緯育 2026-0417

SHELL SCRIPT 基礎課程

本課程為以 Bash 為主的殼層腳本（Shell Script）與文字介面操作入門與進階實務，結合系統管理與自動化案例，從指令基礎、I/O 與重導向、變數與環境變數、引號與命令替換、條件判斷與迴圈，到陣列、函式、腳本模組化與參數/環境傳遞，逐步建立腳本設計能力。

課程強調以實務需求驅動學習：如多環境一鍵切換配置與下班後遠端自動掃描關機節能；並穿插常用網路/文字/排序/統計/時間指令複習與亂數應用（文字小遊戲）。同時說明 Shell 與作業系統、核心（Kernel）、硬體協作的完整流程，輔以 MP3 播放案例理解系統資源調度。提供虛擬化環境與多平台（macOS、Windows/WSL、VM）操作建議、教材與範例的取得方式（教室直接使用或家庭下載、WiFi 位址分享），以及作業繳交規範與評分策略。因課程模組與歷史課程部分重疊，將集中講解重點並對不熟悉處加強，3C 保證講完，3-2 即使未完整講授亦可憑已學指令自學完成。

Shell 與系統基礎

• Shell 定義與職責：為文字型介面，負責語法解析、建立使用者環境（環境變數/區域變數）、將工作委派給作業系統，再由核心調度硬體並回傳結果訊息。
• 三層架構與指令解析：Shell（上層）解析主指令、選項與引數，交由 OS/Kernel（中層）調度底層硬體；以 MP3 播放示例說明記憶體分配、檔案讀取、解碼庫載入、CPU 執行至音訊輸出。
• 常見 Shell 與通用性：sh、bash、csh、tcsh、ksh、zsh 等；課程以 bash 為主，macOS 可切換 bash，Windows 建議使用 WSL 或虛擬機。
• 檢查與設定 Shell：echo $SHELL 檢視；/etc/passwd 查/改預設 Shell；/etc/shells 列出已安裝 Shell。Bash 4.0 前有重大漏洞，建議更新至新版（範例 5.0.17 或以上）。
• 工作/程序管理：前景/背景切換與持續化；screen 或 tmux 保持工作不中斷。

指令基礎與 I/O

• 標準輸出與重導向：stdout 與 >、>> 等運用，結合各題情境練習；可同時輸出至終端與檔案。
• 引號與命令替換：單引號不展開變數與命令；雙引號展開變數（通配符多不展開）；反引號（`）或 $( ) 進行命令替換，將結果嵌入字串。
• 指令查詢、設定與快捷鍵：熟悉查用法、選項；練習快捷鍵以提升效率。路徑（相對/絕對）與 alias 概念提供補充資源。
• 檔案類型判別：Linux 以內容判別（file 等），對比 Windows 依副檔名，避免格式誤判。

變數、字串處理與資料結構

• 變數與環境變數：建立、讀取、使用、unset。以環境變數作為資料傳遞機制可減少參數傳遞負擔。
• 「變數的計算」＝字串處理：關鍵字檢查、比對、替換、刪改等，用於資料清洗與條件觸發，非純數值運算。
• 陣列：改善多值資料處理，縮短程式碼並提升可讀性。

腳本入門、流程控制與模組化

• 第一支腳本（Hello World）：建立語法與執行習慣，重視可讀性與流程。
• 判斷式與迴圈：if/case 決策分支；for/while 迴圈設計與中斷條件，避免無窮迴圈（特別在雲端/遠端環境）。
• 邏輯寫法風格：test/ vs []、-a/-o vs &&/|| 等，先選一種熟悉風格；遇表達困難可切換以簡化思路。
• 函式：定義、呼叫、參數與回傳、提前返回；概念與 Python 相近、語法不同。
• 腳本間呼叫與傳遞：多腳本拆分職責；以參數或預設環境變數（如 minet）傳遞資料，視可讀性與維運需求選用。

常用工具與亂數應用

• 指令複習：網路/文字處理/排序/統計/時間等已學工具，持續整合於實作。
• 亂數與文字小遊戲：擲骰子、丟硬幣、猜數字（1–100），以已學指令組合完成，強化控制流程與 I/O 綜合運用。

