CentOS Stream 9入门学习教程，从入门到精通，CentOS Stream 9 中的 Shell 编程 —语法详解与实战案例(11）

知识分享小能手2025-12-11 11:14

CentOS Stream 9 中的 Shell 编程 ---语法详解与实战案例

一、Shell 编程概述

Shell 是操作系统的命令解释器，Shell 脚本是将多个 Shell 命令按逻辑组合成的可执行文件。

1.1 Shell 脚本概述

  • 本质：文本文件，包含一系列命令
  • 作用：自动化任务、系统管理、批量处理
  • 常见 Shell：bash（最常用）、sh、zsh、ksh
  • CentOS Stream 9 默认使用 bash

1.2 运行 Shell 脚本的几种方法

✅ 方法 1：赋予执行权限 + 直接运行（推荐）
bash 复制代码 
chmod +x script.sh
./script.sh
✅ 方法 2：使用解释器显式调用
bash 复制代码 
bash script.sh
sh script.sh
✅ 方法 3：使用 source 或 .（在当前 Shell 环境执行）
bash 复制代码 
source script.sh
. script.sh

⚠️ 区别：

  • ./script.sh：新开子进程，变量不继承回父 Shell
  • source script.sh：在当前 Shell 执行，变量可保留
✅ 案例：对比不同执行方式对变量的影响
bash 复制代码 
#!/bin/bash
# 文件名：test_exec.sh
echo "当前脚本 PID：$$"
MY_VAR="Hello from script"
export MY_VAR
echo "脚本内变量：$MY_VAR"
bash 复制代码 
# 终端执行：
chmod +x test_exec.sh

# 方式1：子进程执行 → 变量不会影响当前终端
./test_exec.sh
echo "终端变量：$MY_VAR"  # 输出空

# 方式2：source 执行 → 变量保留
source test_exec.sh
echo "终端变量：$MY_VAR"  # 输出：Hello from script

二、Shell 语法基础

2.1 变量类型

Shell 中变量无需声明类型，默认为字符串，支持：

  • 局部变量：仅在当前脚本/函数中有效
  • 环境变量 ：通过 export 导出，子进程可继承
  • 位置参数 ：$0（脚本名）、$1、$2...（参数）
  • 特殊变量 ：$?（上条命令返回值）、$$（当前 PID）、$#（参数个数）

2.2 变量定义和访问

➤ 定义变量
bash 复制代码 
name="Alice"
age=25
PI=3.14159

⚠️ 注意：

  • 等号 = 两边不能有空格
  • 变量名区分大小写
  • 首字符不能是数字
➤ 访问变量
bash 复制代码 
echo $name
echo ${name}   # 推荐使用花括号，避免歧义
➤ 变量赋值技巧
bash 复制代码 
# 默认值（变量未设置时使用）
echo ${USER_NAME:-"Guest"}

# 设置默认值（若未设置，则赋值）
echo ${USER_NAME:="DefaultUser"}

# 错误提示（若未设置则报错退出）
echo ${USER_NAME:?"USER_NAME 未定义！"}

# 删除匹配前缀/后缀
filename="report.txt"
echo ${filename%.txt}   # → report
echo ${filename#report.} # → txt

✅ 案例：安全获取用户输入并设置默认值

bash 复制代码 
#!/bin/bash
read -p "请输入用户名（默认 admin）: " INPUT_USER
USERNAME=${INPUT_USER:-"admin"}  # 若为空则用 admin
echo "最终用户名：$USERNAME"

2.3 引号的使用

引号类型 说明 示例
单引号 ' 原样输出，不解析变量和命令 echo '$HOME' → $HOME
双引号 " 解析变量和命令 echo "$HOME" → /home/alice
反引号 ````` 命令替换（旧式，不推荐） echo "当前目录：pwd"
$() 命令替换（推荐） echo "当前目录：$(pwd)"

