Shell-Skripte

Zuletzt aktualisiert am 2025-10-23 | Diese Seite bearbeiten

Geschätzte Zeit: 45 Minuten

Übersicht

Fragen

  • Wie kann ich Befehle speichern und wiederverwenden?

Ziele

  • Schreiben Sie ein Shell-Skript, das einen Befehl oder eine Reihe von Befehlen für einen festen Satz von Dateien ausführt.
  • Führen Sie ein Shell-Skript von der Kommandozeile aus.
  • Schreiben Sie ein Shell-Skript, das mit einer Reihe von Dateien arbeitet, die der Benutzer auf der Kommandozeile definiert.
  • Erstellen Sie Pipelines, die Shell-Skripte enthalten, die Sie und andere geschrieben haben.

Jetzt können wir endlich sehen, was die Shell zu einer so mächtigen Programmierumgebung macht. Wir werden die Befehle, die wir häufig wiederholen, in Dateien speichern, so dass wir alle diese Operationen später mit einem einzigen Befehl erneut ausführen können. Aus historischen Gründen wird ein Bündel von Befehlen, die in einer Datei gespeichert sind, gewöhnlich als Shell-Skript bezeichnet, aber täuschen Sie sich nicht — es sind eigentlich kleine Programme.

Durch das Schreiben von Shell-Skripten wird Ihre Arbeit nicht nur schneller, sondern Sie müssen auch nicht die gleichen Befehle immer wieder neu eingeben. Außerdem wird sie dadurch genauer (weniger Tippfehler) und reproduzierbarer. Wenn Sie später auf Ihre Arbeit zurückkommen (oder wenn jemand anderes Ihre Arbeit findet und darauf aufbauen möchte), können Sie die gleichen Ergebnisse reproduzieren, indem Sie einfach Ihr Skript ausführen, anstatt sich eine lange Liste von Befehlen zu merken oder neu einzugeben.

Beginnen wir damit, zu alkanes/ zurückzugehen und eine neue Datei zu erstellen, middle.sh, die unser Shell-Skript werden wird:

BASH 

$ cd alkanes
$ nano middle.sh

Der Befehl nano middle.sh öffnet die Datei middle.sh mit dem Texteditor ‘nano’ (der in der Shell läuft). Wenn die Datei nicht existiert, wird sie erstellt. Wir können den Texteditor verwenden, um die Datei direkt zu bearbeiten, indem wir die folgende Zeile einfügen:

head -n 15 octane.pdb | tail -n 5

Dies ist eine Variation der Pipe, die wir zuvor konstruiert haben und die die Zeilen 11-15 der Datei octane.pdb auswählt. Erinnern Sie sich daran, dass wir es noch nicht als Befehl ausführen; wir binden die Befehle nur in eine Datei ein.

Dann speichern wir die Datei (Ctrl-O in nano) und beenden den Texteditor (Ctrl-X in nano). Überprüfen Sie, dass das Verzeichnis alkanes nun eine Datei namens middle.sh enthält.

Nachdem wir die Datei gespeichert haben, können wir die Shell bitten, die darin enthaltenen Befehle auszuführen. Unsere Shell heißt bash, also führen wir den folgenden Befehl aus:

BASH 

$ bash middle.sh

AUSGABE 

ATOM      9  H           1      -4.502   0.681   0.785  1.00  0.00
ATOM     10  H           1      -5.254  -0.243  -0.537  1.00  0.00
ATOM     11  H           1      -4.357   1.252  -0.895  1.00  0.00
ATOM     12  H           1      -3.009  -0.741  -1.467  1.00  0.00
ATOM     13  H           1      -3.172  -1.337   0.206  1.00  0.00

Die Ausgabe unseres Skripts ist genau das, was wir erhalten würden, wenn wir die Pipeline direkt ausführen würden.

Wichtig

Text vs. Was auch immer

Normalerweise bezeichnen wir Programme wie Microsoft Word oder LibreOffice Writer als “Texteditoren”, aber wir müssen etwas vorsichtiger sein, wenn es um die Programmierung geht. Microsoft Word verwendet standardmäßig .docx-Dateien, um nicht nur Text, sondern auch Formatierungsinformationen über Schriftarten, Überschriften und so weiter zu speichern. Diese zusätzlichen Informationen werden nicht als Zeichen gespeichert und bedeuten nichts für Tools wie head, das erwartet, dass Eingabedateien nur die Buchstaben, Ziffern und Satzzeichen einer normalen Computertastatur enthalten. Wenn Sie Programme bearbeiten, müssen Sie daher entweder einen reinen Texteditor verwenden oder darauf achten, dass Sie Dateien als reinen Text speichern.

