Shell 脚本编程

本篇定位

系统掌握 Bash 脚本：从 Shell 概念、变量、运算与测试，到条件、循环、函数、数组、输入输出、信号陷阱和调试，最后给出可直接改造使用的生产实战脚本，能独立编写自动化运维小工具。

一、Shell 概述

1.1 什么是 Shell

Shell 是命令解释器，位于用户（应用程序）和操作系统内核之间：它把用户输入的命令解释给内核执行，再把结果返回给用户。登录后看到的命令行界面就是 Shell 提供的。

应用程序 → Shell → 操作系统内核 → 硬件

常见 Shell：

Shell	说明
bash	GNU Bourne Again Shell，多数发行版默认，功能全
sh	早期 Bourne Shell（现代常是 bash/dash 的软链）
zsh	交互体验强、补全丰富（macOS 默认）
dash	轻量，Debian/Ubuntu 中 /bin/sh 常指向它

bash

echo $SHELL          # 当前登录 Shell
cat /etc/shells      # 系统可用的 Shell
bash --version       # bash 版本

1.2 脚本结构与 shebang

Shell 脚本是把多条命令写进一个文本文件批量执行。第一行的 #! 叫 shebang，指定用哪个解释器执行：

bash

#!/bin/bash
# 或 #!/usr/bin/env bash（通过 env 查找，移植性更好）

1.3 注释

bash

# 单行注释（# 后到行尾）

: <<'EOF'
多行注释（块注释），EOF 之间都是注释
第二行
EOF

1.4 运行方式

bash

bash script.sh          # 用 bash 解释执行，无需可执行权限
./script.sh             # 直接运行，需要可执行权限 + shebang
source script.sh        # 在当前 Shell 中执行（. script.sh），不开启子进程

bash

chmod +x script.sh      # 赋予执行权限

source 与直接执行的区别

bash script.sh / ./script.sh 会开启子 Shell，脚本里设置的变量、cd 等不影响当前终端；
source（.）在当前 Shell 执行，常用于加载环境变量配置（如 source ~/.bashrc）。

1.5 开发规范

文件名见名知意，一般 .sh 结尾（如 backup_mysql.sh）；
脚本开头写注释：用途、作者、日期；
复杂逻辑加注释，缩进统一（4 空格）；
变量用 ${var}、路径/变量加引号防止空格问题；
重要操作先判断、给出提示。

二、变量

2.1 定义与引用

bash

name="tom"            # 赋值：等号两侧【不能有空格】
echo $name            # 引用
echo "${name}_log"    # 花括号明确变量边界

2.2 本地变量与环境变量

bash

local_var=123                 # 本地变量，仅当前 Shell 有效
export GLOBAL_VAR=abc         # 环境变量，子进程可继承
env | grep GLOBAL             # 查看环境变量

2.3 特殊变量

变量	含义
`$0`	脚本/程序名
`$1`…`$9`	第 1…9 个位置参数
`${10}`	第 10 个参数（超过 9 用花括号）
`$#`	参数个数
`$@` / `$*`	所有参数（加双引号时 `$@` 保持各参数独立，推荐）
`$?`	上一条命令的退出状态（0 成功，非 0 失败）
`$$`	当前 Shell/脚本 PID
`$!`	最近一个后台进程的 PID

bash

#!/bin/bash
echo "脚本名: $0"
echo "参数个数: $#"
echo "第一个参数: $1"
echo "所有参数: $@"

2.4 只读与删除

bash

readonly PI=3.14          # 只读，不可修改
unset name                # 删除变量

2.5 命令替换

把命令的输出赋给变量：

bash

today=$(date +%F)         # 推荐写法
today=`date +%F`          # 旧式反引号
files=$(ls /etc)

2.6 引号区别（重要）

引号	行为
单引号 `'...'`	原样输出，变量、命令不展开
双引号 `"..."`	变量 `$`、命令替换会展开（推荐默认用双引号）
反引号 `...`	命令替换（建议用 `$( )`）

bash

name=tom
echo 'hello $name'        # hello $name
echo "hello $name"        # hello tom

2.7 declare

bash

declare -i num=10         # 整数类型
declare -r ro=abc         # 只读
declare -x export_var=1   # 导出为环境变量
declare -l/-u str         # 转小写/大写

三、运算与测试

3.1 算术运算

bash

# $(( )) 整数运算（最常用）
a=3; b=2
echo $((a + b))          # 加
echo $((a - b))
echo $((a * b))
echo $((a / b))
echo $((a % b))          # 取余
echo $((a ** b))         # 幂
((a++))                  # 自增
((a += 5))

let "c = a + b"          # let 算术
expr $a + $b             # expr（运算符两侧需空格，老式）
echo "scale=2; 10/3" | bc   # bc 支持小数

