Linux学习系列五：Shell命令脚本的基本语法

2023-10-27

这个系列的Linux教程主要参考刘遄老师的《Linux就该这么学》。用的系统是RHEL8，如果遇见一些命令出现问题，请首先检查自己的系统是否一致，如果不一致，可网上查一下系统间某些命令之间的差异。

目前设计的这个Linux学习系列的目录如下：（会陆续更新~）

\quad
\quad
可以将 Shell 终端解释器当作人与计算机硬件之间的“翻译官”，它作为用户与 Linux 系统内部的通信媒介，除了能够支持各种变量与参数外，还提供了诸如循环、分支等高级编程语言才有的控制结构特性。要想正确使用 Shell 中的这些功能特性，准确下达命令尤为重要。

Shell 脚本命令的工作方式有两种：交互式和批处理。

交互式（Interactive）：用户每输入一条命令就立即执行。
批处理（Batch）：由用户事先编写好一个完整的 Shell 脚本，Shell 会一次性执行脚本中诸多的命令。

在 Shell 脚本中不仅会用到很多 Linux命令以及正则表达式、管道符、数据流重定向等语法规则，还需要把内部功能模块化后通过逻辑语句进行处理，最终形成日常所见的 Shell 脚本。

查看 SHELL 变量可以发现当前系统已经默认使用 Bash 作为命令行终端解释器了：

lucky@wz ~]$ echo $SHELL
/bin/bash

编写简单的脚本

上文指的是一个高级 Shell 脚本的编写原则，其实使用 Vim 编辑器把 Linux 命令按照顺序依次写入到一个文件中，这就是一个简单的脚本了。

例如，如果想查看当前所在工作路径并列出当前目录下所有的文件，实现这个功能的脚本应该类似于下面这样：

[lucky@wz ~]$ pwd
/home/lucky
[lucky@wz ~]$  ls
Desktop  Documents  Downloads  exam.sh  Music  Pictures  Public  Templates  Videos

可以把上面的命令写入脚本，即：

[lucky@wz ~]$ cat exam.sh 
#!/bin/bash
# zhushi
pwd
ls

注意：Shell 脚本文件的名称可以任意，但为了避免被误以为是普通文件，建议将 .sh 后缀加上，以表示是一个脚本文件。

exam.sh 脚本的解释：脚本中实际上出现了三种不同的元素：

第一行的脚本声明（#!）用来告诉系统使用哪种 Shell 解释器来执行该脚本；
第二行的注释信息（#）是对脚本功能和某些命令的介绍信息，使得自己或他人在日后看到这个脚本内容时，可以快速知道该脚本的作用或一些警告信息；
第三、四行的可执行语句就是我们平时执行的 Linux 命令。

执行脚本：

[lucky@wz ~]$ bash exam.sh 
/home/lucky
Desktop  Documents  Downloads  exam.sh	Music  Pictures  Public  Templates  Videos

除了上面用 bash 解释器命令直接运行 Shell 脚本文件外，第二种运行脚本程序的方法是通过输入完整路径的方式来执行。但默认会因为权限不足而提示报错信息，此时只需要为脚本文件增加执行权限即可。

[lucky@wz ~]$ ./exam.sh
bash: ./exam.sh: Permission denied
[lucky@wz ~]$ chmod u+x exam.sh 
[lucky@wz ~]$ ./exam.sh 
/home/lucky
Desktop  Documents  Downloads  exam.sh	Music  Pictures  Public  Templates  Videos

加权限这个下一章再学~

参数详解

像上面这样的脚本程序只能执行一些预先定义好的功能，太过死板。为了让 Shell 脚本程序更好地满足用户的一些实时需求，以便灵活完成工作，必须要让脚本程序能够像之前执行命令时那样，接收用户输入的参数。