實務自動化案例

• 多環境快速切換腳本：在不同公司/環境間一鍵切換網路與文字配置，提供選單（A、B、1、2、3 等），避免重複輸入 ifconfig/ip/帳號等，結合工具或自製指令組快速套用設定。
• 節能關機自動化：對公司 Linux 主機以腳本排程（如 18:00）進行遠端掃描（ping 存活）、連線並下達 PowerOff，延遲再檢查確認關機；可視覺監控或離席後回來確認。亦評估商用集中管理軟體之可行性與成本。
• 效益：節省人力、降低電費、提升 IT 管理效率；鼓勵擴充系統工具指令庫使腳本更精簡高效。

Shell的類型與基本操作

• 不同Shell的發展
  • 介紹了CSH、D-CSH、KASH等序列，並說明本課程主要使用Bash，它是GNU專案的軟體，也是多數Linux發行版的預設Shell。
• Bash的相容性與優點
  • Bash與SH（Bourne Shell）高度相容（99.9%），為SH寫的腳本基本都能在Bash中執行。
  • Bash融合了CSH、KSH等Shell的優點，提供別名（Alias）、工作控制（Job Control）、命令列歷史回看與編輯等便利功能。
• Shell的登入、變更與登出
  • 登入：使用者登入系統後，會自動進入預設的Shell。
  • 變更：可透過輸入Shell名稱（如bash）暫時變更，或使用chsh指令、編輯/etc/passwd檔案來永久變更預設Shell。
  • 登出：可使用exit、logout指令或Ctrl+D快速鍵。

Bash常用快速鍵與功能

• 游標移動
  • Ctrl+B/Ctrl+F：向後/向前移動一個字元（同方向鍵）。
  • Ctrl+A/Ctrl+E：移動到行首/行尾（同Home/End鍵）。
• 指令歷史
  • Ctrl+R：反向增量搜尋（reverse-i-search），輸入關鍵字片段即可查找最近的歷史指令。
  • !!：重複執行上一條指令。
• 畫面與程序控制
  • Ctrl+L：清除畫面（同clear指令）。
  • Ctrl+Z：將前景程序放到背景並暫停（工作控制）。
  • Ctrl+D：離開Shell（同exit），若命令列為空則觸發登出。
• 文字刪除與輸入
  • Ctrl+H：刪除游標前的字元（同Backspace）。
  • Ctrl+D：刪除游標所在的字元（同Delete），若命令列非空。
  • Ctrl+M：執行指令（同Enter）。
• 命令列補全
  • Tab鍵：自動補全指令、檔名或路徑。
• Shell 選項管理 (shopt)
  • shopt指令用於設定或取消Bash的行為選項。
  • shopt -p：列出所有選項及其狀態。
  • shopt -s [選項]：啟用選項；shopt -u [選項]：停用選項。
  • 範例：cdspell：啟用後(shopt -s cdspell)，cd指令能自動校正輕微的目錄拼寫錯誤。

Shell設定檔與啟動流程

• 設定檔分類
  • 公共設定檔：位於/etc，對所有使用者生效（如/etc/profile, /etc/bash.bashrc）。
  • 私用設定檔：位於使用者家目錄~，僅對該使用者生效（如~/.bashprofile, ~/.bashrc）。
• 登入模式分類
  • Login Shell：需完整身份驗證的登入（如Console登入、su -）。
  • Non-login Shell：在已登入環境下開啟的新Shell（如圖形介面終端機、su）。
• 設定檔載入順序
  • Login Shell:

   1. /etc/profile (及其呼叫的/etc/profile.d/*.sh)
   2. ~/.bashprofile -> ~/.bashlogin -> ~/.profile (三選一，找到即停)
   3. ~/.bashprofile 通常會主動呼叫 ~/.bashrc。

• • Non-login Shell:

