Linux理论——Shell编程规范与变量

前言

在一些复杂的 Linux 维护工作中，大量重复性的输入和交互操作不但费时费力，而且容易出错，而编写一个恰到好处的 Shell 脚本程序，可以批量处理、自动化地完成一系列维护人物，大大减轻管理员的负担。

一、Shell脚本概述

Shell脚本的概念

• 将要执行的命令按顺序保存到一个文本文件
• 给该文件可执行权限
• 可结合各种Shell控制语句以完成更复杂的操作
  Shell脚本应用场景
• 重复性操作
• 交互性任务
• 批量事务处理
• 服务运行状态监控
• 定时任务执行
• …

1、Shell脚本的作用

Shell的作用——命令解释器，“翻译官”

• 介于系统内核与用户之间，负责解释命令行
  

用户的登录Shell

• 登录后默认使用的Shell程序，一般为 /bin/bash
• 不同Shell的内部指令、运行环境等会有所区别
  

2、Shell编程规范

编写脚本代码

• 使用vim文本编辑器
• 每行一条Linux命令，按执行顺序依次编写
  

赋予可执行权限

• 使脚本具有可执行属性
  

执行脚本文件：

• 方法一：脚本文件路径（绝对路径与相对路径）
  
• 方法二：sh 脚本文件路径
  
• 方法三：source 脚本文件路径
  
  也可以通过“.”来执行

更完善的脚本构成

• 脚本声明
• 注释信息
• 可执行语句
  

3、重定向与管道

交互式硬件设备

• 标准输入：从该设备接收用户输入的数据
• 标准输出：通过该设备向用户输出数据
• 标准错误：通过该设备报告执行出错信息
  

重定向操作

管道操作符号“|”

• 将左侧的命令输出结果，作为右侧命令的处理对象

cmd1 | cmd2 【... | cmdn】

上例中 awk 命令的作用是以冒号 “:” 作为分隔，输出第1和第7个区域的字符串。
其中的 “-F” 部分用来指定分隔符号（未指定时，默认以空格或制表符分隔）。

二、Shell脚本变量

Shell变量的作用

• 用来存放系统和用户需要使用的特定参数（值）
  ◆变量名：使用固定的名称，由系统预设或用户定义
  ◆变量值：能够根据用户设置、系统环境的变化而变化

变量的类型

• 自定义变量：由用户自己定义、修改和使用
• 特殊变量：环境变量、只读变量、位置变量、预定义变量

1、自定义变量

定义一个新的变量

• 变量名以字母或下划线开头，区分大小写，建议全大写

变量名=变量值

查看变量的值

echo $变量名

2、赋值时使用引号

• 双引号：允许通过 $ 符号引用其他变量值
• 单引号：禁止引用其他变量值，$ 视为普通字符
• 反撇号：命令替换，提取命令执行后的输出结果

从键盘输入内容为变量赋值

read 【-p “提示信息”】变量名

（1）双引号（"）

双引号主要起界定字符串的作用，特别是当要赋值的内容中包含空格时，必须以双引号括起来；其他情况下双引号通常可以省略。

在双引号范围内，使用 “$” 符号可以引用其他变量的值（变量引用），从而能够直接调用现有变量的值来赋给新的变量。

（2）单引号（’）

当要赋值的内容中包含 “$” “"” “\” 等具有特殊含义的字符时，应使用单引号括起来。在单引号的范围内，将无法引用其他变量的值，任何字符均作为普通字符看待。但赋值内容中包含单引号时，需要使用 “’” 符号进行转义，以免冲突。

（3）反撇号（`）

反撇号主要用于命令替换，允许将执行某个命令的屏幕输出结果赋值给变量。反括号起来的范围必须是能够执行的命令行，否则将会出错。
例如，若要哦在一行命令中查找 tar 命令程序的位置并列出其详细属性，可以执行以下操作：

上述操作相当于连续执行了两条命令——先通过 which useradd 命令查找出 useradd 命令的程序位置，然后根据查找结果列出文件属性。执行过程中，会用 which useradd 命令的输出结果替换整个反撇号范围。

（4）read命令

read命令用来提示用户输入信息，从而实现简单的交互过程。执行时将从标准输入设备（键盘）读入一行内容，并以空格为分隔符，将读入的各字段挨个赋值给指定的变量（多余的内容赋值给最后一个变量）。若指定变量只有一个，则将整行内容赋值给此变量

3、设置变量的作用范围

格式1：export 变量名 ...
格式2：export 变量名=变量值 ...

