SOP lab nr 5

Tworzenie skryptów powłoki systemu operacyjnego

Czas realizacji zajęć: 135 min.

Zakres materiału, jaki zostanie zrealizowany podczas zajęć: Zmienne środowiskowe oraz ich eksportowanie, argumenty wywołania skryptów, instrukcja warunkowa, pętle, pobieranie wartości w trakcie wykonywania skryptu, uruchamianie skryptów z debugowaniem.

Interpreter poleceń oraz zmienne środowiskowe

Interpreter poleceń nazywany inaczej także powłoką systemową pośredniczy pomiędzy użytkownikiem a funkcjami systemu operacyjnego. Powłoka systemowa pobiera dane i polecenia od użytkownika i przekazuje je do wykonania do jądra systemu operacyjnego. Dostępnych jest wiele różnych powłok, z których najpopularniejsze wydają się następujące:

• interpreter Korna - uruchamiany poleceniem ksh,
• interpreter tcsh oraz
• najpopularniejszy i najpowszechniej obecnie stosowany bash (ang. Bourne Again Shell).

Wszystkie dalsze przykłady będą prezentowane właśnie dla powłoki bash.

Zmienne środowiskowe to bardzo wygodny i uniwersalny sposób konfigurowania i parametryzowania powłok systemowych i - za ich pomocą - także innych programów. Dostępne zmienne środowiskowe tworzą tzw. środowisko wykonania procesu - środowisko to jest kopiowane do wszystkich nowych procesów, a więc modyfikacje zmiennych wykonane w powłoce są widoczne we wszystkich programach uruchomionych przy użyciu tej powłoki. Każdy użytkownik może definiować dowolną ilość własnych zmiennych oraz przypisywać im dowolne wartości. Aby zdefiniować zmienną środowiskową należy zastosować operator przypisania (znak "=") w następujący sposób:

ZMIENNA=wartosc

W tym wypadku ciąg znaków ZMIENNA to nazwa zmiennej, a wartosc to jej wartość - należy zwrócić uwagę, że pomiędzy nazwą zmiennej, operatorem przypisania i wartością nie może być spacji. Odwołanie się do wartości zmiennej jest możliwe dzięki specjalnemu znakowi $; np. wyświetlenie wartości zmiennej na ekranie jest możliwe z wykorzystaniem polecenia echo, które wyświetla linię tekstu oraz wartości zmiennej pobranej znakiem $:

SYSTEM=Unix
echo $SYSTEM
Unix

Polecenie systemowe

set

pozwala wyświetlić wartości wszystkich zmiennych środowiskowych, a polecenie

unset

usuwa zmienną środowiskową, oto przykład:

unset SYSTEM

Jak wspomniano środowisko wykonania procesu jest przekazywane do procesów potomnych - jednak nie wszystkie zmienne powłoki muszą być przekazywane do uruchamianych programów. Zmienne, które są przekazywane nazywa się zmiennymi eksportowanymi, a zmienne, które nie są przekazywane, nazywa się zmiennymi lokalnymi. Z reguły nowo tworzone zmienne są początkowo zmiennymi lokalnymi i niezbędne jest jawne wskazanie, że mają być zmiennymi eksportowanymi. Nazywa się to eksportowaniem zmiennych i jest realizowane przez poleceniem:

export lista_zmiennych

Oto przykład tworzenia zmiennej i jej eksportowania:

SYSTEM=Unix
export SYSTEM

Powyższe zlecenia można także zrealizować jednym poleceniem:

export SYSTEM=Unix

Każdy użytkownik może łatwo (np. poleceniem set) zweryfikować, że w systemie jest zdefiniowanych wiele zmiennych środowiskowych, oto znaczenie podstawowych z nich:

• HOME - ścieżka i nazwa katalogu domowego użytkownika;
• USER - nazwa zalogowanego użytkownika;
• PATH - ścieżki poszukiwań programów;
• PS1 - postać znaku zachęty użytkownika;
• SHELL - pełna ścieżka do domyślnego interpretatora poleceń użytkownika.

Skrypty i ich argumenty

Skrypty powłoki to pliki tekstowe, które zawierają ciągi poleceń dla powłoki systemowej. Współczesne powłoki pozwalają także aby skryty zawierały konstrukcje programistyczne, takie jak instrukcje warunkowe czy pętle, polecenia pozwalające na interaktywną prace skryptu, czy też przekazywanie argumentów ich wywołania. Skryty są bardzo pomocnym rozwiązaniem kiedy istnieje konieczność wykonywania złożonych poleceń i poleceń, które są powtarzane okresowo.

