如：

itcast$ ls \

> -l

（ls -l命令的输出）

单引号

和C语言同，Shell脚本中的单引号和双引号一样都是字符串的界定符（双引号下一节介绍），而不是字符的界定符。单引号用于保持引号内所有字符的字面值，即使引号内的\和回车也不例外，但是字符串中不能出现单引号。如果引号没有配对就输入回车，Shell会给出续行提示符，要求用户把引号配上对。例如：

itcast$ echo ‘$SHELL‘

$SHELL

itcast$ echo ‘ABC\（回车）

> DE‘（再按一次回车结束命令）

ABC\

DE

双引号

被双引号用括住的内容，将被视为单一字串。它防止通配符扩展，但允许变量扩展。这点与单引号的处理方式不同

itcast$ DATE=$(date)

itcast$ echo "$DATE"

itcast$ echo ‘$DATE‘

再比如：

itcast$ VAR=200

itcast$ echo $VAR 

200

itcast$ echo ‘$VAR‘

$VAR

itcast$ echo "$VAR"

200

 

Shell脚本语法

条件测试

命令test或 [ 可以测试一个条件是否成立，如果测试结果为真，则该命令的Exit Status为0，如果测试结果为假，则命令的Exit Status为1（注意与C语言的逻辑表示正好相反）。例如测试两个数的大小关系：

itcast@ubuntu:~$ var=2

itcast@ubuntu:~$ test $var -gt 1

itcast@ubuntu:~$ echo $?

0

itcast@ubuntu:~$ test $var -gt 3

itcast@ubuntu:~$ echo $?

1

itcast@ubuntu:~$ [ $var -gt 3 ]

itcast@ubuntu:~$ echo $?

1

itcast@ubuntu:~$

虽然看起来很奇怪，但左方括号 [ 确实是一个命令的名字，传给命令的各参数之间应该用空格隔开，比如：$VAR、-gt、3、] 是 [ 命令的四个参数，它们之间必须用空格隔开。命令test或 [ 的参数形式是相同的，只不过test命令不需要 ] 参数。以 [ 命令为例，常见的测试命令如下表所示：

[ -d DIR ] 如果DIR存在并且是一个目录则为真

[ -f FILE ] 如果FILE存在且是一个普通文件则为真

[ -z STRING ] 如果STRING的长度为零则为真

[ -n STRING ] 如果STRING的长度非零则为真

[ STRING1 = STRING2 ] 如果两个字符串相同则为真

[ STRING1 != STRING2 ] 如果字符串不相同则为真

[ ARG1 OP ARG2 ] ARG1和ARG2应该是整数或者取值为整数的变量，OP是-eq（等于）-ne（不等于）-lt（小于）-le（小于等于）-gt（大于）-ge（大于等于）之中的一个

和C语言类似，测试条件之间还可以做与、或、非逻辑运算：

[ ! EXPR ] EXPR可以是上表中的任意一种测试条件，!表示“逻辑反(非)”

[ EXPR1 -a EXPR2 ] EXPR1和EXPR2可以是上表中的任意一种测试条件，-a表示“逻辑与”

[ EXPR1 -o EXPR2 ] EXPR1和EXPR2可以是上表中的任意一种测试条件，-o表示“逻辑或”

例如：

$ VAR=abc

$ [ -d Desktop -a $VAR = ‘abc‘ ]

$ echo $?

0

注意，如果上例中的$VAR变量事先没有定义，则被Shell展开为空字符串，会造成测试条件的语法错误（展开为[ -d Desktop -a = ‘abc’ ]），作为一种好的Shell编程习惯，应该总是把变量取值放在双引号之中（展开为[ -d Desktop -a “” = ‘abc’ ]）：

$ unset VAR

$ [ -d Desktop -a $VAR = ‘abc‘ ]

bash: [: too many arguments

$ [ -d Desktop -a "$VAR" = ‘abc‘ ]

$ echo $?

1

分支

if/then/elif/else/fi

和C语言类似，在Shell中用if、then、elif、else、fi这几条命令实现分支控制。这种流程控制语句本质上也是由若干条Shell命令组成的，例如先前讲过的

if [ -f ~/.bashrc ]; then

    . ~/.bashrc

fi

其实是三条命令，if [ -f ∼/.bashrc ]是第一条，then . ∼/.bashrc是第二条，fi是第三条。如果两条命令写在同一行则需要用;号隔开，一行只写一条命令就不需要写;号了，另外，then后面有换行，但这条命令没写完，Shell会自动续行，把下一行接在then后面当作一条命令处理。和[命令一样，要注意命令和各参数之间必须用空格隔开。if命令的参数组成一条子命令，如果该子命令的Exit Status为0（表示真），则执行then后面的子命令，如果Exit Status非0（表示假），则执行elif、else或者fi后面的子命令。if后面的子命令通常是测试命令，但也可以是其它命令。Shell脚本没有括号，所以用fi表示if语句块的结束。见下例：