✅ 案例：引号使用对比

bash 复制代码 
#!/bin/bash
name="Alice"
today=$(date +%Y-%m-%d)

echo 'Hello $name, today is $today'   # → Hello $name, today is $today
echo "Hello $name, today is $today"   # → Hello Alice, today is 2025-09-16
echo "当前用户：$(whoami)"            # → 当前用户：alice

2.4 命令替换

将命令的输出赋值给变量。

➤ 语法
bash 复制代码 
output=$(command)
# 或（旧式，不推荐）
output=`command`

✅ 案例：获取系统信息并格式化输出

bash 复制代码 
#!/bin/bash
HOSTNAME=$(hostname)
KERNEL=$(uname -r)
UPTIME=$(uptime -p)

echo "🖥️  主机名：$HOSTNAME"
echo "🐧 内核版本：$KERNEL"
echo "⏱️  运行时间：$UPTIME"

2.5 输入

➤ read 命令读取用户输入
bash 复制代码 
read variable
read -p "提示信息: " variable
read -s variable          # 静默输入（密码）
read -t 5 variable        # 5秒超时

✅ 案例：带超时和默认值的输入

bash 复制代码 
#!/bin/bash
echo "⏳ 请在5秒内输入文件名（默认：backup.tar.gz）："
read -t 5 -p "> " FILENAME

if [ -z "$FILENAME" ]; then
    FILENAME="backup.tar.gz"
    echo "⏰ 超时，使用默认值：$FILENAME"
else
    echo "✅ 输入文件名：$FILENAME"
fi

2.6 输出

➤ echo 输出
bash 复制代码 
echo "Hello"
echo -e "第一行\n第二行"  # 启用转义
echo -n "不换行"          # 不换行
➤ printf 格式化输出（推荐用于复杂格式）
bash 复制代码 
printf "姓名：%s，年龄：%d\n" "Alice" 25

✅ 案例：格式化输出磁盘使用率

bash 复制代码 
#!/bin/bash
DISK_USAGE=$(df / | awk 'NR==2 {print $5}' | sed 's/%//')

printf "📊 根分区使用率：%3d%%\n" "$DISK_USAGE"

if [ "$DISK_USAGE" -gt 80 ]; then
    printf "\033[31m⚠️  磁盘空间紧张！\033[0m\n"
elif [ "$DISK_USAGE" -gt 60 ]; then
    printf "\033[33m🔶 磁盘使用中等\033[0m\n"
else
    printf "\033[32m✅ 磁盘空间充足\033[0m\n"
fi

2.7 数组

➤ 索引数组（从0开始）
bash 复制代码 
# 定义
fruits=("apple" "banana" "cherry")

# 访问
echo ${fruits[0]}        # apple
echo ${fruits[@]}        # 所有元素
echo ${#fruits[@]}       # 元素个数

# 遍历
for fruit in "${fruits[@]}"; do
    echo "水果：$fruit"
done
➤ 关联数组（需 declare -A）
bash 复制代码 
declare -A user
user[name]="Alice"
user[age]=25
user[email]="alice@example.com"

echo "姓名：${user[name]}"
echo "邮箱：${user[email]}"

# 遍历键值对
for key in "${!user[@]}"; do
    echo "$key: ${user[$key]}"
done

✅ 案例：使用关联数组存储服务器信息

bash 复制代码 
#!/bin/bash
declare -A SERVERS

SERVERS["web01"]="192.168.1.10"
SERVERS["db01"]="192.168.1.11"
SERVERS["cache01"]="192.168.1.12"

echo "🌐 服务器列表："
for name in "${!SERVERS[@]}"; do
    printf "%-10s → %s\n" "$name" "${SERVERS[$name]}"
done

三、表达式

Shell 中表达式主要用于条件判断，使用 test 命令或 [ ]、[[ ]]。

四、Shell 控制结构

4.1 分支结构：if 语句

➤ 基本语法
bash 复制代码 
if [ condition ]; then
    commands
elif [ condition ]; then
    commands
else
    commands
fi
➤ 使用 [[ ]]（推荐，功能更强）
bash 复制代码 
if [[ $var == "yes" ]]; then
    echo "确认"
fi