Skrypty mogą być parametryzowane argumentami ich wywołania - oznacza to, że podczas uruchamiania skryptu można przekazać do niego dowolną ilość dowolnych danych. Do argumentów wywołania można się odwoływać w skryptach za pomocą tzw. zmiennych pozycyjnych, oznaczanych: 1,2,3...9. Każda zmienna pozycyjna przechowuje tekst przekazany za pośrednictwem odpowiadającemu jej argumentu wywołania - pierwszy argument dostępny jest w zmiennej pozycyjnej 1 itd. Oto przykład pierwszego skryptu, który wyświetla wartości pierwszych trzech argumentów jego wywołania:

#!/bin/bash
# pierwszy skrypt
echo "argument nr 1: $1"
echo "argument nr 2: $2"
echo "argument nr 3: $3"

Takie polecenia należy zapisać do dowolnego pliku (zaleca się, aby pliki skryptów miały rozszerzenie .sh). Pierwsza linia pozwala wskazać jaki interpreter poleceń ma zostać wykorzystany do jego wykonania - w tym przypadku jest to powłoka bash. Druga linia prezentuje sposób umieszczania komentarzy; każda linia rozpoczynająca się od znaku #, jest traktowana jako komentarz. Kolejne trzy linie wyświetlają wartości pierwszych trzech argumentów wywołania skryptu z wykorzystaniem polecenia echo(1). Aby uruchomić skrypt należy dla pliku, w którym jest on zapisany nadać prawo wykonywania. Poniżej przedstawiono przykładowe wywołanie przedstawionego powyżej skryptu oraz jego wynik (przyjęto, że plik skryptu nazywa się skrypt1.sh):

./skrypt1.sh abc xyz 12345
argument nr 1: abc
argument nr 2: xyz
argument nr 3: 12345

Instrukcja warunkowa

Obecnie powłoki systemowe pozwalają na to, aby skrypty zawierały konstrukcje sterujące ich wykonaniem - podstawową instrukcją jest w tym przypadku instrukcja warunkowa. Składnia tej instrukcji jest następująca:

if warunek
then
   instrukcje wykonywane jeśli warunek zostanie spełniony
else
   instrukcje wykonywane jeśli warunek nie zostanie spełniony
fi

Należy zaznaczyć, że słowa kluczowe instrukcji warunkowej muszą być zapisane w osobnych liniach, dokładnie tak jak w powyższym przykładzie.

Warunek może być dowolnym poleceniem, jednak sprawdzanie warunków najczęściej odbywa się przy użyciu programu test(1). Polecenie to jest powszechnie wykorzystywane w skryptach z zastosowaniem notacji używającej znaków "[" i "]" do realizacji testów warunków, co prezentuje kolejny przykład:

if [ $1 = xyz ]
then
   echo "arg nr 1 = xyz"
else
   echo "arg nr 1 <> xyz"
fi

Po znaku "[" i przed znakiem "]" konieczne jest wprowadzenie znaku spacji. Możliwe do wykonania testy z zastosowaniem programu test prezentuje Tabela 1.

Warunek	Opis
znaki1 = znaki2	Weryfikacja równości dwóch łańcuchów znaków
znaki1 != znaki2	Weryfikacja nierówności dwóch łańcuchów znaków
-z znaki	Weryfikacja, czy łańcuch znaków ma zerową długość
-n znaki	Weryfikacja, czy łańcuch znaków ma niezerową długość
liczba1 -eq liczba2	Weryfikacja równości dwóch liczb
liczba1 -ne liczba2	Weryfikacja nierówności dwóch liczb
liczba1 -qt liczba2	Weryfikacja, czy liczba1 jest większa od liczba2
liczba1 -lt liczba2	Weryfikacja, czy liczba1 jest mniejsza od liczba2
-e nazwa	Weryfikacja, czy podany plik istnieje
-f nazwa	Weryfikacja, czy podany plik jest plikiem zwykłym
-d nazwa	Weryfikacja, czy podany plik jest katalogiem
-r nazwa	Weryfikacja, czy użytkownik ma prawo odczytu dla pliku o podanej nazwie
-w nazwa	Weryfikacja, czy użytkownik ma prawo zapisu dla pliku o podanej nazwie
-x nazwa	Weryfikacja, czy użytkownik ma prawo wykonywania dla pliku o podanej nazwie
warunek1 -a warunek2	Iloczyn logiczny warunków
warunek1 -o warunek2	Suma logiczna warunków
! warunek1	Negacja warunku

Tabela 1: Wybrane rodzaje testów polecenia test

Pętle

Skrypty powłoki mogą także zawierać pętle - podstawowe dwie z nich to pętla for oraz while. Pętla for wykonywana jest z góry określoną ilość razy, a jej ogólna składnia jest następująca:

for zmienna in lista
do
   instrukcje do wykonania
done

Wykonanie pętli powoduje przypisywanie zmiennej zmienna kolejnych wartości wymienionych na liście lista; ilość iteracji, jest zatem zależna od długości podanej listy. Jako listę można pętli for można podawać wzorce uogólniające powłoki. Poniższy przykład skryptu prezentuje zastosowanie pętli for do usunięcia wszystkich plików z rozszerzeniem .tmp z katalogu bieżącego:

#!/bin/bash
for FILE in *.tmp
do
   rm -v $FILE
done

Ilość iteracji powyższej pętli bezie zatem determinowana ilością plików z rozszerzeniem *.tmp, które utworzą listę wartości dla zmiennej FILE.

