Linux学习笔记（十三）Shell编程

一、Shell简介

Shell 是一个用 C 语言编写的程序，它是用户使用 Linux 的桥梁。Shell 既是一种命令语言，又是一种程序设计语言。

Shell 是指一种应用程序，这个应用程序提供了一个界面，用户通过这个界面访问操作系统内核的服务。

Shell 脚本（shell script），是一种为 shell 编写的脚本程序。

业界所说的 shell 通常都是指 shell 脚本，但朋友们要知道，shell 和 shell script 是两个不同的概念。

Shell是一个命令行解释器，它为用户提供了一个向Linux内核发送请求以便运行程序的界面系统级程序，用户可以用Shell来启动、挂起、停止甚至编写一些程序。

Linux 的 Shell 种类众多，常见的有：

1. Bourne Shell（/usr/bin/sh或/bin/sh）

2. Bourne Again Shell（/bin/bash）

1. C Shell（/usr/bin/csh）

2. K Shell（/usr/bin/ksh）

1. Shell for Root（/sbin/sh）

2. ……

Bourne Again Shell，由于易用和免费，Bash 在日常工作中被广泛使用。同时，Bash 也是大多数Linux 系统默认的 Shell。

在一般情况下，人们并不区分 Bourne Shell 和 Bourne Again Shell，所以，像 #!/bin/sh，它同样也可以改为 #!/bin/bash。

#! 告诉系统其后路径所指定的程序即是解释此脚本文件的 Shell 程序。

二、Shell脚本的执行方式

脚本格式要求

1. 脚本以#!/bin/bash开头

2. 脚本需要有可执行权限

编写第一个Shell脚本——创建一个Shell脚本，输出hello world！

1. 创建hello.sh文件：vim hello.sh

#!/bin/bash
 echo "hello world!"

1. 给hello.sh文件执行权限：chmod u+x hello.sh

2. 执行hello.sh：./hello.sh

不给hello.sh文件执行权限也可以通过sh执行：sh hello.sh

#! 是一个约定的标记，它告诉系统这个脚本需要什么解释器来执行，即使用哪一种 Shell。

echo 命令用于向窗口输出文本。

三、Sheel的变量

Shell变量介绍

1. Linux Shell中的变量分为：系统变量和用户自定义变量；

2. 系统变量：$HOME、$PWD、$SHELL、$USER等等，

1. 显示当前shell中所有的变量：set

Shell变量的定义

1. 定义变量：变量名=值

2. 撤销变量（删除变量）：unset 变量

1. 声明静态变量：readonly变量，注意：静态变量不能unset，使用 readonly 命令可以将变量定义为只读变量，只读变量的值不能被改变。

#!/bin/bash
#定义变量A
A=100
#输出变量需要在变量前面加上$
echo $A	#输出100
echo A=$A	#输出A=100
echo "A=$A"	#输出A=100
#撤销变量A
unset A
echo "A=$A"	#输出A=
#声明静态变量B=2，不能unset
readonly B=2
echo "B=$B"	#输出B=2
#将指令返回的结果赋给变量
C='date'
D=$(date)
echo "C=$C"	#输出C=2021年 11月 21日 星期日 21:00:00 CST
echo "D=$D"	#输出D=2021年 11月 21日 星期日 21:00:00 CST

定义变量的规则

1. 变量名可以由字母、数字和下划线组成，但是不能以数字开头；

2. 等号两侧不能有空格；

1. 变量名一般习惯为大写；

2. 不能使用标点符号；

1. 不能使用bash里的关键字（可用help命令查看保留关键字）；

使用变量

使用一个定义过的变量，只要在变量名前面加美元符号即可；变量名外面的花括号是可选的，加不加都行，加花括号是为了帮助解释器识别变量的边界。

将命令的返回值赋给变量

1. A='date' 反引号，运行里面的命令，把结果返回给变量A

2. A=$(date) 等价于反引号，即等价于A='date'

设置环境变量

1. 将shell变量输出为环境变量/全局变量：export 变量名=变量值

2. 让修改后的配置信息立即生效：source 配置文件

1. 查询环境变量的值：echo $变量名

#!/bin/bash
以 # 开头的行就是注释，即单行注释，会被解释器忽略。
#shell脚本多行注释
:<<!
注释内容...
注释内容...
注释内容...
!

