Лаб. работа “Язык командного энтерпритатора Shell”

Системное программирование
Практика
Автор

Бизюк Андрей

Дата публикации

22 апреля 2024 г.

Цель лабораторной работы

Освоение основ работы с языком командного интерпретатора Shell, изучение основных команд и возможностей Shell, а также развитие навыков написания простых скриптов для автоматизации задач в операционной системе Unix/Linux.

Задачи лабораторной работы

  1. Знакомство с командной строкой Unix/Linux:
    • Ознакомиться с основными командами Shell (например, ls, cd, pwd, cp, mv, rm).
    • Понять структуру и синтаксис командной строки.
    • Научиться навигации по файловой системе с помощью команд Shell.
  2. Изучение команд обработки файлов и каталогов:
    • Научиться использовать команды для работы с файлами и каталогами (touch, mkdir, rmdir, nano, cat, less, more).
    • Освоить команды для поиска файлов (find, grep).
  3. Изучение перенаправления ввода/вывода и работы с конвейерами:
    • Изучить основы перенаправления ввода/вывода с помощью символов >, >>, <.
    • Понять принципы работы с конвейерами (pipes) с использованием символа |.
  4. Автоматизация задач с помощью скриптов:
    • Научиться писать простые скрипты на Shell, включая использование переменных и операторов управления (if, for, while).
    • Ознакомиться с созданием и использованием функций в скриптах Shell.
  5. Работа с системными процессами:
    • Изучить команды для управления процессами (ps, top, kill, bg, fg, jobs).
    • Понять, как отслеживать и контролировать выполнение программ в Shell.
  6. Основы безопасности и прав доступа:
    • Изучить команды для управления правами доступа к файлам и каталогам (chmod, chown, chgrp).
    • Понять основы работы с пользователями и группами в Unix/Linux.
  7. Практическое применение:
    • Выполнить ряд практических заданий, направленных на применение изученных команд и написание скриптов для автоматизации реальных задач.

Краткие теоретические сведения

Структура скрипта Shell

Рассмотрим структуру скрипта Shell:

#!/bin/bash

# Комментарий: Начало скрипта

# Объявление переменных
VAR1="Hello"
VAR2="World"

# Основная часть скрипта
echo "$VAR1 $VAR2"   # Выводит "Hello World"

# Завершение скрипта
exit 0

  1. Шебанг (Shebang): #!/bin/bash - это строка в начале скрипта, указывающая на то, какой интерпретатор использовать. В данном случае используется интерпретатор Bash.

  2. Комментарии: Комментарии помогают описать, что делает скрипт. Они начинаются с символа # и игнорируются интерпретатором.

  3. Объявление переменных: Здесь объявляются переменные VAR1 и VAR2, которые содержат строки “Hello” и “World” соответственно.

  4. Основная часть скрипта: Это место, где выполняются основные действия. В данном случае, скрипт просто выводит содержимое переменных с помощью команды echo.

  5. Завершение скрипта: Команда exit 0 указывает на успешное завершение скрипта. Код 0 обычно означает успешное выполнение, а другие значения могут указывать на различные ошибки или условия завершения.

Переменные

Переменные в shell играют ключевую роль, позволяя хранить и использовать данные в скриптах.

  1. Объявление переменных: Переменные объявляются без использования ключевых слов, просто путем присваивания значения. Например:

    VAR="value"

  2. Использование переменных: Для использования переменной в тексте скрипта нужно указать её имя, предваряя его символом доллара $. Например:

    echo $VAR

  3. Специальные переменные: В shell есть множество специальных переменных, таких как $0, $1, $2, и т.д., которые хранят аргументы командной строки. Например:

    echo "Имя этого скрипта: $0"

  4. Чтение значений из ввода: Можно использовать команду read, чтобы прочитать значение из ввода и присвоить его переменной. Например:

    read NAME
echo "Привет, $NAME!"

  5. Удаление переменных: Для удаления переменной используется команда unset. Например:

    unset VAR

  6. Интерполяция переменных: Переменные могут быть интерполированы в строковых значениях. Например:

    GREETING="Hello"
echo "$GREETING, world!"

  7. Переменные окружения: Все переменные, которые вы экспортируете из shell, становятся переменными окружения для любых запущенных подкоманд или программ. Например:

    export MY_VAR="value"

  8. Именованные переменные: В bash и других расширениях shell можно использовать ассоциативные массивы для хранения данных. Например:

    declare -A fruits
fruits[apple]="red"
fruits[banana]="yellow"
echo "Apple is ${fruits[apple]}"

Специальные переменные

Специальные переменные в shell представляют собой переменные, которые предопределены и предназначены для выполнения определенных задач.

  • $0: Имя исполняемого файла скрипта (имя команды).