   1. /etc/bash.bashrc
   2. ~/.bashrc

• 驗證啟動流程
  • 可在各設定檔第一行加入echo "檔案名稱"，重新登入後觀察輸出順序來驗證。
• 利用啟動檔進行安全監控
  • 可在共通執行的設定檔（如.bashrc）中加入腳本，實現如「root帳號登入時寄信通知」或「限制非上班時間登入」等安全措施。

Shell環境個人化設定

• 指令別名 (Alias)
  • 通常設定在~/.bashrc中，例如alias cls='clear'。
• 歷史指令 (History) 設定
  • HISTSIZE：設定記憶體中保留的指令筆數。
  • HISTFILESIZE：設定歷史紀錄檔 (~/.bashhistory) 中保存的筆數。
  • HISTTIMEFORMAT="[%F %T] "：設定後，history指令會顯示每條指令的執行時間戳。此資訊會以Unix時間戳格式儲存在.bashhistory中。
• 視窗尺寸自動檢查 (checkwinsize)
  • 啟用shopt -s checkwinsize後，Shell會自動更新LINES和COLUMNS變數，方便腳本根據視窗大小調整輸出。
• Vim編輯器設定
  • 可在家目錄建立.vimrc檔案，進行個人化設定，如顯示行號。

指令結構、類型與執行順序

• 指令基本結構
  • Command [Option] [Argument]，各部分以空白隔開。
• 選項 (Options) 類型
  • 長選項 (Long Option)：--開頭，單字形式（如--help），可讀性高，推薦用於腳本。
  • 短選項 (Short Option)：-開頭，單一字母（如-h），可合併使用（如-la）。
• 指令類型
  • 內建指令 (Built-in)：內建於Shell本身，執行效率高（如cd, echo, alias）。使用help [指令]查詢。
  • 外部指令 (External)：獨立於Shell的執行檔，存放於檔案系統中（如/usr/bin/ls）。使用man [指令]或[指令] --help查詢。
• 查詢與管理指令
  • type [指令]：判斷指令是內建或外部，並顯示外部指令路徑。
  • whereis [指令]：查詢指令位置，可輔助判斷類型。
  • enable [-n] [指令]：啟用或停用內部指令，可用於權限限制。
• 指令執行優先順序

 1. 路徑指定：含路徑的指令最優先（如/bin/ls）。
 2. 別名 (Alias)：其次執行已設定的別名。
 3. 內建指令：接著檢查是否為Shell內建指令。
 4. PATH環境變數：最後依序在$PATH變數定義的目錄中尋找外部指令。

檔案類型判別機制

• Linux vs. Windows 的差異
  • Windows：主要依賴「副檔名」來識別檔案類型。
  • Linux：主要依賴檔案的「內容」來識別，副檔名僅為人類辨識方便。
• file指令與Magic Number
  • file指令透過讀取檔案開頭的幾個位元組（Bytes），即「Magic Number」，來判斷檔案類型。
  • 系統維護一個magic資料庫檔案（如/usr/share/file/magic），記錄了各種檔案類型與其對應的Magic Number。
  • file指令將讀取到的Magic Number與此資料庫比對，從而準確回報檔案類型，不受副檔名影響。

變數的基礎概念與來源

• 變數的作用
  • 變數是用一個固定的名稱（變數名稱）來取代一個會變動的內容。
  • 透過存取變數名稱，就可以取得其對應的內容。
  • 變數也提供系統及相關服務存取資料的途徑。
• 變數的三個主要來源
  • 登入程序產生：經由登入（Login Shell）與非登入（Non-Login Shell）過程讀取設定檔（如 .bashrc）而產生。
  • 系統與服務產生：由作業系統或其上運行的服務因應其運行需求所建立。
  • 使用者自訂：使用者因個人需求所自行建立的變數。

變數的分類與命名

• 變數的種類
  • 環境變數 (Environment Variables)：可在當前 Shell 及由其衍生的子 Shell 中使用。約定俗成使用全大寫字母。
  • 自定義變數 (User-defined/Local Variables)：僅在當前的 Shell 中有效。建議使用小寫字母或駝峰式命名法。
  • 特殊變數 (Special Variables)：在 Shell 中有特殊用途，通常由特殊符號表示，例如 $?, $$, $, $#, 等。
• 命名規則
  • 不能使用特殊變數的符號。
  • 變數名稱可以包含數字，但第一個字元不能是數字。
• 內建變數
  • Shell 中有許多內建變數，其名稱常以雙底線 或錢字號 $ 開頭，以避免衝突。例如 HOSTNAME, PPID, BASHSUBSHELL。