✅ 案例：判断用户输入是否为数字

bash 复制代码 
#!/bin/bash
read -p "请输入一个数字: " INPUT

# 使用正则判断是否为数字
if [[ $INPUT =~ ^[0-9]+$ ]]; then
    echo "✅ $INPUT 是有效数字"
else
    echo "❌ $INPUT 不是数字"
fi

4.2 循环结构：for 语句

➤ 列表循环
bash 复制代码 
for item in item1 item2 item3; do
    echo $item
done
➤ C 风格循环
bash 复制代码 
for ((i=1; i<=5; i++)); do
    echo "第 $i 次循环"
done
➤ 遍历文件
bash 复制代码 
for file in *.txt; do
    echo "处理文件：$file"
done

✅ 案例：批量重命名 .log 文件

bash 复制代码 
#!/bin/bash
i=1
for file in *.log; do
    if [ -f "$file" ]; then
        newname="log_$(printf "%03d" $i).log"
        mv "$file" "$newname"
        echo "重命名：$file → $newname"
        ((i++))
    fi
done

4.3 循环结构：while 和 until 语句

➤ while 循环（条件为真时执行）
bash 复制代码 
count=1
while [ $count -le 5 ]; do
    echo "计数：$count"
    ((count++))
done
➤ until 循环（条件为假时执行）
bash 复制代码 
count=1
until [ $count -gt 5 ]; do
    echo "计数：$count"
    ((count++))
done

✅ 案例：猜数字游戏

bash 复制代码 
#!/bin/bash
target=$((RANDOM % 100 + 1))
guess=0

echo "🎮 猜数字游戏（1-100）"

while [ $guess -ne $target ]; do
    read -p "请输入你的猜测: " guess
    if [ $guess -lt $target ]; then
        echo "太小了！"
    elif [ $guess -gt $target ]; then
        echo "太大了！"
    else
        echo "🎉 恭喜你，猜对了！答案是 $target"
    fi
done

五、Shell 函数

5.1 函数的定义

bash 复制代码 
function_name() {
    commands
}

# 或
function function_name {
    commands
}

5.2 函数调用与参数传递

函数内使用 $1, $2, ... 获取参数，$@ 获取所有参数。

✅ 案例：带参数的问候函数

bash 复制代码 
#!/bin/bash
greet() {
    local name=${1:-"Guest"}  # 局部变量 + 默认值
    local time=$(date +%H)
    local msg=""

    if [ $time -lt 12 ]; then
        msg="早上好"
    elif [ $time -lt 18 ]; then
        msg="下午好"
    else
        msg="晚上好"
    fi

    echo "👋 $msg, $name!"
}

# 调用
greet "Alice"
greet "Bob"
greet          # 使用默认值

5.3 函数的返回值

  • 使用 return 返回整数（0-255），通常 0 表示成功
  • 使用 echo 输出字符串，调用时用 $() 捕获

✅ 案例：计算两数之和（两种返回方式）

bash 复制代码 
#!/bin/bash
# 方式1：return 返回状态码（不推荐用于数值）
add_return() {
    local sum=$(( $1 + $2 ))
    return $sum  # ❌ 错误！只能返回 0-255，且用于状态
}

# 方式2：echo 输出结果（推荐）
add_echo() {
    echo $(($1 + $2))
}

# 调用
result=$(add_echo 15 25)
echo "15 + 25 = $result"

# 错误示范（超过255会溢出）
add_return 200 100
echo "返回值：$?"  # 输出 44（300 % 256 = 44）

✅ 正确做法：用 echo 返回值，用 $? 返回状态

bash 复制代码 
safe_divide() {
    if [ $2 -eq 0 ]; then
        echo "错误：除数不能为零" >&2
        return 1
    else
        echo $(($1 / $2))
        return 0
    fi
}

result=$(safe_divide 10 2)
if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "结果：$result"
else
    echo "计算失败"
fi

