Shell中的數值運算

1.1 問題

本案例要求熟悉Linux Shell環境的特點，主要練習以下操作：

• 使用expr、$[ ]、let等整數運算工具：定義變量X=1234，然後計算X與78的四則運算及求模結果
• 使用bc實現小數運算操作：以交互方式計算12.34與56.78的四則運算結果，另外再以非交互方式重復上述計算，最多顯示4位小數

1.2 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

步驟一：整數運算工具

1）使用expr命令

乘法操作應采用 \* 轉義，避免被作為Shell通配符；參與運算的整數值與運算操作符之間需要以空格分開，引用變量時必須加$符號。

首先定義變量X=1234，然後分別計算與78的加減乘除和求模運算結果：

1. [root@svr5 ~]# X=1234 //定義變量X
2. [root@svr5 ~]# expr $X + 78 //加法
3. 1312
4. [root@svr5 ~]# expr $X - 78 //減法
5. 1156
6. [root@svr5 ~]# expr $X \* 78 //乘法，操作符應添加\轉義
7. 96252
8. [root@svr5 ~]# expr $X / 78 //除法，僅保留整除結果
9. 15
10. [root@svr5 ~]# expr $X % 78 //求模
11. 64

2）使用$[]或$(())表達式

乘法操作*無需轉義，運算符兩側可以無空格；引用變量可省略 $ 符號；計算結果替換表達式本身，可結合echo命令輸出。

同樣對於變量X=1234，分別計算與78的加減乘除和求模運算結果：

1. [root@svr5 ~]# X=1234
2. [root@svr5 ~]# echo $[X+78]
3. 1312
4. [root@svr5 ~]# echo $[X-78]
5. 1156
6. [root@svr5 ~]# echo $[X*78]
7. 96252
8. [root@svr5 ~]# echo $[X/78]
9. 15
10. [root@svr5 ~]# echo $[X%78]
11. 64

3）使用let命令

expr或$[]、$(())方式只進行運算，並不會改變變量的值；而let命令可以直接對變量值做運算再保存新的值。因此變量X=1234，在執行let運算後的值會變更；另外，let運算操作並不顯示結果，但是可以結合echo命令來查看：

1. [root@svr5 ~]# X=1234
2. [root@svr5 ~]# let y=X+22
3. [root@svr5 ~]# echo $y
4. 1256
5. [root@svr5 ~]# let X+=78 ; echo $X # X+=78(X=X+78)
6. 1312
7. [root@svr5 ~]# let X-=78 ; echo $X # X-=78(X=X-78)
8. 1234
9. [root@svr5 ~]# let X*=78 ; echo $X # X*=78(X=X*78)
10. 96252
11. [root@svr5 ~]# let X/=78 ; echo $X # X/=78(X=X/78)
12. 1234
13. [root@svr5 ~]# let X%=78 ; echo $X # X%=78(X=X%79)
14. 64

步驟二：小數運算工具

1）bc交互式運算

先執行bc命令進入交互環境，然後再輸入需要計算的表達式。以計算小數12.34與5.678的四則運算為例，相關操作如下：

1. [root@svr5 ~]# bc
2. bc 1.06.95
3. Copyright 1991-1994, 1997, 1998, 2000, 2004, 2006 Free Software Foundation, Inc.
4. This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
5. For details type `warranty‘.
6. 12.34+56.78 //加法
7. 69.12
8. 12.34-56.78 //減法
9. -44.44
10. 12.34*56.78 //乘法
11. 700.66
12. 12.34/56.78 //除法
13. 0
14. quit //退出交互計算器
15. [root@svr5 ~]#

2）bc非交互式運算

將需要運算的表達式通過管道操作交給bc運算。註意，小數位的長度可采用scale=N限制，除此以外也受參與運算的數值的小數位影響。以計算小數12.34與5.678的四則運算為例，相關操作如下：

