Shell編程-01-Shell腳本初步入門

什麼是Shell

    簡單來說Shell其實就是一個命令解釋器，而它的作用就是解釋並執行用戶輸入的命令及程式。用戶每輸入一條命令，Shell就解釋執行一次。這種方式很容易讓大家想起在Windows環境中使用的command命令，我們在cmd視窗輸入一條命令，按下Enter鍵，則執行相應的命令和結果。
    Shell位於操作系統的最外層，對外提供與用戶互動式的對話並返回相應的執行結果，對內則是將用戶輸入的命令解釋給操作系統。Shell在操作系統中所處的位置如下圖所示：

Shell在英文中的意思就是外殼、貝殼等，從圖中也可以看出，Shell就像殼一樣包住了系統的核心（Kernel）

Shell命令與Command命令對比

什麼是Shell腳本

    在理解了Shell之後，我們再來看看Shell腳本。當命令或程式語句不是在命令行中執行時，而是通過程式文件來執行時，該程式就稱之為Shell腳本，我依然拿Windows來做比例。當我們需要執行比較少的命令時，我們可以一個一個命令的進行手動輸入，如果需要執行成百上千的命令時，你會怎麼辦？聰明的你肯定會脫口而出，用批處理（擴展名一般為bat或cmd）。其實Shell腳本就類似於批處理，通過在腳本中定義變數、執行命令、調用函數和邏輯判斷、迴圈等形成一個有機的整體，便形成一個功能強大、自動化程度較高的腳本。

• 在Windows通過批處理獲取系統信息保存為txt文件，而後自動打開該文件，代碼如下：

@echo off
set date=%date:~0,4%-%date:~5,2%-%date:~8,2%
echo "當前時間為："%date%
cd /d "D:\"
mkdir SystemInfo
cd /d "SystemInfo"
systeminfo>systeminfo%date%.txt
start systeminfo%date%.txt
pause

• Shell腳本判斷當前登錄用戶是否為root

# !/bin/bash
currentName=`whoami`
echo $currentName
if [ "$currentName" = "root" ]
  then
    echo "Current Login User is root"
else
  echo "Current Login User is :"$currentName
fi

Shell腳本語言的種類

    Shell 腳本語言是弱類型語言，即無須定義變數類型即可使用。在UNIX/Linux中主要有兩大類Shell:Bourne Shell和C Shell。

Bourne Shell

    Bourne Shell包括Bourne Shell（sh）、Korn Shell(ksh)、Bourne Again Shell(bash)三種類型。

• Bourne Shell
    由AT&T的Steve Bourne開發，是標準的UNIX Shell，很多UNIX系統都配有sh。

• Korn Shell(ksh)
    由David Korn開發，是Bournd Shell(sh)的超集合併且添加了csh引入的新功能，是目前很多UNIX系統標配的Shell，這些系統上的/bin/sh往往指向/bin/ksh的符號鏈接

• Bourne Again Shell(bash)
    由GNU項目組開發，主要目標是與POSIX標準操持一致，同時相容sh。bash從csh和ksh借鑒了很多功能，是各種Linux發行版本預設配置的Shell。Linux系統上的/bin/sh往往是指向/bin/bash的符號鏈接。但bash和sh還是有很多不同之處，雖然bash擴展了一些命令和參數，但bash並不完全相容sh，兩者之間有些行為並不一致。在大多數情況下區別不太大，有時還可以使用bash替代sh。

C Shell

    C Shell包括csh和tcsh兩種。csh由Berkeley大學開發，隨之BSD UNIX發佈，它的流程式控制制語句很像C語言，支持很多Bourne Shell所不支持的功能，如作業控制、別名、系統算術、命令歷史、命令行編輯等。tcsh是csh的增強版，加入了命令補全等功能，在FreeBSD、Mac OS X等系統上代替了csh。
    以上介紹的這些Shell中，較為通用的是標準的Bourne Shell（sh）和C Shell(csh)，而其中Bourne Shell(sh)已經被Bourne Again Shell（bash）所取代。可通過以下命令查看CentOS 7.3系統Shell的支持情況。