3.2 test 与 [ ]

test 和 [ ] 等价（[ 后、] 前必须有空格），用于条件判断。

数值比较：

写法	含义
`-eq` / `-ne`	等于 / 不等于
`-gt` / `-ge`	大于 / 大于等于
`-lt` / `-le`	小于 / 小于等于

字符串比较：

写法	含义
`=` / `==`	相等
`!=`	不等
`-z "$s"`	字符串为空（长度 0）
`-n "$s"`	字符串非空

文件测试：

写法	含义
`-e file`	文件/目录存在
`-f file`	是普通文件
`-d file`	是目录
`-r/-w/-x file`	可读/写/执行
`-s file`	存在且非空
`-L file`	是软链接
`file1 -nt/-ot file2`	比 file2 新 / 旧

bash

test -f /etc/passwd && echo "存在"
[ -d /etc ] && echo "是目录"
[ "$name" = "tom" ] && echo "匹配"

3.3 [[ ]] 进阶

[[ ]] 是 bash 增强，支持 &&、||、模式匹配、正则，更安全（推荐 bash 脚本使用）：

bash

[[ -f /etc/hosts && -r /etc/hosts ]] && echo "存在且可读"
[[ "$file" == *.tar.gz ]] && echo "压缩包"
[[ "$str" =~ ^[0-9]+$ ]] && echo "是数字"      # 正则匹配

3.4 逻辑运算

bash

[ 条件1 ] && [ 条件2 ]      # 与
[ 条件1 ] || [ 条件2 ]      # 或
! [ 条件 ]                  # 非
command1 && command2        # cmd1 成功才执行 cmd2
command1 || command2        # cmd1 失败才执行 cmd2

四、条件判断

4.1 if 语句

bash

if 条件; then
    命令
elif 条件; then
    命令
else
    命令
fi

bash

#!/bin/bash
read -p "请输入分数: " score
if [ "$score" -ge 90 ]; then
    echo "优秀"
elif [ "$score" -ge 60 ]; then
    echo "及格"
else
    echo "不及格"
fi

4.2 case 分支

适合多值匹配（模式 + )）：

bash

case 变量 in
模式1)
    命令 ;;
模式2|模式3)
    命令 ;;
*)
    默认命令 ;;
esac

bash

read -p "继续吗?(y/n): " ans
case "$ans" in
y|Y|yes) echo "执行" ;;
n|N|no)   echo "退出" ;;
*)        echo "无效输入" ;;
esac

五、循环

5.1 for 循环

bash

# 遍历
for 变量 in 值1 值2 值3; do
    命令
done

for i in {1..5}; do echo $i; done
for f in /etc/*.conf; do echo "$f"; done

# C 风格
for ((i=1; i<=5; i++)); do
    echo $i
done

5.2 while 循环

bash

while 条件; do
    命令
done

i=1
while [ "$i" -le 5 ]; do
    echo $i
    ((i++))
done

逐行读取文件（处理文本常用）：

bash

while IFS= read -r line; do
    echo "行内容: $line"
done < /etc/hosts

IFS= 保留行首空格，-r 不转义反斜杠，是读取文件行的标准写法。

5.3 until 循环

条件为假时一直执行（与 while 相反）：

bash

until [ "$i" -gt 5 ]; do
    echo $i
    ((i++))
done

5.4 break / continue

bash

break        # 跳出整个循环
continue     # 跳过本次，进入下一次
break 2      # 跳出外层循环（数字指定层数）

5.5 seq 与遍历

bash

seq 1 5              # 生成 1-5
seq 1 2 10           # 从 1 步长 2 到 10
for i in $(seq 1 5); do echo $i; done

六、函数

6.1 定义

bash

函数名() {
    命令
}

# 或
function 函数名 {
    命令
}

6.2 调用与参数

bash

#!/bin/bash
greet() {
    echo "hello, $1"
}
greet tom          # 调用并传参，函数内 $1、$#、$@ 是函数自己的参数

6.3 返回值

bash

add() {
    return $(( $1 + $2 ))     # return 返回【状态码】0-255
}
add 3 5; echo $?

calc() {
    echo $(( $1 * 2 ))        # 用 echo 输出实际值，$(calc) 接收
}
result=$(calc 10)

return 只能返回 0-255

return 返回的是退出状态码，不是任意数值。要返回计算结果，用 echo/printf 输出，再通过命令替换 $(函数) 获取。

6.4 局部变量

bash

test_func() {
    local x=10          # local 仅函数内有效，避免污染全局
    echo $x
}

6.5 函数库

把常用函数集中到一个库文件，用 source 引入：

bash

# mylib.sh
pkg_check() { rpm -q "$1" &>/dev/null && echo "$1 已装" || echo "$1 未装"; }

# 主脚本
source ./mylib.sh
pkg_check nginx

七、数组

7.1 普通数组

bash

arr=(a b c d)              # 定义
echo "${arr[0]}"           # 取第 0 个
echo "${arr[@]}"           # 所有元素
echo "${#arr[@]}"          # 元素个数
echo "${!arr[@]}"          # 所有索引
arr[4]=e                   # 添加/修改
unset arr[1]               # 删除元素