1. [root@svr5 ~]# echo ‘scale=4;12.34+5.678‘ | bc
2. 18.018
3. [root@svr5 ~]# echo ‘scale=4;12.34-5.678‘ | bc
4. 6.662
5. [root@svr5 ~]# echo ‘scale=4;12.34*5.678‘ | bc
6. 70.0665
7. [root@svr5 ~]# echo ‘scale=4;12.34/5.678‘ | bc
8. 2.1733

2 案例2：條件測試操作

2.1 問題

本案例要求參考PPT上的示例，分別練習以下條件測試操作：

• 字符串匹配
• 比較整數值的大小
• 識別文件/目錄的狀態
• 多個條件/操作的邏輯組合

2.2 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

步驟一：條件測試的基本用法

1）語法格式

使用“test 表達式”或者[ 表達式 ]都可以，表達式兩邊至少要留一個空格。

條件測試操作本身不顯示出任何信息。測試的條件是否成立主要體現在命令執行後的返回狀態（即 $?），所以可以在測試後查看變量$?的值來做出判斷，或者結合&&、||等邏輯操作顯示出結果（或作其他操作） 。

步驟二：字符串測試

1）== 比較兩個字符串是否相同

檢查當前用戶是否為root。

當root用戶執行時：

1. [root@svr5 ~]# [ $USER == "root" ] //測試
2. [root@svr5 ~]# echo $? //查看結果0為對，非0為錯

當普通用戶執行時：

1. [zengye@svr5 ~]$ [ $USER == "root" ]
2. [zengye@svr5 ~]$ echo $?

2）!= 比較兩個字符串是否不相同

檢查當前用戶，如果不是root。

當普通用戶執行時：

1. [zengye@svr5 ~]$ [ $USER != "root" ]

當root用戶執行時：

1. [root@svr5 ~]# [ $USER != "root" ]

3）-z 檢查變量的值是否未設置（空值）

1. [root@svr5 ~]# var1="Tarena" ; var2=""
2. [root@svr5 ~]# [ -z "$var1" ] && echo "空值" || echo "非空值"
3. 非空值
4. [root@svr5 ~]# [ -z $var2 ] && echo "空值" || echo "非空值"
5. 空值 //變量var2已設置，但無任何值，視為空
6. [root@svr5 ~]# [ ! -z $var1 ] //測試var1是否為非空

步驟三：整數值比較

參與比較的必須是整數（可以調用變量），比較非整數值時會出錯：

1. [root@svr5 ~]# A=20.4
2. [root@svr5 ~]# [ $A -gt 10 ] //不支持小數比較
3. -bash: [: 20.4: integer expression expected

1）-eq 比較兩個數是否相等。

1. [root@svr5 ~]# X=20 //定義一個測試變量
2. [root@svr5 ~]# [ $X -eq 20 ] && echo "相等" || echo "不相等"
3. 相等
4. [root@svr5 ~]# [ $X -eq 30 ] && echo "相等" || echo "不相等"
5. 不相等

2）-ne 比較兩個數是否不相等。

1. [root@svr5 ~]# [ $X -ne 20 ] && echo "不等於" || echo "等於"
2. 等於
3. [root@svr5 ~]# [ $X -ne 30 ] && echo "不等於" || echo "等於"
4. 不等於

3）-gt 比較前面的整數是否大於後面的整數。

1. [root@svr5 ~]# [ $X -gt 10 ] && echo "大於" || echo "否"
2. 大於
3. [root@svr5 ~]# [ $X -gt 20 ] && echo "大於" || echo "否"
4. 否
5. [root@svr5 ~]# [ $X -gt 30 ] && echo "大於" || echo "否"
6. 否

4）-ge 比較前面的整數是否大於或等於後面的整數。

1. [root@svr5 ~]# [ $X -ge 10 ] && echo "大於或等於" || echo "否"
2. 大於或等於
3. [root@svr5 ~]# [ $X -ge 20 ] && echo "大於或等於" || echo "否"
4. 大於或等於
5. [root@svr5 ~]# [ $X -ge 30 ] && echo "大於或等於" || echo "否"
6. 否

