Linuxの基本（その5）シェルとシェルスクリプト

コマンドの実行は「シェル」を介して行なっています

「シェル」には「対話的なつかい方」と「シェルスクリプトを書いて実行するつかい方」があります

目次

1. シェルについて
2. Bash環境のカスタマイズ
3. シェルスクリプト
   1. 作成と実行の基本
   2. 条件分岐
   3. ループ処理
   4. select文
   5. 関数をつかう
   6. デバック
4. カッコ早見表w

シェルについて

プログラムを実行するにはカーネル（OSの中核）とやり取りする必要があります
利用者がカーネルとやり取りするには「シェルというソフトウェア」が必要です　
「シェル」は「利用者とカーネルの仲介役」として「対話的（インタラクティブ）」に「利用者の要求」に対して「必要な処理を実行」します

「シェル」がコマンドを実行すると「プロセス」が立ち上がります
複数の「シェル」を起動することができ、新しく起動したシェルは「現在のプロセス」の「子プロセス」になります

シェルのおもな役割

• シェルコマンドの実行
• プログラムの起動・停止・切り替え
• ファイルの操作
• コマンドの入力履歴の保存
• コマンドの補完

「カーネルとシェル」「プロセス」についての参考

コンピュータの仕組み（その2）・ソフトウェアの概要

シェルの種類について

「bash・sh・zsh・ksh・csh・tcshなど」さまざまな種類があり「bash」が多くのLinuxディストリビューションで標準的につかわれています

＊種類によって多少の差異があります（設定ファイル名が異なります）
ここでは「bash」をつかいます

変数には「シェル変数」と「環境変数」があります
「利用する値」を「変数に格納」し「値を利用するとき」に「変数を参照」します

「シェル変数」は「変数を宣言したシェル」でのみ参照でき「子プロセス」からは参照できません
「環境変数」はすべてのプロセスで有効な変数で「子プロセス」からも参照できます

（注意）変数の宣言では「=」の前後にスペースをあけない
＊スペースをあけるとコマンドとして解釈されてエラーになります

代表的な環境変数

（余談）PATHという環境変数について

PATHを通すとは

エイリアス（別名）について
「aliasコマンド」は、長いコマンドなどに「別名をつけて」入力を簡素化できます
＊「シェル変数」と同じく「aliasを設定したシェル」でのみ参照できます（つねに利用するには、「対話型シェル起動時にも読み込む設定ファイル」に記載します）

Bash環境のカスタマイズ

「環境変数の定義」や「エイリアス（別名）の登録」は、ターミナルを終了するとリセットされます

しかし
シェル起動時に読み込む「特別な設定ファイル」に「Bash環境を記載する」ことで、ユーザ専用の「環境変数の設定」「エイリアス（別名）の登録」が永続的になります
ようするに、「Bash環境のカスタマイズ」ができます

ややこしいのはw
「特別な設定ファイル名」が複数あり「ログインシェルか？対話型シェルか？」「対象が全ユーザか？各ユーザか？」で「記載する設定ファイル名」や「設定ファイルを読み込む順番」がことなります
＊ディストリビューションでも差異があります

「ログインシェル」と「対話型シェル」について

ざっくりw
ユーザがログインした後に「最初に起動されるシェル」が「ログインシェル」
ログイン後「bashで起動されるシェル」が「対話型シェル」

「ログインシェル」になる場合
＊「ログインシェル」のおもな役割は、各ユーザの環境を「シェル」にセットすることです

• su -ユーザ名 でシェルを起動したとき
• bash --login でシェルを起動したとき
• sshでログインしたとき

「対話型シェル」になる場合

• bash でシェルを起動したとき
• su ユーザ名でシェルを起動したとき
• デスクトップ環境でターミナルを起動したとき

「ログインシェル」「対話型シェル」の確認方法

＊echo $0で
「-bash」と表示されたときは「ログインシェル」
「bash」と表示されたときは「対話型シェル」

話しがそれますが…デスクトップ環境について
「CUI」と「GUI」のちがい

「CUI」は「キーボード」ですべての操作をする画面
「GUI」は「WindowsやMac」のような「グラフィカルなデスクトップ環境」です
Linuxはコマンドを入力して実行する「CUI」が基本ですが、もちろん「グラフィカルなデスクトップ環境（GUI）」も使えます

