Linux安全与高级应用（七）深入Linux Shell脚本编程：循环与分支结构的高级应用

个人网站：【 洛秋小站】【洛秋资源小站】

深入Linux Shell脚本编程：循环与分支结构的高级应用

在Linux系统管理和自动化任务中，Shell脚本是一个非常强大的工具。Shell脚本不仅能够简化日常管理任务，还能通过复杂的逻辑控制和自动化流程来提升效率。本篇博客将深入探讨Shell脚本中的循环与分支结构的高级应用，帮助读者掌握这些关键技术，以便在实际工作中灵活运用。

一、循环结构详解

循环结构是Shell脚本中常用的控制结构之一，能够实现重复执行某段代码，直到满足特定条件为止。主要包括for循环和while循环。

1. for循环

for循环用于遍历一组值，并对每个值执行一系列命令。其基本格式如下：

for 变量名 in 取值列表
do
    命令序列
done

以下是一个示例，展示如何使用for循环批量添加用户：

#!/bin/bash
ULIST=$(cat /root/users.txt)
for UNAME in $ULIST
do
    useradd $UNAME
    echo "123456" | passwd --stdin $UNAME
done

上述脚本从/root/users.txt文件中读取用户名列表，然后为每个用户名创建用户，并设置初始密码。

1.1 应用示例：检查主机状态

另一个常见的for循环应用是批量检查主机状态。以下脚本读取IP地址列表，并使用ping命令检查每个主机的连通性：

#!/bin/bash
HLIST=$(cat /root/ipadds.txt)
for IP in $HLIST
do
    ping -c 3 -i 0.2 -W 3 $IP &> /dev/null
    if [ $? -eq 0 ] ; then
        echo "Host $IP is up."
    else
        echo "Host $IP is down."
    fi
done

该脚本从/root/ipadds.txt文件中读取IP地址列表，并通过ping命令检查每个IP的连通性。如果主机在线，返回“Host $IP is up.”，否则返回“Host $IP is down.”。

2. while循环

while循环用于重复执行某段代码，只要条件成立就继续执行。其基本格式如下：

while 条件测试操作
do
    命令序列
done

以下是一个示例，展示如何使用while循环批量添加用户：

#!/bin/bash
PREFIX="stu"
i=1
while [ $i -le 20 ]
do
    useradd ${PREFIX}$i
    echo "123456" | passwd --stdin ${PREFIX}$i &> /dev/null
    let i++
done

上述脚本创建20个以stu为前缀的用户，用户编号从1到20，并设置初始密码。

2.1 应用示例：猜价格游戏

以下是一个使用while循环的简单猜价格游戏脚本：

#!/bin/bash
PRICE=$(expr $RANDOM % 1000)
TIMES=0
echo "商品实际价格为0-999之间，猜猜看是多少？"
while true
do
    read -p "请输入你猜测的价格数目：" INT
    let TIMES++
    if [ $INT -eq $PRICE ] ; then
        echo "恭喜你答对了，实际价格是 $PRICE"
        echo "你总共猜测了 $TIMES 次"
        exit 0
    elif [ $INT -gt $PRICE ] ; then
        echo "太高了！"
    else
        echo "太低了！"
    fi
done

该脚本生成一个0到999之间的随机数作为商品价格，并提示用户猜测价格。根据用户输入的价格，脚本会给出“太高了”或“太低了”的提示，直到用户猜中为止。

二、分支结构详解

分支结构用于根据不同的条件执行不同的命令。主要包括if语句和case语句。

1. if语句

if语句用于根据条件测试的结果执行不同的命令序列。if语句有单分支结构、双分支结构和多分支结构三种形式。

1.1 单分支结构

单分支结构用于在条件成立时执行一段代码，其基本格式如下：

if 条件测试操作
then
    命令序列
fi

例如，判断目录是否存在，如果不存在则创建目录：

#!/bin/bash
MOUNT_DIR="/media/cdrom/"
if [ ! -d $MOUNT_DIR ]
then
    mkdir -p $MOUNT_DIR
fi

1.2 双分支结构

双分支结构用于在条件成立时执行一段代码，而在条件不成立时执行另一段代码，其基本格式如下：

if 条件测试操作
then
    命令序列1
else
    命令序列2
fi

例如，判断主机是否存活，并显示检测结果：

#!/bin/bash
ping -c 3 -i 0.2 -W 3 $1 &> /dev/null
if [ $? -eq 0 ]
then
    echo "Host $1 is up."
else
    echo "Host $1 is down."
fi