Was, wenn wir Zeilen aus einer beliebigen Datei auswählen wollen? Wir könnten jedes Mal middle.sh editieren, um den Dateinamen zu ändern, aber das würde wahrscheinlich länger dauern, als den Befehl noch einmal in der Shell einzugeben und ihn mit einem neuen Dateinamen auszuführen. Lassen Sie uns stattdessen middle.sh editieren und es vielseitiger machen:

BASH 

$ nano middle.sh

Ersetzen Sie nun in “nano” den Text octane.pdb durch die spezielle Variable namens $1:

head -n 15 "$1" | tail -n 5

Innerhalb eines Shell-Skripts bedeutet $1 “der erste Dateiname (oder ein anderes Argument) in der Befehlszeile”. Wir können unser Skript nun wie folgt ausführen:

BASH 

$ bash middle.sh octane.pdb

AUSGABE 

ATOM      9  H           1      -4.502   0.681   0.785  1.00  0.00
ATOM     10  H           1      -5.254  -0.243  -0.537  1.00  0.00
ATOM     11  H           1      -4.357   1.252  -0.895  1.00  0.00
ATOM     12  H           1      -3.009  -0.741  -1.467  1.00  0.00
ATOM     13  H           1      -3.172  -1.337   0.206  1.00  0.00

oder auf eine andere Datei wie diese:

BASH 

$ bash middle.sh pentane.pdb

AUSGABE 

ATOM      9  H           1       1.324   0.350  -1.332  1.00  0.00
ATOM     10  H           1       1.271   1.378   0.122  1.00  0.00
ATOM     11  H           1      -0.074  -0.384   1.288  1.00  0.00
ATOM     12  H           1      -0.048  -1.362  -0.205  1.00  0.00
ATOM     13  H           1      -1.183   0.500  -1.412  1.00  0.00
Wichtig

Doppelte Anführungszeichen um Argumente

Aus demselben Grund, aus dem wir die Schleifenvariable in doppelte Anführungszeichen setzen, umgeben wir $1 mit doppelten Anführungszeichen, falls der Dateiname zufällig Leerzeichen enthält.

Derzeit müssen wir jedes Mal middle.sh bearbeiten, wenn wir den Bereich der zurückgegebenen Zeilen anpassen wollen. Wir können das ändern, indem wir unser Skript so konfigurieren, dass es stattdessen drei Befehlszeilenargumente verwendet. Nach dem ersten Kommandozeilenargument ($1) ist jedes weitere Argument, das wir angeben, über die speziellen Variablen $1, $2, $3 zugänglich, die sich jeweils auf das erste, zweite und dritte Kommandozeilenargument beziehen.

Da wir dies wissen, können wir zusätzliche Argumente verwenden, um den Bereich der Zeilen zu definieren, die an head bzw. tail übergeben werden sollen:

BASH 

$ nano middle.sh
head -n "$2" "$1" | tail -n "$3"

Wir können jetzt ausführen:

BASH 

$ bash middle.sh pentane.pdb 15 5

AUSGABE 

ATOM      9  H           1       1.324   0.350  -1.332  1.00  0.00
ATOM     10  H           1       1.271   1.378   0.122  1.00  0.00
ATOM     11  H           1      -0.074  -0.384   1.288  1.00  0.00
ATOM     12  H           1      -0.048  -1.362  -0.205  1.00  0.00
ATOM     13  H           1      -1.183   0.500  -1.412  1.00  0.00

Indem wir die Argumente für unseren Befehl ändern, können wir das Verhalten unseres Skripts ändern:

BASH 

$ bash middle.sh pentane.pdb 20 5

AUSGABE 

ATOM     14  H           1      -1.259   1.420   0.112  1.00  0.00
ATOM     15  H           1      -2.608  -0.407   1.130  1.00  0.00
ATOM     16  H           1      -2.540  -1.303  -0.404  1.00  0.00
ATOM     17  H           1      -3.393   0.254  -0.321  1.00  0.00
TER      18              1

