Shell编程详解

一、Linux系统结构

Linux操作系统是一种开放源代码的类UNIX操作系统，它的结构分为内核、Shell和应用程序三个层次。

1. 内核层
   • 内核是Linux系统的核心部分，它负责管理系统各种硬件设备、文件系统、内存管理和进程管理等核心任务
   • Linux内核设计了良好的模块化结构，可以动态地加载和卸载内核模块，这使得内核可以兼容各种不同的硬件设备和外围设备
2. Shell层
   • Shell是Linux系统的命令行解释器，它负责将用户输入的命令解释并执行
   • Linux系统上有多种Shell，其中最常用的是Bash Shell
   • Bash Shell 提供了各种丰富的功能和处理能力，如通配符、重定向、管道、变量等等
3. 应用层
   • 应用层是Linux系统上的各种应用程序和服务，包括文本编辑器、图形界面、Web服务器、邮件服务器、数据库服务器等
   • 在Linux系统中，应用程序通常以开放源代码方式呈现，用户可以自由学习和使用，也可以根据需求自己编写、修改或扩展

在这里插入图片描述

二、Shell介绍

1、Shell简介

• Shell被翻译为“壳”。在Linux内核外面包了一个壳
• Shell是一种用于与操作系统进行交互的命令行解释器
• 它是一种脚本语言，可以通过编写一系列的命令和脚本来执行操作系统的功能和任务
• 我们在终端中编写的命令都是Shell命令。例如：ls、grep…等

2、Shell种类

1. Bourne Shell（/bin/sh）：是Unix系统最早的shell程序，由史蒂夫·伯恩斯（Steve Bourne）编写。该shell程序是许多Linux发行版中默认使用的程序
2. Bourne-Again SHell（/bin/bash）：是GNU项目的一部分，是Bourne Shell的增强版，目前在大部分Linux发行版中是默认的shell程序
3. C Shell （/bin/csh）：是Bill Joy编写的一个具有面向对象设计理念的shell程序，它采用与C语言相似的语法和控制结构。C Shell中的命令提示符为%号
4. TENEX C Shell（/bin/tcsh）：是C Shell的增强版，它对历史命令和别名等方面进行了改进，同时也支持C Shell中的所有特性。TENEX C Shell中的命令提示符也为%号
5. Korn Shell（/bin/ksh）：是由David Korn编写的shell程序，它是Bourne Shell和C Shell的结合，拥有两种不同的工作模式：交互模式和批处理模式
6. Z Shell（/bin/zsh）：是一个功能强大的shell程序，它是Bourne Shell的增强版，具有缩写、自动完成、句法高亮等功能，同时也支持Korn Shell、C Shell以及Bourne Shell的语法和命令

每种Shell都有其特定的语法和功能，但它们通常都具有共同的基本功能，如变量操作、条件语句、循环语句和命令执行等。

3、Shell查询和切换

查看已安装的Shell

cat /etc/shells

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查看当前Shell（查看$SHELL环境变量）

echo $SHELL

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更改Shell（需要重启服务）

chsh -s /bin/sh

三、Shell基础语法

• shell脚本可以编写在一个xxx.sh结尾的文件中，xxx.sh文件我们称为shell脚本文件
• shell脚本文件是一个可执行文件，类似于windows环境中的xxx.exe或xxx.bat等文件

1、注释

在Shell脚本中，注释是用来解释代码的内容，Shell脚本中的注释使用#符号表示，任何在#后面的内容都会被Shell解释器忽略。

单行注释（用#开头的内容作为注释）

# 这是一个单行注释
echo "Hello, World!" # 这也是一个注释

• echo命令用于在终端上输出文本或变量的值，主要用于显示信息或调试脚本

多行注释（可以通过连续的#来实现多行注释）

# 这是一个多行注释
# 它可以扩展到
# 多行

也可以用以下形式：

: '
这是一个多行注释
它使用 : 和单引号来包裹
解释器会忽略这些内容
'

示例

一个简单的脚本文件

#!/bin/bash在 Shell 脚本的第一行，表示该脚本应该用哪个解释器运行

可以省略，如果省略会使用当前会话的默认shell解释器

#!/bin/bash
# 打印 "Hello, World!"
echo "Hello, World!"

