SHELL(bash)脚本编程八：技巧

至此，我们介绍了linux系统中常用命令的使用方法，简述了bash程序的使用方法和工作流程。在使用bash编写脚本程序时，熟练掌握这些工具的用法，往往能够达到事半功倍的效果。

本文将通过讲述一些实例，试着探讨bash脚本编程的技巧。需要说明的是，这里的技巧是多角度寻求解决方案的思路，是建立在对各种命令和bash编程技法深刻理解的基础之上的。

1、笔试题

先来看某公司的两个笔试题：

1、写脚本实现，可以用shell、perl等。在目录/tmp下找到100个以abc开头的文件，然后把这些文件的第一行保存到文件new中。

分析：寻找名字符合某个模式的文件可以用find，但find不能控制寻找到的文件数量，也许可以用for循环控制一下，查看文件的第一行有许多方法，可以用head、sed等。

根据以上思路写出脚本：

#!/bin/bash
for name in `find /tmp -type f ! -empty -name 'abc*'`
do
    head -1 $name >> new && ((i++))
    [[ $i -eq 100 ]] && break
done

脚本中每次成功写入文件new中一行内容就令变量i自增，当i增长到100时，立即结束循环。

另一种方案：

#!/bin/bash
sed 100q <(head -qn1 $(find /tmp -type f -name 'abc*')) >new

此方案只有一条命令，也不难理解：$(find ...)部分获得文件名列表，<(head ...)部分获取每个文件的第一行(<(...)的用法请看这里)，最后sed 100q ... >new取前100行写入文件new。

2、写脚本实现，可以用shell、perl等。把文件b中有的，但是文件a中没有的所有行，保存为文件c，并统计c的行数。

问题没什么可分析的，直接的解决方案：

#!/bin/bash
cat b|while read line
do
    if ! grep -xq $line a;then
        echo $line >>c
    fi
done
wc -l c

脚本通过循环读取文件b中的每一行，判断该行，如果该行不属于文件a，则输出该行内容到文件c中，循环结束后用wc统计文件c的行数。

另一种方案：

#!/bin/bash
grep -vxf a b|tee c|wc -l

此方案利用grep的-f选项将文件a中的每行最为匹配模式匹配文件b的内容，-v表示不匹配，然后通过管道交给命令tee写入文件c中，然后在通过管道将标准输出交给wc命令统计行数。

2、清空日志

在使用linux服务器的过程当中，随着服务的长时间运行，有时会有删除服务日志的需求。由于日志文件正在被该服务所使用，并不能直接进行删除(准确说是：即使直接删除了，空间也没有得到释放，需要将服务重启)，比较好的做法是利用重定向清空该文件(如：>some.log)，既释放了空间，也不用重启服务。

但当需要清空的文件较多时，手动一个一个清空文件也有许多不方便，不如将需求写成脚本。

方案1：

#!/bin/bash
for log in `find /logs -name 'access_*.log'`
do
    >$i
done

脚本很容易理解，也可以用命令find /logs -name 'access_*.log' -exec cp /dev/null {} \;。

但仍是一个文件执行一次，能不能一次性执行完呢？

方案2：

#!/bin/bash
find /logs -name 'access_*.log'|xargs tee

此方案巧妙的利用了命令xargs和tee将find找到的文件一次性清空。

3、分发

假设要对一个较大文件分别给不同的程序处理，并收集处理结果。
通常的处理的办法可能是串行的处理该文件，但如果各个程序需要较长的处理时间，串行处理将不能有效的利用机器的性能，如果不同的处理程序在后台并发运行，类似这样：cat file|command1 &，cat file|command2 &，cat file|command3 &...