# 遍历
for item in "${arr[@]}"; do
    echo $item
done

7.2 关联数组（键值对）

bash

declare -A person
person=([name]=tom [age]=20 [city]=cd)
echo "${person[name]}"
for key in "${!person[@]}"; do
    echo "$key = ${person[$key]}"
done

八、输入输出

8.1 read 交互

bash

read name                  # 读取输入到变量
read -p "用户名: " user    # 提示信息
read -s -p "密码: " pwd    # -s 静默（输入不显示，用于密码）
read -t 5 var              # 超时时间
read -n 1 key              # 只读 1 个字符

8.2 echo / printf

bash

echo "hello"
echo -n "不换行"
echo -e "a\tb"             # -e 解释转义符

printf "%s\t%d\n" "tom" 20  # printf 格式化（类似 C）

8.3 重定向

bash

cmd > file        # 标准输出覆盖
cmd >> file       # 追加
cmd 2> err.log    # 标准错误
cmd > file 2>&1   # 正确和错误都写入
cmd &> file       # 同上简写
cmd 2>/dev/null   # 丢弃错误
cmd1 | cmd2       # 管道

九、信号与陷阱

9.1 trap 捕获信号

trap 在脚本收到指定信号时执行命令，常用于清理临时文件、优雅退出：

bash

#!/bin/bash
cleanup() {
    echo "收到退出信号，清理中..."
    rm -f /tmp/tempfile
    exit 0
}
trap cleanup INT TERM        # 捕获 Ctrl+c(INT)、TERM
trap '' INT                  # 信号后空字符串表示忽略

touch /tmp/tempfile
while true; do sleep 1; done

9.2 退出钩子 EXIT

bash

trap 'echo 脚本结束' EXIT    # 无论正常退出还是异常，都会执行

9.3 kill 信号回顾

常用信号：1 HUP、2 INT(Ctrl+c)、9 KILL、15 TERM、20 TSTP(Ctrl+z)、18 CONT、19 STOP，详见进程与服务管理。

十、调试

10.1 调试选项

bash

bash -x script.sh       # 跟踪执行，每条命令展开后显示（最常用，+ 前缀）
bash -n script.sh       # 只检查语法错误，不执行
bash -v script.sh       # 执行前打印每一行
bash -x -e script.sh    # 遇错即停并跟踪

10.2 脚本内 set

bash

set -x        # 开启调试跟踪
set +x        # 关闭调试
set -e        # 命令失败（非0）立即退出
set -u        # 使用未定义变量时报错
set -o pipefail   # 管道中任一命令失败整个管道算失败

生产脚本推荐开头

bash

#!/bin/bash
set -euo pipefail     # 遇错停、未定义变量报错、管道失败可感知

10.3 常见错误

错误	原因
`command not found`	路径/拼写问题，cron 中 PATH 不全
`[: missing ]`	`[` 后或 `]` 前缺空格
变量为空导致判断异常	变量没加双引号、未定义
赋值报错	等号两侧有空格
整数表达式错误	`[ ]` 数值比较用了 `>`（应 `-gt`）

十一、实战脚本集

11.1 系统巡检

bash

#!/bin/bash
# syscheck.sh：系统健康巡检
echo "===== 主机信息 ====="
hostname; uptime
echo "===== CPU/内存 ====="
free -h
echo "===== 磁盘使用 ====="
df -h | grep -v tmpfs
echo "===== TOP5 CPU 进程 ====="
ps -eo pid,pcpu,pmem,comm --sort=-pcpu | head -6
echo "===== 监听端口 ====="
ss -tunlp | head
echo "===== 失败登录次数 ====="
lastb 2>/dev/null | wc -l

11.2 批量建用户

bash

#!/bin/bash
# batch_user.sh：从文件批量创建用户
while IFS= read -r user; do
    id "$user" &>/dev/null && echo "$user 已存在" && continue
    useradd -m "$user"
    echo "Default@123" | passwd --stdin "$user" &>/dev/null
    echo "$user 创建成功"
done < users.txt

Ubuntu 没有 passwd --stdin，改用 echo "$user:Default@123" | chpasswd。

11.3 定时备份

bash

#!/bin/bash
# backup.sh：备份网站数据
set -e
SRC=/data/www
DEST=/data/backup
DATE=$(date +%F)
mkdir -p "$DEST"
tar -czf "$DEST/www_$DATE.tar.gz" "$SRC"
# 删除 7 天前的备份
find "$DEST" -name "www_*.tar.gz" -mtime +7 -delete
echo "$DATE 备份完成"

