深入实践 Shell 脚本编程：高效自动化操作指南

一、什么是 Shell 脚本？

Shell 脚本是一种用 Shell 编写的脚本程序，用于执行一系列的命令。它是 Linux/Unix 系统中自动化管理任务的利器，能够显著提升工作效率，特别适合批量处理文件、监控系统状态、自动部署等任务。

二、Shell 脚本的基础语法

1. 脚本结构

Shebang 行 ：指定解释器路径。
bash 复制代码
```
#!/bin/bash
```
注释：以 # 开头的内容表示注释。
bash 复制代码
```
# 这是一个注释
```

2. 变量

定义变量 ：
bash 复制代码
```
NAME="Linux"
```
使用变量 ：
bash 复制代码
```
echo "Welcome to $NAME"
```
读取用户输入 ：
bash 复制代码
```
read USERNAME
echo "Hello, $USERNAME"
```

3. 条件语句

if 结构 ：

bash 复制代码

if [ condition ]; then
    echo "Condition met"
else
    echo "Condition not met"
fi

条件操作符 ：
- 文件判断：-e（存在）、-d（目录）、-f（文件）。
- 数值比较：-eq（等于）、-gt（大于）、-lt（小于）。
- 字符串比较：=（等于）、!=（不等）。

4. 循环

for 循环 ：

bash 复制代码

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

while 循环 ：

bash 复制代码

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

5. 函数

定义函数 ：

bash 复制代码

my_function() {
    echo "This is a function"
}

调用函数 ：
bash 复制代码
```
my_function
```

三、Shell 脚本实战案例

1. 文件批量处理

需求：批量将 .log 文件重命名为带时间戳的文件名。

代码示例：

bash 复制代码

#!/bin/bash

for file in *.log; do
    timestamp=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)
    mv "$file" "${file%.log}_$timestamp.log"
    echo "Renamed $file to ${file%.log}_$timestamp.log"
done

执行方法：

保存为 rename_logs.sh。

运行脚本：

bash 复制代码

chmod +x rename_logs.sh
./rename_logs.sh

2. 系统监控脚本

需求：定时监控系统的 CPU 和内存使用情况。

代码示例：

bash 复制代码

#!/bin/bash

while true; do
    echo "CPU Usage: $(top -bn1 | grep "Cpu(s)" | awk '{print $2 + $4}')%"
    echo "Memory Usage: $(free -m | awk '/Mem:/ {printf "%.2f%%\n", $3/$2 * 100}')"
    sleep 5
done

执行方法：

bash 复制代码

chmod +x monitor.sh
./monitor.sh

3. 自动备份脚本

需求：自动将指定目录下的文件压缩备份到 /backup 目录，并保留最近 7 天的备份。

代码示例：

bash 复制代码

#!/bin/bash

SOURCE_DIR="/path/to/source"
BACKUP_DIR="/backup"
DATE=$(date +%Y%m%d)

mkdir -p "$BACKUP_DIR"
tar -czf "$BACKUP_DIR/backup_$DATE.tar.gz" "$SOURCE_DIR"

# 删除 7 天前的备份
find "$BACKUP_DIR" -type f -mtime +7 -exec rm -f {} \;
echo "Backup completed and old backups cleaned."

执行方法：

bash 复制代码

chmod +x backup.sh
./backup.sh

4. 自动检测网络状态

需求：检测一组 IP 地址是否可达，并记录到日志文件。

代码示例：

bash 复制代码

#!/bin/bash

IP_LIST=("8.8.8.8" "1.1.1.1" "192.168.0.1")
LOG_FILE="network_status.log"

for ip in "${IP_LIST[@]}"; do
    if ping -c 1 $ip > /dev/null 2>&1; then
        echo "$(date): $ip is reachable" >> $LOG_FILE
    else
        echo "$(date): $ip is unreachable" >> $LOG_FILE
    fi
done

执行方法：

bash 复制代码

chmod +x check_network.sh
./check_network.sh

5. 用户管理脚本

需求：批量创建用户并设置默认密码。

代码示例：

bash 复制代码

#!/bin/bash

USER_LIST=("user1" "user2" "user3")
DEFAULT_PASSWORD="password123"

for user in "${USER_LIST[@]}"; do
    if id "$user" &>/dev/null; then
        echo "User $user already exists."
    else
        useradd "$user"
        echo "$DEFAULT_PASSWORD" | passwd --stdin "$user"
        echo "User $user created with default password."
    fi
done

执行方法：

bash 复制代码

sudo chmod +x create_users.sh
sudo ./create_users.sh

四、Shell 脚本调试与优化

1. 调试脚本

开启调试模式 ：添加 set -x，逐行输出执行过程。
bash 复制代码
```
set -x
```
检查错误 ：使用 $? 检查上一条命令的执行结果。

2. 提高脚本效率

使用 xargs 批量处理：
bash 复制代码
```
ls *.log | xargs rm
```
避免使用子进程，尽量用内建命令。

3. 增强可读性

增加注释，解释每段代码的功能。
使用函数组织代码逻辑。

五、Shell 脚本进阶技巧

1. 使用数组

定义数组：
bash 复制代码
```
my_array=("value1" "value2" "value3")
```

遍历数组：

bash 复制代码

for item in "${my_array[@]}"; do
    echo $item
done

2. 使用正则表达式

匹配字符串：

bash 复制代码

if [[ $string =~ ^[0-9]+$ ]]; then
    echo "This is a number."
fi

3. 捕获信号

捕获 Ctrl+C 信号并执行清理操作：
bash 复制代码
```
trap "echo 'Interrupt signal received'; exit" SIGINT
```

六、Shell 脚本学习资源

1. 推荐书籍

《Shell 编程技术》
《Linux Shell 脚本攻略》

2. 在线资源

Linux Command
B 站 Shell 脚本入门教程。

3. 实践平台

使用本地虚拟机（如 VirtualBox）或云服务器（如 AWS、Google Cloud）。

七、总结

Shell 脚本是 Linux 系统管理的重要工具，其简单、高效、灵活的特性使其在自动化操作中不可或缺。通过掌握基础语法和实战案例，你可以在工作中实现各种自动化任务，提升工作效率。

下一步实践：

将上述案例改进为适应你的实际需求。
学习结合 awk 和 sed 编写更复杂的脚本。
使用定时任务（crontab）将脚本应用到生产环境。