查看文件权限（默认没有执行权限）

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修文件权限（添加执行权限）

chmod +x script.sh
# 或者
chmod 744 script.sh

执行文件

./script.sh

2、本地变量

本地变量是指在某个脚本或函数的作用范围内定义的变量，只能在该作用范围内访问。本地变量的生命周期仅限于创建它的脚本或函数，执行完毕后，变量会自动销毁

本地变量命名规则

1. 变量名由字母、数字和下划线组成（字母一般是小写，环境变量用大写）
2. 不能以数字开头
3. 区分大小写
4. 等号两侧不能有空格
5. 不能使用特殊字符作为变量名，如$、&、!、*等

示例

• 双引号允许引用变量，变量会被解析
• 单引号不会解析变量，原样输出

#!/bin/bash
name="Alice"

echo "Hello, $name"   # 输出：Hello, Alice
echo 'Hello, $name'   # 输出：Hello, $name

3、环境变量

• 环境变量是一个包含键值对的变量，键（变量名）和值共同保存系统配置信息或用户定义的信息
• 环境变量一般是全部大写，单词和单词之间采用下划线分割。如：0JAVA_HOME, CATALINA_HOME
• 环境变量是在Shell会话外设置的，可以由多个脚本和进程共享

常见的环境变量

3.1、查看环境变量

查看当前所有环境变量

printenv
# 或者
env

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查看或使用某个环境变量（使用环境变量，在变量名称前必须加上$符号）

echo $PATH

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在脚本中直接访问环境变量

#!/bin/bash
echo "当前用户是：$USER"
echo "主目录是：$HOME"

3.2、临时设置环境变量

• 临时设置的环境变量只在当前会话中有效，会话结束后失效
• 使用export设置环境变量

基本语法

export 变量名=值

示例：

export MY_VAR="Hello World"
echo $MY_VAR

环境变量中多个值使用:分隔符

export CLASSPATH=/lib:/usr/lib:/home/user/myapp/lib

# 通过 PATH 的已有值加上新路径
export PATH=$PATH:/new/path

3.3、永久设置环境变量

• 要使环境变量在每次系统启动后都生效，需要将其添加到配置文件中

添加到用户配置文件

将环境变量添加到~/.bashrc或~/.bash_profile中（针对 Bash Shell）

export JAVA_HOME=/usr/local/java/jdk1.8.0_371
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

重新加载配置文件

source ~/.bashrc

添加到系统全局配置文件

将环境变量添加到/etc/profile中（对所有用户生效）

export JAVA_HOME=/usr/local/java/jdk1.8.0_371
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

重新加载配置文件

source /etc/profile

4、特殊变量

• 特殊变量是在Shell中预定义的变量名称，具有特殊的含义

常见特殊变量

• $0: 当前脚本的文件名
• 1, 2...: 脚本参数列表中的第1个、第2个参数等等 如：./first.sh abc def，在执行这个脚本时，第一个参数abc，第二个参数def
• $#: 脚本参数的数量
• $*: 所有脚本参数的列表
  • 将所有的参数作为一个字符串：“a b c”
• $@: 所有脚本参数的列表
  • 将每一个参数作为一个独立的字符串：“a” “b” “c”
• $$: 当前脚本的进程ID号
• $?: 上一个命令的退出状态，一个数值
  • 0表示成功，其他值表示失败
• $!：后台运行的最后一个进程的进程ID

本地变量命名规则

• 创建脚本script.sh

#!/bin/bash

# 脚本名
echo "脚本名称: $0"

# 参数个数
echo "参数总数: $#"

# 打印所有参数
echo "所有参数 (\$@): $@"
echo "所有参数 (\$*): $*"

# 第一个和第二个参数
echo "第一个参数: $1"
echo "第二个参数: $2"

# 当前脚本的 PID
echo "当前脚本的 PID: $$"

# 执行一个后台命令
sleep 5 &
echo "最后一个后台进程的 PID: $!"

# 判断上一个命令是否执行成功
echo "上一个命令执行成功 (返回值: $?)"

# 执行一个错误命令测试返回值
ls /nonexistent/path &>/dev/null
echo "错误命令返回非零值 (返回值: $?)"

• 以./script.sh arg1 arg2 arg3运行脚本，输出如下：

在这里插入图片描述

5、控制语句

5.1、shell中的中括号

• 用于比较操作符：用于比较两个值的大小或者判断两个值是否相等 -eq: 等于，例如[ a -eq b ]-ne: 不等于，例如[ a -ne b ]-lt: 小于，例如[ a -lt b ]-gt: 大于，例如[ a -gt b ]-le: 小于等于，例如[ a -le b ]-ge: 大于等于，例如[ a -ge b ]
• 用于测试表达式：用于测试某个表达式是否成立 -f: 判断某个文件是否存在且是一个文件，例如[ -f file.txt ]-d: 判断某个文件是否存在且是一个目录，例如[ -d dir ]-z: 判断某个字符串是否为空，例如[ -z “str” ]-n: 判断某个字符串是否非空，例如[ -n “str” ]-e: 判断某个文件或目录是否存在，例如[ -e file.txt ]测试表达式可以用中括号[]或者test命令实现，例如:test -f file.txt等价于[ -f file.txt ]
• 要注意两个值之间必须有空格分隔，否则会出现语法错误

5.2、if语句

基本语法

if condition 
then
  command1
  command2
  ...
elif condition2 
then
  command3
  command4
  ...
else
  command5
  command6
  ...
fi