Linux 系统中的 Shell 脚本语言内设了一些用于接收参数的变量，变量之间可以使用空格间隔。例如：

$0 对应的是当前 Shell 脚本程序的名称
$# 对应的是总共有几个参数（参数个数）
$* 对应的是所有位置的参数值
$? 对应的是显示上一次命令的执行返回值
$N对应的是第 N 个位置的参数值

例子：

[root@wz lucky]# cat exam.sh 
#!/bin/bash
echo "sh name: $0"
echo "total parameters $#, is $*"
echo "the first parm is $1, the fifth parm is $5"

[root@wz lucky]# bash exam.sh 1 2 3 4 5 6
sh name: exam.sh
total parameters 6, is 1 2 3 4 5 6
the first parm is 1, the fifth parm is 5

条件测试语句

系统在执行mkdir命令时会判断用户输入的信息，即判断用户指定的文件夹名称是否已经存在，如果存在则提示报错；反之则自动创建。Shell 脚本中的条件测试语法可以判断表达式是否成立，若条件成立则返回数字 0，否则便返回其他随机数值。条件测试语法的执行格式如下：

[ condition ]

注意：条件表达式两边均应有一个空格。

按照测试对象来划分，条件测试语句可以分为 4 种：

文件测试语句；
逻辑测试语句；
整数值比较语句；
字符串比较语句。

文件测试语句

文件测试即使用指定条件来判断文件是否存在或权限是否满足等情况的运算符。具体的参数如下表：

运算符	作用
`-d`	测试文件是否为目录类型
`-e`	测试文件是否存在
`-f`	判断是否为一般文件
`-r`	测试当前用户是否有权限读取
`-w`	测试当前用户是否有权限写入
`-x`	测试当前用户是否有权限执行

使用文件测试语句来判断/etc/fstab是否为一个目录类型的文件，然后通过 Shell 解释器的内设$?变量显示上一条命令执行后的返回值。如果返回值为 0，则目录存在；如果返回值为非零的值，则意味着目录不存在：

[root@wz lucky]# [ -d /etc/fstab ]
[root@wz lucky]# echo $?
127

使用文件测试语句来判断/etc/fstab是否为一般文件，如果返回值为 0，则代表文件存在，且为一般文件：

[root@wz lucky]# [ -f /etc/fstab ]
[root@wz lucky]# echo $?
0

逻辑测试语句

逻辑语句用于对测试结果进行逻辑分析，根据测试结果可实现不同的效果。例如在 Shell 终端中逻辑“与”的运算符号是&&，它表示当前面的命令执行成功后才会执行它后面的命令，因此可以用来判断/dev/cdrom文件是否存在，若存在则输出Exist字样。

[root@wz lucky]# [ -e /dev/cdrom ] && echo "Exist"
Exist

除了逻辑“与”外，还有逻辑“或”，它在 Linux 系统中的运算符号为||，表示当前面的命令执行失败后才会执行它后面的命令，因此可以用来结合系统环境变量USER来判断当前登录的用户是否为非管理员身份：

[root@wz lucky]# [ $USER = root ] || echo "user"
[root@wz lucky]# su lucky
[lucky@wz ~]$ [ $USER = root ] || echo "user"
user

第三种逻辑语句是“非”，在 Linux 系统中的运算符号是一个叹号（!），它表示把条件测试中的判断结果取相反值。也就是说，如果原本测试的结果是正确的，则将其变成错误的；原本测试错误的结果则将其变成正确的。

[lucky@wz ~]$ [ ! $USER = root ] || echo "user"
[lucky@wz ~]$ [ $USER = root ] || echo "user"
user

看个复杂的例子：

[lucky@wz ~]$ [ ! $USER = root  ] && echo "user" || echo "root"
user
[root@wz ~]# [ ! $USER = root  ] && echo "user" || echo "root"
root

先判断当前登录用户的USER变量名称是否等于root，然后用逻辑运算符“非”进行取反操作，效果就变成了判断当前登录的用户是否为非管理员用户了。最后若条件成立则会根据逻辑“与”运算符输出user字样；或条件不满足则会通过逻辑“或”运算符输出root字样，而如果前面的&&不成立才会执行后面的||符号。