（余談）「LinuxのGUIを実現しているアプリケーション」が「X Window System」で「Linuxの統合デスクトップ環境」では「GNOME」「KDE」が有名です

「Linuxのデスクトップ環境」でターミナルを起動したときは「対話型シェル」になります
（余談）Macでターミナルを起動したときは「ログインシェル」なので、？？？になりました^^;

LinuxでGUI環境がインストールされているときは「GUI」と「CUI」を切りかえできます

• UbuntuでGUIからCUIに切りかえるとき、Ctrl＋Alt＋F1 ・Ctrl＋Alt＋F7で元のモードに戻る
• CentOSで切りかえるとき、init 3（CUIモード）・init 5（GUIモード）

話しを戻し、「シェル起動時に読み込む設定ファイル」について

「~/.bashrc」は「環境変数」と「エイリアス」どちらも読み込みます

「ログインシェル」でないときは「.bashrc」を読み込み、ログインシェルのときは「.bash_profile」内で「.bashrc」を読み込むように設定されています

「~/.bashrc」に書き込む
標準出力で設定ファイルに追記する（viで編集してもいい）

# 環境変数
echo "export PATH=$PATH:/追加するディレクトリ（絶対パス)" >> ~/.bashrc
# エイリアス
echo "alias 別名='コマンド'"  >> ~/.bashrc
# 現在のシェルで実行する
source ~/.bashrce

＊「sourceコマンド」設定ファイルを実行（読み込む）する理由は、設定ファイルは起動時にしか読み込まないからです

「~/.bashrc」は便利ですが、とはいえ、設定ファイルの詳細について💦

「ユーザ用」設定ファイル
すべてのファイルは、ユーザのホームディレクトリ直下（~/）にあります

「全てのユーザが対象」設定ファイル
(/etc/)ホームディレクトリ直下にあります

ユーザ用その他の設定ファイル

シェルスクリプト

あらかじめ「実行したいコマンド」をファイル（シェルスクリプト）に書き「まとめて実行」します
＊シェルスクリプトの書き方はシェルの種類で差異があります
「cat /etc/shells」で「シェル一覧」が表示されます（「bash」をつかいます）

作成と実行の基本

「シェルスクリプトのファイル名の末尾」には「.sh」をつけます
ファイルの先頭にシバン「#! /bin/bash」を書きます（処理するシェルを指定するための記述）

シェルスクリプトの実行方法

• 「source」コマンドを使う source hoge.sh (「source」は「.」でもいい. hoge.sh)
  シバンは無視され、現在の環境下（bash）で実行されます（主に設定ファイルの読み込みにつかう）
• bashシェルを起動して引数に指定する bash hoge.sh
  シバンは無視され、新しいbashシェル環境で実行されます
• ファイルに実行権をつけて直接実行 ./hoge.sh
  シバンが読み込まれ、新しいシバンで指定した環境下で実行されます

シェルスクリプトファイルのパーミッションについて

初期設定で最初にファイルを作成した場合は、実行権限はついていません
ファイルに実行権をつけて直接実行するには
「chmod a+x ファイル名」や「chmod 755 ファイル名」で権限を変更します

＊3つの方法すべてに「読み取り権限」は必要です

シェルスクリプトファイルの中身（基本）

「unsetコマンド」は変数や関数そのものを削除します
unset [オプション] 変数や関数の名前

引用符の種類と内容

シェル変数はすべて文字列扱いであるため、数値計算のためには専用のコマンドをつかいます
四則演算（計算）を実行して、結果を文字列に展開する
「$((….))」 または「$(expr ….)」をつかいます
＊変数を利用する場合
$((num1+num2)) :「変数の前の$」は不要
$(expr $num1 + $num2) :「変数の前に$」が必要

「bcコマンド」は、対話的に計算を行うコマンドです
length=数値：有効桁数を指定
scale=数値：小数点以下の有効桁数を指定
bc -l : 標準数学ライブラリを読み込んで起動する

