Shell脚本编程进阶实战：从入门到高效自动化

一、参数处理进阶：打造专业级CLI工具

1. 高级参数解析示例

bash

#!/bin/bash
# 专业级参数处理脚本
VERSION="1.2.0"
VERBOSE=false

usage() {
  cat <<EOF
脚本名称: $(basename "$0")
版本: $VERSION
用法: $0 [选项] [命令]

选项:
  -h, --help      显示帮助信息
  -v, --verbose   显示详细输出
  -V, --version   显示版本信息
  -f, --file FILE 指定输入文件
  -o, --output DIR 指定输出目录

命令:
  start     启动服务
  stop      停止服务
  restart   重启服务
EOF
}

# 使用getopt处理长选项
TEMP=$(getopt -o hvf:o:V --long help,verbose,file:,output:,version -n "$0" -- "$@")

eval set -- "$TEMP"

while true; do
  case "$1" in
    -h|--help) usage; exit 0 ;;
    -v|--verbose) VERBOSE=true; shift ;;
    -f|--file) INPUT_FILE="$2"; shift 2 ;;
    -o|--output) OUTPUT_DIR="$2"; shift 2 ;;
    -V|--version) echo "版本: $VERSION"; exit 0 ;;
    --) shift; break ;;
    *) echo "内部错误!"; exit 1 ;;
  esac
done

# 处理剩余的命令参数
COMMAND=${1:-}
shift

if $VERBOSE; then
  echo "[DEBUG] 输入文件: ${INPUT_FILE:-未设置}"
  echo "[DEBUG] 输出目录: ${OUTPUT_DIR:-未设置}"
  echo "[DEBUG] 执行命令: ${COMMAND:-未设置}"
fi

case "$COMMAND" in
  start) echo "启动服务..." ;;
  stop) echo "停止服务..." ;;
  restart) echo "重启服务..." ;;
  *) echo "错误: 未知命令 '$COMMAND'"; usage; exit 1 ;;
esac

2. 参数处理方式对比

二、函数库开发：构建可重用代码

1. 创建函数库文件 (lib/utils.sh)

bash

#!/bin/bash
# 实用函数库

# 彩色输出函数
color_echo() {
  local color=$1
  shift
  case $color in
    red) echo -e "\033[31m$*\033[0m" ;;
    green) echo -e "\033[32m$*\033[0m" ;;
    yellow) echo -e "\033[33m$*\033[0m" ;;
    blue) echo -e "\033[34m$*\033[0m" ;;
    *) echo "$*" ;;
  esac
}

# 检查命令是否存在
check_cmd() {
  type "$1" &> /dev/null
}

# 安全创建目录
safe_mkdir() {
  if [ ! -d "$1" ]; then
    mkdir -p "$1" || {
      color_echo red "无法创建目录: $1"
      return 1
    }
  fi
}

# 生成随机字符串
random_str() {
  local length=${1:-8}
  tr -dc 'a-zA-Z0-9' < /dev/urandom | head -c "$length"
}

2. 在脚本中使用函数库

bash

#!/bin/bash
# 加载函数库
source "$(dirname "$0")/lib/utils.sh"

# 使用库函数
color_echo blue "开始执行系统检查..."
check_cmd "docker" || color_echo red "错误: docker未安装"

WORK_DIR="/tmp/$(random_str 10)"
safe_mkdir "$WORK_DIR" || exit 1

color_echo green "工作目录已创建: $WORK_DIR"

三、错误处理与日志记录

1. 专业级错误处理框架

bash

#!/bin/bash
# 高级错误处理示例

set -Eeuo pipefail
trap 'error_handler $? $LINENO' ERR

LOG_FILE="/var/log/$(basename "$0").log"
exec 3>&1  # 保存原始stdout
exec >> "$LOG_FILE"  # 重定向所有输出到日志文件
exec 2>&1  # 重定向stderr到日志文件

error_handler() {
  local exit_code=$1
  local line_no=$2
  echo "[$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')] 错误: 脚本退出于行 $line_no，状态码 $exit_code" >&3
  
  # 发送错误通知
  send_alert "脚本错误" "脚本 $(basename "$0") 在行 $line_no 失败，退出码 $exit_code"
  
  exit "$exit_code"
}

send_alert() {
  local subject=$1
  local message=$2
  # 实现发送邮件或HTTP通知
  echo "发送警报: $subject - $message" >&3
}

# 主程序
echo "脚本启动于 $(date)" >&3
some_critical_operation
another_operation

2. 错误处理策略对比

四、并发处理：提升脚本性能

1. 并行任务处理示例

bash

#!/bin/bash
# 并行下载器

MAX_WORKERS=4
URL_LIST=(
  "https://example.com/file1.zip"
  "https://example.com/file2.zip"
  "https://example.com/file3.zip"
  "https://example.com/file4.zip"
  "https://example.com/file5.zip"
)

download_file() {
  local url=$1
  local filename=$(basename "$url")
  echo "开始下载: $filename"
  if curl -s -o "$filename" "$url"; then
    echo "下载完成: $filename"
    return 0
  else
    echo "下载失败: $filename"
    return 1
  fi
}

# 创建命名管道控制并发
fifo="/tmp/$.fifo"
mkfifo "$fifo"
exec 3<>"$fifo"
rm -f "$fifo"

# 初始化并发数
for ((i=0; i<MAX_WORKERS; i++)); do
  echo >&3
done

# 并行下载
for url in "${URL_LIST[@]}"; do
  read -u3 -t 1 || continue
  {
    download_file "$url"
    echo >&3
  } &
done

wait
exec 3>&-
echo "所有下载任务完成"