整数值比较语句

整数比较运算符仅是对数字的操作，不能将数字与字符串、文件等内容一起操作，而且不能想当然地使用日常生活中的等号、大于号、小于号等来判断。因为等号与赋值命令符冲突，大于号和小于号分别与输出重定向命令符和输入重定向命令符冲突。因此一定要使用规范的整数比较运算符来进行操作。可用的整数比较运算符如表所示：

运算符	作用
`-eq`	是否等于
`-ne`	是否不等于
`-gt`	是否大于
`-lt`	是否小于
`-le`	是否等于或小于
`-ge`	是否大于或等于

记法：

-eq：equal

-ne：not equal

-gt：greater than

-lt：lower than

-le：lower equal

-ge：greater than

例子：

[lucky@wz ~]$ [ 10 -gt 10 ]
[lucky@wz ~]$ echo $?
1
[lucky@wz ~]$ [ 10 -eq 10 ]
[lucky@wz ~]$ echo $?
0

free 命令可以用来获取当前系统正在使用及可用的内存量信息。接下来先使用 free -m 命令查看内存使用量情况（单位为 MB），然后通过 grep Mem:命令过滤出剩余内存量的行，再用 awk '{print $4}'命令只保留第四列，最后用FreeMem=语句``的方式把语句内执行的结果赋值给变量。

[lucky@wz ~]$ free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1806        1204         118           7         483         435
Swap:          2047          60        1987
[lucky@wz ~]$ free -m | grep Mem
Mem:           1806        1204         117           7         483         434
[lucky@wz ~]$ free -m | grep Mem | awk '{print $4}'
117
[lucky@wz ~]$ FreeMem=`free -m | grep Mem | awk '{print $4}'`
[lucky@wz ~]$ echo $FreeMem
104

使用整数运算符来判断内存可用量的值是否小于 1024，若小于则提示“Insufficient Memory”的字样：

[lucky@wz ~]$ [ $FreeMem -lt 1024 ] && echo "Insufficient Memory"
Insufficient Memory

字符串比较语句

字符串比较语句用于判断测试字符串是否为空值，或两个字符串是否相同。它经常用来判断某个变量是否未被定义（即内容为空值）。字符串比较中常见的运算符如下表所示：

运算符	作用
`=`	比较字符串内容是否相同
`!=`	比较字符串内容是否不同
`-z`	判断字符串内容是否为空

通过判断 String变量是否为空值，进而判断是否定义了这个变量：

[lucky@wz ~]$ [ -z $String ]
[lucky@wz ~]$ echo $?
0

当用于保存当前语系的环境变量值LANG不是英语（en.US）时，则会满足逻辑测试条件并输出“Not en.US”的字样：

[lucky@wz ~]$ echo $LANG
en_US.UTF-8
[lucky@wz ~]$ [ $LANG != "en.US" ] && echo "Not en.US"
Not en.US

流程控制语句

`if` 条件测试语句

if条件测试语句可以让脚本根据实际情况自动执行相应的命令。从技术角度来讲，if 语句分为单分支结构、双分支结构、多分支结构，其复杂度随着灵活度一起逐级上升。

单分支结构

if 条件语句的单分支结构由 if、then、fi 关键词组成，而且只在条件成立后才执行预设的命令，相当于口语的“如果…那么…”。单分支的 if 语句属于最简单的一种条件判断结构，语法格式为：

if condition
  then ...
fi

例子：使用单分支的if 条件语句来判断/media/cdrom 目录是否存在，若存在就结束条件判断和整个 Shell 脚本，反之则去创建这个目录：

[lucky@wz ~]$ cat mkcdrom.sh 
#!/bin/bash
DIR="/media/cdrom"
if [ ! -e $DIR ]
then
  mkdir -p $DIR
fi