1.3 多分支结构

多分支结构用于在多个条件之间进行选择，其基本格式如下：

if 条件测试操作1
then
    命令序列1
elif 条件测试操作2 
then
    命令序列2
else
    命令序列3
fi

例如，判断分数范围并分出优秀、合格和不合格三个档次：

#!/bin/bash
read -p "请输入您的分数（0-100）：" GRADE
if [ $GRADE -ge 85 ] && [ $GRADE -le 100 ] ; then
    echo "$GRADE 分！优秀"
elif [ $GRADE -ge 70 ] && [ $GRADE -le 84 ] ; then
    echo "$GRADE 分，合格"
else
    echo "$GRADE 分？不合格"
fi

2. case语句

case语句用于针对变量的不同取值分别执行不同的命令序列，其基本格式如下：

case 变量值 in
模式1)
    命令序列1
    ;;
模式2)
    命令序列2
    ;;
    ……
* )
    默认命令序列
esac

例如，击键类型识别脚本，判断用户输入的字符是字母、数字还是其他字符：

#!/bin/bash
read -p "请输入一个字符，并按Enter键确认：" KEY
case "$KEY" in
  [a-z]|[A-Z])
      echo "您输入的是 字母。"
      ;;
  [0-9])
      echo "您输入的是 数字。"
      ;;
  *)
      echo "您输入的是 空格、功能键或其他控制字符。"
esac

2.1 应用示例：编写系统服务脚本

以下是一个使用case语句编写的系统服务脚本，用于启动、停止和重启服务：

#!/bin/bash
# chkconfig: - 90 10
# description: Startup script for sleep Server
case "$1" in
start)
    echo "正在启动sleep服务 ... OK"
    ;;
stop)
    echo "正在停止sleep服务 ... OK"
    ;;
restart)
    $0 stop
    $0 start
    ;;
*) 
    echo "用法: $0 {start|stop|restart}"
esac

三、综合应用案例

通过结合使用循环结构和分支结构，我们可以编写出功能强大且灵活的Shell脚本。以下是一个实际应用案例：监控服务器资源并发送告警邮件。

1. 需求描述

编写监控脚本sysmon.sh，在以下情况时告警：

• 磁盘占用率超过90%
• CPU使用率超过80%
• 内存使用率超过90%

脚本每半小时检查一次，并通过邮件发送告警。

2. 实现思路

• 使用df、mpstat、free等命令提取各种监控指标
• 将各指标与正常值进行比较，保存异常情况
• 检查异常记录，若存在则发送告警邮件
• 设置crontab任务，定期调用sysmon.sh脚本

3. 代码实现

以下是sysmon.sh脚本的具体实现：

#!/bin/bash

# 获取当前的时间戳
timestamp=$(date +"%Y-%m-%d %H:%M:%S")

# 定义告警函数
send_alert() {
    local message=$1
    echo "$message" | mail -s "System Monitor Alert" admin@example.com
}

# 检查磁盘占用率
disk_usage=$(df / | grep / | awk '{ print $5 }' | sed 's/%//g')
if [ $disk_usage -gt 90 ]; then
    send_alert "[$timestamp] Disk usage is above 90%: ${disk_usage}%"
fi

# 检查CPU使用率
cpu_usage=$(mpstat 1 1 | grep "Average" | awk '{print 100 - $NF}')
if [ $(echo "$cpu_usage > 80" | bc) -ne 0 ]; then
    send_alert "[$timestamp] CPU usage is above 80%: ${cpu_usage}%"
fi

# 检查内存使用率
memory_usage=$(free | grep Mem | awk '{print $3/$2 * 100.0}')
if [ $(echo "$memory_usage > 90" | bc) -ne 0 ]; then
    send_alert "[$timestamp] Memory usage is above 90%: $1.14MB%"
fi

4. 设置定时任务

使用crontab设置每半小时执行一次sysmon.sh脚本：

*/30 * * * * /path/to/sysmon.sh

四、总结

Shell脚本中的循环结构和分支结构是实现自动化任务的关键工具。通过灵活运用这些工具，我们可以编写高效、可靠的脚本来处理复杂的任务。在实际应用中，结合系统的具体需求，编写适合的Shell脚本，可以极大地提高工作效率和系统稳定性。

最后，愿大家都可以解决工作中和生活中遇到的难题，剑锋所指,所向披靡～