Das funktioniert, aber es kann sein, dass die nächste Person, die middle.sh liest, einen Moment braucht, um herauszufinden, was es tut. Wir können unser Skript verbessern, indem wir einige Kommentare am Anfang hinzufügen:

BASH 

$ nano middle.sh
# Zeilen aus der Mitte einer Datei auswählen.
# Verwendung: bash middle.sh Dateiname Endzeile Anzahl_Zeilen
head -n "$2" "$1" | tail -n "$3"

Ein Kommentar beginnt mit einem #-Zeichen und läuft bis zum Ende der Zeile. Der Computer ignoriert Kommentare, aber sie sind von unschätzbarem Wert für das Verständnis und die Verwendung von Skripten durch andere (auch durch Ihr zukünftiges Ich). Die einzige Einschränkung ist, dass Sie jedes Mal, wenn Sie das Skript ändern, überprüfen sollten, ob der Kommentar noch korrekt ist. Eine Erklärung, die den Leser in die falsche Richtung lenkt, ist schlimmer als gar keine.

Was, wenn wir viele Dateien in einer einzigen Pipeline verarbeiten wollen? Wenn wir zum Beispiel unsere .pdb-Dateien nach Länge sortieren wollen, würden wir folgendes eingeben:

BASH 

$ wc -l *.pdb | sort -n

weil wc -l die Anzahl der Zeilen in den Dateien auflistet (erinnern Sie sich, dass wc für ‘word count’ steht, das Hinzufügen der Option -l bedeutet stattdessen ‘count lines’) und sort -n die Dinge numerisch sortiert. Wir könnten dies in eine Datei schreiben, aber dann würde es immer nur eine Liste von .pdb Dateien im aktuellen Verzeichnis sortieren. Wenn wir in der Lage sein wollen, eine sortierte Liste anderer Arten von Dateien zu erhalten, brauchen wir einen Weg, um all diese Namen in das Skript zu bekommen. Wir können nicht $1, $2 und so weiter verwenden, weil wir nicht wissen, wie viele Dateien es gibt. Stattdessen verwenden wir die spezielle Variable $@, was soviel bedeutet wie ‘Alle Befehlszeilenargumente für das Shell-Skript’. Wir sollten auch $@ in Anführungszeichen setzen, um den Fall von Argumenten mit Leerzeichen zu behandeln ("$@" ist eine spezielle Syntax und entspricht "$1" "$2" …).

Hier ist ein Beispiel:

BASH 

$ nano sorted.sh
# Sort files by their length.
# Usage: bash sorted.sh one_or_more_filenames
wc -l "$@" | sort -n

BASH 

$ bash sorted.sh *.pdb ../creatures/*.dat

AUSGABE 

9 methane.pdb
12 ethane.pdb
15 propane.pdb
20 cubane.pdb
21 pentane.pdb
30 octane.pdb
163 ../creatures/basilisk.dat
163 ../creatures/minotaur.dat
163 ../creatures/unicorn.dat
596 total
Aufgabe

Einzigartige Arten auflisten

Leah hat mehrere hundert Datendateien, von denen jede wie folgt formatiert ist:

2013-11-05,deer,5
2013-11-05,rabbit,22
2013-11-05,raccoon,7
2013-11-06,rabbit,19
2013-11-06,deer,2
2013-11-06,fox,1
2013-11-07,rabbit,18
2013-11-07,bear,1

Ein Beispiel für diesen Dateityp findet sich in shell-lesson-data/exercise-data/animal-counts/animals.csv.

Wir können den Befehl cut -d , -f 2 animals.csv | sort | uniq verwenden, um die einzelnen Arten in animals.csv zu erzeugen. Um diese Befehlsfolge nicht jedes Mal abtippen zu müssen, kann ein Wissenschaftler stattdessen ein Shell-Skript schreiben.

Schreiben Sie ein Shell-Skript mit dem Namen species.sh, das eine beliebige Anzahl von Dateinamen als Befehlszeilenargumente annimmt und eine Variation des obigen Befehls verwendet, um eine Liste der einzelnen Arten zu drucken, die in jeder dieser Dateien separat vorkommen.

