Shell 脚本编程基础

1. 从”点菜”说起：Shell 是什么#

1.1 一个餐厅的类比#

想象你去一家餐厅（操作系统），你想让服务员（Shell）帮你做一件事：

• 你说：“来一份红烧肉”（输入命令）
• 服务员去后厨让厨师做（调用系统程序）
• 服务员把菜端上来（返回结果）

Shell 就是操作系统的”服务员”：它读取你输入的命令，调用系统程序执行，并把结果返回给你。它既是交互式工具（你在终端里敲命令），也是脚本语言（把命令写进文件批量执行）。

多数 Linux 发行版默认 bash，macOS 自 10.15（2019）起默认 zsh；Windows 的 PowerShell 是另一套体系，但 Git Bash/WSL 可以运行 bash 脚本。

1.2 Shell 脚本的价值：做”胶水”#

Shell 脚本的本质是胶水：把已有的小工具（ls、grep、awk、curl）串成自动化流程。

为什么需要 Shell 脚本？因为现实工作中有大量重复操作：

• 部署：拉代码 → 构建 → 重启服务
• 监控：检查日志 → 统计 → 告警
• 数据：下载 → 处理 → 汇总

这些操作一步步手敲会累死，写成脚本后一条命令搞定。Shell 是运维与后端开发者的基本功。

1.3 本章目标#

本章是 Shell 的”第一课”，带你建立完整的基础框架。学完后你应该能：

1. 理解命令、变量、管道、控制流四大基础
2. 写出安全、健壮的简单脚本
3. 知道”生产脚本必须做什么”（严格模式）

2. 基本命令与语法#

2.1 命令结构#

命令名 [选项] [参数]

示例：

ls -la /home/user        # 列出目录详细信息
grep -rn "TODO" ./src    # 递归搜索文本
curl -s https://example.com  # 请求网页

每条命令执行后返回退出码（exit code）：0 表示成功，非 0 表示失败。$? 保存上一条命令的退出码。

ls /tmp
echo "退出码: $?"    # 0 = 成功
ls /不存在的目录
echo "退出码: $?"    # 2 = 失败

2.2 变量#

#!/bin/bash
# 变量赋值：等号两侧不能有空格
name="FANDEX"
count=42

# 使用变量：$name 或 ${name}
echo "项目名称: $name"
echo "计数: ${count}"

# 命令替换：把命令输出存入变量
files=$(ls | wc -l)
echo "文件数: $files"

规则：

• 等号两侧不能有空格（name = "alice" 会被当成执行命令）
• 双引号内 $var 会展开，单引号内不会
• $(...) 是命令替换的现代写法（反引号已过时）

2.3 管道与重定向#

# 管道：把前一个命令的输出作为后一个命令的输入
cat access.log | grep "ERROR" | sort | uniq -c | sort -rn

# 重定向：写入文件 / 追加 / 从文件读
echo "hello" > out.txt
echo "world" >> out.txt
wc -l < out.txt

# 错误流合并
command > all.log 2>&1

管道是 Shell 最强大的能力：无需中间文件，数据在进程间流动。2>&1 把标准错误合并到标准输出，便于统一记录日志。

2.4 第一个脚本#

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

# 保存为 hello.sh 后：
chmod +x hello.sh   # 添加执行权限
./hello.sh          # 执行

3. 控制流#

3.1 条件判断#

#!/bin/bash
file="config.yaml"

if [ -f "$file" ]; then
    echo "文件存在"
elif [ -d "$file" ]; then
    echo "是目录"
else
    echo "不存在"
fi

test 表达式速查：

要点：[ ... ] 是 test 命令的语法糖，[[ ... ]] 是 bash 扩展（支持正则与更安全比较）。变量必须加引号防止空值导致语法错误。

3.2 循环#

#!/bin/bash
# for 循环：遍历文件
for file in *.log; do
    echo "处理 $file"
done

# 数字循环
for i in $(seq 1 5); do
    echo "第 $i 次"
done

# while 循环：读取文件每一行
while IFS= read -r line; do
    echo "$line"
done < data.txt

要点：IFS= 防止行首尾空白被吃掉，-r 防止反斜杠转义——这是读取文件行的标准姿势。

3.3 函数#

#!/bin/bash

# 函数定义
log() {
    local level="$1"
    shift
    echo "[$level] $*"
}

# 调用
log INFO "构建开始"
log ERROR "构建失败"

要点：$1、$2 是位置参数，$* 是所有参数；local 声明局部变量，避免污染全局。

4. 严格模式与错误处理#

4.1 为什么需要严格模式#

Shell 脚本默认”宽容”：命令失败不报错、未定义变量当空值、管道只看最后一段结果。这种宽容在生产环境是灾难——脚本会带着错误状态继续执行，产生半成品数据。

4.2 set -euo pipefail#

生产脚本必须在开头启用严格模式：

#!/bin/bash
set -euo pipefail

4.3 trap 清理#

#!/bin/bash
set -euo pipefail

cleanup() {
    echo "清理临时文件..."
    rm -f /tmp/tmp.$$
}
trap cleanup EXIT

trap ... EXIT 保证脚本无论正常结束还是出错退出都会执行清理函数——这是”无论成败都要清理”的标准姿势。

5. 常用文本处理（概览）#

5.1 grep：行匹配#

grep -i "error" log.txt        # 忽略大小写
grep -v "^#" config.conf       # 排除注释行
grep -E "err|warn" log.txt     # 扩展正则，匹配多个词

5.2 sed：流编辑#

sed -i 's/old/new/g' file.txt   # 全局替换并写回
sed -n '10,20p' file.txt        # 打印第 10-20 行

5.3 awk：列处理与统计#

awk '{print $1, $3}' data.txt   # 打印第 1 列和第 3 列
awk 'END {print NR}' file.txt   # 统计行数
awk '{sum += $2} END {print sum}' data.txt  # 按第 2 列求和

详细用法见本模块《文本处理三剑客》。

6. 工程实践：部署脚本模板#

把以上知识组合成第一个”生产级”脚本：

#!/bin/bash
set -euo pipefail

APP_DIR="/opt/myapp"
VERSION="${1:?请提供版本号}"

echo "开始部署 v${VERSION}"

# 1. 拉取代码
git -C "$APP_DIR" fetch --tags
git -C "$APP_DIR" checkout "v${VERSION}"

# 2. 构建
(cd "$APP_DIR" && pnpm install --frozen-lockfile && pnpm build)

# 3. 重启服务（systemd 示例）
systemctl restart myapp
systemctl --no-pager status myapp

echo "部署完成"

要点：

• ${1:?...} 在缺少参数时直接报错退出
• (cd ... && ...) 在子 shell 中切换目录，不影响当前脚本
• 每步失败立即退出（set -e），不留半成品状态

7. 常见陷阱#

陷阱一：忘记引号。 rm $file 在文件名含空格时被拆成多个参数。所有变量加双引号。

陷阱二：不用严格模式。 命令失败继续执行，产生半成品状态。生产脚本必须 set -euo pipefail。

陷阱三：rm -rf 误删。 删除前先 echo 预览，使用 set -u 防止空变量导致 rm -rf /。

陷阱四：脚本不可移植。 避免 GNU 专属选项，或用 bash 明确 shebang。

陷阱五：忽略退出码。 command || { echo "失败"; exit 1; } 显式处理。