2. 并发技术对比

五、实战案例：系统监控与告警

1. 综合监控脚本

bash

#!/bin/bash
# 系统监控与告警脚本

CONFIG_FILE="/etc/monitor.conf"
THRESHOLDS=(
  "CPU=90"
  "MEM=85"
  "DISK=90"
)
ALERT_EMAIL="admin@example.com"
LOG_FILE="/var/log/system_monitor.log"

# 加载配置
[ -f "$CONFIG_FILE" ] && source "$CONFIG_FILE"

# 初始化阈值
declare -A thresholds
for item in "${THRESHOLDS[@]}"; do
  key=${item%=*}
  value=${item#*=}
  thresholds[$key]=$value
done

# 监控函数
check_cpu() {
  local usage=$(top -bn1 | grep "Cpu(s)" | sed "s/.*, *\([0-9.]*\)%* id.*/\1/" | awk '{print 100 - $1}')
  compare_threshold "CPU" "$usage"
}

check_memory() {
  local usage=$(free | awk '/Mem/{printf("%.0f"), $3/$2*100}')
  compare_threshold "MEM" "$usage"
}

check_disk() {
  df -h | awk '$NF=="/"{print $5}' | sed 's/%//' | while read -r usage; do
    compare_threshold "DISK" "$usage"
  done
}

compare_threshold() {
  local metric=$1
  local value=$2
  local threshold=${thresholds[$metric]}
  
  if [ "$value" -ge "$threshold" ]; then
    send_alert "$metric" "$value" "$threshold"
    log_alert "$metric" "$value" "$threshold"
  fi
}

send_alert() {
  local metric=$1
  local value=$2
  local threshold=$3
  local subject="[ALERT] ${metric}使用率过高"
  local message="${metric}使用率已达${value}%，超过阈值${threshold}%"
  
  echo "$message" | mail -s "$subject" "$ALERT_EMAIL"
  echo "[$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')] 警报已发送: $subject" >> "$LOG_FILE"
}

log_alert() {
  echo "[$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')] ${1}警报 - 当前: ${2}%, 阈值: ${3}%" >> "$LOG_FILE"
}

# 主监控循环
while true; do
  check_cpu
  check_memory
  check_disk
  sleep 300  # 5分钟间隔
done

2. 监控指标与工具对比

六、Shell脚本优化技巧

1. 性能优化对比表

2. 可读性优化示例

bash

# 差实践
for f in $(ls); do if [ -f "$f" ]; then c=$(wc -l < "$f"); if [ "$c" -gt 100 ]; then echo "$f"; fi; fi; done

# 好实践
for file in *; do
  if [ -f "$file" ]; then
    line_count=$(wc -l < "$file")
    if [ "$line_count" -gt 100 ]; then
      echo "$file"
    fi
  fi
done

# 更好实践 (使用find + awk)
find . -maxdepth 1 -type f -exec awk 'FNR==101{print FILENAME; exit}' {} +

七、跨平台兼容性处理

1. 兼容性检查表

2. 兼容性检测函数

bash

#!/bin/bash
# 跨平台兼容性处理

# 检测操作系统
detect_os() {
  case "$(uname -s)" in
    Linux*)  OS="Linux" ;;
    Darwin*) OS="macOS" ;;
    FreeBSD*) OS="FreeBSD" ;;
    *)       OS="UNKNOWN" ;;
  esac
  echo "检测到系统: $OS"
}

# 兼容性date命令
compatible_date() {
  local format=$1
  if date --version &>/dev/null; then  # GNU date
    date -d "$format" "+%Y-%m-%d %H:%M:%S"
  else  # BSD date
    date -j -f "%s" "$format" "+%Y-%m-%d %H:%M:%S"
  fi
}

# 兼容性sed命令
compatible_sed() {
  if sed --version &>/dev/null; then  # GNU sed
    sed -r "$@"
  else  # BSD sed
    sed -E "$@"
  fi
}

# 主程序
detect_os
echo "当前时间: $(compatible_date "now")"
echo "测试sed替换: $(echo "hello123" | compatible_sed 's/[0-9]+/456/')"

八、安全编程实践

1. Shell脚本安全清单

2. 安全模板脚本

bash

#!/bin/bash
# 安全脚本模板

set -euo pipefail
trap 'cleanup; exit 1' INT TERM EXIT

# 安全临时文件
TEMP_FILE=$(mktemp /tmp/secure_script.XXXXXX)

cleanup() {
  [ -f "$TEMP_FILE" ] && rm -f "$TEMP_FILE"
  echo "清理完成"
}

# 输入验证
validate_input() {
  local input=$1
  # 只允许字母数字
  if [[ ! "$input" =~ ^[a-zA-Z0-9._-]+$ ]]; then
    echo "错误: 输入包含非法字符" >&2
    exit 1
  fi
}

# 安全执行外部命令
safe_exec() {
  local cmd=$1
  local args=("${@:2}")
  
  # 验证命令存在
  if ! type "$cmd" &>/dev/null; then
    echo "错误: 命令未找到 '$cmd'" >&2
    return 1
  fi
  
  # 执行命令
  "$cmd" "${args[@]}"
}

# 主程序
main() {
  local user_input=$1
  validate_input "$user_input"
  
  echo "处理输入: $user_input" > "$TEMP_FILE"
  safe_exec wc -l "$TEMP_FILE"
}

main "$@"
trap - INT TERM EXIT
cleanup

通过以上进阶实战内容，你的Shell脚本将具备专业工具的品质，能够处理复杂任务，同时保持高效和安全。

记住，优秀的Shell脚本不在于代码量多少，而在于其可靠性、可维护性和执行效率。