  • $1, $2, …, $N: Параметры командной строки. $1 содержит первый аргумент, $2 — второй, и так далее.

  • $@: Список всех аргументов командной строки.

  • $#: Количество аргументов командной строки.

  • $?: Код возврата (exit code) последней выполненной команды.

  • $$: PID (идентификатор процесса) текущего shell.

  • $!: PID последнего запущенного в фоновом режиме процесса.

  • $*: Похоже на $@, но сохраняет аргументы как одну строку.

  • $IFS: Разделитель полей (Internal Field Separator). Это строка символов, которая определяет, где shell должен разбивать строки на поля, при чтении из ввода или из переменной.

  • $PWD: Текущий рабочий каталог (полный путь).

  • $OLDPWD: Предыдущий рабочий каталог.

Переменные окружения

Переменные окружения представляют собой переменные, которые могут быть установлены в системе операционной или виртуальной среде и доступны для всех процессов, запущенных в этой среде. Они могут содержать различную информацию о системе, пользователе, конфигурации и многое другое.

  • PATH: Содержит список каталогов, в которых операционная система ищет исполняемые файлы.

  • HOME: Путь к домашнему каталогу текущего пользователя.

  • USER: Имя текущего пользователя.

  • LANG: Определяет язык, используемый для отображения сообщений и форматирования даты и времени.

  • TERM: Определяет тип терминала, используемого для взаимодействия с пользователем.

  • PWD: Текущий рабочий каталог.

  • SHELL: Путь к оболочке, используемой текущим пользователем.

  • DISPLAY: Определяет, на каком дисплее должны отображаться графические приложения.

  • TMP, TEMP: Пути к временным каталогам.

  • EDITOR, VISUAL: Определяют текстовый редактор, используемый по умолчанию.

  • TZ: Определяет часовой пояс системы.

  • HOSTNAME: Имя хоста (имя компьютера).

  • PS1, PS2: Переменные, используемые для настройки приглашения командной строки.

  • LD_LIBRARY_PATH: Список каталогов, в которых операционная система ищет библиотеки, используемые программами.

  • JAVA_HOME: Путь к установленной JDK (Java Development Kit).

Эти переменные можно использовать в shell скриптах для доступа к информации о среде выполнения и для настройки поведения программы в соответствии с окружением. Для просмотра всех переменных окружения в вашей текущей среде выполнения вы можете использовать команду env в большинстве Unix-подобных систем.

Операторы ветвления

Операторы ветвления в shell используются для принятия решений на основе условий и выполнения различных действий в зависимости от результатов этих условий.

  • if-then-else:

    if условие; then
    команды_если_условие_истинно
else
    команды_если_условие_ложно
fi

    Пример:

    if [ $x -gt 10 ]; then
    echo "x больше 10"
else
    echo "x не больше 10"
fi

  • if-then (без else):

    if условие; then
    команды_если_условие_истинно
fi

    Пример:

    if [ -e $FILE ]; then
    echo "$FILE существует"
fi

  • if-elif-else:

    if условие1; then
    команды_если_условие1_истинно
elif условие2; then
    команды_если_условие2_истинно
else
    команды_если_все_условия_ложны
fi

    Пример:

    if [ $x -gt 10 ]; then
    echo "x больше 10"
elif [ $x -eq 10 ]; then
    echo "x равно 10"
else
    echo "x меньше 10"
fi

  • case:

    case выражение in
    паттерн1)
        команды_если_паттерн1_соответствует
        ;;
    паттерн2)
        команды_если_паттерн2_соответствует
        ;;
    *)
        команды_если_нет_соответствия_ни_одному_паттерну
        ;;
esac

    Пример:

    case $VAR in
    "value1")
        echo "Переменная равна value1"
        ;;
    "value2")
        echo "Переменная равна value2"
        ;;
    *)
        echo "Переменная не равна ни value1, ни value2"
        ;;
esac

Эти операторы ветвления позволяют создавать гибкие скрипты, которые могут выполнять различные действия в зависимости от условий, и обеспечивают управление потоком выполнения программы в shell.

Предикаты

В контексте программирования “предикат” обычно означает выражение, которое оценивается как истинное или ложное. В языках программирования, включая shell, предикаты используются в операторах ветвления (например, в операторах if, while, case и других) для принятия решений на основе условий.