默认情况下，新定义的变量只在当前的 Shell 环境中有效，因此称为局部变量。当进入子程序或新的子 Shell 环境时，局部变量将无法再使用。例如，直接执行 Bash 进入一个新的子 Shell 脚本后，将无法引用父级 Shell 环境中定义的 Product、Version 等变量。

[root@localhost ~]# echo "$Product $Version"	//查看当前定义的变量值
Python 2.7.13
[root@localhost ~]# bash	//进入子Shell 环境
[root@localhost ~]# echo "$Product $Version" //无法调用父Shell 环境中的变量
[root@localhost ~]# exit	//返回原有的Shell 环境

为了使用户定义的变量在所有的子 Shell 环境中能够继续使用，减少重复设置工作，可以通过内部命令 export 将指定的变量导出为全局变量。用户可以同时指定多个变量名称作为参数（无须使用“$”符号），变量名之间以空格分隔。

[root@localhost ~]# echo "$Product $Version"	//查看当前定义的变量值
Python 2.7.13
[root@localhost ~]# export Product Version	//将Product、Version 设为全局变量
[root@localhost ~]# bash	//进入子Shell 环境
[root@localhost ~]# echo "$Product $Version"
Python 2.7.13	//可以调用父Shell 的全局变量
[root@localhost ~]# exit	//返回原有的Shell 环境

使用 export 导出全局变量的同时，也可以为变量进行赋值，这样在新定义全局变量时就不需要提前进行赋值了。例如，执行以下操作可以直接新建一个名为 FQDN 的全局变量。

[root@localhost ~]# export FQDN="www.jb-aptech.com.cn"
[root@localhost ~]# echo $FQDN
www.jb-aptech.com.cn

4、数值变量的运算

Shell 变量的数值运算多用于脚本程序的过程控制（如循环次数、使用量比较等，后续章节会介绍）。在 Bash Shell 环境中，只能进行简单的整数运算，不支持小数运算。整数值的运算主要通过内部命令 expr 进行，基本格式如下所示。需要注意，运算符与变量之间必须有至少一个空格。

expr 变量 1 运算符 变量 2 [运算符 变量 3]…

其中，变量 1、变量 2……对应为需要计算的数值变量（需要以“$”符号调用），常用的几种运算符如下所述：

• +：加法运算
• -：减法运算
• *：乘法运算，注意不能仅使用“*”符号，否则将被当成文件通配符
• /：除法运算
• %：求模运算，又称为取余运算，用来计算数值相除后的余数

以下操作设置了 X（值为 35）、Y（值为 16）两个变量，并依次演示了变量 X、Y 的加、减、乘、除、取模运算结果。

[root@localhost ~]# X=35 
[root@localhost ~]# Y=16 
[root@localhost ~]# expr $X + $Y 51
[root@localhost ~]# expr $X - $Y
19
[root@localhost ~]# expr $X \* $Y
560
[root@localhost ~]# expr $X / $Y
2
[root@localhost ~]# expr $X % $Y
3

若要将运算结果赋值给其他变量，可以结合命令替换操作（使用反撇号）。例如，计算 变量 Y 的 3 次方，并将结果赋值给变量 Ycube。

[root@localhost ~]# Ycube=`expr $Y \* $Y \* $Y`
[root@localhost ~]# echo $Ycube
4096

5、特殊变量

除了用户自行定义的 Shell 变量以外，在 Linux 系统和 Bash Shell 环境中还有一系列的特殊变量——环境变量、只读变量、位置变量、预定义变量。下面分别进行介绍。

（1）环境变量

环境变量指的是出于运行需要而由 Linux 系统提前创建的一类变量，主要用于设置用户的工作环境，包括用户宿主目录、命令查找路径、用户当前目录、登录终端等。环境变量的 值由 Linux 系统自动维护，会随着用户状态的改变而改变。
使用 env 命令可以查看到当前工作环境下的环境变量，对于常见的一些环境变量应了解其各自的用途。例如，变量 USER 表示用户名称，HOME 表示用户的宿主目录，LANG 表示语言和字符集，PWD 表示当前所在的工作目录，PATH 表示命令搜索路径等。
PATH 变量用于设置可执行程序的默认搜索路径，当仅指定文件名称来执行命令程序时，Linux 系统将在 PATH 变量指定的目录范围查找对应的可执行文件，如果找不到则会提示“command not found”。例如，first.sh 脚本位于/root 目录下，若希望能直接通过文件名称来运行脚本，可以修改 PATH 变量以添加搜索路径，或者将 first.sh 脚本复制到现有搜索路径中的某个文件夹下。