双分支结构

if 条件语句的双分支结构由 if、then、else、fi 关键词组成，它进行一次条件匹配判断，如果与条件匹配，则去执行相应的预设命令；反之则去执行不匹配时的预设命令，相当于口语的“如果…那么…或者…那么…”。if条件语句的双分支结构也是一种很简单的判断结构，语法格式如下：

if condition
then ...
else ...
fi

例子：使用双分支的 if 条件语句来验证某台主机是否在线，然后根据返回值的结果，要么显示主机在线信息，要么显示主机不在线信息。这里的脚本主要使用ping 命令来测试与对方主机的网络联通性，而 Linux 系统中的ping命令不像 Windows 一样尝试 4 次就结束，因此为了避免用户等待时间过长，需要通过-c 参数来规定尝试的次数，并使用-i参数定义每个数据包的发送间隔，以及使用-W参数定义等待超时时间。

[lucky@wz ~]$ cat chkhost.sh 
#!/bin/bash
ping -c 3 -i 0.2 -W 3 $1 &> /dev/null
if [ $? -eq 0 ]
then
  echo "Host $1 is On-line"
else
  echo "Host $1 is Off-line"
fi

/dev/null：黑洞文件

多分支结构

if 条件语句的多分支结构由if、then、else、elif、fi 关键词组成，它进行多次条件匹配判断，这多次判断中的任何一项在匹配成功后都会执行相应的预设命令，相当于口语的“如果…那么…如果…那么…”。if条件语句的多分支结构是工作中最常使用的一种条件判断结构，尽管相对复杂但是更加灵活，语法格式如下：

if condition1
then ...
elif condition2
then ...
else ...
fi

例子：判断用户输入的分数在哪个成绩区间内，然后输出如 Excellent、Pass、Fail等提示信息。在 Linux 系统中，read是用来读取用户输入信息的命令，能够把接收到的用户输入信息赋值给后面的指定变量，-p参数用于向用户显示一定的提示信息。

[lucky@wz ~]$ cat chkscore.sh 
#!/bin/bash
read -p "Enter your score(0 - 100):" GRADE
if [ $GRADE -ge 85 ] && [ $GRADE -le 100 ]
then 
	echo "$GRADE is Excellent"
elif [ $GRADE -ge 70 ] && [ $GRADE -le 84 ]
then 
	echo "$GRADE is Pass"
else
	echo "$GRADE is Fail"
fi

`for` 条件循环语句

for的语法格式为：

for x in xx
do ...
done

例子：使用 for循环语句从列表文件中读取多个用户名，然后为其逐一创建用户账户并设置密码。首先创建用户名称的列表文件users.txt，每个用户名称单独一行。

[lucky@wz ~]$ cat users.txt 
andy 
barry 
carl 
duke 
eric 
george

在脚本中使用 read 命令读取用户输入的密码值，然后赋值给 PASSWD 变量，并通过-p参数向用户显示一段提示信息，告诉用户正在输入的内容即将作为账户密码。在执行该脚本后，会自动使用从列表文件 users.txt中获取到所有的用户名称，然后逐一使用“id 用户名”命令查看用户的信息，并使用$?判断这条命令是否执行成功，也就是判断该用户是否已经存在。

[root@wz lucky]# cat Exam.sh 
#!/bin/bash
read -p "Enter The Users Password: " PASSWD
for UNAME in `cat users.txt`
do
	id $UNAME &> /dev/null
  if [ $? -eq 0 ]
  then
  	echo "Already exists"
  else
    useradd $UNAME &> /dev/null
    echo "$PASSWD" | passwd --stdin $UNAME &> /dev/null
  if [ $? -eq 0 ]
  then
  	echo "$UNAME Create success"
  else
  	echo "$UNAME Create failure"
  fi
  fi
done

执行批量创建用户的 Shell 脚本 Exam.sh，在输入为账户设定的密码后将由脚本自动检查并创建这些账户。由于已经将多余的信息通过输出重定向符转移到了/dev/null 黑洞文件中，因此在正常情况下屏幕窗口除了“用户账户创建成功”（Create success）的提示后不会有其他内容。