BASH 

# Skript zum Auffinden einzigartiger Arten in CSV-Dateien, wobei „species“ das zweite Datenfeld ist.
# Dieses Skript akzeptiert eine beliebige Anzahl von Dateinamen als Befehlszeilenargumente.

# Über alle Dateien iterieren  
for file in $@
do
    echo "Einzigartige Arten in $file:"
    # Artennamen extrahieren
    cut -d , -f 2 $file | sort | uniq
done

Angenommen, wir haben gerade eine Reihe von Befehlen ausgeführt, die etwas Nützliches bewirkt haben - zum Beispiel die Erstellung eines Diagramms, das wir in einem Artikel verwenden möchten. Wir möchten das Diagramm später bei Bedarf erneut erstellen können, also wollen wir die Befehle in einer Datei speichern. Anstatt die Befehle erneut einzugeben (und sie möglicherweise falsch zu machen), können wir so vorgehen:

BASH 

$ history | tail -n 5 > redo-figure-3.sh

Die Datei redo-figure-3.sh enthält jetzt:

297 bash goostats.sh NENE01729B.txt stats-NENE01729B.txt
298 bash goodiff.sh stats-NENE01729B.txt /data/validated/01729.txt > 01729-differences.txt
299 cut -d ',' -f 2-3 01729-differences.txt > 01729-time-series.txt
300 ygraph --format scatter --color bw --borders none 01729-time-series.txt figure-3.png
301 history | tail -n 5 > redo-figure-3.sh

Nach kurzer Arbeit in einem Editor, um die fortlaufenden Nummern der Befehle zu entfernen, und um die letzte Zeile zu entfernen, in der wir den Befehl history aufgerufen haben, haben wir eine völlig genaue Aufzeichnung, wie wir diese Figur erstellt haben.

Aufgabe

Warum Befehle in der Historie aufzeichnen, bevor sie ausgeführt werden?

Wenn Sie den Befehl ausführen:

BASH 

$ history | tail -n 5 > recent.sh

Der letzte Befehl in der Datei ist der history-Befehl selbst, d.h. die Shell hat history zum Befehlsprotokoll hinzugefügt, bevor sie ihn tatsächlich ausführt. Tatsächlich fügt die Shell immer Befehle in das Protokoll ein, bevor sie ausgeführt werden. Warum, glauben Sie, tut sie das?

Wenn ein Befehl zu einem Absturz oder einem Hänger führt, könnte es nützlich sein, zu wissen, was dieser Befehl war, um das Problem zu untersuchen. Würde der Befehl erst nach seiner Ausführung aufgezeichnet werden, hätten wir im Falle eines Absturzes keine Aufzeichnung des zuletzt ausgeführten Befehls.

In der Praxis entwickeln die meisten Leute Shell-Skripte, indem sie Befehle an der Shell-Eingabeaufforderung ein paar Mal ausführen, um sicherzustellen, dass sie das Richtige tun, und sie dann zur Wiederverwendung in einer Datei speichern. Diese Arbeitsweise ermöglicht es den Leuten, das, was sie über ihre Daten und ihren Arbeitsablauf herausgefunden haben, mit einem Aufruf von history und ein wenig Bearbeitung zu recyceln, um die Ausgabe zu bereinigen und als Shell-Skript zu speichern.

Nelle’s Pipeline: Erstellen eines Skripts

Nelles Vorgesetzter bestand darauf, dass alle ihre Analysen reproduzierbar sein müssen. Am einfachsten ist es, alle Schritte in einem Skript festzuhalten.

Zuerst kehren wir in Nelles Projektverzeichnis zurück:

BASH 

$ cd ../../north-pacific-gyre/

Sie erstellt eine Datei mit nano …

BASH 

$ nano do-stats.sh

…die folgendes enthält:

BASH 

# Berechnen Sie Statistiken für Datendateien.
for datafile in "$@"
do
    echo $datafile
    bash goostats.sh $datafile stats-$datafile
done

Sie speichert dies in einer Datei mit dem Namen do-stats.sh, so dass sie nun die erste Stufe ihrer Analyse wiederholen kann, indem sie eingibt:

BASH 

$ bash do-stats.sh NENE*A.txt NENE*B.txt

Sie kann auch dies tun:

BASH 

$ bash do-stats.sh NENE*A.txt NENE*B.txt | wc -l

so dass die Ausgabe nur die Anzahl der verarbeiteten Dateien ist und nicht die Namen der verarbeiteten Dateien.

