Linux-Shell编程

前言：补充知识

1. 指令： ps
   作用：查看系统进程，比如正在运行的进程有哪些，什么时候开始运行的，哪个用户运行的，占用了多少资源。
   参数：
   -e 显示所有进程
   -f 显示所有字段（UID，PPIP，C，STIME字段）
   -h 不显示标题
   -l 长格式
   -w 宽输出
   -a 显示一个终端的所有进程
   -r 只显示正在运行的进程。
   -u 显示当前用户进程和内存使用情况
   -x 显示没有控制终端的进程
   –sort 按照列名排序
2. ps命令常用的方式有三种：
   ps -ef：查看所有进程
   ps -aux：查看所有进程
   ps -ef | grep tomcat：查看指定进程(| 符号，是个管道符号，表示ps 和 grep 命令同时执行)
3. 字段含义
   UID：用户ID，即进程的拥有者
   PID：进程ID
   PPID：该进程的父级进程id，如果一个程序的父级进程找不到，该程序的进程被称为僵尸进程
   C：cpu的占用率，形式是百分数（%）
   STIME：进程开始启动时间
   TTY：终端设备，发起该进程的设备识别符号，如果显示‘ ？’表示该进程并不是由终端发起
   TIME：进程的执行时间
   CMD：该进程的名称或对应的路径

一，shell编程的概念

1.0Shell与内核的关系

内核是Linux系统的核心，它是操作系统的最底层部分，负责管理计算机的硬件资源，例如CPU、内存、磁盘等。内核还提供了许多系统调用，供应用程序使用，例如打开文件、读写文件、创建进程、网络通信等等。
由于用户无法直接操作内核，所以需要借助Shell来进行命令的传输：

shell的编辑器查看：
Shell是Linux系统中的一个用户界面，它是用户与内核之间的一个接口。Shell提供了一个命令行界面和一个脚本语言，用户可以使用各种命令和脚本来与操作系统交互。Shell解释器接受用户输入的命令，将其解析为系统调用和其他操作，并将它们传递给内核执行。

在Linux中，Shell与内核之间的交互主要通过系统调用来实现。当用户在Shell中输入一个命令时，Shell解释器将命令解析为系统调用和其他操作，并将它们传递给内核执行。当内核执行完命令后，将结果返回给Shell解释器，Shell解释器将结果显示给用户。

另外，Shell还可以通过环境变量来影响内核的行为。例如，PATH环境变量指定了可执行文件的搜索路径；HOME环境变量指定了当前用户的主目录；LD_LIBRARY_PATH环境变量指定了动态链接库的搜索路径等等。这些环境变量可以影响系统调用的执行结果。

总之，Shell和内核是Linux系统中两个非常重要的概念，它们之间的关系非常密切。Shell作为用户与内核之间的接口，负责解析用户输入的命令，并将其转换为系统调用和其他操作，从而影响内核的行为。

1.1Shell与Shell脚本

1.1.1Shell

Shell是一种命令行解释器，用来解释执行用户的命令，它是操作系统内核和用户之间的接口。一般是用户一条条输入，Shell一条条执行，这种方式称为交互式。它接收用户的命令，并将其转化为内核可以理解的指令，同时将内核的输出返回给用户。

1.1.2Shell脚本

Shell还有一种执行命令的方式就是批处理（Batch），用户实现写好一个Shell脚本（Script），里面包含很多条命令，Shell一次性执行完所有命令，不用一条条输入执行。Shell脚本是一种用于自动化任务和管理系统的脚本语言。它们是在Shell中编写的一系列命令和控制结构，以执行特定的任务。Shell脚本可以通过命令行运行，并可以接受用户输入和参数。

因此，Shell是一种交互式的命令行解释器，而Shell脚本是一种脚本语言，用于编写自动化任务和管理系统。Shell脚本通常包含一系列Shell命令和控制结构，可以在Shell中运行。