[admin@CentOS7 tmp]$ cat /etc/shells
/bin/sh             #Linux常用的Shell,指向/bin/bash
/bin/bash           #Linux常用的Shell,也是預設使用的Shell
/sbin/nologin       #Linux常用的Shell，用於禁止用戶登錄
/usr/bin/sh
/usr/bin/bash
/usr/sbin/nologin
/bin/tcsh
/bin/csh

Linux系統中主流的Shell是bash，而bash是由Bourne Shell（sh）發展而來，同時bash還包含了csh和ksh的特色。因此大多數腳本都可以不做修改即可在sh運行，如果使用sh後結果與預期有差異，可以嘗試用bash代替sh.

常用操作系統預設Shell

    在常用的操作系統中，Linux中預設的Shell是Bourne Again Shell(bash)，Solaris和FreeBSD下預設的是Bourne Shell（sh），AIX下預設的是Korn Shell（ksh）。那麼問題來了，我們該如何查看所使用系統的Shell？以CentOS為例查看系統預設的Shell：

• 方法一：

[admin@CentOS7 tmp]$ echo $SHELL
/bin/bash

• 方法二：

[admin@CentOS7 tmp]$ grep root /etc/passwd
root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
operator:x:11:0:operator:/root:/sbin/nologin

root用戶結尾的/bin/bash就是用戶登錄後的Shell解釋器。後續文章中重點講解的是Bourne Again Shell(bash)。

Shell 腳本的建立和執行

Shell腳本的建立

    在Linux系統中，Shell腳本通常是在編輯器vi/vim中進行編寫。可由UNIX/Linux命令、bash shell命令、程式結構控制語句、註釋等組成，推薦使用vim。

• Shell腳本開頭（第一行）
    一個規範標準的Shell腳本會在第一行指出由哪個解釋器來執行腳本中的內容，一般如下所示：

#!/bin/bash
或
#!/bin/sh

註意事項：

1、第一行一般要求小於255個字元。
2、#!/bin/bash不是註釋，在執行腳本時，內核會根據#!後的解釋器確定使用哪個解釋器來執行腳本的內容。
3、這一行必須位於每個腳本頂端的第一行，如果不是第一行則是代表註釋

#!/bin/bash
echo "bash test"
#!/bin/bash #代表該行是註釋
#!/bin/sh   #代表該行是註釋

• bash和sh的區別
    早期的bash與sh稍有不同，bash包含csh和ksh的特色，但大多數的腳本都可以直接在sh上運行。
  

從上圖可以看到sh為bash的軟鏈接，大多數情況下，腳本開頭使用#!/bin/bash和#!/bin/sh是沒有區別的。但還是建議採用#!/bin/bash。

  一般情況下，安裝完Linux系統之後會自動安裝好bash軟體，查看bash版本如下所示：

[admin@CentOS7 etc]$ cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.3.1611 (Core) #當前系統版本
[admin@CentOS7 etc]$ bash --version
GNU bash, version 4.2.46(1)-release (x86_64-redhat-linux-gnu) # bash 版本，後續省略自由軟體提示信息

如果想體驗更高版本的bash，升級方法如下所示：

yum -y update bash #線上升級
rpm -qa bash  #查看bash安裝包
bash-4.2.46-20.el7_2.x86_64

  以下是常用腳本開頭的寫法，不同語言的腳本在開頭一般都要加上如下標識內容：

#!/bin/sh
#!/bin/bash
#!/usr/bin/awk
#!/bin/sed
#!/usr/bin/tcsh
#!/usr/bin/perl

    CentOS中預設的Shell均為bash。因此即在腳本中未加#!/bin/bash，它也會使用bash去解釋。如果不希望使用系統預設的Shell解釋器，就需要自行指定解釋器。建議大家一開始就養成好習慣，遵循Shell編程規範，在開頭第一行指定所使用的解釋器
    如果在開頭未指定解釋器，要使用對應的解釋器來執行腳本時，可以使用如下方法：