Eine Sache, die man bei Nelles Skript beachten sollte, ist, dass es die Person, die es ausführt, entscheiden lässt, welche Dateien verarbeitet werden sollen. Sie hätte es auch so schreiben können:

BASH 

# Berechnen Sie die Statistiken für die Datendateien von Standort A und Standort B.
for datafile in NENE*A.txt NENE*B.txt
do
    echo $datafile
    bash goostats.sh $datafile stats-$datafile
done

Der Vorteil ist, dass dabei immer die richtigen Dateien ausgewählt werden: Sie muss nicht daran denken, die “Z”-Dateien auszuschließen. Der Nachteil ist, dass es immer nur diese Dateien auswählt — sie kann es nicht auf alle Dateien (einschließlich der ‘Z’-Dateien) oder auf die ‘G’- oder ‘H’-Dateien anwenden, die ihre Kollegen in der Antarktis produzieren, ohne das Skript zu bearbeiten. Wenn sie etwas abenteuerlicher sein wollte, könnte sie ihr Skript so ändern, dass es nach Befehlszeilenargumenten sucht und NENE*A.txt NENE*B.txt verwendet, wenn keine angegeben wurden. Natürlich führt dies zu einem weiteren Kompromiss zwischen Flexibilität und Komplexität.

Aufgabe

Variablen in Shell-Skripten

Stellen Sie sich vor, Sie haben im Verzeichnis alkanes ein Shell-Skript namens script.sh, das die folgenden Befehle enthält:

BASH 

head -n $2 $1
tail -n $3 $1

Während du dich im Verzeichnis alkanes befindest, gibst du den folgenden Befehl ein:

BASH 

$ bash script.sh '*.pdb' 1 1

Welche der folgenden Ausgaben würden Sie erwarten?

  1. Alle Zeilen zwischen der ersten und der letzten Zeile jeder Datei, die auf .pdb im Verzeichnis alkanes endet
  2. Die erste und die letzte Zeile jeder Datei, die auf .pdb im Verzeichnis alkanes endet
  3. Die erste und die letzte Zeile jeder Datei im Verzeichnis alkanes
  4. Ein Fehler wegen der Anführungszeichen um *.pdb

Die richtige Antwort ist 2.

Die speziellen Variablen $1, $2 und $3 stehen für die Kommandozeilenargumente, die dem Skript übergeben werden, so dass die Befehle ausgeführt werden:

BASH 

$ head -n 1 cubane.pdb ethane.pdb octane.pdb pentane.pdb propane.pdb
$ tail -n 1 cubane.pdb ethane.pdb octane.pdb pentane.pdb propane.pdb

Die Shell expandiert '*.pdb' nicht, weil es von Anführungszeichen eingeschlossen ist. Das erste Argument des Skripts ist also '*.pdb', das innerhalb des Skripts durch head und tail erweitert wird.

Aufgabe

Finde die längste Datei mit einer gegebenen Erweiterung

Schreiben Sie ein Shell-Skript mit dem Namen longest.sh, das den Namen eines Verzeichnisses und eine Dateinamenserweiterung als Argumente annimmt und den Namen der Datei mit den meisten Zeilen in diesem Verzeichnis mit dieser Erweiterung ausgibt. Zum Beispiel:

BASH 

$ bash longest.sh shell-lesson-data/exercise-data/alkanes pdb

würde den Namen der Datei .pdb in shell-lesson-data/exercise-data/alkanes ausgeben, die die meisten Zeilen hat.

Sie können Ihr Skript auch in einem anderen Verzeichnis testen, z.B.

BASH 

$ bash longest.sh shell-lesson-data/exercise-data/writing txt

BASH 

# Shell-Skript, das zwei Argumente akzeptiert:
#    1. einen Verzeichnisnamen
#    2. eine Dateierweiterung
# und den Namen der Datei in diesem Verzeichnis ausgibt,
# die die meisten Zeilen enthält, die mit der Dateierweiterung übereinstimmen.

wc -l $1/*.$2 | sort -n | tail -n 2 | head -n 1

Der erste Teil der Pipeline, wc -l $1/*.$2 | sort -n, zählt die Zeilen in jeder Datei und sortiert sie numerisch (die größte zuletzt). Wenn es mehr als eine Datei gibt, gibt wc auch eine abschließende Übersichtszeile aus, die die Gesamtzahl der Zeilen in allen Dateien angibt. Wir benutzen tail -n 2 | head -n 1, um diese letzte Zeile zu verwerfen.

