Powłoka systemu UNIX

Do użytku wewnętrznego

 
Opracował: dr inż. Edward Śliwa

Najczęściej stosowanymi powłokami w różnych implementacjach systemu UNIX są:

• powłoka Bourne'a (sh)
• powłoka Korna (ksh)
• powłoka C (csh)

Niniejsze opracowanie zawiera opis podstawowych własności powłoki ksh. Praktycznie wszystkie podane tu informacje odnoszą się również do powłok zsh i POSIX-sh, większość także do powłoki sh.
 

1. Podstawowe pojęcia

• wypisując je z klawiatury, lub
• umieszczając ciąg poleceń w pliku tekstowym, a następnie używając nazwy tego pliku jako komendy. Plik taki będziemy dalej nazywać skryptem.

 ; & ( ) | < > nl (nowa linia) spacja (odstęp) TAB

Pierwsze słowo w linii jest nazwą komendy, pozostałe słowa to parametry przekazywane komendzie, wśród których możemy wyróżnić opcje, zazwyczaj poprzedzane znakiem - (minus) oraz argumenty. Niektóre komendy są wbudowane w powłokę (np. komenda cd), zazwyczaj jednak są to nazwy plików binarnych lub skryptów.

Przykład:

     ls  -a -l  *.c  *.h

     nazwa opcje argumenty

Komenda pobiera dane ze standardowego wejścia (ang. standard input, w skrócie stdin), którym zazwyczaj jest klawiatura terminala. Wyniki działania komendy są wyprowadzane na standardowe wyjście (standard output, stdout), którym normalnie jest monitor terminala. Informacje o błędach są kierowane na standardowe wyjście diagnostyczne (standard error, stderr). W dalszej części niniejszych materiałów zostaną opisane sposoby zmiany przywiązania standardowego wejścia i wyjścia.

Kilka komend można połączyć w potok, rozdzielając je metaznakiem |, np.:

      ls -l  |  grep kowalski  |  more

Ciąg potoków lub komend oddzielonych znakami ; (średnik) lub & (ampersand) będziemy nazywać listą komend (lub po prostu listą). Użycie jako separatora znaku średnika oznacza, że komenda występująca przed średnikiem musi się zakończyć zanim powłoka rozpocznie wykonywanie komendy po średniku. Użycie jako separatora znaku & spowoduje, że komendy rozdzielone tym znakiem będą się wykonywały równolegle (asynchronicznie).

Przykład:

# Zamiana nazw plików a i b:
    cp a tmp ;  mv b a ;  mv tmp

# Uruchamia kompilację programu bigprog.c i
# jednocześnie pozwala na edycję pliku sub.c.

2. Zmienne powłoki

 zmienna=wartość

zmienna jest nazwa zmiennej,
wartość jest ciągiem znaków, który przypisujemy danej zmiennej.

$zmienna lub ${zmienna}

Przykłady:

   system=UNIX
   echo To jest system $system   #  Zostanie wypisany tekst:
                                    To jest system UNIX
   txt=abc
   echo ${txt}def #  Zostanie wypisany tekst abcdef. Jeśli
                     nazwa zmiennej txt nie byłaby zamknięta w
                     nawiasy, to powłoka szukałaby zmiennej
                     txtdef

   x=5 prog # Definicja zmiennej użyta przed nazwa komendy oznacza,
              że zmienna jest znana tylko podczas wykonywania tej komendy.

Niektóre z powyższych zmiennych (np. PWD, RANDOM) nie występują w powłoce Bourne'a.

Jak już wspomniano, zestaw komend można zapisać na dysku w postaci skryptu i wykonać go wypisując jego nazwę. Skrypt taki wykonuje się w osobnej kopii powłoki. Jeśli wywołamy skrypt podając w oprócz nazwy również parametry, to parametry te są dostępne wewnątrz skryptu jako zmienne o nazwach $1, $2, $3, ...$n. Zmienne te noszą nazwę zmiennych pozycyjnych. Liczba n zmiennych pozycyjnych jest dostępna jako zmienna $#.

 Zmienne powłoki mogą być lokalne, czyli obowiązujące tylko w danej powłoce, lub środowiskowe (eksportowane). W tym drugim przypadku obowiązują również w powłokach potomnych, tj. uruchomionych z danej powłoki (np. przez wykonanie skryptu lub jawne wywołanie programu powłoki). Zmienna zdefiniowana instrukcją przypisania jest zmienną lokalną. Zmienna staje się globalna po użyciu nazwy zmiennej jako argumentu komendy

export zmienna ...

   aa=XXX
   bb=YYY
   export aa
   ksh
   echo $aa $bb   #  Zostanie wypisany tekst:  XXX (zmienna bb
                     nie zostala wyeksportowana i nie jest
                     dostępna w powłoce potomnej)