5）-lt 比較前面的整數是否小於後面的整數。

1. [root@svr5 ~]# [ $X -lt 10 ] && echo "小於" || echo "否"
2. 否
3. [root@svr5 ~]# [ $X -lt 20 ] && echo "小於" || echo "否"
4. 否
5. [root@svr5 ~]# [ $X -lt 30 ] && echo "小於" || echo "否"
6. 小於

6）-le 比較前面的整數是否小於或等於後面的整數。

1. [root@svr5 ~]# [ $X -le 10 ] && echo "小於或等於" || echo "否"
2. 否
3. [root@svr5 ~]# [ $X -le 20 ] && echo "小於或等於" || echo "否"
4. 小於或等於
5. [root@svr5 ~]# [ $X -le 30 ] && echo "小於或等於" || echo "否"
6. 小於或等於

7）提取當前登錄的用戶數，比較是否超過5。

1. [root@svr5 ~]# who | wc -l //確認已登錄的用戶數
2. 4
3. [root@svr5 ~]# N=$(who | wc -l) //賦值給變量N
4. [root@svr5 ~]# [ $N -gt 5 ] && echo "超過了" || echo "沒超過"
5. 沒超過

上述賦值給變量N及與5比較的操作，可以簡化為如下形式：

1. [root@svr5 ~]# [ $(who | wc -l) -gt 5 ] && echo "超過了" || echo "沒超過"
2. 沒超過

步驟四：識別文件/目錄的狀態

1）-e 判斷對象是否存在（不管是目錄還是文件）

1. [root@svr5 ~]# [ -e "/usr/src/" ] && echo "存在" || echo "不存在"
2. 存在
3. [root@svr5 ~]# [ -e "/etc/fstab" ] && echo "存在" || echo "不存在"
4. 存在
5. [root@svr5 ~]# [ -e "/home/nooby" ] && echo "存在" || echo "不存在"
6. 不存在

2）-d 判斷對象是否為目錄（存在且是目錄）

1. [root@svr5 ~]# [ -d "/usr/src/" ] && echo "是目錄" || echo "不是目錄"
2. 是目錄
3. [root@svr5 ~]# [ -d "/etc/fstab" ] && echo "是目錄" || echo "不是目錄"
4. 不是目錄
5. [root@svr5 ~]# [ -d "/home/nooby" ] && echo "是目錄" || echo "不是目錄"
6. 不是目錄

3）-f 判斷對象是否為文件（存在且是文件）

1. [root@svr5 ~]# [ -f "/usr/src/" ] && echo "是文件" || echo "不是文件"
2. 不是文件
3. [root@svr5 ~]# [ -f "/etc/fstab" ] && echo "是文件" || echo "不是文件"
4. 是文件
5. [root@svr5 ~]# [ -f "/home/nooby" ] && echo "是文件" || echo "不是文件"
6. 不是文件

4）-r 判斷對象是否可讀

此測試對root用戶無效，無論文件是否設置r權限，root都可讀：

1. [root@svr5 ~]# cp install.log /tmp/rtest.txt //復制一個文件做測試
2. [root@svr5 ~]# chmod -r /tmp/rtest.txt //去掉所有的r權限
3. [root@svr5 ~]# [ -r "/tmp/rtest.txt" ] && echo "可讀" || echo "不可讀"
4. 可讀 //root測試結果仍然可讀

切換為普通用戶，再執行相同的測試，結果變為“不可讀”：

1. [zengye@svr5 ~]$ [ -r "/tmp/rtest.txt" ] && echo "可讀" || echo "不可讀"
2. 不可讀

普通用戶只對自己擁有r權限的文件或目錄，-r測試時結果才成立：

1. [zengye@svr5 ~]$ ls -l .bashrc
2. -rw-r--r-- 1 zengye zengye 124 09-24 16:44 .bashrc
3. [zengye@svr5 ~]$ [ -r ".bashrc" ] && echo "可讀" || echo "不可讀"
4. 可讀