或者

:<<EOF
注释内容...
注释内容...
注释内容...
EOF

或者

:<<'
注释内容...
注释内容...
注释内容...
'

:<<!
echo $A	#输出100
echo A=$A	#输出A=100
echo "A=$A"	#输出A=100
!

位置参数变量

当我们执行一个shell脚本时，希望获取到命令行的参数信息，就可以使用到位置参数变量，比如：./myshell.sh 100 200，者就是一个执行shell的命令行，可以在myshell脚本中获取到参数信息；

基本语法：

$* 与 $@ 区别：

相同点：都是引用所有参数。

不同点：只有在双引号中体现出来。假设在脚本运行时写了三个参数 1、2、3，，则 " * " 等价于 "1 2 3"（传递了一个参数），而 "@" 等价于 "1" "2" "3"（传递了三个参数）。

例如：下面的myshell.sh

#!/bin/bash
echo "0=$0 1=$1 2=$2"
echo "所有的参数$*"
echo "$@"
echo "参数的个数=$#"

运行 ./myshell.sh 100 200 显示结果如下：

0=./myshell.sh 1=100 2=200
所有的参数=100 200
100 200
参数的个数=2

四、数组和运算符

Shell数组

数组中可以存放多个值。Bash Shell 只支持一维数组（不支持多维数组），初始化时不需要定义数组大小。

与大部分编程语言类似，数组元素的下标由 0 开始。

Shell 数组用括号来表示，元素用"空格"符号分割开，语法格式如下：array_name=(value1 value2 ... valuen)

也可以使用下标来定义数组:  

array_name[0]=value0

array_name[1]=value1

array_name[2]=value2

读取数组元素值的一般格式是：${array_name[index]}

使用@ 或 * 可以获取数组中的所有元素：${array_name[@]} 或者 ${array_name[*]}

获取数组长度的方法：${#my_array[*]} 或者 ${#my_array[@]}

Shell运算符

Shell 和其他编程语言一样，支持多种运算符，包括：算数运算符、关系运算符、布尔运算符、字符串运算符、文件测试运算符。

1. "$((运算式))" 或 "$[运算式]" 或 expr m + n （expression表达式）；

2. 注意expr运算符合间要有空格，如果想将expr的结果赋给某个变量， 完整的表达式要被反引号 ` ` 包含，注意这个字符不是常用的单引号，而是在 Esc 键下边的反引号；

1. expr \*，/，% 乘，除，取余；

算数运算符

下表列出了常用的算术运算符，假定变量 a 为 10，变量 b 为 20：

注意：条件表达式要放在方括号之间，并且要有空格，例如: [$a==$b] 是错误的，必须写成 [ $a == $b ]。乘号(*)前边必须加反斜杠(\)才能实现乘法运算。

#!/bin/bash
#案例1：计算（2+3）*4的值
#第一种方式
A=$(((2+3)*4))	
echo "A=$A"			#输出结果A=20
#第二种方式，推荐使用
B=$[(2+3)*4]
echo "B=$B"			#输出结果B=20
#第三种方式expr
C=`expr 2 + 3` 	#注意使用的是反引号 ` 而不是单引号 '
D=`expr $C \* 4`#注意使用的是反引号 ` 而不是单引号 '
echo "C=$C"			#输出结果C=5
echo "D=$D"			#输出结果D=20
#案例2：请求出命令行的两个参数【整数】的和	20	50
SUM=$[$1+$2]
echo "sum=$SUM"	#输出结果70

关系运算符

关系运算符只支持数字，不支持字符串，除非字符串的值是数字。

下表列出了常用的关系运算符，假定变量 a 为 10，变量 b 为 20：

布尔运算符

下表列出了常用的布尔运算符，假定变量 a 为 10，变量 b 为 20：

逻辑运算符

以下介绍 Shell 的逻辑运算符，假定变量 a 为 10，变量 b 为 20:

