Лаб. работа "Язык командного энтерпритатора Shell"

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:

 1#!/bin/bash
 2
 3# Комментарий: Начало скрипта
 4
 5# Объявление переменных
 6VAR1="Hello"
 7VAR2="World"
 8
 9# Основная часть скрипта
10echo "$VAR1 $VAR2"   # Выводит "Hello World"
11
12# Завершение скрипта
13exit 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:

   1VAR="value"
   

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

   1echo $VAR
   

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

   1echo "Имя этого скрипта: $0"
   

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

   1read NAME
   2echo "Привет, $NAME!"
   

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

   1unset VAR
   

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

   1GREETING="Hello"
   2echo "$GREETING, world!"
   

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

   1export MY_VAR="value"
   

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

   1declare -A fruits
   2fruits[apple]="red"
   3fruits[banana]="yellow"
   4echo "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:

  1if условие; then
  2    команды_если_условие_истинно
  3else
  4    команды_если_условие_ложно
  5fi
  

  Пример:

  1if [ $x -gt 10 ]; then
  2    echo "x больше 10"
  3else
  4    echo "x не больше 10"
  5fi
  

• if-then (без else):

  1if условие; then
  2    команды_если_условие_истинно
  3fi
  

  Пример:

  1if [ -e $FILE ]; then
  2    echo "$FILE существует"
  3fi
  

• if-elif-else:

  1if условие1; then
  2    команды_если_условие1_истинно
  3elif условие2; then
  4    команды_если_условие2_истинно
  5else
  6    команды_если_все_условия_ложны
  7fi
  

  Пример:

  1if [ $x -gt 10 ]; then
  2    echo "x больше 10"
  3elif [ $x -eq 10 ]; then
  4    echo "x равно 10"
  5else
  6    echo "x меньше 10"
  7fi
  

• case:

   1case выражение in
   2    паттерн1)
   3        команды_если_паттерн1_соответствует
   4        ;;
   5    паттерн2)
   6        команды_если_паттерн2_соответствует
   7        ;;
   8    *)
   9        команды_если_нет_соответствия_ни_одному_паттерну
  10        ;;
  11esac
  

  Пример:

   1case $VAR in
   2    "value1")
   3        echo "Переменная равна value1"
   4        ;;
   5    "value2")
   6        echo "Переменная равна value2"
   7        ;;
   8    *)
   9        echo "Переменная не равна ни value1, ни value2"
  10        ;;
  11esac
  

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:

  1if [ $x -gt 10 ]; then
  2    echo "x больше 10"
  3fi
  

• Сравнение строк:

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

  Например:

  1if [ "$var" = "value" ]; then
  2    echo "Переменная равна value"
  3fi
  

• Файловые предикаты:

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

  Например:

  1if [ -e $FILE ]; then
  2    echo "$FILE существует"
  3fi
  

• Логические операции:

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

  Например:

  1if [ "$var" = "value1" -o "$var" = "value2" ]; then
  2    echo "Переменная равна value1 или value2"
  3fi
  

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:

  1while условие; do
  2    команды
  3done
  

  Например:

  1counter=0
  2while [ $counter -lt 10 ]; do
  3    echo $counter
  4    ((counter++))
  5done
  

• Цикл until:

  1until условие; do
  2    команды
  3done
  

  Например:

  1counter=0
  2until [ $counter -eq 10 ]; do
  3    echo $counter
  4    ((counter++))
  5done
  

• Цикл for (для перебора элементов в списке):

  1for переменная in список; do
  2    команды
  3done
  

  Например:

  1for i in {1..5}; do
  2    echo $i
  3done
  

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

  1for переменная in элемент1 элемент2 ... элементN; do
  2    команды
  3done
  

  Например:

  1for color in red green blue; do
  2    echo "Color: $color"
  3done
  

• Цикл select (для создания интерактивного меню):

  1select переменная in список; do
  2    команды
  3done
  

  Например:

  1select fruit in apple banana orange; do
  2    echo "Вы выбрали: $fruit"
  3    break
  4done
  

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:

  1программа_или_команда аргументы
  

  Например:

  1ls -l
  

• Использование переменных в качестве аргументов:

  1переменная="аргументы"
  2программа_или_команда $переменная
  

  Например:

  1directory="/path/to/directory"
  2ls $directory
  

• Подстановка вывода другой команды:

  1программа_или_команда $(другая_команда)
  

  Например:

  1files_count=$(ls | wc -l)
  2echo "В текущем каталоге $files_count файлов"
  

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

  1программа_или_команда `другая_команда`
  

  Например:

  1files_count=`ls | wc -l`
  2echo "В текущем каталоге $files_count файлов"
  

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

  1команда1 | команда2
  

  Например:

  1ls | grep ".txt"
  

• Перенаправление вывода (stdout и stderr):

  1программа_или_команда > файл
  2программа_или_команда >> файл (для добавления в конец файла)
  

  Например:

  1ls > file_list.txt
  

• Перенаправление ввода:

  1программа_или_команда < файл
  

  Например:

  1sort < 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:

  1let "результат = выражение"
  

  Например:

  1let "x = 10 + 5"
  2echo $x   # Выведет 15
  

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

  1результат=$((выражение))
  

  Например:

  1x=$((10 + 5))
  2echo $x   # Выведет 15
  

• Использование команды expr:

  1результат=$(expr выражение)
  

  Например:

  1x=$(expr 10 + 5)
  2echo $x   # Выведет 15
  

• Использование конструкции $((...)):

  1результат=$((выражение))
  

  Например:

  1x=$((10 + 5))
  2echo $x   # Выведет 15
  

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

  1результат=$(echo "выражение" | bc)
  

  Например:

  1x=$(echo "10.5 * 3" | bc)
  2echo $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:

1# Определение функции
2function my_function {
3    echo "Привет, это моя пользовательская функция!"
4}
5
6# Вызов функции
7my_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:

   1function my_function {
   2    echo "Привет, $1!"
   3}
   4
   5my_function "Мир"
   

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

2. Возврат значений из функции:

   1function add_numbers {
   2    local result=$(( $1 + $2 ))
   3    echo $result
   4}
   5
   6sum=$(add_numbers 5 3)
   7echo "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:

   1function my_function {
   2    local name="John"
   3    echo "Привет, $name!"
   4}
   5
   6my_function
   7echo "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:

    1function factorial {
    2    if [ $1 -le 1 ]; then
    3        echo 1
    4    else
    5        local prev=$(factorial $(( $1 - 1 )))
    6        echo $(( $1 * $prev ))
    7    fi
    8}
    9
   10result=$(factorial 5)
   11echo "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?