5）-w 判斷對象是否可寫

此測試同樣對root用戶無效，無論文件是否設置w權限，root都可寫：

1. [root@svr5 ~]# chmod -w /tmp/rtest.txt //去掉所有的w權限
2. [root@svr5 ~]# ls -l /tmp/rtest.txt //確認設置結果
3. ---------- 1 root root 33139 12-11 10:43 /tmp/rtest.txt
4. [root@svr5 ~]# [ -w "/tmp/rtest.txt" ] && echo "可寫" || echo "不可寫"
5. 可寫

切換為普通用戶，可以正常使用-w測試：

1. [zengye@svr5 ~]$ ls -l /tmp/rtest.txt
2. ---------- 1 root root 33139 12-11 10:52 /tmp/rtest.txt
3. [zengye@svr5 ~]$ [ -w "/tmp/rtest.txt" ] && echo "可寫" || echo "不可寫"
4. 不可寫

6）-x 判斷對象是否具有可執行權限

這個取決於文件本身、文件系統級的控制，root或普通用戶都適用：

1. [root@svr5 ~]# chmod 644 /tmp/rtest.txt //重設權限，無x
2. [root@svr5 ~]# ls -l /tmp/rtest.txt //確認設置結果
3. -rw-r--r-- 1 root root 33139 12-11 10:52 /tmp/rtest.txt
4. [root@svr5 ~]# [ -x "/tmp/rtest.txt" ] && echo "可執行" || echo "不可執行"
5. 不可執行
6. [root@svr5 ~]# chmod +x /tmp/rtest.txt //添加x權限
7. [root@svr5 ~]# [ -x "/tmp/rtest.txt" ] && echo "可執行" || echo "不可執行"
8. 可執行

步驟五：多個條件/操作的邏輯組合

1）&&，邏輯與

給定條件必須都成立，整個測試結果才為真。

檢查變量X的值是否大於10，且小於30：

1. [root@svr5 ~]# X=20 //設置X變量的值為20
2. [root@svr5 ~]# [ $X -gt 10 ] && [ $X -lt 30 ] && echo "YES"
3. YES

多個條件組合時，可以使用 [[ .. ]] 界定，比如上述測試可以改為如下：

1. [root@svr5 ~]# [[ $X -gt 10 && $X -lt 30 ]] && echo "YES"
2. YES

2）||，邏輯或

只要其中一個條件成立，則整個測試結果為真。

檢查變量X的值是否小於10或者小於30：

1. [root@svr5 ~]# [[ $X -lt 10 || $X -lt 30 ]] && echo "YES"
2. YES

只要/tmp/、/var/spool/目錄中有一個可寫，則條件成立：

1. [root@svr5 ~]# [ -w "/tmp/" ] || [ -w "/var/spool/" ] && echo "OK"
2. OK

3 案例3：使用if選擇結構

3.1 問題

本案例要求編寫3個Shell腳本，分別實現以下目標：

• 檢測/media/cdrom目錄，若不存在則創建
• 檢測並判斷指定的主機是否可ping通
• 從鍵盤讀取一個論壇積分，判斷論壇用戶等級，等級分類如下:

大於等於90 神功絕世

大於等於80，小於90 登峰造極

大於等於70，小於80 爐火純青

大於等於60，小於70 略有小成

小於60 初學乍練

3.2 方案

if單分支的語法組成：

1. if 條件測試
2. then 命令序列
3. fi

if雙分支的語法組成：

1. if 條件測試
2. then 命令序列1
3. else 命令序列2
4. fi

if多分支的語法組成：

1. if 條件測試1
2. then 命令序列1
3. elif 條件測試2
4. then 命令序列2
5. else 命令序列n
6. fi

if多分支結構實際上相當於多層if嵌套：

1. if 條件測試1 ; then
2. 命令序列1
3. else
4. if 條件測試2 ; then
5. 命令序列2
6. else
7. .. ..
8. 命令序列n
9. fi
10. fi

3.3 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

步驟一：檢測/media/cdrom目錄，若不存在則創建

1）編寫腳本如下：

1. [root@svr5 ~]# vim chkmountdir.sh
2. #!/bin/bash
3. MOUNT_DIR="/media/cdrom/"
4. if [ ! -d $MOUNT_DIR ]
5. then
6. mkdir -p $MOUNT_DIR
7. fi
9. [root@svr5 ~]# chmod +x chkmountdir.sh //添加可執行權限