Mit wc -l $1/*.$2 | sort -n | tail -n 1 sehen wir die abschließende Zusammenfassungszeile: wir können unsere Pipeline stückweise aufbauen, um sicher zu sein, dass wir die Ausgabe verstehen.

Aufgabe

Skript Leseverstehen

Für diese Frage betrachten wir noch einmal das Verzeichnis shell-lesson-data/exercise-data/alkanes. Dieses enthält eine Reihe von .pdb-Dateien zusätzlich zu allen anderen Dateien, die Sie erstellt haben. Erkläre, was jedes der folgenden drei Skripte tun würde, wenn es als bash script1.sh *.pdb, bash script2.sh *.pdb bzw. bash script3.sh *.pdb ausgeführt würde.

BASH 

# Script 1
echo *.*

BASH 

# Script 2
for filename in $1 $2 $3
do
    cat $filename
done

BASH 

# Script 3
echo $@.pdb

In jedem Fall expandiert die Shell den Platzhalter in *.pdb, bevor sie die resultierende Liste von Dateinamen als Argumente an das Skript weitergibt.

Skript 1 würde eine Liste aller Dateien ausgeben, die einen Punkt in ihrem Namen enthalten. Die Argumente, die dem Skript übergeben werden, werden im Skript selbst nicht verwendet.

Skript 2 würde den Inhalt der ersten 3 Dateien mit der Dateierweiterung .pdb ausgeben.$1, $2 und $3 beziehen sich jeweils auf das erste, zweite und dritte Argument.

Skript 3 würde alle Argumente für das Skript ausgeben (d.h. alle .pdb-Dateien), gefolgt von .pdb.$@ bezieht sich auf alle Argumente, die einem Shell-Skript übergeben werden.

AUSGABE 

cubane.pdb ethane.pdb methane.pdb octane.pdb pentane.pdb propane.pdb.pdb
Aufgabe

Debugging-Skripte

Angenommen, Sie haben das folgende Skript in einer Datei namens do-errors.sh im Verzeichnis north-pacific-gyre von Nelle gespeichert:

BASH 

# Berechnen Sie Statistiken für Datendateien.
for datafile in "$@"
do
    echo $datfile
    bash goostats.sh $datafile stats-$datafile
done

Wenn Sie es aus dem Verzeichnis north-pacific-gyre ausführen:

BASH 

$ bash do-errors.sh NENE*A.txt NENE*B.txt

Die Ausgabe ist leer. Um herauszufinden, warum, führen Sie das Skript mit der Option -x erneut aus:

BASH 

$ bash -x do-errors.sh NENE*A.txt NENE*B.txt

Was zeigt Ihnen die Ausgabe? Welche Zeile ist für den Fehler verantwortlich?

Die Option -x bewirkt, dass bash im Debug-Modus läuft. Dadurch wird jeder Befehl während seiner Ausführung ausgedruckt, was Ihnen hilft, Fehler zu finden. In diesem Beispiel können wir sehen, dass echo nichts ausgibt. Wir haben einen Tippfehler im Namen der Schleifenvariablen gemacht, und die Variable datfile existiert nicht und gibt daher einen leeren String zurück.

Hauptpunkte
  • Speichern Sie Befehle in Dateien (normalerweise Shell-Skripte genannt) zur Wiederverwendung.
  • bash [filename] führt die in einer Datei gespeicherten Befehle aus.
  • $@ bezieht sich auf alle Kommandozeilenargumente eines Shell-Skripts.
  • $1, $2, etc. beziehen sich auf das erste Kommandozeilenargument, das zweite Kommandozeilenargument, etc.
  • Setzen Sie Variablen in Anführungszeichen, wenn die Werte Leerzeichen enthalten könnten.
  • Dem Benutzer die Entscheidung zu überlassen, welche Dateien verarbeitet werden sollen, ist flexibler und konsistenter mit eingebauten Unix-Befehlen.