  • Сравнение чисел:

    • -eq: равно
    • -ne: не равно
    • -gt: больше
    • -lt: меньше
    • -ge: больше или равно
    • -le: меньше или равно

    Например:

    if [ $x -gt 10 ]; then
    echo "x больше 10"
fi

  • Сравнение строк:

    • =: равно
    • !=: не равно
    • -z: пустая строка
    • -n: не пустая строка

    Например:

    if [ "$var" = "value" ]; then
    echo "Переменная равна value"
fi

  • Файловые предикаты:

    • -e: файл существует
    • -f: обычный файл
    • -d: каталог
    • -r: доступен для чтения
    • -w: доступен для записи
    • -x: доступен для выполнения

    Например:

    if [ -e $FILE ]; then
    echo "$FILE существует"
fi

  • Логические операции:

    • -a: логическое “и”
    • -o: логическое “или”
    • !: логическое “не”

    Например:

    if [ "$var" = "value1" -o "$var" = "value2" ]; then
    echo "Переменная равна value1 или value2"
fi

Эти предикаты позволяют создавать условия в операторах ветвления, которые позволяют программам принимать решения и выполнять различные действия на основе этих условий.

Операторы циклов

В shell скриптах часто используются циклы для повторения определенных действий определенное количество раз или до выполнения определенного условия.

  • Цикл while:

    while условие; do
    команды
done

    Например:

    counter=0
while [ $counter -lt 10 ]; do
    echo $counter
    ((counter++))
done

  • Цикл until:

    until условие; do
    команды
done

    Например:

    counter=0
until [ $counter -eq 10 ]; do
    echo $counter
    ((counter++))
done

  • Цикл for (для перебора элементов в списке):

    for переменная in список; do
    команды
done

    Например:

    for i in {1..5}; do
    echo $i
done

  • Цикл for (для перебора элементов в массиве или списке):

    for переменная in элемент1 элемент2 ... элементN; do
    команды
done

    Например:

    for color in red green blue; do
    echo "Color: $color"
done

  • Цикл select (для создания интерактивного меню):

    select переменная in список; do
    команды
done

    Например:

    select fruit in apple banana orange; do
    echo "Вы выбрали: $fruit"
    break
done

Эти циклы могут использоваться для автоматизации повторяющихся задач, обработки данных, итерации по спискам и многих других вещей в shell скриптах.

Вызов сторонних программ

Вызов сторонних программ из shell скриптов - обычная практика, которая позволяет скриптам взаимодействовать с другими программами и выполнять различные задачи. Для вызова сторонней программы используются команды, которые могут быть исполнены внутри скрипта.

  • Вызов программы по её имени:

    программа_или_команда аргументы

    Например:

    ls -l

  • Использование переменных в качестве аргументов:

    переменная="аргументы"
программа_или_команда $переменная

    Например:

    directory="/path/to/directory"
ls $directory

  • Подстановка вывода другой команды:

    программа_или_команда $(другая_команда)

    Например:

    files_count=$(ls | wc -l)
echo "В текущем каталоге $files_count файлов"

  • Использование обратных кавычек для подстановки вывода команды (устаревший метод):

    программа_или_команда `другая_команда`

    Например:

    files_count=`ls | wc -l`
echo "В текущем каталоге $files_count файлов"

  • Пайплайны (|) для передачи вывода одной команды в качестве входных данных другой:

    команда1 | команда2

    Например:

    ls | grep ".txt"

  • Перенаправление вывода (stdout и stderr):

    программа_или_команда > файл
программа_или_команда >> файл (для добавления в конец файла)

    Например:

    ls > file_list.txt

  • Перенаправление ввода:

    программа_или_команда < файл

    Например:

    sort < unsorted_file.txt

Это основные способы вызова сторонних программ из shell скриптов. Они позволяют взаимодействовать со стандартными командами операционной системы, а также с любыми другими программами, доступными в вашей среде выполнения.

Математические вычисления

В shell скриптах можно выполнить математические вычисления несколькими способами.

  • Арифметическое выражение с помощью встроенной команды let:

    let "результат = выражение"

    Например:

    let "x = 10 + 5"
echo $x   # Выведет 15

  • Арифметическое выражение с помощью двойных круглых скобок ((...)):

    результат=$((выражение))

    Например:

    x=$((10 + 5))
echo $x   # Выведет 15

  • Использование команды expr:

    результат=$(expr выражение)

    Например:

    x=$(expr 10 + 5)
echo $x   # Выведет 15

  • Использование конструкции $((...)):

    результат=$((выражение))

    Например:

    x=$((10 + 5))
echo $x   # Выведет 15

  • Использование встроенной команды bc для вычисления выражений с плавающей запятой:

    результат=$(echo "выражение" | bc)

    Например:

    x=$(echo "10.5 * 3" | bc)
echo $x   # Выведет 31.5

Каждый из этих методов имеет свои особенности и подходит для разных типов вычислений. Например, let и ((...)) работают только с целыми числами, в то время как bc поддерживает вычисления с плавающей запятой.

Пользовательские функции

В shell скриптах вы можете определять пользовательские функции для организации и структурирования вашего кода. Вот пример определения и вызова пользовательской функции:

# Определение функции
function my_function {
    echo "Привет, это моя пользовательская функция!"
}

# Вызов функции
my_function

Этот пример определяет функцию с именем my_function, которая выводит приветственное сообщение. После определения функции она вызывается с помощью my_function.