字符串运算符

下表列出了常用的字符串运算符，假定变量 a 为 "abc"，变量 b 为 "efg"：

文件测试运算符

文件测试运算符用于检测 Unix 文件的各种属性。

属性检测描述如下：

其他检查符：

-S: 判断某文件是否 socket。

-L: 检测文件是否存在并且是一个符号链接。

五、Shell 流程控制

和 Java、PHP 等语言不一样，sh 的流程控制不可为空，在 sh/bash 里，如果 else 分支没有语句执行，就不要写这个 else。

if else

if 语句语法格式：

if condition
then
    command1 
    command2
    ...
    commandN 
fi

写成一行（适用于终端命令提示符）：

if [ $(ps -ef | grep -c "ssh") -gt 1 ]; then echo "true"; fi

末尾的 fi 就是 if 倒过来拼写，后面还会遇到类似的。

if else 语法格式：

if condition
then
    command1 
    command2
    ...
    commandN
else
    command
fi

if else-if else 语法格式：

if condition1
then
    command1
elif condition2 
then 
    command2
else
    commandN
fi

for 循环

for循环一般格式为：

for var in item1 item2 ... itemN
do
    command1
    command2
    ...
    commandN
done

写成一行：

for var in item1 item2 ... itemN; do command1; command2… done;

当变量值在列表里，for 循环即执行一次所有命令，使用变量名获取列表中的当前取值。命令可为任何有效的 shell 命令和语句。in 列表可以包含替换、字符串和文件名。in列表是可选的，如果不用它，for循环使用命令行的位置参数。

while 语句

while 循环用于不断执行一系列命令，也用于从输入文件中读取数据。其语法格式为：

while condition
do
    command
done

无限循环语法格式：  

while :
do
    command
done

或者

while true
do
    command
done

或者

for (( ; ; ))

until 循环

until 循环执行一系列命令直至条件为 true 时停止。until 循环与 while 循环在处理方式上刚好相反。一般 while 循环优于 until 循环，但在某些时候—也只是极少数情况下，until 循环更加有用。

until 语法格式:

until condition
do
    command
done

condition 一般为条件表达式，如果返回值为 false，则继续执行循环体内的语句，否则跳出循环。

case ... esac

case ... esac 为多选择语句，与其他语言中的 switch ... case 语句类似，是一种多分枝选择结构，每个 case 分支用右圆括号开始，用两个分号 ;; 表示 break，即执行结束，跳出整个 case ... esac 语句，esac（就是 case 反过来）作为结束标记。可以用 case 语句匹配一个值与一个模式，如果匹配成功，执行相匹配的命令。

case ... esac 语法格式如下：

case 值 in
模式1)
    command1
    command2
    ...
    commandN
    ;;
模式2)
    command1
    command2
    ...
    commandN
    ;;
esac

case 工作方式如上所示，取值后面必须为单词 in，每一模式必须以右括号结束。取值可以为变量或常数，匹配发现取值符合某一模式后，其间所有命令开始执行直至 ;;。取值将检测匹配的每一个模式。一旦模式匹配，则执行完匹配模式相应命令后不再继续其他模式。如果无一匹配模式，使用星号 * 捕获该值，再执行后面的命令。

跳出循环

在循环过程中，有时候需要在未达到循环结束条件时强制跳出循环，Shell使用两个命令来实现该功能：break和continue。

break命令

break命令允许跳出所有循环（终止执行后面的所有循环）。

下面的例子中，脚本进入死循环直至用户输入数字大于5。要跳出这个循环，返回到shell提示符下，需要使用break命令。

#!/bin/bash
while :
do
    echo -n "输入 1 到 5 之间的数字:"
    read aNum
    case $aNum in
        1|2|3|4|5) echo "你输入的数字为 $aNum!"
        ;;
        *) echo "你输入的数字不是 1 到 5 之间的! 游戏结束"
            break
        ;;
    esac
done

执行以上代码，输出结果为： 

输入 1 到 5 之间的数字:3
你输入的数字为 3!
输入 1 到 5 之间的数字:7
你输入的数字不是 1 到 5 之间的! 游戏结束

continue

continue命令与break命令类似，只有一点差别，它不会跳出所有循环，仅仅跳出当前循环。

对上面的例子进行修改：

#!/bin/bash
while :
do
    echo -n "输入 1 到 5 之间的数字: "
    read aNum
    case $aNum in
        1|2|3|4|5) echo "你输入的数字为 $aNum!"
        ;;
        *) echo "你输入的数字不是 1 到 5 之间的!"
            continue
            echo "游戏结束"
        ;;
    esac
done

运行代码发现，当输入大于5的数字时，该例中的循环不会结束，语句 echo "游戏结束" 永远不会被执行。 

六、Shell 函数

linux shell 可以用户定义函数，然后在shell脚本中可以随便调用。

shell中函数的定义格式如下：

[ function ] funname [()]

{

    action;

    [return int;]