[root@localhost ~]# ls -lh /root/first.sh	//确认脚本位置
-rwxr-xr-x. 1 root root 27 Jul 4 09:24 /root/first.sh
[root@localhost ~]# echo $PATH	//查看当前搜索路径
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/root/bin:/usr/local/mysql/bin:/root/bin
[root@localhost ~]# first.sh	//直接执行时找不到命令
-bash: first.sh: command not found
[root@localhost ~]# PATH="$PATH:/root"	//将/root 添加到搜索路径
[root@localhost ~]# echo $PATH	//查看修改后的搜索路径
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/root/bin:/usr/local/mysql/bin:/root/bin:/root 
[root@localhost ~]# first.sh	//直接以文件名运行脚本
当前的目录位于:
/boot
其中以 vml 开头的文件包括:
-rwxr-xr-x. 1 root root 5.2M Apr 12 13:20
vmlinuz-0-rescue-b15df1eb8205483f9f70c79709810abc
-rwxr-xr-x. 1 root root 5.2M Nov 22 2016 vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64

在 Linux 系统中，环境变量的全局配置文件为/etc/profile，在此文件中定义的变量作用于所有用户。除此之外，每个用户还有自己的独立配置文件（～/.bash_profile）。若要长期 变更或设置某个环境变量，应在上述文件中进行设置。例如，执行以下操作可以将记录的历 史命令条数改为 200 条（默认为 1000 条），只针对 root 用户。
上述修改只有当 root 用户下次登录时才会生效。若希望立即生效，应手动修改环境变量，或者可以加载配置文件执行。

（2）只读变量

Shell 变量中有一种特殊情况，一经设定，其值是不可改变的，这种变量被称为只读变量。在创建变量的时候可将其设置为只读属性，也可以将已存在的变量设置为只读属性，只读变量主要用于变量值不允许被修改的情况。例如脚本中定义了一个变量“log_path”用来定义日志文件的路径，在脚本的执行过程中如果不想被修改，就可以将该变量设置为只读变量。 使用 readonly 命令将变量定义为只读变量，定义之后不能通过再次赋值的方式进行修改。

[root@localhost ~]# name=cloud
[root@localhost ~]# readonly name	//设置为只读变量
[root@localhost ~]# echo $name
cloud
[root@localhost ~]# name=yun
-bash: name: readonly variable	//只读变量不可以被重新赋值
[root@localhost~]#
[root@localhost ~]# unset name	//只读变量不可以被删除
-bash: unset: name: cannot unset: readonly variable

上述 unset 命令通常用于删除变量

（3）位置变量

为了在使用 Shell 脚本程序时，方便通过命令行，为程序提供操作参数，Bash 引入了位置变量的概念。当执行命令行操作时，第一个字段表示命令名或脚本程序名，其余的字符 串参数按照从左到右的顺序依次赋值给位置变量。
位置变量也称为位置参数，使用$1、$2、$3、…、$9 表示。例如，当执行命令行“ls -lh
/boot/”时，其中第 1 个位置变量为“-lh”，以“$1”表示；第 2 个位置变量为“/boot/”，以“$2”表示。命令或脚本本身的名称使用“$0”表示，虽然$0 与位置变量的格式相同，但是$0 属于预定义变量而不是位置变量。
为了说明位置变量的作用，下面编写一个加法运算的小脚本 adder2num.sh，用来计算两个整数的和。需要计算的两个整数在执行脚本时以位置变量的形式提供。

[root@localhost ~]# vim adder2num.sh
#!/bin/bash 
SUM=`expr $1 + $2`
echo "$1 + $2 = $SUM"
[root@localhost ~]# chmod +x adder2num.sh
[root@localhost ~]# ./adder2num.sh 12 34	//$1 为 12、$2 为 34 的情况
12 + 34 = 46
[root@localhost ~]# ./adder2num.sh 56 78	//$1 为 56、$2 为 78 的情况
56 + 78 = 134

（4）预定义变量

预定义变量是由 Bash 程序预先定义好的一类特殊变量，用户只能使用预定义变量，而不能创建新的预定义变量，也不能直接为预定义变量赋值。预定义变量使用“$”符号和另一个符号组合表示，较常用的几个预定义变量的含义如下：

• $#：表示命令行中位置参数的个数
• $*：表示所有位置参数的内容
• $?：表示前一条命令执行后的返回状态，返回值为 0 表示执行正确，返回任何非 0值均表示执行出现异常
• $0：表示当前执行的脚本或程序的名称

为了说明预定义变量的作用，下面编写一个备份操作的小脚本，用来打包命令行指定的 多个文件或目录，并输出相关信息。其中，新建的压缩包文件名称中嵌入 UNIX 时间戳（从1970 年 1 月 1 日至今经过的秒数），通过“date +%s”命令获取。