1.2Shell脚本与编程语言的区别

Shell脚本是一种脚本语言，用于编写自动化任务和管理系统。它们通常用于在Linux和其他Unix系统上编写脚本，以执行诸如文件操作、系统管理、网络编程等任务。

编程语言是一种通用的编程语言，可以用于编写广泛的应用程序。它们可以用于开发Web应用程序、桌面应用程序、移动应用程序、游戏等各种应用程序。

Shell脚本是一种解释性语言，与编译性语言（如C、Java等）不同。解释器读取脚本并将其转换为机器指令，而编译器将源代码转换为机器指令。

Shell脚本通常使用命令行界面（CLI）与用户交互，而编程语言可以使用GUI界面或CLI与用户交互。

Shell脚本通常使用一些基本的控制结构，例如条件语句和循环语句，而编程语言通常提供更丰富的控制结构和数据类型。

总的来说，Shell脚本是一种特定用途的脚本语言，用于自动化系统管理任务，而编程语言则更通用，可用于编写广泛的应用程序。

二，Shell编程基本语法

2.1系统调用fork 和exec介绍

在Shell编程中，fork和exec是两个重要的系统调用，常用于创建新的进程和执行新的程序。

2.1.1fork

fork是一个系统调用，用于创建一个新的进程。调用fork时，操作系统会在当前进程的地址空间中创建一个完全相同的子进程，包括所有变量和指令。子进程是父进程的副本，它从父进程继承了所有的资源和状态，并获得了自己的进程ID。父进程和子进程共享文件描述符，但它们各自拥有独立的地址空间。
fork()函数的语法如下：

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
  // 子进程
} else if (pid > 0) {
  // 父进程
} else {
  // fork失败
}

2.1.2exec

exec是一个系统调用，用于执行一个新的程序。调用exec时，**操作系统会将当前进程的地址空间替换为新的程序的地址空间，**并开始执行新程序的指令。exec函数有多个变体（如execl、execv、execle等），它们之间的差异在于参数的传递方式和路径的表示方式等。
exec()函数的语法如下：

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

其中，file参数指定要执行的程序的文件名，argv参数是一个包含命令行参数的字符串数组。exec函数将通过file参数指定的程序替换当前进程，并将argv参数传递给新程序。

一般情况下，fork和exec会组合在一起使用，以创建一个新的进程并执行新的程序。

下面是一个示例代码：

#include 
#include 
#include 

int main()
{
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        char *args[] = {"ls", "-l", NULL};
        execvp(args[0], args);
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        wait(NULL);
        printf("Child process finished.\n");
    } else {
        // fork失败
        printf("Fork failed.\n");
        return 1;
    }

    return 0;
}

这个示例代码创建一个新进程，然后执行"ls -l"命令。子进程使用execvp函数来执行新程序，而父进程使用wait函数等待子进程的结束，并打印一条消息以指示子进程已经完成。

2.1.3ps命令

ps命令（process status）是用来查看当前状态下系统中运行的进程，并展示出来，ps命令给出的结果是进程的快照，也就是执行ps命令那一刻系统中运行的进程。
对系统中进程进行监测控制，查看状态，内存，CPU使用情况：

ps:仅显示瞬间进程状态，并不动态的连续；
1）ps a 显示现行终端机下的所有程序，包括其他用户的程序。
2）ps -A 显示所有进程。
3）ps c 列出程序时，显示每个程序真正的指令名称，而不包含路径，参数或常驻服务的标示。
4）ps -e 此参数的效果和指定"A"参数相同。
5）ps e 列出程序时，显示每个程序所使用的环境变量。
6）ps f 用ASCII字符显示树状结构，表达程序间的相互关系。
7）ps -H 显示树状结构，表示程序间的相互关系。
8）ps -N 显示所有的程序，除了执行ps指令终端机下的程序之外。
9）ps s 采用程序信号的格式显示程序状况。
10）ps S 列出程序时，包括已中断的子程序资料。
11）ps -t<终端机编号> 　指定终端机编号，并列出属于该终端机的程序的状况。
12）ps u 　以用户为主的格式来显示程序状况。
13）ps x 　显示所有程序，不以终端机来区分。

top(nums):可以对进程长时间进行监控。
-b：以批处理模式操作。
-c：显示完整的命令。
-d：屏幕刷新间隔时间。
-I：忽略失效过程。
-s：保密模式。
-S：累积模式。
-i<时间>：设置间隔时间。
-u<用户名>：指定用户名。
-p<进程号>：指定进程。
-n<次数>：循环显示的次数。