}

说明：

1、可以带function fun() 定义，也可以直接fun() 定义,不带任何参数。

2、参数返回，可以显示加：return 返回，如果不加，将以最后一条命令运行结果，作为返回值。return后跟数值n(0-255)。

下面的例子定义了一个函数并进行调用： 

#!/bin/bash
demoFun(){
    echo "这是我的第一个 shell 函数!"
}
echo "-----函数开始执行-----"
demoFun
echo "-----函数执行完毕-----"

输出结果：

-----函数开始执行-----
这是我的第一个 shell 函数!
-----函数执行完毕-----

下面定义一个带有return语句的函数：

#!/bin/bash
funWithReturn(){
    echo "这个函数会对输入的两个数字进行相加运算..."
    echo "输入第一个数字: "
    read aNum
    echo "输入第二个数字: "
    read anotherNum
    echo "两个数字分别为 $aNum 和 $anotherNum !"
    return $(($aNum+$anotherNum))
}
funWithReturn
echo "输入的两个数字之和为 $? !"

输出类似下面：

这个函数会对输入的两个数字进行相加运算...
输入第一个数字: 
1
输入第二个数字: 
2
两个数字分别为 1 和 2 !
输入的两个数字之和为 3 !

函数返回值在调用该函数后通过 $? 来获得。

注意：所有函数在使用前必须定义。这意味着必须将函数放在脚本开始部分，直至shell解释器首次发现它时，才可以使用。调用函数仅使用其函数名即可。

函数参数

在Shell中，调用函数时可以向其传递参数。在函数体内部，通过 $n 的形式来获取参数的值，例如，$1表示第一个参数，$2表示第二个参数...

带参数的函数示例：

#!/bin/bash
funWithParam(){
    echo "第一个参数为 $1 !"
    echo "第二个参数为 $2 !"
    echo "第十个参数为 $10 !"
    echo "第十个参数为 ${10} !"
    echo "第十一个参数为 ${11} !"
    echo "参数总数有 $# 个!"
    echo "作为一个字符串输出所有参数 $* !"
}
funWithParam 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 73

输出结果： 

第一个参数为 1 !
第二个参数为 2 !
第十个参数为 10 !
第十个参数为 34 !
第十一个参数为 73 !
参数总数有 11 个!
作为一个字符串输出所有参数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 73 !

注意，$10 不能获取第十个参数，获取第十个参数需要${10}。当n>=10时，需要使用${n}来获取参数。

另外，还有几个特殊字符用来处理参数：

七、Shell 输入/输出重定向

重定向命令列表如下： 

需要注意的是文件描述符 0 通常是标准输入（STDIN），1 是标准输出（STDOUT），2 是标准错误输出（STDERR）。

八、Shell编程综合案例

需求分析：

1. 每天凌晨2:30备份数据库mysql到/data/backup/db目录下；

2. 备份开始和备份结束能够给出相应的提示信息；

1. 备份后的文件要求以备份时间为文件名，并打包成 .tar.gz 的形式；

2. 在备份的同时，检查是否有10天前备份的数据库文件，如果有就将其删除。

第一步：编写sh文件mysql_db_backup.sh；

#!/bin/bash
#备份目录
BACKUP=/data/backup/db
#当前时间
DATETIME=$(date +%Y-%m-%d_%H%M%S)
echo $DATETIME
#数据库的地址
HOST=localhost
#数据库的用户名
DB_USER=root
#数据库的密码
DB_PW=123
#备份的数据库名
DATABASE=mysql
#创建备份目录，如果目录不存在，就创建
[ ! -d "${BACKUP}/${DATETIME}" ] && mkdir -p "${BACKUP}/${DATETIME}"
#备份数据库
mysqldump -u${DB_USER} -p${DB_PW} --host=${HOST} -q -R --databases ${DATABASE} | gzip > ${BACKUP}/${DATETIME}/$DATETIME.sql.gz
#将文件处理成 tar.gz
cd ${BACKUP}
tar -zcvf $DATETIME.tar.gz ${DATETIME}
#删除对应的备份目录
rm -rf ${BACKUP}/${DATETIME}
#删除10天前的备份文件
find ${BACKUP} -atime +10 -name "*.tar.gz" -exec rm -rf {} \;
echo "备份数据库${DATABASE} 成功~"

第二步：crontab -e

输入：30 2 * * * /usr/sbin/mysql_db_backup.sh    #每天2点30执行mysql_db_backup.sh