Realizacja pętli numerycznej z zastosowaniem pętli for jest możliwa z użyciem programu seq(1), który wypisuje kolejne liczby, np.:

for N in `seq 1 10`
...

spowoduje dziesięciokrotne wykonanie pętli.

Pętla while pozawala na realizację pętli, dla których ilość iteracji nie jest znana z góry, jej składnia dla skryptów powłoki jest następująca:

while warunek
do
   instrukcje do wykonania
done

Warunek może być dowolnym poleceniem i najczęściej jest konstruowany - tak jak w przypadku instrukcji warunkowej - z zastosowaniem programu test.

Przykładem zastosowania pętli while może być skrypt wypisujący na ekranie wartości wszystkich argumentów wywołania skryptu (niezależnie od ich liczby). Pętla taka będzie wykorzystywała polecenie shift(1), które powoduje przesunięcie argumentów - oto skrypt:

#!/bin/bash
while [ -n "$1" ]
do
   echo $1
   shift
done

Warunkiem wykonania pętli jest sprawdzenie, czy pierwszy argument wywołania skryptu ma niezerową długość - jeśli skrypt został uruchomiony bez żadnych argumentów, to pętla nie zostanie wykonana. Jeśli natomiast skrypt został wykonany z argumentami, to w pierwszym wykonaniu pętli zostanie wyświetlona wartość pierwszego argumentu, a następnie nastąpi przesunięcie argumentów w lewo poleceniem shift (drugi argument stanie się pierwszym, trzeci drugim itd.). Pętla zakończy się jeśli zostaną wyświetlone i przesunięte wszystkie argumenty (zmienna pozycyjna $1 będzie miała wówczas zerową długość).

Obie zaprezentowane pętle mogą zostać przerwane poleceniem break(1) - oto przykład zastosowania przerywania pętli:

#!/bin/bash
for FILE in *.tmp
do
   if [ ! -f $FILE ]
   then
      echo "$FILE nie jest plikiem!"
      break
   fi
   rm -v $FILE
done

Jak widać pętla zostanie przerwana, jeśli pobrana nazwa z rozszerzeniem *.tmp nie będzie wskazywała na plik zwykły.

Pobieranie wartości do skryptów oraz ich debugowanie

Jeśli skrypt wymaga iteracji z użytkownikiem, to niezbędne staje się pobieranie wartości przekazywanych przez użytkownika. Służy do tego polecenie:

read argumenty

Argumentami są nazwy zmiennych środowiskowych, które przyjmą wartość odczytana ze standardowego wejścia (do napotkania znaku nowej linii). Jeśli jako argumenty podano kilka zmiennych, to są one inicjowane w ten sposób, że pierwsze słowo trafia do pierwszej zmiennej, drugie do drugiej itd. Polecenie to można przetestować wykonując następujące polecenia:

read X Y
uzytkownik adam
echo $X
uzytkownik
echo $Y
adam

Skrypty mogą być także wykonywanie w trybie debugowania, np. w celu testowania poprawności działania, warunków, pętli itp. Aby zrealizować wykonanie skryptu z wyświetlaniem informacji kontrolnych należy zastosować przełącznik -x wywołania interpretatora poleceń. Można to zrealizować na dwa sposoby: po pierwsze można dopisać tenże przełącznik w pierwszej linii skryptu:

#!/bin/bash -x

po drugi można uruchomić skrypt wywołując go poprzez wskazanie interpretatora z przełącznikiem i nazwą skryptu jako argumentem; przyjmując, że skrypt posiada nazwę skrypt.sh uruchomienie miałoby następującą postać:

bash -x skrypt.sh

Zadania do samodzielnego wykonania

1. Zdefiniuj zmienną IMIE i przypisz jej swoje imię. Wyświetl zawartość tej zmiennej. Wyeksportuj tą zmienną i sprawdź, czy jest dostępna w nowym (potomnym) interpreterze.
2. Wyświetl listę zmiennych eksportowanych.
3. Zmień własny znak zachęty, modyfikując zmienną PS1.
4. Napisz skrypt, który dla każdego z plików podanych jako argumenty wywołania posortuje jego zawartość.
5. Napisz skrypt, który dla każdego z plików podanych jako argumenty wywołania wyświetli w kolejnych liniach 3 najczęściej powtarzające się w nim słowa.
6. Napisz skrypt, który będzie kopiował plik podany jako pierwszy argument do wszystkich katalogów podanych jako kolejne argumenty wywołania.

Literatura

[Bac95] Bach M. J., Budowa Systemu Operacyjnego UNIX, WNT, 1995, ISBN 83-204-2015-6.

[Sob01] Sobaniec C., Linux - Przewodnik Użytkownika., Wydawnictwo NAKOM, 2001, ISBN 83-86969-53-9.