2.2Linux中外部命令与内建命令

2.2.1外部命令

外部命令是指由可执行文件或脚本文件组成的命令。这些命令通常是独立的可执行文件，可以在终端中使用绝对路径或相对路径来执行它们。Linux系统提供了许多外部命令，例如**ls、grep、**awk、sed等等。这些命令通常是由操作系统提供的，也可以是由第三方软件提供的。通过环境变量 PATH来设这配置，在执行相应的外部命令的时候系统会向PATH中的地址去寻找相关的支持。

2.2.2 内建命令

内建命令是指由Shell解释器本身提供的命令。这些命令不需要单独的可执行文件或脚本文件，它们直接由Shell解释器处理。Linux系统中的常见内建命令包括cd、echo、export、alias、history等等。由于内建命令不需要启动新进程，因此它们通常比外部命令执行得更快。

在执行命令时，Shell优先查找内建命令，如果找到了就直接执行；如果没有找到，则查找可执行文件或脚本文件，如果找到了则执行。如果既没有找到内建命令，也没有找到可执行文件或脚本文件，则Shell会显示一个错误消息。
可以使用type命令来查看一个命令是内建命令还是外部命令。例如：

$ type cd
cd is a shell builtin
$ type ls
ls is aliased to `ls --color=auto'
ls is /bin/ls

这个示例中，type命令显示cd是一个内建命令，而ls是一个外部命令。注意，ls还有一个别名（alias），它指向/bin/ls可执行文件。

2.3Shell编程的基本语法

注释：用 # 开头的行表示注释，注释可以出现在代码任何位置。

变量：使用变量时，变量名不需要使用 $ 符号，赋值时需要使用 = 符号。

输出：使用 echo 命令可以将指定的文本输出到屏幕上。

输入：使用 read 命令可以从用户处获取输入，并将其存储在变量中。

条件语句：使用 if 语句可以根据指定条件执行不同的命令。

循环语句：使用 for 循环和 while 循环可以多次执行相同的命令。

函数：使用函数可以编写可重用的代码块。

1. 注释

# 这是一条注释

2. 变量

name="Tom"

3. 输出

echo "Hello, world!"

4. 输入

read -p "请输入您的名字：" name
echo "您好，$name！"

5. 条件语句

if [ $age -gt 18 ]
then
    echo "您已经成年了！"
else
    echo "您还未成年！"
fi

6. 循环语句

for i in {1..10}
do
    echo $i
done
while [ $count -lt 10 ]
do
    echo $count
    count=$((count+1))
done

7. 函数

function greet {
    echo "Hello, $1!"
}

greet "Tom"

三，shell脚本

3.1基本格式和执行脚本文件

3.1.1shell脚本格式

如下图，脚本都是以#!/bin/bash开始，用来指定解析器。且脚本后缀一般是.sh

3.1.2脚本执行方式

三种执行方式，执行的方式不同，直接输入绝对路径和bash 文件名，这两种方法，都需要另外开启一个新进程进行执行文件，并且会导致父进程bash中创建的变量在这两种方法中无法使用，因为进程间不共享变量，而source则不需要重新创建新进程，且变量可共享使用。
方式一：直接采用输入脚本的绝对路径或者相对路径执行脚本（必须具有可执行权限+x）：