六、Shell 进阶

6.1 test 命令及其别名

test 命令用于条件判断，等价于 [ ]。

bash 复制代码 
test -f file && echo "存在"
[ -f file ] && echo "存在"

[[ ]] 是 bash 扩展，支持更多功能（模式匹配、逻辑组合等）。

6.2 数值比较运算符

运算符 说明 示例
-eq 等于 [ $a -eq $b ]
-ne 不等于 [ $a -ne $b ]
-lt 小于 [ $a -lt $b ]
-le 小于等于 [ $a -le $b ]
-gt 大于 [ $a -gt $b ]
-ge 大于等于 [ $a -ge $b ]

✅ 案例：成绩等级判断

bash 复制代码 
#!/bin/bash
read -p "请输入成绩（0-100）: " score

if [ $score -ge 90 ]; then
    grade="A"
elif [ $score -ge 80 ]; then
    grade="B"
elif [ $score -ge 70 ]; then
    grade="C"
elif [ $score -ge 60 ]; then
    grade="D"
else
    grade="F"
fi

echo "成绩等级：$grade"

6.3 逻辑运算符

运算符 说明 示例
! 非 [ ! -f file ]
-a 与（旧） [ $a -gt 0 -a $a -lt 10 ]
-o 或（旧） [ $a -eq 1 -o $a -eq 2 ]
&& 与（推荐） [[ $a -gt 0 && $a -lt 10 ]]
` `

✅ 案例：验证用户名和密码

bash 复制代码 
#!/bin/bash
read -p "用户名: " USER
read -s -p "密码: " PASS
echo

if [[ "$USER" == "admin" && "$PASS" == "secret123" ]]; then
    echo -e "\n✅ 登录成功！"
else
    echo -e "\n❌ 用户名或密码错误！"
fi

6.4 字符串比较和检测运算符

运算符 说明 示例
= 或 == 等于 [[ $str1 == $str2 ]]
!= 不等于 [[ $str1 != $str2 ]]
-z 字符串长度为0 [[ -z $str ]]
-n 字符串长度非0 [[ -n $str ]]
=~ 正则匹配（仅[[） [[ $email =~ @ ]]

✅ 案例：邮箱格式验证

bash 复制代码 
#!/bin/bash
read -p "请输入邮箱: " email

if [[ $email =~ ^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$ ]]; then
    echo "✅ 邮箱格式正确"
else
    echo "❌ 邮箱格式错误"
fi

6.5 文件测试运算符

运算符 说明 示例
-e 文件存在 [ -e file ]
-f 普通文件 [ -f file ]
-d 目录 [ -d dir ]
-r 可读 [ -r file ]
-w 可写 [ -w file ]
-x 可执行 [ -x file ]
-s 文件非空 [ -s file ]
-nt file1 比 file2 新 [ file1 -nt file2 ]

✅ 案例：安全文件备份脚本

bash 复制代码 
#!/bin/bash
SOURCE="/etc/nginx/nginx.conf"
BACKUP_DIR="/backup"
DATE=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)
BACKUP_FILE="$BACKUP_DIR/nginx.conf.$DATE"

# 检查源文件
if [ ! -f "$SOURCE" ]; then
    echo "❌ 源文件不存在：$SOURCE"
    exit 1
fi

# 创建备份目录
mkdir -p "$BACKUP_DIR"

# 检查备份目录可写
if [ ! -w "$BACKUP_DIR" ]; then
    echo "❌ 备份目录不可写：$BACKUP_DIR"
    exit 1
fi

# 执行备份
cp "$SOURCE" "$BACKUP_FILE"

if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "✅ 备份成功：$BACKUP_FILE"
    ls -l "$BACKUP_FILE"
else
    echo "❌ 备份失败！"
fi