Shell腳本： bash test.sh或sh test.sh
Python腳本：python test.py

• 腳本註釋

    在很多編程語言中，都會支持單行和多行註釋，方便閱讀和維護，在Shell中，使用#對所在行進行註釋，註釋的內容並不會當作命令執行。註釋可單獨一行也可以緊跟在命令後面。建議在寫腳本添加必要的註釋，方便自己也方便後續維護者或使用者。

註釋中儘量不要使用中文，腳本中也儘量不要使用中文。

Shell腳本的執行

• Shell腳本的執行流程
      當腳本運行時，它會先查找系統環境變數ENV，該變數指定了環境文件（載入順序通常是/etc/profile、~/.bash_profile、~/.bashrc、/etc/bashrc等），在載入了上述環境變數文件後，Shell開始執行Shell腳本中的內容。
      Shell腳本執行的順序是從上到下，從左到右依次執行每一行的命令及語句。如果Shell中存在腳本嵌套（子腳本）時，就會執行嵌套腳本的內容，完成後再返回父腳本繼續執行父腳本內後續的命令和語句。通常情況下，執行Shell腳本時，會向系統內核啟動一個新的進程，以便在該進程中執行腳本的命令和子腳本，其流程圖如下所示：
  

• Shell腳本的執行方式

【1】bash script-name或sh script-name
    這種方式是當腳本文件本身沒有可執行許可權（即文件屬性沒有x占位符）時常使用的方式或腳本文件沒有指定解釋器時常用的方法。

【2】path/script-name或./script-name
    這種方式是指在當前路徑下執行腳本，前提是腳本必須有可執行許可權，具體方法為chmod +x script-name。然後通過相對路徑或絕對路徑執行腳本。

【3】source script-name或. script-name
    這種方法通常使用source或" . "讀入或載入指定的Shell腳本，如son.sh，然後依次執行指定的Shell腳本文件son.sh中的所有語句。這些語句將在當前父Shell腳本father.sh中運行（其他幾種模式都會啟動新的進程執行子腳本）。

使用source或" . "可以將son.sh自身腳本中的變數值或函數等的返回值傳遞到當前父Shell腳本father.sh中使用，這是和其他兩種方法最大的區別，因此需要特別註意。

【4】sh<script-name或cat script-name | sh
    這種方法同樣適用於bash，這種方法並不常見，瞭解知道即可。其原理就是利用了管道技術。

• 示例

大家可以看看以下腳本的正確答案是哪一個？

參考的答案選項如下所示：

• [ ] 當前用戶
• [ ] admin
• [ ] 無內容輸入

正確答案是無內容輸入。原因可查看Shell腳本的幾種執行方式。

通過這個示例我們可以得出如下結論：

• 子Shell腳本會直接繼承父Shell的變數、函數等，如兒子繼承父親基因。
• 如果希望父Shell繼承子Shell的變數，就要使用source或" . "

腳本規範

    每種語言都有自己的開發規範，雖然不是強制遵守，但有規範的代碼不便方便閱讀、維護、多人協同開發，同時也能減少出現Bug的概率。主要的規範如下所示：

• 【1】Shell腳本的第一行指定腳本解釋器

#!/bin/bash
或
#!/bin/sh

• 【2】Shell腳本的開關添加版本、版權、作者等

#Date:2017-11-29 22:50
#Author:Surpassme
#Description:This is sample shell scripts
#Version:1.5

• 【3】Shell腳本中儘量不要使用中文
    雖說Linux也能相容中文，但還是存在切換系統環境後中文出現亂碼的問題。如果非要用中文，可對系統進行字元集調整。如export LANG="zh_CN.UTF-8"，併在腳本中重新定義字元集設置和系統保持一致。

• 【4】Shell腳本儘量添加擴展名.sh

• 【5】養成良好的腳本書寫習慣

1、成對的符號儘量一次性寫全，防止遺漏
2、中括弧（[]）兩端至少要保留一個空格。
3、流程式控制制語句，應一次性將格式寫完，再添加內容
4、良好的代碼縮進，方便閱讀
5、腳本的各個符號必須為英文狀態下的符號
6、常規變數的字元串定義時應加雙引號（""）並且等號前後均不能有空格，需要強引用（指所見即所得的字元串引用），則使用單引號（''），如果是命令引用，則用反引號（``）

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