#! /bin/sh

 

if [ -f /bin/bash ]

then

    echo "/bin/bash is a file"

else

    echo "/bin/bash is NOT a file"

fi

if :; then echo "always true"; fi

“:”是一个特殊的命令，称为空命令，该命令不做任何事，但Exit Status总是真。此外，也可以执行/bin/true或/bin/false得到真或假的Exit Status。再看一个例子：

#! /bin/sh

 

echo "Is it morning? Please answer yes or no."

read YES_OR_NO

if [ "$YES_OR_NO" = "yes" ]; then

    echo "Good morning!"

elif [ "$YES_OR_NO" = "no" ]; then

    echo "Good afternoon!"

else

    echo "Sorry, $YES_OR_NO not recognized. Enter yes or no."

    exit 1

fi

exit 0

上例中的read命令的作用是等待用户输入一行字符串，将该字符串存到一个Shell变量中。

此外，Shell还提供了&&和||语法，和C语言类似，具有Short-circuit特性，很多Shell脚本喜欢写成这样：

test "$(whoami)" != ‘root‘ && (echo you are using a non-privileged account; exit 1)

&&相当于“if…then…”，而||相当于“if not…then…”。&&和||用于连接两个命令，而上面讲的-a和-o仅用于在测试表达式中连接两个测试条件，要注意它们的区别，例如：

test "$VAR" -gt 1 -a "$VAR" -lt 3

和以下写法是等价的

test "$VAR" -gt 1 && test "$VAR" -lt 3

case/esac

case命令可类比C语言的switch/case语句，esac表示case语句块的结束。C语言的case只能匹配整型或字符型常量表达式，而Shell脚本的case可以匹配字符串和Wildcard，每个匹配分支可以有若干条命令，末尾必须以;;结束，执行时找到第一个匹配的分支并执行相应的命令，然后直接跳到esac之后，不需要像C语言一样用break跳出。

#! /bin/sh

 

echo "Is it morning? Please answer yes or no."

read YES_OR_NO

case "$YES_OR_NO" in

yes|y|Yes|YES)

    echo "Good Morning!";;

[nN]*)

    echo "Good Afternoon!";;

*)

    echo "Sorry, $YES_OR_NO not recognized. Enter yes or no."

    exit 1;;

esac

exit 0

使用case语句的例子可以在系统服务的脚本目录/etc/init.d中找到。这个目录下的脚本大多具有这种形式（以/etc/init.d/nfs-kernel-server为例）：

case "$1" in

    start)

        ...

    ;;

    stop)

        ...

    ;;

    reload | force-reload)

        ...

    ;;

    restart)

        ...

    *)

        log_success_msg"Usage: nfs-kernel-server start|stop|status|reload|force-reload|restart"

        exit 1

    ;;

esac

启动nfs-kernel-server服务的命令是

$ sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server start

$1是一个特殊变量，在执行脚本时自动取值为第一个命令行参数，也就是start，所以进入start)分支执行相关的命令。同理，命令行参数指定为stop、reload或restart可以进入其它分支执行停止服务、重新加载配置文件或重新启动服务的相关命令。

循环

for/do/done

Shell脚本的for循环结构和C语言很不一样，它类似于某些编程语言的foreach循环。例如：

#! /bin/sh

 

for FRUIT in apple banana pear; do

    echo "I like $FRUIT"

done

FRUIT是一个循环变量，第一次循环$FRUIT的取值是apple，第二次取值是banana，第三次取值是pear。再比如，要将当前目录下的chap0、chap1、chap2等文件名改为chap0~、chap1~、chap2~等（按惯例，末尾有~字符的文件名表示临时文件），这个命令可以这样写：

$ for FILENAME in chap?; do mv $FILENAME $FILENAME~; done

也可以这样写：

$ for FILENAME in `ls chap?`; do mv $FILENAME $FILENAME~; done

while/do/done

while的用法和C语言类似。比如一个验证密码的脚本：

#! /bin/sh

 

echo "Enter password:"

read TRY

while [ "$TRY" != "secret" ]; do

    echo "Sorry, try again"

    read TRY

done

下面的例子通过算术运算控制循环的次数：

#! /bin/sh

 

COUNTER=1

while [ "$COUNTER" -lt 10 ]; do

    echo "Here we go again"

    COUNTER=$(($COUNTER+1))

done

另，Shell还有until循环，类似C语言的do…while。如有兴趣可在课后自行扩展学习。

break和continue

break[n]可以指定跳出几层循环；continue跳过本次循环，但不会跳出循环。

即break跳出，continue跳过。

练习：将上面验证密码的程序修改一下，如果用户输错五次密码就报错退出。

位置参数和特殊变量

有很多特殊变量是被Shell自动赋值的，我们已经遇到了$?和$1。其他常用的位置参数和特殊变量在这里总结一下：

$0          相当于C语言main函数的argv[0]

$1、$2...   这些称为位置参数（Positional Parameter），相当于C语言main函数的argv[1]、argv[2]...