3. Substytucje wykonywane przez powłokę

3.1. Aliasy

alias synonim=ciąg_znaków

Przykłady:

   alias  dir=ls        # Dwa ulubione aliasy użytkowników
   alias  md=mkdir      # systemu MS DOS
   alias  ll='ls -al'
   alias  llm='ll | more'

3.2. Substytucja ścieżki

 ~user

Przykłady:

Jeżeli prywatnym katalogiem użytkownika jest /home/janek, to:

   ~           =  /home/janek
   ~/doc       =  /home/janek/doc
   ~marek/bin  =  /home/marek/bin
   ~+/doc      =  $PWD/doc

3.3. Substytucja wyniku komendy

$( lista )

` lista `

Przykłady:

Wyświetlenie listy plików, których właścicielem jest użytkownik:

   ls -l | grep `who am i`

   mv $(cat filelist) dane/

3.4. Generacja nazw plików

 * ? [ ]

• znak * oznacza dowolny ciąg znaków (również ciąg pusty),
• znak ? oznacza jeden dowolny znak,
• konstrukcja [abc] oznacza dokładnie jeden znak spośród umieszczonych w nawiasach; użycie znaku ^ jako pierwszego zmienia znaczenie konstrukcji na: znak inny niż wymienione w nawiasach. Można także w nawiasach podać zakres znaków przez podanie pierwszego i ostatniego znaku zakresu rozdzielonych znakiem -.

4. Cytowanie (quoting)

Przykłady:

$ echo \$HOME = $HOME
$HOME = /users/janek

$ X=2 ; echo '$X > 1'
$X > 1

5. Wyrażenia arytmetyczne

let wyrażenie

(( wyrażenie ))

Przykłady:

   x=1; y=2 # przypisanie wartości liczbowych zmiennym x i y
   let "x=x+1" # zwiększane wartości x o 1
   echo  x = $x      # zostanie wypisane:  x = 2
   (( x = x+y ))     # tutaj nie jest potrzebne cytowanie
   echo  x = $x      # zostanie wypisane:  x = 4

6. Konstrukcje sterujące języka powłoki

6.1. Instrukcja warunkowa

if warunek then lista fi

[[ wyrażenie_warunkowe ]]

Możliwych wyrażeń warunkowych jest zwykle więcej (zależy to od rodzaju powłoki, najbogatsze możliwości ma powłoka zsh), powyżej wymieniono te, które są najczęściej używane.

Innym sposobem określenia warunku jest komenda

test warunek

[ warunek ]

Przykłady.

   if  [[ "$1" = '-h' ]]
   then
      echo Sposób użycia:
      echo    prog  [-h]  plik1  plik2  ...
   fi
   if  test -f /tmp/xxx
   then
      rm  /tmp/xxx
   fi

   if warunek
   then 
       lista1
   else 
       lista2
   fi

   if  warunek1
   then  lista1
      elif  warunek2  
      then  lista2
         elif  warunek3  
         then  lista3
      ...
   else lista
   fi

Przykład:

if  [[  -d  $1  ]]
   echo Usuwam wszystkie pliki z katalogu $1
   rm  $1/*
elif  [[  -f  $1  ]]
   echo Usuwam plik $1
   rm  $1
else
   echo  Nie znaleziono pliku ani katalogu o nazwie $1
fi

6.2. Instrukcja wyboru

   case słowo in
      wzorzec1 ) lista1 ;;
      wzorzec2 ) lista2 ;;
      ...
   esac

Przykład:

   case $2 in
      y* ) echo Yes ;;
      n* ) echo No  ;;
      *  ) echo Maybe ;;
   esac

6.3. Pętle

for zmienna in słowo1 słowo2 ...
do
lista
done

Przykład:

Aby przenieść wszystkie pliki o nazwach zaczynających się na literę a do katalogu Afiles należy użyć konstrukcji:

   for i in a*
   do
      mv $i Afiles/
   done

while warunek
do
lista
done

until warunek
do

lista
done

   let x=0
   while [[ $x -lt 10 ]]
   do
      echo x = $x
      (( x=x+1 ))
   done

   while :  # Pętla nieskończona, która nic nie robi
   do
   :
   done

break - przerwanie pętli
continue - powrót do początku pętli
 

6.4. Funkcje

function fname { lista; }

fname () { lista; }

Przykład:

   function swapshvar
   {  if [ $# != 2 ]
      then
         echo Zła liczba argumentów funkcji swapshvar
      fi
      eval tmp=\$$1
      eval $1=\$$2
      eval $2=\$tmp
   }
   x=XX;   y=YY
   a=AA;   b=BB
   swapshvar  x y
   swapshvar  a b
   echo  x=$x, y=$y, a=$a, b=$b

6.5. Inne konstrukcje powłoki

( lista )

{ lista; }

Przykład:

    $ pwd
    /home/janek

    $ (cd .. ; pwd)
    /home

    $ pwd
    /home/janek

7. Przyporządkowanie strumieni we/wy

Następujące deskryptory są zarezerwowane:

0 standardowe wejście (standardowo związane z klawiaturą terminala),
1 standardowe wyjście (standardowo związane z monitorem terminala),
2 standardowe wyjście diagnostyczne (standardowo związane z monitorem terminala).