七、综合案例：自动化任务初探索

🎯 综合案例 1：自动化备份脚本（带日志和清理）

功能：备份指定目录，保留最近7天备份，记录日志

bash 复制代码 
#!/bin/bash
# 文件名：auto_backup.sh
# 功能：自动化备份 + 日志 + 清理旧备份

# ===== 配置 =====
SOURCE_DIR="/var/www/html"
BACKUP_DIR="/backup"
RETENTION_DAYS=7
LOG_FILE="/var/log/backup.log"

# ===== 函数定义 =====
log_message() {
    echo "$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S') - $1" | tee -a "$LOG_FILE"
}

create_backup() {
    local date_stamp=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)
    local backup_file="$BACKUP_DIR/backup_${date_stamp}.tar.gz"
    
    log_message "开始备份：$SOURCE_DIR → $backup_file"
    
    # 创建备份
    tar -czf "$backup_file" -C "$(dirname "$SOURCE_DIR")" "$(basename "$SOURCE_DIR")" 2>/dev/null
    
    if [ $? -eq 0 ]; then
        log_message "✅ 备份成功：$(du -h "$backup_file" | cut -f1)"
        return 0
    else
        log_message "❌ 备份失败！"
        return 1
    fi
}

cleanup_old_backups() {
    log_message "清理 $RETENTION_DAYS 天前的备份..."
    find "$BACKUP_DIR" -name "backup_*.tar.gz" -mtime +$RETENTION_DAYS -delete -print | \
    while read file; do
        log_message "🗑️  删除旧备份：$file"
    done
}

# ===== 主程序 =====
log_message "=== 备份任务开始 ==="

# 检查目录
mkdir -p "$BACKUP_DIR"
if [ ! -d "$SOURCE_DIR" ]; then
    log_message "❌ 源目录不存在：$SOURCE_DIR"
    exit 1
fi

# 执行备份
create_backup
if [ $? -ne 0 ]; then
    exit 1
fi

# 清理旧备份
cleanup_old_backups

log_message "=== 备份任务完成 ==="
echo

💡 使用方法：

bash 复制代码 
chmod +x auto_backup.sh
sudo ./auto_backup.sh
# 可添加到 crontab 定时执行

🎯 综合案例 2：批量用户管理脚本

功能：从文件读取用户名，批量创建/删除用户，设置密码

bash 复制代码 
#!/bin/bash
# 文件名：batch_user_manager.sh
# 用法：./batch_user_manager.sh create users.txt
#      ./batch_user_manager.sh delete users.txt

ACTION=$1
USER_FILE=$2

if [ $# -ne 2 ]; then
    echo "用法：$0 {create|delete} 用户文件"
    echo "用户文件格式：每行一个用户名"
    exit 1
fi

if [ ! -f "$USER_FILE" ]; then
    echo "❌ 用户文件不存在：$USER_FILE"
    exit 1
fi

create_user() {
    local username=$1
    if id "$username" >/dev/null 2>&1; then
        echo "⚠️  用户已存在：$username"
    else
        useradd -m -s /bin/bash "$username"
        echo "$username:DefaultPass123!" | chpasswd
        echo "✅ 创建用户：$username"
    fi
}

delete_user() {
    local username=$1
    if id "$username" >/dev/null 2>&1; then
        userdel -r "$username" 2>/dev/null
        echo "🗑️  删除用户：$username"
    else
        echo "⚠️  用户不存在：$username"
    fi
}

# 主循环
while IFS= read -r username; do
    # 跳过空行和注释
    [[ -z "$username" || "$username" =~ ^# ]] && continue
    
    case $ACTION in
        create)
            create_user "$username"
            ;;
        delete)
            delete_user "$username"
            ;;
        *)
            echo "❌ 未知操作：$ACTION"
            exit 1
            ;;
    esac
done < "$USER_FILE"

echo "🎉 批量用户操作完成！"

