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一文带你精通 Linux Shell 编程

daicy
发布于 2024-12-08 / 67 阅读
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一文带你精通 Linux Shell 编程

一、Shell编程简介

1.1 什么是Shell

从程序员角度看，Shell是用C语言编写的程序；从用户角度，它是与Linux操作系统沟通的桥梁。用户可输入命令执行，也能用Shell脚本编程完成复杂操作。在Linux系统管理领域，Shell编程至关重要，是每个Linux用户的必修课。

1.2 Shell种类

Linux的Shell种类繁多，常见的有Bourne Shell（/usr/bin/sh或/bin/sh）、Bourne Again Shell（/bin/bash）、C Shell（/usr/bin/csh）、K Shell（/usr/bin/ksh）、Shell for Root（/sbin/sh）等。不同Shell语法不同，基本掌握一种即可，本文重点关注Bash（Bourne Again Shell），因其易用且免费，在日常工作中广泛使用，也是多数Linux系统默认的Shell。

1.3 Shell脚本格式

使用vi等文本编辑器编写Shell脚本格式固定。首行“#!/bin/sh”（或“#!/bin/bash”）指定解释脚本的Shell程序，缺此行执行脚本会出错。后续是主程序，以“#”开头为注释行。若一行未写完，行尾加“\”可与下一行合并。编辑完成后，将脚本存为“filename.sh”，文件名后缀表明是Bash脚本。执行前需用“chmod +x filename.sh”改为可执行权限，然后用“./filename.sh”执行。

1.4 变量赋值与取值

Shell Script是弱类型语言，使用变量无需声明类型。变量赋值格式为“variable_name = variable_value”，对已有值变量赋值会覆盖旧值。取值时在变量名前加“$”，如“$variable_name”，变量可在引号中使用。若有混淆，可用花括号区分，如“echo "Hi, ${a}s"”。单引号中的变量不进行替换操作。

1.5 相关Linux命令

  • env：显示用户环境区中的变量及其取值。
  • set：显示本地数据区和用户环境区中的变量及其取值。
  • unset：删除指定变量当前取值，使其为NULL。
  • export：将本地数据区中的变量转移到用户环境区。

二、Shell编程语法

2.1 if语句

if语句用于流程控制，语法如下：

if …; then
…
elif …; then
…
else
…
fi

条件部分以分号分隔，常用条件测试有：

  • 文件判断：“[ -f "$file" ]”判断$file是否为文件。
  • 数值比较：“[ $a -lt 3 ]”判断$a值是否小于3，“-gt”和“-le”分别表示大于和小于等于。
  • 权限判断：“[ -x "$file" ]”判断$file是否存在且有可执行权限，“-r”测试文件可读性。
  • 变量判断：“[ -n "$a" ]”判断变量$a是否有值，“-z”测试空串。
  • 字符串判断：“[ "$a" = "$b" ]”判断$a和$b取值是否相等。
  • 逻辑判断：“[ cond1 -a cond2 ]”判断cond1和cond2是否同时成立，“-o”表示cond1和cond2有一个成立。

条件测试部分空格很重要，方括号两侧、“-f”“-lt”“=”等符号两侧都要有空格，否则Shell解释脚本会出错。

2.2 Here文档

Here文档用于将多行文本传递给命令，格式以“<<”开始，后跟字符串，文档结束时该字符串也要出现。例如：

cat<<HELP
ren -- renames a number of files using sed regular expressions
USAGE:
ren 'regexp' 'replacement' files
EXAMPLE:
rename all *.HTM files in *.html:
ren 'HTM$' 'html' *.HTM
HELP

2.3 循环语句

Shell Script中的循环有以下几种格式：

  • while循环：
while [ cond1 ] && { || } [ cond2 ] …; do
…
done
  • for循环：
for var in …; do
…
done
  • for循环（C语言风格）：
for (( cond1; cond2; cond3 )) do
…
done
  • until循环：
until [ cond1 ] && { || } [ cond2 ] …; do
…
done

循环中可使用“break”和“continue”中断操作。例如：

Sum=0
i=0
while [ $i!= "100" ]
do
i=`expr $i + 1`
Sum=`expr $Sum + $i`
done
echo $i $Sum

2.4 case语句

case语句类似C语言多分支结构，语法如下：

case var in
pattern 1 )
… ;;
pattern 2 )
… ;;
*)
… ;;
esac

例如：

while getopts vc: OPTION
do
case $OPTION in
c) COPIES=$OPTARG
ehco "$COPIES";;
v) echo "suyang";;
\?) exit 1;;
esac
done

2.5 select扩展

用于交互式应用，语法如下：

select var in …; do
break;
done

例如：

#!/bin/bash
echo "Your choice?"
select var in "a" "b" "c"; do
break
done
echo $var