chmod +x Script/hello.sh

查看此文件的权限：只有读写权限，没有执行权限，我们需要给他加上可执行权限：


文件变绿色表示可执行文件。
再次执行查看结果：
变量测试：

方式二：直接通过bash或者sh+脚本的相对路径或者绝对路径即可

bash ./hello.sh

变量测试：

方式三：source加路径

变量测试：

将变量设置为全局变量：

3.2编写一个脚本输出hello world！

1. 创建文件夹script并在此文件夹内创建hello.sh文件
2. 通过vim命令进入文件内部，进行文件编辑

3.3变量

3.3.0数组定义

3.3.1系统变量

反引号和$ ()的作用相同，用于命令替换（command substitution），即完成引用的命令的执行，将其结果替换出来。$ (())
（1）系统中自定义的变量有：$ HOME、$ PWD、 $ SHELL、$USER等，一般是全局变量。
查看系统变量：env命令查看所有的系统变量

验证查看HOME变量：
（2）less命令 是一个 Linux 终端中的文本查看器，可以查看文件内容，并支持上下翻页和搜索。
用法: less [options]

常用选项:
-N：显示行号
-f：强制打开大文件
-g：高亮搜索结果
-i：忽略大小写

使用方法:
翻页: 按空格键或者 ‘f’ 键向下翻页，按 ‘b’ 键向上翻页。
搜索: 按 ‘/’ 键进入搜索模式，输入关键词，按 ‘n’ 键查找下一个匹配项，按 ‘N’ 键查找上一个匹配项。
退出: 按 ‘q’ 键退出 less。
示例: less -N file.txt 查看文件file.txt并显示行号

env | less -N#显示行号

3.3.2自定义变量

1. 单引号与双引号定义字符串变量的区别：
   （1）单引号里的任何字符都会原样输出，单引号字符串中的变量是无效的；单引号中不能单独出现一个单引号，但可以成对出现，作为字符串拼接使用。
   （2）双引号：可以有变量，可出现转义字符
   

2. 基本语法：变量名=变量值：注意“=”两侧不能存在空格

3. 撤销变量：unset 变量名

4. 静态变量：readonly 变量，不能撤销unset

5. 在bash中变量默认类型都是字符串类型，无法直接进行数值运算，变量中如果有空格，需要用引号
   5. 注意：如果复制内容存在空格，需要用引号引起来

6. env只能查看系统定义的变量，而使用set可以查看系统以及用户自定义的变量：
   

7. 注意此时创建的变量my_var是局部变量，通过以下方式验证：创建一个子bash,并输出此子bash中的进程状况，查看是否存在定义的变量，如果没有则证明此变量是局部变量，在新创建的子bash中无法查看与使用。

8. 将变量声明为全局变量：export 变量名
   以下情况证明已经进入子bash：
   
   查看：
   在子bash中将变量改变：

3.4将脚本文件设置成可直接执行的命令

（1）像ls,pwd,cd，等命令，直接输入就可直接执行，原因是他们的可执行文件在bin文件夹或其他文件夹中进行了声明，所以我们也可以将写好的脚本文件拷贝到bin目录下，使得下次直接输入脚本文件名称就可直接执行相关的命令：

（2）但是bin目录中的可执行文件一般都是系统自己定义好的，尽量不要去更改bin目录内容，所以我们要使用其他方法达到此目的，先将文件移除：
**通过定义$PATH变量实现：\ast \ast 查看$PATH变量的定义格式：通过冒号分隔

3.5特殊变量

3.5.1脚本参数设置（位置参数）

（1）$n:n是指0~9数字，用来代表执行脚本是应该在后面中输入的参数位置，如果大于10 ，用大括号括起来：${11}
（2）创建一个新的脚本：parameter.sh

对脚本内容进行编写：vim parameter.sh
注意：单引号括起来的内容不会被认为是变量，如果用双引号则会被认为是变量：

给脚本加上：x可执行权限
执行脚本文件并输入相关参数：

上述第一个参数$0对应的是脚本名称，但是如果输入的执行路径很长，此名称也会很长，我们只需要获取最后的文件名即可， basename 命令读取 String 参数，删除以 /(斜杠) 结尾的前缀以及任何指定的 Suffix 参数，并将剩余的基本文件名称写至标准输出。basename 命令应用以下创建基本文件名称的规则：