Ниже приведены некоторые дополнительные концепции, которые могут быть полезны при работе с пользовательскими функциями:

  1. Передача аргументов в функцию:

    function my_function {
    echo "Привет, $1!"
}

my_function "Мир"

    Этот пример передает строку “Мир” в функцию my_function, которая выводит “Привет, Мир!”.

  2. Возврат значений из функции:

    function add_numbers {
    local result=$(( $1 + $2 ))
    echo $result
}

sum=$(add_numbers 5 3)
echo "Сумма: $sum"

    Этот пример определяет функцию add_numbers, которая принимает два аргумента, складывает их и возвращает результат. Результат сохраняется в переменной sum.

  3. Локальные переменные в функции:

    function my_function {
    local name="John"
    echo "Привет, $name!"
}

my_function
echo "Имя: $name"  # Это вызовет ошибку, потому что переменная name является локальной для функции

    В этом примере переменная name является локальной для функции my_function и недоступна за её пределами.

  4. Рекурсивные функции:

    function factorial {
    if [ $1 -le 1 ]; then
        echo 1
    else
        local prev=$(factorial $(( $1 - 1 )))
        echo $(( $1 * $prev ))
    fi
}

result=$(factorial 5)
echo "Факториал 5: $result"

    В этом примере определена рекурсивная функция для вычисления факториала числа. Функция вызывает саму себя до тех пор, пока не достигнет базового случая.

Порядок выполнения работы

  1. Переменные Shell:
    • Создайте скрипт, который запрашивает у пользователя его имя и приветствует его с использованием этого имени.
    • Напишите скрипт, который запрашивает у пользователя два числа и выводит их сумму.
  2. Переменные окружения:
    • Напишите скрипт, который выводит значения некоторых системных переменных окружения, таких как $HOME, $PATH, $USER, и т.д.
    • Создайте скрипт, который выводит список всех переменных окружения.
  3. Операторы ветвления:
    • Напишите скрипт, который проверяет, является ли введенное пользователем число четным или нечетным, и выводит соответствующее сообщение.
    • Создайте скрипт, который запрашивает у пользователя его возраст и сообщает, является ли он совершеннолетним или нет.
  4. Оператор выбора:
    • Напишите скрипт, который запрашивает у пользователя его любимый сезон и выводит сообщение о том, какие виды активностей связаны с этим сезоном.
    • Создайте скрипт, который проверяет введенную пользователем строку на наличие ключевого слова и выводит соответствующее сообщение.
  5. Операторы циклов:
    • Напишите скрипт, который выводит числа от 1 до 10 с использованием цикла for.
    • Создайте скрипт, который запрашивает у пользователя число и выводит таблицу умножения этого числа.
  6. Создание и использование пользовательских функций:
    • Создайте функцию greet, которая принимает имя в качестве аргумента и выводит приветствие.
    • Вызовите функцию greet с вашим именем.
  7. Использование команд для работы с файлами:
    • Создайте текстовый файл example.txt.
    • Запишите в него строку “Пример текста”.
    • Используйте команду cat для чтения содержимого файла example.txt.

Контрольные вопросы

  1. Основы работы с командной строкой:
    • Какие команды используются для навигации по файловой системе в Shell?
    • Как узнать текущий рабочий каталог в командной строке?
    • Какие команды используются для управления файлами и каталогами?
  2. Перенаправление ввода/вывода и конвейеры:
    • Какие символы используются для перенаправления вывода команды в файл?
    • Чем отличаются символы > и >> при перенаправлении вывода?
    • Что такое конвейер (pipe) в Shell, и как он используется?
  3. Написание скриптов на Shell:
    • Как объявить переменную в Shell скрипте?
    • Как передать аргументы в скрипт при его вызове?
    • Какие операторы управления используются в Shell скриптах, и как они работают?
  4. Управление процессами:
    • Как узнать список запущенных процессов в системе?
    • Как отправить сигнал процессу для его завершения?
    • Как перевести процесс в фоновый режим или вернуть его в передний план?
  5. Безопасность и права доступа:
    • Как изменить права доступа к файлу или каталогу в Shell?
    • Как изменить владельца и группу файла или каталога?
    • Какие команды используются для работы с пользователями и группами в Unix/Linux?
  6. Практические навыки:
    • Как написать скрипт, который будет искать все файлы в заданном каталоге с расширением “.txt” и выводить их список?
    • Как создать скрипт, который будет резервировать копию заданного каталога и его содержимого?
    • Как можно использовать командный интерпретатор для автоматизации рутинных задач на вашем компьютере?
Наверх