2.6 函数定义

语法形式如下：

functionname()
{
…
}

函数中处理参数方法与脚本参数相同，用“$1”“$2”表示第一、第二个参数，“$*”表示参数列表。

2.7 脚本调试

  • 使用echo输出变量取值：简单查看变量值。
  • 使用-x参数：执行脚本并显示所有变量取值，如“sh -x filename.sh”。
  • 使用-n参数：不执行脚本，返回语法错误。

三、特殊变量与字符

3.1 系统环境变量

  • $HOME：使用者自己的目录。
  • $PATH：执行命令时搜寻的目录。
  • $TZ：时区。
  • $MAILCHECK：检查新信件的间隔秒数。
  • $PS1：命令列提示号。
  • $PS2：命令未打完时，Shell要求再输入的提示号。
  • $MANPATH：man指令的搜寻路径。

3.2 特殊变量

  • $0：程序执行名字。
  • $n：程序的第n个参数值（n = 1..9）。
  • $*和$@：程序的所有参数（略有区别，$*将所有参数视为一个整体，$@将每个参数视为独立个体）。
  • $#：程序的参数个数。
  • $$：程序的PID。
  • $!：执行上一个指令的PID。
  • $?：执行上一个指令的返回值。

3.3 shell中的变元

  • *：任意字符串。
  • ?：一个任意字符。
  • [abc]：a、b、c三者中之一。
  • [a - n]：从a到n的任一字符。

3.4 特殊字符表示

  • \b：退回。
  • \c：打印一行时无换行符。
  • \f：换页。
  • \r：回车。
  • \t：制表。
  • \v：垂直制表。
  • \：反斜线本身。

3.5 判断文件属性

格式为“-操作符 filename”，常见操作符有：

  • -e：文件存在返回0，否则返回1。
  • -r：文件可读返回0，否则返回1。
  • -w：文件可写返回0，否则返回1。
  • -x：文件可执行返回0，否则返回1。
  • -o：文件属于用户本人返回0，否则返回1。
  • -z：文件长度为0返回0，否则返回1。
  • -f：文件为普通文件返回0，否则返回1。
  • -d：文件为目录文件时返回0，否则返回1。

3.6 测试字符串

  • 字符串1 = 字符串2：两字串相等为真。
  • 字符串1!= 字符串2：两字串不等为真。
  • -n字符串：字符串长度大于0为真。
  • -z字符串：字符串长度为0为真。
  • 字符串（直接判断）：字符串非空为真。

3.7 测试两个整数关系

  • 数字1 -eq数字2：两数相等为真。
  • 数字1 -ne数字2：两数不等为真。
  • 数字1 -gt数字2：数字1大于数字2为真。
  • 数字1 -ge数字2：数字1大于等于数字2为真。
  • 数字1 -lt数字2：数字1小于数字2为真。
  • 数字1 -le数字2：数字1小于等于数字2为真。

3.8 逻辑测试

  • -a：与。
  • -o：或。
  • !：非。

3.9 特殊字符引用

  1. $符号
    • echo $?：显示上一条指令退出状态，判断上条命令执行是否成功。
    • echo "$?"：效果同上。
    • echo '$?'：显示“$?”字符串。
    • echo $?：显示“$?”字符串。
    • echo "$?"：显示“$?”字符串。
      双引号中$符号有特殊意义，单引号可屏蔽特殊字符意义，反斜杠也可屏蔽特殊字符特殊含义。
  2. \反斜杠
    反斜杠可屏蔽特殊符号特殊含义，如“echo $A”显示“$A”，“echo `”显示“`”，“echo "”显示双引号，“echo \”显示“\”。
  3. 反引号
    反引号用于命令替换，将其中字符串作为命令执行，结果赋给变量，如“A=date”，“echo $A”显示当时时间串。
  4. "双引号"
    双引号可避免引用特殊字符，但部分特殊字符仍有特殊含义，如“$”“\”“`”“"”。单引号引起内容原样输出，双引号引起内容可能有特殊处理。要输出特殊字符原形，可用单引号或反斜杠，如“echo '"'”输出“"”，“echo """”也输出“"”。
  5. 其它特殊字符
    “<”“>”“*”“?”“[”“]”等特殊字符在双引号中可能有特殊含义，输出原形可用单引号或双引号引起来。

3.10 条件测试语句

  1. if条件语句
    格式： 
    if 条件表达式
then #当条件为真时执行以下语句
命令列表
else #为假时执行以下语句
命令列表
fi
    if语句可嵌套，如： 
    if test -f "$1"
then
lpr $1
else
if test -d "$1"
then
cd $1
lpr $1
else
echo "$1不是文件或目录"
fi
fi
    也可改为： 
    if test -f "$1"
then
lpr $1
elif test -d "$1" #elif同else if
then
(cd $1;lpr $1)
else
echo "$1不是文件或目录"
fi
  2. 多重条件测试语句case
    格式： 
    case 字串 in
模式) 命令列表;;
模式) 命令列表;;