3.5.2$#获取参数个数

常用于循环中，判断参数个数是否正确以及加强脚本的健壮性。

3.5.3获取命令行所有参数

$* ：获取变量代表命令 行中所有参数，并把所有参数看作一个整体。
$@：获取变量代表命令 行中所有参数，**把每个参数区别对待。**可以使用for循环遍历参数。

3.5.4 $？判断命令执行情况

$?:最后一次执行的命令返回状态，如果这个变量的值是0，证明上一个命令正确执行，非零则上一个命令执行不正确。

3.6运算符

3.6.1加减乘除运算

Liunx的shell编程中不可以直接将两个数值进行运算：

• 加减法运算

前面必须加上expr，而且后面参加运算的运算符之间必须有空格隔开。

expr 1 + 2

• 乘法运算：不能直接用号，因为号在Linux中有特殊含义，必须将其进行转义：
  

3.6.2简化运算

1. 基本语法：$(（运算式）)双小括号或者 $[运算式]
2. 实例演示：中括号内的运算公式之间空格可以不用写，由于$[5*2]属于一个命令，要想看输出结果，前面还必须加上echo命令将结果输出
   

3.7条件判断

1. 基本语法：test condition
   
2. 简写：[ condition ]，conditon前后有空格
   
3. 判断是否不等于！=
   
4. 大于小于判断应用在整数
   $前面的=与！=判断的是字符串之间的关系$
   
   文件判断：-r 文件名
5. &&与符号，多重判断
   [ 条件1 ]&&[ 条件2 ]：只有条件1为真才能执行条件2

3.8流程控制

3.8.0if 单分支

(1)单分支
在命令输入行中，每一条命令都要用分号隔开，如果写在脚本中则不必，如下写一个脚本文件：

if [条件判断]；
then 
	程序
fi 

(2)定义脚本文件

给脚本文件添加-x执行权限：

运行脚本：

原因：

解决：
测试：不输入参数时

输入参数man时：
（3）多重判断条件：if [条件1] && [条件2]；then 执行语句 ; fi;
如果在同一个[]存在两个判断条件，且是逻辑与：中间加-a，逻辑或加-o

if[conditon -a condition];then ;fi;
if[conditon -o condition];then;fi;

3.8.1if else多分支

if[]
then 
	代码1
else
	代码2

if[condition]
then 
	代码1
elif[condition]
then
	代码2
else
	代码3
fi

总结：if判断语句实现的仅仅是二分支，如果想实现多重分支还需要用其他的判断语句

3.8.2case语句

每一个匹配模式均以右半括号结束，且每个命令序列下一行都有两个分号

case 变量值 in
匹配模式1）
命令序列1
;;
 匹配模式2）
命令序列2
;;
........
........
*)           #表示不是以上模式则执行
命令序列
;;
esac

• case行必须以“in”结尾
• 匹配模式必须以“）”结尾
• “;;” 双分号表示命令序列结束
• “*）”表示默认模式，“ * ”于通配符含义相同

3.8.3for循环

语法1：

for （（初始值；循环控制条件；变量变化））
do 
	程序
done

案例：从0加到100

注意：我们在for循环中直接运用了<=符号进行判断，而没有使用-lt原因是外面用了双重括号（（）），当使用了双重括号时，可以直接使用数学中的一些表达式。

语法2：

for 变量 in 值1 值2....
do	
	程序
done

案例打印所有输入数值：

内部运算符：大括号{}：从1到100的序列可以写成{1…100}

3.8.4while循环

while[条件判断]
do
	程序
done

3.9read读取控制台输入

1. 基本语法
   read （选项）（参数）
   （1）选项：-p:指定读取值时的提示符；-t:指定读取值时的等待时间，如果不加-t,则一直等待。
   （2）参数：指定读取值的变量名

