Linux 系统管理必备：Bash 脚本编程完全指南

Bash（Bourne Again SHell）作为 Linux 系统的标准 shell，其脚本编程能力是每位系统管理员和开发人员必须掌握的技能。本文将全面介绍 Bash 脚本编程的核心概念和实践技巧。

一、Bash 脚本基础入门

1.1 什么是 Bash 脚本

Bash 脚本本质上是包含一系列 Bash 命令的文本文件，它能够：

• 自动化重复性任务
• 组合复杂命令序列
• 创建自定义系统工具
• 实现系统管理自动化

1.2 创建第一个 Bash 脚本

创建一个完整的 Bash 脚本需要遵循以下步骤：

#!/bin/bash
# 这是一个注释行
echo "欢迎来到Bash编程世界！"

关键步骤说明：

1. 使用 .sh 扩展名保存文件
2. 首行必须包含 shebang（#!/bin/bash）
3. 通过 chmod +x script.sh 赋予执行权限
4. 使用 ./script.sh 执行脚本

二、变量与数据处理

2.1 变量基础操作

#!/bin/bash

# 字符串变量
username="李四"
department="技术部"

# 数值变量
years_of_service=5

# 使用变量
echo "$username 在 $department 工作已 $years_of_service 年"

# 命令替换
system_uptime=$(uptime -p)
echo "系统已运行: $system_uptime"

# 算术运算
disk_usage=$((100 - $(df -h / | awk 'NR==2 {print $5}' | tr -d '%')))
echo "根分区剩余空间: $disk_usage%"

2.2 特殊变量详解

变量	典型应用场景
$0	获取当前脚本名称
$1-$9	处理命令行参数
$#	验证参数数量
$@	遍历所有参数
$?	检查上条命令执行状态
$$	生成临时文件名
$RANDOM	创建随机密码或临时值
$SECONDS	脚本执行时间统计

三、流程控制结构

3.1 条件判断实战

#!/bin/bash

# 文件存在性检查
if [ -f "/etc/passwd" ]; then
    echo "系统用户文件存在"
fi

# 多条件判断
memory=$(free -m | awk '/Mem:/ {print $2}')
if [ $memory -lt 1024 ]; then
    echo "警告：内存不足1GB"
elif [ $memory -lt 2048 ]; then
    echo "提示：内存小于2GB"
else
    echo "内存资源充足"
fi

3.2 循环结构应用

#!/bin/bash

# 遍历目录文件
for file in /var/log/*.log; do
    echo "处理日志文件: $file"
    # 这里可以添加日志分析逻辑
done

# 计数器循环
counter=0
while [ $counter -lt 5 ]; do
    echo "执行次数: $((counter+1))"
    ((counter++))
done

# 监控型循环
until ping -c1 example.com &>/dev/null; do
    echo "等待网络连接..."
    sleep 5
done

四、函数与模块化编程

4.1 函数开发实践

#!/bin/bash

# 带参数检查的函数
check_disk() {
    local threshold=${1:-90}  # 默认阈值90%
    local usage=$(df -h / | awk 'NR==2 {print $5}' | tr -d '%')
    
    if [ $usage -ge $threshold ]; then
        echo "警告：磁盘使用率超过 ${threshold}%"
        return 1
    else
        echo "磁盘空间正常"
        return 0
    fi
}

# 函数调用示例
if ! check_disk 95; then
    # 触发告警逻辑
    echo "执行磁盘清理..."
fi

五、高级特性应用

5.1 数组操作技巧

#!/bin/bash

# 关联数组(需要Bash 4.0+)
declare -A server_roles=(
    ["web"]="192.168.1.10"
    ["db"]="192.168.1.20"
    ["cache"]="192.168.1.30"
)

# 遍历关联数组
for role in "${!server_roles[@]}"; do
    ip=${server_roles[$role]}
    echo "服务器角色 $role 的IP地址是 $ip"
done

5.2 字符串处理

#!/bin/bash

path="/usr/local/bin/example.sh"

# 提取文件名
filename=${path##*/}
echo "文件名: $filename"

# 提取目录
dir=${path%/*}
echo "所在目录: $dir"

# 替换扩展名
new_path=${path/.sh/.bak}
echo "备份文件: $new_path"

六、错误处理与调试

6.1 健壮性编程实践

#!/bin/bash

# 严格模式设置
set -euo pipefail

# 自定义错误处理
trap 'echo "错误发生在行号 $LINENO"; exit 1' ERR

# 检查必需命令
required_commands=("awk" "sed" "curl")
for cmd in "${required_commands[@]}"; do
    if ! command -v "$cmd" &> /dev/null; then
        echo "错误: $cmd 命令未安装"
        exit 1
    fi
done

# 临时文件安全处理
temp_file=$(mktemp)
trap 'rm -f "$temp_file"' EXIT

七、脚本优化与最佳实践

1. 代码可读性

   • 使用有意义的变量名
   • 添加段落注释
   • 保持一致的缩进风格

2. 性能优化

   • 减少子shell创建
   • 使用内置字符串操作代替外部命令
   • 批量处理代替频繁IO操作

3. 安全规范

   • 总是引用变量扩展
   • 验证用户输入
   • 设置适当的文件权限

4. 维护建议

   • 添加版本注释
   • 编写使用说明
   • 记录修改历史

八、实战案例：系统监控脚本

#!/bin/bash
# 系统健康检查脚本

check_cpu() {
    local threshold=${1:-80}
    local usage=$(top -bn1 | grep "Cpu(s)" | sed "s/.*, *\([0-9.]*\)%* id.*/\1/" | awk '{print 100 - $1}')
    
    if (( $(echo "$usage > $threshold" | bc -l) )); then
        echo "CPU使用率过高: ${usage}%"
        return 1
    fi
    return 0
}

generate_report() {
    local status=$1
    local message=$2
    local timestamp=$(date +"%Y-%m-%d %T")
    
    cat <<EOF
===== 系统健康报告 =====
时间: $timestamp
状态: $status
详情: $message
=======================
EOF
}

# 执行检查
if ! check_cpu 85; then
    generate_report "警告" "CPU负载超过阈值" | tee /var/log/health_check.log
    exit 1
fi

generate_report "正常" "所有检查项通过" | tee /var/log/health_check.log

通过本文的系统性学习，您应该已经掌握了 Bash 脚本编程的核心技能。建议从简单脚本开始，逐步尝试实现更复杂的系统管理自动化任务。记住，优秀的脚本应该是：功能完善、易于维护、安全可靠。