查看、宣告與建立變數

• 查看變數的指令
  • env：列出系統中所有的環境變數。
  • set：列出「環境變數」、「自定義變數」和「函式 (function)」。
• 使用 declare 指令管理變數
  • declare 是用於宣告變數及查看變數詳細屬性的核心指令。
  • 主要選項：

 ** -p: 列出變數的完整宣告語法。
 ** -x: 宣告為環境變數。
 ** --: 宣告為自訂變數。
 ** -i: 宣告為整數 (Integer)。
 ** -r: 宣告為唯讀 (Read-only)。
 ** -a: 宣告為索引陣列 (Array)。
 ** -A: 宣告為關聯式陣列 (Associative Array)。

• 建立變數
  • 自訂變數：myname=ada (精簡寫法) 或 declare -* myname=ada (標準寫法)。預設為文字內容的自訂變數。
  • 環境變數：唯一標準方法是 declare -x MYVAR="somevalue"。
• 文字與數字比較的差異
  • 未宣告為整數 (-i) 的變數，其內容會被視為文字。文字比較是逐字元進行，例如 "9" 會大於 "10"，因為 "9" > "1"。

變數的操作

• 取值與設定
  • 取值：使用 $ 符號加上變數名稱，如 $MyName。
  • 設定值：使用 變數名稱=內容 的格式，如 MyName="David"。若內容包含空白，需用引號。
• 讀取使用者輸入
  • 使用 read 變數名稱 指令讓腳本暫停，等待使用者輸入並存入變數。
• 內容累加（字串拼接）
  • 格式為 變數=$變數新文字，例如 m1="$m1 plus new string"。
• 刪除變數
  • 使用 unset 變數名稱1 變數名稱2 ... 來刪除一個或多個變數。
• 批次刪除技巧（大括號展開）
  • 連續序列：unset myname{1..3} 會被展開為 unset myname1 myname2 myname3。
  • 非連續列表：unset myname{a,n,s}。
• 特殊變數 (底線)
  • 此變數會自動記錄前一個執行指令的「最後一個選項參數」。

常用環境變數

• SHELL: 使用者目前使用的 Shell 類型。
• PWD: 目前的所在目錄。
• HOME: 使用者的家目錄路徑 (~ 的來源)。
• LSCOLORS: 定義 ls 指令輸出內容的顏色。
• USER: 當前登入的使用者名稱。
• PATH: 指令的搜尋路徑。
• LANG: 系統的語系與編碼。

工作管理 (Job Control)

• 工作分類
  • 前台工作 (Foreground Job): 直接互動執行，執行完畢才能輸入下一個指令。
  • 背景工作 (Background Job): 在背景執行，分為「背景執行」和「背景暫停」。
• 狀態轉換與管理
  • &：在指令結尾加上 & 將工作送至「背景執行」，如 find . -name "b" > list_b.txt &。
  • Ctrl+Z：將當前的前台工作轉為「背景暫停」狀態。
  • jobs: 檢視背景工作狀態 (-l 顯示 PID, -r 顯示執行中, -s 顯示已暫停)。
  • fg %<工作編號>：將背景工作切換回前景。省略編號則作用於帶有 + 號的工作。
  • bg %<工作編號>：讓一個已暫停的工作在「背景」繼續執行。
• 終止程序 (kill)
  • kill -15 <PID> (SIGTERM): 預設信號，通知程序自行終止，允許清理工作。
  • kill -9 <PID> (SIGKILL): 強制由核心移除程序，程序無法進行清理。應在 -15 無效時才使用。
  • 潛在問題：對 vim 等應用程式使用 kill -9 可能導致 .swap 暫存檔殘留，應盡量避免。