$#          相当于C语言main函数的argc - 1，注意这里的#后面不表示注释

$@          表示参数列表"$1" "$2" ...，例如可以用在for循环中的in后面。

$*          表示参数列表"$1" "$2" ...，同上

$?          上一条命令的Exit Status

$$          当前进程号

位置参数可以用shift命令左移。比如shift 3表示原来的$4现在变成$1，原来的$5现在变成$2等等，原来的$1、$2、$3丢弃，$0不移动。不带参数的shift命令相当于shift 1。例如：

#! /bin/sh

 

echo "The program $0 is now running"

echo "The first parameter is $1"

echo "The second parameter is $2"

echo "The parameter list is $@"

shift

echo "The first parameter is $1"

echo "The second parameter is $2"

echo "The parameter list is $@"

输入输出

echo

显示文本行或变量，或者把字符串输入到文件。

echo [option] string

-e 解析转义字符

-n 不回车换行。默认情况echo回显的内容后面跟一个回车换行。

echo "hello\n\n"

echo -e "hello\n\n"

echo "hello"

echo -n "hello"

管道

可以通过 | 把一个命令的输出传递给另一个命令做输入。

cat myfile | more

ls -l | grep "myfile"

df -k | awk ‘print $1‘ | grep -v "文件系统"

df -k 查看磁盘空间，找到第一列，去除“文件系统”，并输出

tee

tee命令把结果输出到标准输出，另一个副本输出到相应文件。

df -k | awk ‘print $1‘ | grep -v "文件系统" | tee a.txt

tee -a a.txt表示追加操作。

df -k | awk ‘print $1‘ | grep -v "文件系统" | tee -a a.txt

文件重定向

cmd > file             把标准输出重定向到新文件中

cmd >> file            追加

cmd > file 2>&1        标准出错也重定向到1所指向的file里

cmd >> file 2>&1

cmd < file1 > file2    输入输出都定向到文件里

cmd < &fd              把文件描述符fd作为标准输入

cmd > &fd              把文件描述符fd作为标准输出

cmd < &-               关闭标准输入

函数

和C语言类似，Shell中也有函数的概念，但是函数定义中没有返回值也没有参数列表。例如：

#! /bin/sh

 

foo() echo "Function foo is called";

echo "-=start=-"

foo

echo "-=end=-"

注意函数体的左花括号 和后面的命令之间必须有空格或换行，如果将最后一条命令和右花括号 写在同一行，命令末尾必须有分号;。但，不建议将函数定义写至一行上，不利于脚本阅读。

在定义foo()函数时并不执行函数体中的命令，就像定义变量一样，只是给foo这个名一个定义，到后面调用foo函数的时候（注意Shell中的函数调用不写括号）才执行函数体中的命令。Shell脚本中的函数必须先定义后调用，一般把函数定义语句写在脚本的前面，把函数调用和其它命令写在脚本的最后（类似C语言中的main函数，这才是整个脚本实际开始执行命令的地方）。

Shell函数没有参数列表并不表示不能传参数，事实上，函数就像是迷你脚本，调用函数时可以传任意个参数，在函数内同样是用$0、$1、$2等变量来提取参数，函数中的位置参数相当于函数的局部变量，改变这些变量并不会影响函数外面的$0、$1、$2等变量。函数中可以用return命令返回，如果return后面跟一个数字则表示函数的Exit Status。

下面这个脚本可以一次创建多个目录，各目录名通过命令行参数传入，脚本逐个测试各目录是否存在，如果目录不存在，首先打印信息然后试着创建该目录。

#! /bin/sh

 

is_directory()

    DIR_NAME=$1

    if [ ! -d $DIR_NAME ]; then

        return 1

    else

        return 0

    fi

for DIR in "$@"; do

    if is_directory "$DIR"

    then :

    else

        echo "$DIR doesn‘t exist. Creating it now..."

        mkdir $DIR > /dev/null 2>&1

        if [ $? -ne 0 ]; then

            echo "Cannot create directory $DIR"

            exit 1

        fi

    fi

done

注意：is_directory()返回0表示真返回1表示假。

Shell脚本调试方法

Shell提供了一些用于调试脚本的选项，如：

-n          读一遍脚本中的命令但不执行，用于检查脚本中的语法错误。

-v           一边执行脚本，一边将执行过的脚本命令打印到标准错误输出。

-x           提供跟踪执行信息，将执行的每一条命令和结果依次打印出来。

这些选项有三种常见的使用方法：

1. 在命令行提供参数。如：

$ sh -x ./script.sh

1. 在脚本开头提供参数。如：

#! /bin/sh -x

1. 在脚本中用set命令启用或禁用参数。如：

#! /bin/sh

 

if [ -z "$1" ]; then

    set -x

    echo "ERROR: Insufficient Args."

    exit 1

    set +x

fi

set -x和set +x分别表示启用和禁用-x参数，这样可以只对脚本中的某一段进行跟踪调试。