• Zmiana standardowego wejścia:

 prog ... <fname
 

Użycie tej konstrukcji spowoduje, że standardowym wejściem programu prog będzie nie klawiatura terminala, ale plik o nazwie fname.

Konstrukcja (nazywana dokumentem wbudowanym, ang. here document):

 prog ... <<EOF
 ...
 EOF

spowoduje, że linie od występującej bezpośrednio za komenda prog aż do linii EOF będą standardowym wejściem dla komendy prog. EOF może być dowolnym ciągiem znaków, ważne jest jedynie by do zakończenia dokumentu wbudowanego użyć tego samego ciągu znaków, którego użyto po podwójnym znaku mniejszości.
 

• Zmiana standardowego wyjścia:

 
prog ... >fname

Użycie tej konstrukcji spowoduje, że standardowym wyjściem programu prog będzie nie ekran monitora, ale plik o nazwie fname. Zamiast pojedynczego można użyć podwójnego znaku większości:
 

prog ... >>fname

Spowoduje to, że standardowe wyjście programu prog zostanie dopisane na końcu pliku fname.
 

• Zmiana standardowego wyjścia diagnostycznego:

 
prog ... 2>fname

Użycie tej konstrukcji spowoduje, że standardowe wyjściem diagnostyczne programu prog będzie skierowane do pliku o nazwie fname. 

prog ... <&d1 >&d2

prog  1>fname  2>&1

8. Skrypty

• Jeśli chcemy wykonać skrypt podobnie jak każdą inną komendę, tj. przez napisanie nazwy skryptu z listą parametrów, to skrypt taki winien mieć nadany atrybut x. Skrypt można wykonać także w następujący sposób:

 
sh <skrypt

(oczywiście zamiast sh można użyć nazwy innej powłoki). W obu przypadkach skrypt zostanie wykonywane w osobnej powłoce. Oznacza to m.in. że w czasie wykonywania skryptu nie będą widoczne niewyeksportowane wcześniej zmienne powłoki, a zmienne zdefiniowane wewnątrz skryptu znikną po zakończeniu wykonywania się skryptu.
 

• Skrypt może być wykonany w ramach aktualnej powłoki za pomocą specjalnej komendy . (kropka):

 
.  skrypt ...

W ten sposób można wykonać także skrypt, któremu nie nadano atrybutu x.
 

• Parametry przekazywane w linii komendy są dostępne wewnątrz skryptu jako zmienne powłoki $1, $2, ... itd. Użycie wewnątrz skryptu komendy

 
shift

spowoduje przesunięcie o jedną pozycję, tj. $1 będzie drugim argumentem z linii komendy, $2 - trzecim itd.
 

• Programista tworzący skrypt może narzucić powłokę, która ma wykonać skrypt. Winien w tym celu podać w pierwszej linii nazwę tej powłoki (pełną ścieżkę dostępu) poprzedzona znakami "magicznymi" #!, np.:

 
#!/bin/ksh

 

9. Konfiguracja powłoki

set +o opcja
set -o opcja

W powłoce Bourne'a komenda set akceptuje jedynie jednoznakowe kody przełączników (por. man pages).

Administrator systemu bądź użytkownik może utworzyć skrypty startowe, tj. skrypty zawierające komendy, które maja być automatycznie wykonane po zalogowaniu się użytkownika (rozpoczęciu pracy powłoki). Skrypty takie mają ustalone w danej powłoce nazwy. Poniżej wymieniono pliki, które są wykonywane po zalogowaniu przez powłoki Bourne'a, Korna i zsh.

Powłoka Bourne'a:

/etc/profile
$HOME/.profile

/etc/profile
$HOME/.profile
$ENV

/etc/zprofile
$HOME/.zprofile
$HOME/.zshenv
$HOME/.zshrc
$HOME/.zlogin

Edycja linii komendy

Powłoki Korna i zsh pozwalają na edycję linii komendy w podobny sposób, jak to się robi w edytorach vi lub emacs. Użytkownik winien przypisać zmiennej powłoki EDITOR wartość odpowiadającą preferowanemu edytorowi (tj. EDITOR=vi lub EDITOR=emacs). Od tego momentu użytkownik może używać poleceń odpowiedniego edytora do wprowadzania zmian w linii komendy. Możliwe jest także: 

• przywoływanie poprzednio wydanych poleceń,
• automatyczne uzupełnianie przez powłokę nazwy pliku lub katalogu po napisaniu przez użytkownika kilku pierwszych znaków nazwy tego pliku/katalogu (jeśli znaki te pozwalają w sposób jednoznaczny określić, o jaki plik chodzi).