[root@wz lucky]# tail -6 /etc/passwd
andy:x:1001:1001::/home/andy:/bin/bash
barry:x:1002:1002::/home/barry:/bin/bash
carl:x:1003:1003::/home/carl:/bin/bash
duke:x:1004:1004::/home/duke:/bin/bash
eric:x:1005:1005::/home/eric:/bin/bash
george:x:1006:1006::/home/george:/bin/bash

让脚本从文本中自动读取主机列表，然后自动逐个测试这些主机是否在线。首先创建一个主机列表文件 ipadds.txt：

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ cat ipadds.txt
www.baidu.com
www.google.com

双分支 if条件语句与 for循环语句相结合，让脚本从主机列表文件 ipadds.txt中自动读取 IP 地址并将其赋值给 HLIST变量，从而通过判断 ping命令执行后的返回值来逐个测试主机是否在线。脚本中出现的$是一种完全类似于转义字符中反引号命令的 Shell 操作符，效果同样是执行括号或双引号括起来的字符串中的命令。

[lucky@wz ~]$ cat CheckHosts.sh
#!/bin/bash
HLIST=$(cat ~/ipadds.txt)
for IP in $HLIST
do ping -c 3 -i 0.2 -W 3 $IP &> /dev/null
        if [ $? -eq 0 ]
        then echo "Host $IP is On-line"
        else echo "Host $IP is Off-line"
        fi
done
[lucky@wz ~]$ bash CheckHosts.sh
Host www.baidu.com is On-line
Host www.google.com is Off-line

`while` 条件循环语句

while条件循环语句是一种让脚本根据某些条件来重复执行命令的语句，它的循环结构往往在执行前并不确定最终执行的次数，完全不同于 for循环语句中有目标、有范围的使用场景。 while循环语句通过判断条件测试的真假来决定是否继续执行命令，若条件为真就继续执行，为假就结束循环。
while语句的语法格式如下：

while condition
do ...
done

经典的猜数字：

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ cat Guess.sh 
#!bin/bash
PRICE=`expr $RANDOM % 1000`
TIMES=0
echo "商品实际价格为0-999之间，猜猜看是多少？"
while true
do
	read -p "请输入您猜测的价格数目：" INT
	let TIMES++
	if [ $INT -eq $PRICE ]
	then
    echo "恭喜您答对了，实际的价格是 $PRICE"
    echo "您总共猜测了 $TIMES 次"
    exit 0
	elif [ $INT -gt $PRICE ]
	then
		echo "太高了"
	else
		echo "太低了"
	fi
done

$RANDOM 变量来调取出一个随机的数值（范围为 0～32767）
将这个随机数对 1000 进行取余操作，并使用 expr命令取得其结果，
再用这个数值与用户通过 read命令输入的数值进行比较判断。这个判断语句分为三种情况，分别是判断用户输入的数值是等于、大于还是小于使用 expr命令取得的数值。

`case` 条件测试语句

case条件测试语句和 switch语句的功能非常相似！case语句是在多个范围内匹配数据，若匹配成功则执行相关命令并结束整个条件测试；而如果数据不在所列出的范围内，则会去执行星号（*）中所定义的默认命令。case语句的语法结构如下

case 变量值 in 
模式1)
    命令序列1
    ;;
模式1)
    命令序列1
    ;;
*)
    默认命令序列
esac

提示用户输入一个字符并将其赋值给变量 KEY，然后根据变量 KEY的值向用户显示其值是字母、数字还是其他字符。

#!/bin/bash
read -p "please input a char: " KEY
case $KEY in 
[a-z]|[A-Z])
  echo "character!"
  ;;
[0-9])
  echo "number!"
  ;;
*)
  echo "space or others"
esac

计划任务服务程序

计划任务分为一次性计划任务与长期性计划任务：

一次性计划任务：今晚 11 点 30 分开启网站服务。
长期性计划任务：每周一的凌晨 3 点 25 分把/home/wwwroot 目录打包备份为 backup.tar.gz。