#10/3の結果を小数点10桁表示
bc
scale=10 
10/3 #小数点10桁
#コマンドを終了
quit
bc -l
10/3 #3.33333333333333333333

# コマンドラインから(文字列（1+0.5）をbcに渡す)
echo "1+0.5" | bc  

シェルスクリプトで
2つの引数の割り算結果を小数点10桁まで表示する
＊小数点以下をあつかう

#!/bin/bash
echo "scale=10;$1/$2" | bc

条件分岐

「if文」は与えられた条件式が真のときのみ処理を行います

if 条件式 ; 
then
  処理
fi

if 条件式 ; 
then
  処理1
else
  処理2
fi

if 条件式1 ; 
then
  処理1
elif 条件式2 ; 
then
  処理2
else
  処理3
fi

「testコマンド」は「真か偽か」だけを返すコマンドです
条件式につかいます
メッセージ出力は行いません（echo $?の結果が「0」なら真「1」なら偽になります）

「testコマンド」のオプション

「testコマンド」は []でもかけます（略式）
＊「[ の直後」と「 ] の直前」に必ず半角スペースが必要です
「test 1 -eq 1」は「[ 1 -eq 1 ]」

「case文」は値とパターンの照合を行い一致したパターンに対応する処理を実行します
上から順に照合して、最初に一致したパターンの処理を行うと終了します
一致しなければ、処理は実行されません

case 値 in
  パターン1 ) 処理1 ;;
  パターン2 ) 処理2 ;;
  …
  パターンn ) 処理n ;;
esac

ループ処理

「for文」は「繰り返し処理の対象（リスト）」が明確なときにつかいます

for 変数 in 値のリスト
do
  変数を処理する
done

#コマンドの実行結果をリストにする
for 変数 in `コマンド`
do
  変数を処理する
done

「while文」は「始めに指定された条件式」が「真」のときにのみループ処理を継続します
＊「until文」は「真」になるまで、繰り返します
「break」は、ループを途中で終了
「continue」は、ループをスキップ

# testコマンドで判定
while  [ 条件式 ]
do
  …
done
# ファイルの中身を1行ずつ読み込む
while read 変数名
do
  ...
done <test.txt

＊ちなみにwhile :で無限ループに入ります

forやwhileの条件式で(())「二重丸括弧」がつかえます
＊(())はC言語スタイルの条件を書くときにつかいます

for (( i=0; i<3; i++ )); do echo $i; done

i=0; while (( $i <= 2 )); do echo $i; ((i++)); done

＊例えば、1から100までの数字でfor i in seq 1 100ともかけます

シェルスクリプトで「FizzBuzz」を書いてみる

#!/bin/bash
# while文で
i=1
while (( $i <= 100 ));
do
    if [ $(( i % 3 )) -eq 0 ] && [ $(( i % 5 )) -eq 0 ];
    then
        echo $i FizzBuzz
    elif [ $(( i % 3 )) -eq 0 ];
    then
        echo $i Fizz
    elif [ $(( i % 5 )) -eq 0 ];
    then
        echo $i Buzz
    else
        echo $i
    fi
    i=$(( i + 1 ))
done

# 引数でループ回数をわたし・for文・15の倍数は使わず
for (( i=1; i<=$1; i++ ));
do
    str="";
    if [ $(( i % 3 )) -eq 0 ];
    then
       str="Fizz"
    fi
    if [ $(( i % 5 )) -eq 0 ];
    then
       str+="Buzz"
    fi
    echo "$i:$str"
done

select文

「select文」をつかうと、選択メニューが簡単に実装できます

select 変数 in リスト
do
    選んだ変数の処理
done

メニューとインデックスを表示してループ処理に入ります
インデックスを選択します
ループは「break」で抜けます
if [ループを抜ける条件]; then
break
fi

select command in "list" "delete" "rename" "exit"
do
    case $command in
    "list" )
         ls;;
    "delete")
         ls
         read -p "削除したいファイル名 " file_name
         if [ -f $file_name ];
         then
             rm $file_name
         fi;;
    "rename")
         ls
         read -p "ファイル名" file_name
         read -p "変更したいファイル名 " new_file_name
         if [ -f $file_name ];
         then
             mv $file_name $new_file_name
         fi;;
     "exit")
         break;;
     esac
done

