Linux Shell脚本基础语法与变量

# 1. 简介

## 1.1 什么是Linux Shell脚本

## 1.2 为什么学习Linux Shell脚本

Linux Shell脚本是一种用于编写自动化任务和系统管理的脚本语言。通过编写Shell脚本，用户可以将一系列的命令按照特定的逻辑顺序组合起来，从而实现自动化的任务执行。Shell脚本常被用于系统管理员日常工作、批量处理文件、自动化部署和监控等领域。

学习Linux Shell脚本的好处包括：

- 提高工作效率：能够通过脚本快速完成日常重复性任务，节省大量时间；
- 管理系统：掌握Shell脚本后，能够更好地管理和维护Linux系统；
- 编写实用工具：能够编写个性化、实用的Shell脚本工具，提高工作效率；
## 2. 基础语法

### 2.1 shebang行

在Linux Shell脚本中，shebang行是指在脚本文件的第一行，用来指定脚本的解释器。它的作用是告诉系统执行该脚本时应该使用哪个解释器来解释执行。下面是一个示例的shebang行：

#!/bin/bash

上述示例中，`#!/bin/bash` 表示该脚本将使用`bash`作为解释器。

### 2.2 注释

在Shell脚本中，我们可以通过注释来给代码添加解释说明，注释的内容不会被执行。Shell脚本支持两种注释方式：单行注释和多行注释。

- 单行注释使用“#”作为注释符号，从“#”开始一直到行末的内容都会被当作注释。例如：

  # 这是一个单行注释

- 多行注释使用一对连续的注释符号，可以是`<<EOF`和`EOF`，也可以是`<<COMMENT`和`COMMENT`。例如：

  : '
  这是一个多行注释
  注释的内容可以有多行
  '

### 2.3 变量定义

在Shell脚本中，变量用于存储数据，其值可以在脚本中被修改和引用。变量的命名通常由字母、数字和下划线组成，不能以数字开头。变量定义的一般形式为`变量名=值`，例如：

name="John"

上述代码定义了一个名为`name`的变量，其值为`John`。可以通过在变量名前添加`$`符号来访问变量的值，例如：

echo $name

### 2.4 输出和输入

在Shell脚本中，可以使用`echo`命令来输出文本。例如：

echo "Hello, World!"

上述代码会输出`Hello, World!`这个文本。

获取用户的输入可以使用`read`命令，例如：

read name
echo "Hello, $name!"

上述代码会提示用户输入，并将用户输入的内容赋值给`name`变量，然后输出`Hello, [用户输入的内容]!`。

### 2.5 条件语句

条件语句用于根据条件的真假来执行不同的代码块。在Shell脚本中，常用的条件语句有`if`语句和`case`语句。

- `if`语句用于判断条件是否为真，如果为真则执行指定的代码块。例如：

  if [ $score -ge 60 ]; then
      echo "及格了"
  else
      echo "不及格"
  fi

上述代码根据变量`score`的值判断学生成绩是否及格，如果及格则输出"及格了"，否则输出"不及格"。

- `case`语句用于根据一个变量的值判断执行不同的代码块。例如：

  case $option in
      1)
          echo "选择了第一个选项"
          ;;
      2)
          echo "选择了第二个选项"
          ;;
      *)
          echo "选择了其他选项"
          ;;
  esac

上述代码根据变量`option`的值判断用户选择的选项，并执行相应的代码块。

### 2.6 循环语句

循环语句用于重复执行一段代码，Shell脚本支持多种循环语句，包括`for`循环、`while`循环和`until`循环。

- `for`循环用于遍历一个列表或者数组中的元素，并执行指定的代码块。例如：

  for i in 1 2 3; do
      echo $i
  done

上述代码会依次输出1、2、3。

- `while`循环用于在条件为真时重复执行指定的代码块。例如：

  count=0
  while [ $count -lt 5 ]; do
      echo "Count: $count"
      count=$((count + 1))
  done

上述代码会输出从0到4的数字。

- `until`循环用于在条件为假时重复执行指定的代码块。例如：

  count=0
  until [ $count -ge 5 ]; do
      echo "Count: $count"
      count=$((count + 1))
  done

上述代码同样会输出从0到4的数字。

### 2.7 函数定义和调用

函数用于封装一段可重用的代码，可以提高代码的可维护性和复用性。在Shell脚本中，函数可以通过`function`关键字或者直接使用函数名来定义，通过函数名加上参数来调用。

function say_hello() {
    echo "Hello, $1!"
}

say_hello "John"

上述代码定义了一个名为`say_hello`的函数，它接受一个参数，并输出`Hello, [参数]!`。

### 3. 变量

## 控制结构

### 4.1 条件判断

在Shell脚本中，条件判断语句用于根据条件的真假来执行不同的代码块。常用的条件判断语句有`if`、`if-else`和`if-elif-else`。

下面是一个使用`if-else`语句的示例代码：

#!/bin/bash

score=80

if [ $score -ge 90 ]; then
    echo "优秀"
elif [ $score -ge 80 ]; then
    echo "良好"
elif [ $score -ge 60 ]; then
    echo "及格"
else
    echo "不及格"
fi