2. 案例实操
   提示七秒内，读取控制台输入的值

#!/bin/bash
read -t 10 -p "请输入您的名字！" name
echo $name
           

如果10秒内仍未输入直接退出

3.10函数

系统函数可以直接通过$(函数名 参数)进行调用

3.10.1自定义函数

(1)基本语法

function funnname(参数)
{
	action;
	return int;
}

(2)注意：
在调用函数之前必须先声明函数，shell脚本是逐行执行的，不会像其他编程语言先编译；
函数返回值，只能通过$?系统变量获取，可以显示加：return 返回，如果不加，则将最后一条命令运行结果作为返回值，return 返回的数值n(0~255)，只能是此范围内的数值。
(3)案例：

#!/bin/bash
#定义函数
function add()
{
        s=$[$1 + $2]
        echo "两数之和："$s
}
#调用函数
read -p "请输入第一个整数：" a
read -p "请输入第二个整数：" b

add $a $b

将函数中的echo命令换成return：


改进：
但输入的数值比较大，大于255时就会出现运算错误：
再次改进：通过$()将括号内的值做变量替换，将结果复制给其他变量：

四，综合案例

4.1 实现文件归档

#!/bin/bash
#1.判断当前给的参数是否正确,$#获取参数的个数，判断参数个数是否唯一，一个地址
if [ $# -ne 1 ]
then
        echo"参数个数不对，应该输入一个参数，作为归档目录名"
        #直接推出脚本
        exit
fi
#2.从参数中获取目录名称，先判断是否为一个目录 -d
if [ -d $1 ]
then
        echo
else
        echo "目录不存在！"
        exit
fi
#3通过系统函数basename或者dirname对输入的路径进行截取，此处我们需要一个绝对路径
#4获取到文件名DIR_NAME和路径DIR_PATH
DIR_NAME=$(basename $1)
DIR_PATH=$(cd $(dirname $1); pwd)
#5获取日期
DATE=$(date +%y%m%d)
#6定义生成归档文件名称
FILE=archive_${DIR_NAME}_$DATE.tar.gz
#保存路径
DEST=/root/archive/$FILE
#7开始归档

echo "----------开始归档-----------"
echo
tar -czf $DEST $DIR_PATH/$DIR_NAME
#8判断是否执行成功
if [ $? -eq 0 ]
then
        echo
        echo "归档成功"
        echo "归档文件为：$DEST"
else
        echo"归档失败"
fi
exit

（1）创建归档目录（2）运行不输入参数
（3） sudo ./daily_archive.sh ../Script

4.2实现自动归档

实现每天凌晨两点自动归档：
加入定时任务：

4.2.1定时人物crontab

1. crontab在Linux主要用于周期定时任务管理。通常安装操作系统后，默认已启动crond服务。crontab可理解为cron_table，表示cron的任务列表。类似crontab的工具还有at和anacrontab，但具体使用场景不同。
   安装命令：yum install crontabs
   
   crontab命令的一般形式为：crontab [-u user] -e -l -r

   -u 用户名(user)

   -e 编辑crontab文件（edit）

   -l 列出crontab文件的内容（list）

   -r 删除crontab文件（remove）

   如果是使用当前用户执行crontab命令，便不需要使用-u选项，因为crontab命令会自动识别当前用户。

2. 查看当前用户设置的定时任务

crontabl -l#查看当前系统中是否有定时任务

3. 设置定时任务
（1）编辑器内时间格式如下：
f1 f2 f3 f4 f5 program
参数说明：
f1：分钟
f2：小时 范围0~23
f3：日
f4：月 范围1~12
f5：星期 范围0~7 0/7表示星期日
program：表示要执行的程序

凌晨两点：0 2 * * * 程序
(注意：由于不需要限定日期、月份、星期，所以日期、月份和星期域用*号表示）

五，开机启动