一次性计划任务只执行一次，一般用于满足临时的工作需求。

用 at命令实现这种功能，只需要写成“at 时间”的形式就可以。
查看已设置好但还未执行的一次性计划任务，可以使用“at -l”命令；
要想将其删除，可以用“atrm 任务序号”。

在使用 at命令来设置一次性计划任务时，默认采用的是交互式方法。例如，使用下述命令将系统设置为在今晚 23:30 分自动重启网站服务。

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ at 23:30 
at > systemctl restart httpd 
at > 此处请同时按下 Ctrl + D 组合键来结束编写计划任务
job 3 at Mon Apr 27 23:30:00 2017

利用管道符，让 at命令接收前面 echo命令的输出信息，以达到通过非交互式的方式创建计划一次性任务的目的。

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ echo "systemctl restart httpd" | at 23:30
job 4 at Mon Apr 27 23:30:00 2017

使用下面的命令删除其中一个：

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ at -l 
3 Mon Apr 27 23:30:00 2017 a root 
4 Mon Apr 27 23:30:00 2017 a root
lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ atrm 3 
lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ at -l 
4 Mon Apr 27 23:30:00 2017 a root

如果我们希望 Linux 系统能够周期性地、有规律地执行某些具体的任务，那么 Linux 系统中默认启用的 crond服务简直再适合不过了。创建、编辑计划任务的命令为“crontab -e”，查看当前计划任务的命令为“crontab -l”，删除某条计划任务的命令为“crontab -r”。另外，如果您是以管理员的身份登录的系统，还可以在 crontab命令中加上-u参数来编辑他人的计划任务。

crond服务设置任务的参数格式：分、时、日、月、星期、命令。如果有些字段没有设置，则需要使用星号占位。

假设在每周一、三、五的凌晨 3 点 25 分，都需要使用 tar命令把某个网站的数据目录进行打包处理，使其作为一个备份文件。我们可以使用 crontab -e命令来创建计划任务。为自己创建计划任务无需使用-u参数，具体的实现效果的参数如 crontab -l 命令结果所示：

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ crontab -e 
no crontab for root - using an empty one 
crontab: installing new crontab 
lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ crontab -l 
25 3 * * 1,3,5 /usr/bin/tar -czvf backup.tar.gz /home/wwwroot

逗号表示多个时间段，例如“8,9,12”表示 8 月、9 月和 12 月。
减号表示一段连续的时间周期（例如字段“日”的取值为“12-15”，则表示每月的 12～15 日）。
除号表示执行任务的间隔时间（例如“/2”表示每隔 2 分钟执行一次任务）之外。

如果在 crond服务中需要同时包含多条计划任务的命令语句，应每行仅写一条。例如我们再添加一条计划任务，它的功能是每周一至周五的凌晨 1 点钟自动清空/tmp目录内的所有文件。

尤其需要注意的是，在 crond服务的计划任务参数中，所有命令一定要用绝对路径的方式来写，如果不知道绝对路径，请用 whereis命令进行查询，rm命令路径为下面输出信息中加粗部分。

lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ whereis rm 
rm: /usr/bin/rm /usr/share/man/man1/rm.1.gz /usr/share/man/man1p/rm.1p.gz 
lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ crontab -e 
crontab: installing new crontab 
lucky@LAPTOP-G2DIO3FV:~$ crontab -l 
25 3 * * 1,3,5 /usr/bin/tar -czvf backup.tar.gz /home/wwwroot 
0 1 * * 1-5 /usr/bin/rm -rf /tmp/*

注意：

在 crond服务的配置参数中，可以像 Shell 脚本那样以#号开头写上注释信息，这样在日后回顾这段命令代码时可以快速了解其功能、需求以及编写人员等重要信息。
计划任务中的“分”字段必须有数值，绝对不能为空或是*号，而“日”和“星期” 字段不能同时使用，否则就会发生冲突。

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