代码解析：

- `score`变量的值为80。
- 第1行的`if`语句判断`$score`是否大于等于90，如果成立则输出"优秀"。
- 如果第1行的条件不成立，那么接下来的`elif`语句会逐个判断后续条件，如果成立则输出相应的结果。
- 如果前面的所有条件都不成立，那么最后的`else`语句会执行默认的输出。

运行上述代码的结果是：

良好

### 4.2 循环控制

循环语句用于多次执行相同或类似的代码块。在Shell脚本中，常用的循环语句有`for`和`while`。

下面是一个使用`for`循环输出数字的示例代码：

#!/bin/bash

for (( i=1; i<=5; i++ )); do
    echo "当前数字为: $i"
done

代码解析：

- `for`循环使用了C风格的循环语法，使用`(( ))`包围循环条件。
- 循环的三个部分分别是初始化部分、循环条件和循环步长。
- 在每次循环中，会执行循环体中的代码块，此处是输出当前数字的信息。

运行上述代码的结果是：

当前数字为: 1
当前数字为: 2
当前数字为: 3
当前数字为: 4
当前数字为: 5

### 4.3 中断与跳转

Shell脚本中的循环和条件判断语句可以使用`break`和`continue`来控制循环的中断和跳转。

下面是一个使用`break`和`continue`的示例代码：

#!/bin/bash

for (( i=1; i<=5; i++ )); do
    if [ $i -eq 3 ]; then
        continue
    fi

    if [ $i -eq 4 ]; then
        break
    fi

    echo "当前数字为: $i"
done

代码解析：

- `for`循环会遍历数字1到5，但在循环体中使用`if`语句对某些数字进行跳过或中断。
- 如果当前数字等于3，那么`continue`语句会直接跳转到下一次循环的判断。
- 如果当前数字等于4，那么`break`语句会中断整个循环。

运行上述代码的结果是：

当前数字为: 1
当前数字为: 2
当前数字为: 4

### 5. 实例演练

在本章中，我们将通过一些实例来演示如何使用Linux Shell脚本解决实际问题。每个示例都包含具体的场景、代码、注释和结果说明。

#### 5.1 示例1：文件搜索

##### 场景：
假设我们需要在指定目录及其子目录下搜索包含特定关键字的文件。

##### 代码：

#!/bin/bash

search_keyword="example"      # 搜索关键字
search_directory="/home/user/test"   # 搜索目录

echo "Searching for files containing '$search_keyword' in directory '$search_directory'..."

# 递归搜索目录及其子目录下的文件
for file in $(find $search_directory -type f); do
    if grep -q $search_keyword $file; then
        echo "Found: $file"
    fi
done

echo "Search complete."

##### 注释：
- `search_keyword`：定义要搜索的关键字。
- `search_directory`：定义要搜索的目录。
- 使用`find`命令递归地在指定目录下查找所有文件，并将结果迭代到`for`循环中。
- 在循环中，对获取的每个文件执行`grep`命令来搜索包含关键字的内容。
- 如果grep命令返回成功（即找到了匹配的关键字），则打印文件路径。

##### 结果说明：
运行脚本后，它将在指定的目录及其子目录下搜索包含特定关键字的文件，并将找到的文件路径打印出来。

#### 5.2 示例2：批量操作

##### 场景：
假设我们有一些图片文件，需要将它们按照一定的规则重命名并转换格式。

##### 代码：

#!/bin/bash

source_directory="/home/user/images"     # 源文件目录
target_directory="/home/user/renamed_images"   # 目标文件目录
prefix="image"      # 重命名前缀
new_extension=".png"   # 新文件扩展名

echo "Renaming and converting image files in directory '$source_directory'..."

# 确保目标目录存在
mkdir -p $target_directory

# 遍历源文件目录中的所有图片文件
for file in $(ls $source_directory/*.jpg); do
    # 生成新的文件名
    new_file_name="$target_directory/$prefix_$(date +%Y%m%d%H%M%S)$new_extension"
    # 重命名文件并转换格式
    convert $file $new_file_name
done

echo "Operation complete."

##### 注释：
- `source_directory`：定义源文件目录，即包含要重命名和转换格式的图片文件的目录。
- `target_directory`：定义目标文件目录，即重命名后的文件存放的目录。
- `prefix`：定义重命名前缀，用于在重命名文件时添加到文件名的开头。
- `new_extension`：定义新文件的扩展名，用于将图片文件转换为指定格式。
- 使用`ls`命令和通配符`*.jpg`列出源文件目录中所有图片文件。
- 使用`date`命令和`+%Y%m%d%H%M%S`格式生成新文件名的时间戳部分。
- 使用`convert`命令将源文件转换为新的格式，并将其重命名为新文件名。