这样处理能充分发挥服务器性能，但它的一个问题是，如果文件较大，对内存的消耗也会很大。

一种解决方案是：

#!/bin/bash
cat file|tee >(command1) >(command2) ... > >(commandN)|cat

此种方案的一个问题是，多个处理结果是随机的，如果需要处理结果是有序的(比如按命令的顺序输出)，则不能满足需求。
另外，tee命令分发的速率是恒定的，所以只能按处理命令中最慢的速率分发，它们的输出将争用同一个管道，一定条件下，有可能造成死锁。

另一种解决方案：

#!/bin/bash
#定义处理函数
f() {
  mkfifo p{i,o}{1,2,3}
  command1 < pi1 > po1 &
  command2 < pi2 > po2 &
  command3 < pi3 > po3 &

  tee pi{1,2} > pi3 &
  cat po{1,2,3}
  rm -f p{i,o}{1,2,3}
}
cat file | f

此方案利用命名管道(见这里)处理分发及汇总各命令的输出，然后通过cat依次读取处理后的结果。

4、并发

我们在描述重定向与管道的文章中讲述过一种并发方式，下面介绍另一种。

我们说过，命令替换的问题是命令的立即执行然后等待结果，此时shell无法传入输入。bash使用一个称为进程替换的功能来弥补这些不足，进程替换实际上是命令替换和管道的组合，和命令替换类似，bash运行一个命令，但令其运行于后台而不再等待其完成。关键在于Bash为这条命令打开了一个用于读和写的管道，并且绑定到一个文件名，最后展开为结果。

利用进程替换的这一特性，可以想到另外一种并发的方式：

#!/bin/bash
#处理函数，假设该函数的处理结果有且只有一个值
sth_todo() {
    #需要对第一个参数处理的命令
    some_command $1
}
#文件数组，也可以是其他待处理数据
file_list=('<(sth_todo '{1..10}.log')') #展开形如：<(sth_todo 1.log) <(sth_todo 2.log) <(sth_todo 3.log) ...
#收集结果并赋值给数组
read -a result <<<$(eval cat "${file_list[@]}")
#输出
echo "${result[@]}"

脚本中需要注意的地方在于数组的赋值和eval的运用(见这里)。

当然处理函数并不一定只有唯一结果，如有其他结果，只需将收集结果部分做相应更改即可。

5、数组交、并、差集

假定有需要取两个数组的交集(或并集、差集)，简单的做法无非是两个循环对比两个数组中的每个值，取得相同的部分:

#!/bin/bash
list_1=(...)
list_2=(...)
for i in ${list_1[@]}
do
    for j in ${list_2[@]}
    do
        [[ "$i" == "$j" ]] && echo $i
    done
done

再看另一种方案：

list_1=(...)
list_2=(...)
#重置IFS值
IFS=$'\n'
#交集
grep -xf <(echo "${list_1[*]}") <<<"${list_2[*]}"
#并集
sort -u <<EOF
${ip[*]}
${ip_[*]}
EOF
#差集之一
grep -vxf <(echo "${list_1[*]}") <<<"${list_2[*]}"
#还原IFS
IFS=$' \t\n'

bash的一些特性和常用命令结合使用，使原本需要许多循环代码解决的问题变得“轻而易举”。但本例中，需要重点理解的是：IFS在数组扩展中的特性，命令grep和sort的运用，以及进程替换的使用。

6、大量数据处理

假如需要对大量小文件进行简单的文本替换，而文件量已达到不可一次性处理的程度(比如几百万个)。
此时如果采用一般的处理办法，例如

find . -name '*.html' -exec sed -i 's/xxxx/oooo/g' {} \;

或类似的命令，显然，这样一个文件接着一个文件串行处理将花费巨大的时间成本。

对于此类问题，需要在服务器性能和时间成本上做取舍，先给出处理方案：

#!/bin/bash
#取得待处理文件数组
A=($(find . -name '*.html'))
#每10000个文件后台循环处理
for((i=0;i<${#A[@]};i+=10000))
do
    sed -i 's@xxxx@oooo@g' ${A[@]:$i:10000} &
done
#等待所有进程退出
wait

此方案假定服务器资源可以随意使用，只为达到时间效率最大化。如果需要控制服务器资源消耗(主要是IO性能)，可以结合这一篇，控制并发的进程数量。

关于bash的文章，至此就告一段落了。

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