....
esac

例如：
```bash
case $1 in
*.c)
cc $1
;;
*.txt)
lpr $1
;;
*)
echo "未知的类型"
esac

3.11 循环语句

  1. while循环
    命令格式： 
    while 条件表
do
命令表
done
    执行过程：先执行条件表，若最后一条语句退出状态为零（条件为真），执行循环体内命令表，然后再次检查条件表，如此循环，直到条件表最后一条语句退出状态非零。例如： 
    Sum=0
i=0
while true #true是系统关键词，表示真
do
i=`expr $i + 1`
Sum=`expr $Sum + $i`
if [ $i = "100" ]
then
break;
fi
done
echo $i $Sum
    也可改为： 
    Sum=0
i=0
while [ $i!= "100" ]
do
i=`expr $i + 1`
Sum=`expr $Sum + $i`
done
echo $i $Sum
    还可用until作为测试条件，与while相反，当条件为假时循环，如： 
    Sum=0
i=0
until [ $i = "100" ]
do
i=`expr $i + 1`
Sum=`expr $Sum + $i`
done
echo $i $Sum
  2. for循环
    命令格式： 
    for 变量 in 名字列表
do
命令列表
done
    名字列表是空格分隔字符串列表，shell每次从列表取一个字符串赋给循环变量。例如： 
    for File in a1 a2 a3 a4 a5
do
diff aa/$File bb/$File
done
    也可省略in名字列表部分，用当前位置参数代替，如： 
    for File
do
echo $File
done
  3. 循环控制语句
    • break：不执行当前循环体内break下面语句，直接退出当前循环。
    • continue：忽略本循体内continue下面语句，从循环头开始执行。

3.12 命令组合

  1. 圆括号
    圆括号使shell创建子shell读取并执行括起来的命令，创建子进程运行组合程序，子进程操作不影响当前shell变量值，且当前shell用export输出的变量在子shell中有效。例如： 
    (cd newdir;ls)
    注意圆括号在命令行中的特殊组合意义，若要输出其原义，需用双引号括起来，如“echo "a(b)"”。
  2. 花括号
    花括号由当前shell读取并执行括起来的命令，不创建子shell。左右花括号作为一条命令第一个字出现时才有特殊含义。例如： 
    { cd olddir;ls; }
    退出状态等于最后一条括起来命令的退出状态。

3.13 可在当前shell中执行的命令

包括break、case、cd、continue、echo、eval、exec、exit、export、for、if、read、readonly、return、set、shift、test、times、trap、umask、until、wait、while、:、{}等。

四、实战案例

4.1 批量文件重命名脚本

以下脚本实现批量文件重命名功能，将指定扩展名的文件改为新的扩展名。

#!/bin/bash
# 检查参数个数
if [ $# -lt 2 ]; then
cat<<HELP
Usage: rename.sh old_extension new_extension [files]
HELP
exit 1
fi

OLD_EXT="$1"
NEW_EXT="$2"
shift
shift

# 循环处理文件
for file in $*; do
if [ -f "$file" ]; then
newfile=`echo "$file" | sed "s/${OLD_EXT}/${NEW_EXT}/g"`
if [ -f "$newfile" ]; then
echo "ERROR: $newfile exists already"
else
echo "Renaming $file to $newfile"
mv "$file" "$newfile"
fi
fi
done

使用方法：

./rename.sh txt log file1.txt file2.txt file3.txt

4.2 简单的备份脚本

该脚本用于备份指定目录到指定备份目录，备份文件以日期命名。

#!/bin/bash
SOURCE_DIR="/home/user/data"
BACKUP_DIR="/home/user/backup"
DATE=$(date +%Y%m%d)

# 创建备份目录（若不存在）
if [! -d "$BACKUP_DIR" ]; then
mkdir -p "$BACKUP_DIR"
fi

# 备份文件
tar -czf "$BACKUP_DIR/data_$DATE.tar.gz" "$SOURCE_DIR"
echo "Backup completed successfully to $BACKUP_DIR/data_$DATE.tar.gz"

4.3 系统信息收集脚本

此脚本收集系统的一些基本信息，如内存使用情况、磁盘使用情况等。

#!/bin/bash
# 内存使用情况
MEM_INFO=$(free -m)
echo "Memory Information:"
echo "$MEM_INFO"

# 磁盘使用情况
DISK_INFO=$(df -h)
echo "Disk Information:"
echo "$DISK_INFO"

# 当前登录用户
USER_INFO=$(who)
echo "Logged in Users:"
echo "$USER_INFO"

五、总结

Shell编程在Linux系统管理和自动化任务处理中具有不可替代的作用。通过掌握Shell脚本的基本语法、特殊变量、条件判断、循环结构以及各种命令的组合使用，能够高效地完成各种复杂任务，提高工作效率。无论是系统管理员还是普通Linux用户，深入学习Shell编程都将为更好地使用和管理Linux系统提供有力支持。不断实践和探索，能够发现Shell编程更多的强大功能，让Linux系统为我们提供更优质的服务。

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