##### 结果说明：
运行脚本后，它将在源文件目录中找到所有的jpg格式的图片文件，并将它们按照指定的规则重命名并转换为png格式，然后将重命名后的文件保存到目标文件目录中。

#### 5.3 示例3：系统监控

##### 场景：
假设我们想要监控系统的CPU使用率，并在超过一定阈值时发送邮件通知管理员。

##### 代码：

#!/bin/bash

warning_threshold=90    # CPU使用率警告阈值，超过时发送邮件通知
admin_email="admin@example.com"    # 管理员的电子邮件地址

echo "Monitoring CPU usage..."

while true; do
    # 使用top命令获取当前CPU使用率
    cpu_usage=$(top -b -n 1 | grep "Cpu(s)" | awk '{print $2}')
    
    # 判断CPU使用率是否超过警告阈值
    if [[ $cpu_usage > $warning_threshold ]]; then
        echo "CPU usage is above the warning threshold!"
        echo "Sending email to $admin_email..."
        # 使用sendmail命令发送邮件通知
        echo "Subject: Warning - High CPU Usage" | sendmail $admin_email
        echo "Email sent."
    fi
    
    # 每10秒检查一次CPU使用率
    sleep 10
done

##### 注释：
- `warning_threshold`：定义CPU使用率的警告阈值百分比。
- `admin_email`：定义管理员的电子邮件地址，用于接收警告通知。
- 使用`top`命令获取当前CPU使用率，并使用`grep`和`awk`命令提取出使用率的数值。
- 使用条件语句判断CPU使用率是否超过警告阈值，如果是，则发送邮件通知管理员。
- 使用`sendmail`命令发送邮件通知，邮件的主题为"Warning - High CPU Usage"。

##### 结果说明：
运行脚本后，它将以每10秒的间隔检查系统的CPU使用率。如果CPU使用率超过设定的警告阈值，脚本将发送邮件通知管理员。

## 进阶技巧

在学习了Linux Shell脚本的基础语法和控制结构后，我们来看一些进阶技巧，以提高脚本的效率和功能。

### 6.1 命令行参数传递

在执行脚本时，我们可以通过命令行参数传递数据给脚本。使用特殊变量`$1`、`$2`、`$3`等来获取参数的值。例如，假设我们有一个脚本`greet.sh`，可以向其传递一个人的名字作为参数，脚本会输出相应的问候语。

#!/bin/bash

name=$1   # 获取第一个参数值

echo "Hello, $name! How are you today?"

执行命令`./greet.sh John`，输出结果为`Hello, John! How are you today?`。

### 6.2 数据流重定向

在Shell脚本中，我们可以将命令的输入、输出和错误定向到不同的文件或设备上，以实现灵活的数据处理。主要使用的符号包括`>`、`>>`、`<`和`2>`。

- `>`用于将命令的输出重定向到文件并覆盖原有内容，例如`command > file.txt`。
- `>>`用于将命令的输出重定向到文件并追加内容，例如`command >> file.txt`。
- `<`用于将文件的内容作为命令的输入，例如`command < file.txt`。
- `2>`用于将命令的错误输出重定向到文件，例如`command 2> error.txt`。

### 6.3 错误处理与异常捕获

在Shell脚本中，我们可以通过判断命令的返回值来进行错误处理和异常捕获。命令的返回值保存在特殊变量`$?`中，一般情况下，返回值为0表示命令执行成功，非0表示命令执行失败。

#!/bin/bash

command   # 假设这是一个存在错误的命令

if [ $? -ne 0 ]; then
  echo "Command execution failed!"
  exit 1   # 退出脚本并返回非0值
fi

echo "Command executed successfully."

### 6.4 调试技巧

在开发Shell脚本时，调试是必不可少的环节。Shell提供了一些实用的调试技巧，帮助我们定位脚本中的问题。

- `set -x`：在脚本中添加这行代码可以开启调试模式，显示每一行执行的命令。例如`set -x`。
- `set +x`：在脚本中添加这行代码可以关闭调试模式。例如`set +x`。
- `echo`：在关键部分添加`echo`语句，输出关键变量的值，以判断程序的执行情况。

### 6.5 Bash脚本文件的编写与调用

在实际应用中，我们可以将一组Shell命令保存为脚本文件，并通过调用脚本文件来执行。

1. 编写脚本文件：创建一个以.sh为后缀的脚本文件，使用文本编辑器编写Shell命令。
2. 添加执行权限：使用`chmod`命令为脚本文件添加执行权限，例如`chmod +x script.sh`。
3. 执行脚本文件：使用`./`前缀加上脚本文件名来执行脚本，例如`./script.sh`。

### 6.6 实用工具与库

除了基本的Shell命令，Linux系统还提供了许多实用工具和库，可以用来增强脚本的功能和效率。

- `sed`：用于文本替换和处理。
- `awk`：用于文本数据处理和报告生成。
- `grep`：用于文本搜索和匹配。
- `curl`：用于网络数据传输。
- `jq`：用于处理JSON数据。

以上是一些常用的工具和库，根据实际需求可以选择使用。在编写Shell脚本时，灵活运用这些工具和库可以大大提高我们的开发效率。