2）測試、驗證腳本功能

1. [root@svr5 ~]# ls -ld /media/cdrom //本來沒有/media/cdrom目錄
2. ls: /media/cdrom: 沒有那個文件或目錄
3. [root@svr5 ~]# ./chkmountdir.sh //執行腳本
4. [root@svr5 ~]# ls -ld /media/cdrom //再檢查已經有了
5. drwxr-xr-x 2 root root 4096 12-11 15:16 /media/cdrom

有了/media/cdrom文件夾以後，再次執行上述腳本，實際上不做任何有效操作：

1. [root@svr5 ~]# ./chk_bakdir.sh
2. [root@svr5 ~]#

步驟二：檢測並判斷指定的主機是否可ping通

1）分析任務需求

使用ping命令檢測目標主機時，人工可直接判斷反饋結果，而腳本卻不方便。但是當ping測試成功時，執行狀態$?的值為0；而ping測試失敗時，$?的值不為0。因此在Shell腳本中可以利用這一點來判斷ping目標主機的成敗。

為了節省ping測試時間，可以只發送3個測試包（-c 3）、縮短發送測試包的間隔秒數（-i 0.2）、等待反饋的超時秒數（-W 3）。比如，檢查可ping通的主機：

1. [root@svr5 ~]# ping -c 3 -i 0.2 -W 3 192.168.4.5
2. PING 192.168.4.5 (192.168.4.5) 56(84) bytes of data.
3. 64 bytes from 192.168.4.5: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.131 ms
4. 64 bytes from 192.168.4.5: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.076 ms
5. 64 bytes from 192.168.4.5: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.073 ms
7. --- 192.168.4.5 ping statistics ---
8. 3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 402ms
9. rtt min/avg/max/mdev = 0.073/0.093/0.131/0.027 ms
11. [root@svr5 ~]# echo $? //執行狀態表示成功
12. 0

2）腳本編寫參考如下：

1. [root@svr5 ~]# vim pinghost.sh
2. #!/bin/bash
3. ping -c 3 -i 0.2 -W 3 $1 &> /dev/null
4. if [ $? -eq 0 ] ; then
5. echo "Host $1 is up."
6. else
7. echo "Host $1 is down."
8. fi
10. [root@svr5 ~]# chmod +x pinghost.sh

3）測試、驗證腳本功能

1. [root@svr5 ~]# ./pinghost.sh 192.168.4.5
2. Host 192.168.4.5 is up.
3. [root@svr5 ~]# ./pinghost.sh 192.168.4.50
4. Host 192.168.4.50 is down.

步驟三：從鍵盤讀取一個論壇積分，判斷論壇用戶等級

1）腳本編寫參考如下：

大於等於90 神功絕世

大於等於80，小於90 登峰造極

大於等於70，小於80 爐火純青

大於等於60，小於70 略有小成

大於60 初學乍練

1. [root@svr5 ~]# vim gradediv.sh
2. #!/bin/bash
3. read -p "請輸入積分（0-100）：" JF
4. if [ $JF –ge 90 ] ; then
5. echo "$JF 分，神功絕世"
6. elif [ $JF –ge 80 ] ; then
7. echo "$JF 分，登峰造極"
8. elif [ $JF –ge 70 ] ; then
9. echo "$JF 分，爐火純青"
10. elif [ $JF –ge 60 ] ; then
11. echo "$JF 分，略有小成"
12. else
13. echo "$JF 分，初學乍練"
14. fi
16. [root@svr5 ~]# chmod +x gradediv.sh

3）測試、驗證腳本

1. [root@svr5 ~]# ./gradediv.sh
2. 請輸入積分（0-100）：74
3. 74 分，爐火純青
4. [root@svr5 ~]# ./gradediv.sh
5. 請輸入分數（0-100）：68
6. 68 分，略有小成
7. [root@svr5 ~]# ./gradediv.sh
8. 請輸入分數（0-100）：87
9. 87 分，登峰造極

數值運算，if結構