示例：

#!/bin/bash

if [ -f file.txt ] 
then
  echo "file.txt文件存在"
elif [ -d dir ] 
then
  echo "dir目录存在"
else
  echo "file.txt and dir都没找到"
fi

5.3、for循环

基本语法

for var in list
do
  command1
  command2
  ...
done

其中，var是一个临时的变量名，用于存储当前循环的值，list是一个值或者多个带有空格或换行符分隔的值组成的列表。

示例：

#!/bin/bash

for i in 1 2 3 4 5
do
  echo "The value of i is: $i"
done

5.4、while循环

基本语法

while condition
do
  command1
  command2
  ...
done

  在shell编程中((...))被称为算术扩展运算符，做数学运算的，并且将运算结果返回。(...)运算符会将结果直接返回

示例：

#!/bin/bash

j=0
while [ $j -lt 5 ]
do
  echo "The value of j is: $j"
  j=$((j+1))
done

5.5、until循环

until循环用于不断执行语句块，直到满足指定条件为止。和while循环相反，while是直到指定条件为假时才会停止循环。

基本语法

until condition
do
  command1
  command2
  ...
done

示例：

#!/bin/bash

k=0
until [ $k -ge 5 ]
do
  echo "The value of k is: $k"
  k=$((k+1))
done

5.6、break和continue语句

break语句用于跳出当前循环块，例如在for循环和while循环中使用该语句时，可以跳出当前循环并停止迭代。

continue语句用于跳过本次循环迭代，直接进入下一次的迭代。

示例：

#!/bin/bash

for l in 1 2 3 4 5
do
  if [ $l -eq 3 ] 
	then
    continue
  fi
  echo "The value of l is: $l"
  if [ $l -eq 4 ] 
	then
    break
  fi
done

输出结果（等于3跳过，等于4跳出循环结束）

1
2

6、函数

在Shell脚本中，函数是一种封装代码的方式，可以提高代码的重用性和可读性。

6.1、函数的定义和调用

基本语法

function_name() {
    # 函数体：执行的命令或脚本
}

或者：

function function_name() {
    # 函数体：执行的命令或脚本
}

示例

say_hello() {
    echo "Hello, World!"
}

# 调用函数
say_hello

6.2、带参数的函数

  函数可以通过位置参数（1, 2, …）接收输入参数，类似于脚本中的参数。

示例

greet() {
    echo "Hello, $1! Welcome to $2."
}

# 调用函数并传递参数
greet "Alice" "Linux"

说明：

• 1 表示第一个参数，2 表示第二个参数，以此类推
• 参数之间用空格分隔

6.3、将函数定义在 Shell 配置文件中

如果希望在 任何地方都可以调用函数，可以将函数定义放入Shell的配置文件中，例如~/.bashrc或~/.zshrc。

方法

编辑 ~/.bashrc（或 ~/.zshrc），添加函数定义

greet() {
    echo "Hello, $1!"
}

保存文件后，运行以下命令重新加载配置

source ~/.bashrc

现在，你可以在任何命令行终端调用该函数

greet "Alice"

7、重启springboot项目脚本

# 1. 定义服务端口
port=1514

# 2. 查找并杀掉正在运行的进程
pid=$(lsof -t -i:$port)
if [ -n "$pid" ]; then
  echo "杀掉$port端口进程"
  kill -9 $pid
else
  echo "没有端口为$port的进程"
fi

# 3. 启动新进程
cd /data/java
nohup java -jar my-springboot.jar > /data/log/boot.log 2>&1 &

echo "$port端口的服务已重启"

四、Shell的执行方式

在Linux系统中，运行Shell脚本（如 .sh 文件）有多种方式。以下是常见的几种执行方式及它们的区别。

1、使用指定Shell解释器

基本语法

sh script.sh

或者

bash script.sh

特点

• 使用指定的Shell解释器运行脚本（如 sh 或 bash）
• 无需给脚本赋执行权限，只要有读权限即可

2、使用chmod赋执行权限后运行

步骤

给脚本赋执行权限

chmod +x script.sh

直接运行脚本

./script.sh

或者完整路径

/path/to/script.sh

特点

• 根据脚本开头#!/bin/bash解释器运行，如果没有使用当前Shell默认解释器
• 必须给脚本文件赋予执行权限

3、使用当前Shell解释器

语法

. script.sh

或者

source script.sh

特点

• 使用当前Shell默认的解释器
• 脚本在当前Shell环境中运行，不会启动新的子Shell
• 脚本中的变量和修改会直接影响当前Shell环境
• 无需给脚本赋执行权限，只要有读权限即可

4、将脚本放入系统PATH

如果希望脚本在任何地方都可以运行，可以将脚本文件放入$PATH中的目录（如/usr/local/bin或~/bin）

示例

将脚本移动到系统目录

mv script.sh /usr/local/bin

确保脚本可执行

chmod +x /usr/local/bin/script.sh

直接调用脚本

script.sh