＊「select」を使用するときに内部で「$REPLY」という変数がつくられ、選択された値が代入されます

関数をつかう

function 関数名() {
  処理
  return 値
}

「function」は省略可
＊関数の呼び出しに「( )」は不要
関数名 引数リスト

「return」について
シェルスクリプトの関数には「戻り値」の概念がなく、標準出力で結果を返します！！

引数の値は、「0 」か「 1～255 」の正整です
「return」が省略されたときは、関数内で最後に実行されたコマンドの終了ステータスになります

戻り値をつかいたいときは、標準出力に戻り値を出力（echo “戻り値”）し、コマンドの結果を文字列として取得します
（下記は、コマンドの実行結果を変数に格納しています）

func() {
  echo "戻り値"
}
# コマンドの実行結果を変数に格納
rtn=`func`

echo "戻り値：${rtn}"

引数について

引数は関数内では 「$1… 」で各引数を参照できます（シェルスクリプトと同様）

ローカル変数について

シェルスクリプトでは関数内の変数はグローバル変数です
ローカル変数としたい変数の前に「 local」 をつけます

「readonly」について
「readonly」指定した変数や関数に対する代入や「unset（削除）」ができなくなります

readonly var      # 変数
readonly -a arr   # 配列は-aオプション
readonly -f func  # 関数は-fオプション

「declareコマンド」は、オプションで変数に属性を付与して、変数を宣言するコマンドです
＊declareコマンドを使用すると、オプションがなければローカル変数として定義されます
declare [オプション] [変数名]=[値]

シェルスクリプトで「フェボナッチ数」を求めてみる
「0, 1 ,1 ,2, 3, 5 ,8 ,13, 21, 34, 55,89,144 ….（1つ前と2つ前の数を足し合わせた数）」

#!/bin/bash

function fib {
    x=$1
    if [ $x -eq 0 ]; then
        echo 0
    elif [ $x -eq 1 ]; then
        echo 1
    else
        x1=`fib $((x-1))`
        x2=`fib $((x-2))`
        echo $((x1+x2))
    fi  
}

# 引数の数番目のフィボナッチ数を表示する
for (( i=1; i<=$1; i++ ));
do
if [ $1 -eq $i ]; then
      fib "$i"
fi 
done

上の式では、毎回計算する（自分を呼び出す）ので数が大きくなるとすごく時間かかります
計算済数は配列に格納して（メモして）再利用します
＊20桁未満w

#!/bin/bash
memo=(
    [0]=0
    [1]=1
    [2]=1
)

for (( i=1; i<=$1; i++ ));
do
if [ $i -gt 2 ]; then
  f1=${memo[$((i-1))]}
  f2=${memo[$((i-2))]}
  res=$((f1+f2))
  memo[$i]=$res
fi
if [ $i -eq $1 ]; then
  echo "$res"
fi
done

デバック

bash -x シェルスクリプト
「-x」オプション : 実行されたコマンドラインが出力されます（変数の値が確認できます）
「+」が付いているコマンドは「シェルスクリプト内」で実行されたコマンド
「++」は 「`` 内」で実行されたコマンド

＊「-v 」オプション : 実行するコマンドだけを表示します

部分的なデバック（シェルスクリプトに追記）
実行すると「set -x」 から 「set +x」 までの処理内容が出力されます

# デバッグを開始する
set -x

# デバッグを終了する
set +x

カッコ早見表w

余談「/bin/bash」がbashの本体のファイルですが、本来「/binはrootユーザのみが操作できるコマンドを置く場所」なので気になり調べると、「/bin」は「/usr/bin」のシンボリックリンクになっていて「/bin/bash」は実際には「/usr/bin/bash」が起動します（今のLinuxファイル構造的では2つを分ける必要がないそうですw）
＊ls -l /binを実行すると「/bin -> usr/bin」と表示されます