11.4 日志清理

bash

#!/bin/bash
# log_clean.sh：清理过期日志
find /var/log/myapp -name "*.log" -mtime +30 -delete
# 清空超大当前日志
find /var/log -name "*.log" -size +500M -exec truncate -s 0 {} \;

11.5 服务状态检查

bash

#!/bin/bash
# svc_check.sh：检查服务是否运行，异常则重启并告警
SERVICES=(nginx crond sshd)
for svc in "${SERVICES[@]}"; do
    if systemctl is-active --quiet "$svc"; then
        echo "$svc 正常"
    else
        echo "$svc 异常，尝试重启"
        systemctl restart "$svc"
        # 可加告警：curl/邮件/钉钉 webhook
    fi
done

面试自测

Shell 是什么？bash、sh、zsh、dash 有什么区别？
#!/bin/bash（shebang）的作用？
运行脚本的三种方式（bash、./、source）有何区别？
本地变量和环境变量的区别？如何让子进程看到变量？
$? $# $@ $0 $$ $! 分别是什么？
单引号和双引号的区别？
整数运算有哪些方式？如何做小数运算？
[ ] 和 [[ ]] 的区别？
-eq/-gt 和 =/!=、-f/-d/-z 分别用于什么比较？
while 如何逐行读取文件？为什么用 IFS= read -r？
函数如何传参、如何返回数值结果？local 的作用？
普通数组和关联数组怎么定义和遍历？
trap 是干什么的？典型使用场景？
set -euo pipefail 分别什么含义？
如何调试 Shell 脚本？

Shell 脚本编程 ​

一、Shell 概述 ​

1.1 什么是 Shell ​

1.2 脚本结构与 shebang ​

1.3 注释 ​

1.4 运行方式 ​

1.5 开发规范 ​

二、变量 ​

2.1 定义与引用 ​

2.2 本地变量与环境变量 ​

2.3 特殊变量 ​

2.4 只读与删除 ​

2.5 命令替换 ​

2.6 引号区别（重要） ​

2.7 declare ​

三、运算与测试 ​

3.1 算术运算 ​

3.2 test 与 [ ] ​

3.3 [[ ]] 进阶 ​

3.4 逻辑运算 ​

四、条件判断 ​

4.1 if 语句 ​

4.2 case 分支 ​

五、循环 ​

5.1 for 循环 ​

5.2 while 循环 ​

5.3 until 循环 ​

5.4 break / continue ​

5.5 seq 与遍历 ​

六、函数 ​

6.1 定义 ​

6.2 调用与参数 ​

6.3 返回值 ​

6.4 局部变量 ​

6.5 函数库 ​

七、数组 ​

7.1 普通数组 ​

7.2 关联数组（键值对） ​

八、输入输出 ​

8.1 read 交互 ​

8.2 echo / printf ​

8.3 重定向 ​

九、信号与陷阱 ​

9.1 trap 捕获信号 ​

9.2 退出钩子 EXIT ​

9.3 kill 信号回顾 ​

十、调试 ​

10.1 调试选项 ​

10.2 脚本内 set ​

10.3 常见错误 ​

十一、实战脚本集 ​

11.1 系统巡检 ​

11.2 批量建用户 ​

11.3 定时备份 ​

11.4 日志清理 ​

11.5 服务状态检查 ​

面试自测 ​

相关速查 ​

Shell 脚本编程

一、Shell 概述

1.1 什么是 Shell

1.2 脚本结构与 shebang

1.3 注释

1.4 运行方式

1.5 开发规范

二、变量

2.1 定义与引用

2.2 本地变量与环境变量

2.3 特殊变量

2.4 只读与删除

2.5 命令替换

2.6 引号区别（重要）

2.7 declare

三、运算与测试

3.1 算术运算

3.2 test 与 [ ]

3.3 [[ ]] 进阶

3.4 逻辑运算

四、条件判断

4.1 if 语句

4.2 case 分支

五、循环

5.1 for 循环

5.2 while 循环

5.3 until 循环

5.4 break / continue

5.5 seq 与遍历

六、函数

6.1 定义

6.2 调用与参数

6.3 返回值

6.4 局部变量

6.5 函数库

七、数组

7.1 普通数组

7.2 关联数组（键值对）

八、输入输出

8.1 read 交互

8.2 echo / printf

8.3 重定向

九、信号与陷阱

9.1 trap 捕获信号

9.2 退出钩子 EXIT

9.3 kill 信号回顾

十、调试

10.1 调试选项

10.2 脚本内 set

10.3 常见错误

十一、实战脚本集

11.1 系统巡检

11.2 批量建用户

11.3 定时备份

11.4 日志清理

11.5 服务状态检查

面试自测

相关速查