💡 用户文件示例（users.txt）：

复制代码 
alice
bob
charlie
# 这是注释
david

💡 使用：

bash 复制代码 
chmod +x batch_user_manager.sh
sudo ./batch_user_manager.sh create users.txt
sudo ./batch_user_manager.sh delete users.txt

🎯 综合案例 3：日志分析与告警脚本

功能：分析 Nginx 访问日志，统计 IP 访问次数，对高频 IP 发出警告

bash 复制代码 
#!/bin/bash
# 文件名：log_analyzer.sh
# 功能：分析日志，统计IP访问量，对异常IP告警

LOG_FILE=${1:-"/var/log/nginx/access.log"}
THRESHOLD=${2:-100}  # 默认阈值：100次
REPORT_FILE="/tmp/ip_report_$(date +%Y%m%d).txt"

echo "📊 分析日志文件：$LOG_FILE"
echo "🚨 告警阈值：$THRESHOLD 次访问"

# 检查日志文件
if [ ! -f "$LOG_FILE" ]; then
    echo "❌ 日志文件不存在：$LOG_FILE"
    exit 1
fi

# 提取IP并统计
echo "⏳ 正在统计IP访问次数..."
awk '{print $1}' "$LOG_FILE" | \
sort | \
uniq -c | \
sort -nr > "$REPORT_FILE"

echo "✅ 统计完成，报告保存至：$REPORT_FILE"
echo

# 显示前10名
echo "🔝 访问量前10的IP："
head -10 "$REPORT_FILE"
echo

# 检查异常IP
echo "🔍 检查异常访问IP（> $THRESHOLD 次）："
while read count ip; do
    if [ "$count" -gt "$THRESHOLD" ]; then
        echo -e "\033[31m⚠️  告警：IP $ip 访问 $count 次\033[0m"
        # 可在此处添加邮件告警或防火墙封禁
        # sudo firewall-cmd --permanent --add-rich-rule='rule family="ipv4" source address="$ip" drop'
    fi
done < "$REPORT_FILE"

echo
echo "📈 分析完成！"

💡 使用：

bash 复制代码 
chmod +x log_analyzer.sh
sudo ./log_analyzer.sh /var/log/nginx/access.log 50

✅ Shell 编程最佳实践

  1. 脚本开头 ：#!/bin/bash 明确解释器
  2. 变量引用 ：始终使用 "${var}" 避免空格问题
  3. 条件判断 ：优先使用 [[ ]] 而非 [ ]
  4. 错误处理 ：检查命令返回值 $?
  5. 函数封装：提高代码复用性
  6. 日志记录：重要操作记录日志
  7. 权限检查：执行前验证文件/目录权限
  8. 参数验证：检查参数个数和合法性
  9. 临时文件 ：使用 mktemp 创建安全临时文件
  10. 退出状态：脚本结束返回适当状态码（0=成功）

📚 附录：Shell 速查表

类别 语法/命令 说明
变量 name="value" 定义变量
echo "$name" 使用变量
${name:-default} 默认值
输入 read -p "提示" var 读取用户输入
输出 echo -e "Hello\nWorld" 启用转义
printf "%s %d\n" "Name" 25 格式化输出
数组 arr=("a" "b" "c") 索引数组
declare -A map; map[key]="value" 关联数组
条件判断 if [[ $a -eq $b ]]; then ... fi if 语句
循环 for i in {1..5}; do ... done for 循环
while [[ cond ]]; do ... done while 循环
函数 func() { ... } 定义函数
result=$(func arg) 获取函数返回值
文件测试 [ -f file ] 文件存在且为普通文件
数值比较 [ $a -gt $b ] 大于
字符串 [[ $str == "hello" ]] 字符串相等
正则 [[ $email =~ @ ]] 正则匹配

这份文档覆盖了 CentOS Stream 9 Shell 编程的全部核心知识点 + 语法细节 + 实用案例 + 综合项目，所有代码均含详细注释，可直接用于教学、自学或生产环境参考。

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