Linux系统架构和应用技巧

1.4.2　内存的分配和释放51
了解内存分配机制52
了解内存释放机制54
1.4.3　上下文切换和页表56
COLUMN　何为IT程序员的学习方法58
第2章　别说缺少机器！虚拟化基础设施环境的构建59
2.1　基础设施工程师的成长来自于日常积累60
2.2　LinuxKVM虚拟网络62
2.2.1　虚拟网络的构建和虚拟机的配置63
YUM资源库的准备64
虚拟网络的配置65
虚拟机的配置65
2.2.2　DNS服务器的搭建73
DNS和邮件传输系统的基础知识73
BIND的安装和配置80
2.2.3　邮件服务器的建立87
2.3　HA集群环境在虚拟机上的实现94
2.3.1　对HAAdd-on的理解95
HA集群的基础95
HAAdd-On的工作原理97
2.3.2　Linux主机的准备以及虚拟机的构建99
虚拟网络的配置100
iSCSI目标的构建101
虚拟机的构建103
2.3.3　HAAdd-On的导入和配置105
包集合的导入和配置105
集群配置文件的准备106
HA集群的启动和服务的开始111
模拟故障测试的实现114
2.3.4　HA集群设计及运用的准备117
COLUMN　IT架构师与补习班讲师的沟通技巧119
第3章　10轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令121
3.1　简单有效的Shell脚本122
3.2　Shell脚本的基本规则123
3.2.1　Shell脚本的操作确认123
3.2.2　引号的使用方法125
3.2.3　条件判断的写法126
3.2.4　数组和位置参数的使用方法130
3.2.5　命令置换和数值演算131
3.3　用Shell脚本一决胜负133
3.3.1　[第1轮对决]　在跳板服务器上学到的秘籍~基本模式+异常处理133
3.3.2　[第2轮对决]　在分布式Shell上学到的秘籍~基本模式+管道138
3.3.3　[第3轮对决]　在进程监视中学到的秘籍~状态迁移处理144
3.3.4　[第4轮对决]　秘籍外传~由make命令进行简单的批处理148
3.3.5　[第5轮对决]　从模拟快照（snapshot）学到的秘籍~用管道操作日志151
3.3.6　[第6轮对决]　在云备份中学到的秘籍~在思考实验中组合处理流程155
3.4　Perl脚本的对决164
3.4.1　[第7轮对决]　自己编写Perl的乐趣164
3.4.2　[第8轮对决]　通过Tweet体验Perl带来的便利175
3.4.3　[第9轮对决]　用进程监控掌握fork178
3.4.4　[第10轮对决]　终极秘籍Perl与管道的结合183
COLUMN　造福于开源IT工程师的力量188
第4章　最后的堡垒！内核源代码的阅读189
4.1　阅读源代码190
4.2　内核源代码的走读方法191
4.2.1　Linux内核的构建步骤191
4.2.2　内核源代码探索入门195
4.2.3　读懂结构体和指针200
COLUMN　跳槽、英语、结婚——IT工程师的话题关键词207
4.3　探索核心子系统208
4.3.1　进程管理子系统208
不断演化的进程状态管理208
系统调用ptrace()213
list_head与神奇的宏216
4.3.2　内存管理子系统221
64位环境中的页映射222
/proc/meminfo的“内脏”228
4.4　内核源代码的分析实例235
4.4.1　Linux内核的系统时间235
4.4.2　闰秒发生的瞬间238
4.4.3　进一步探索的指南249
第5章　先行一步！RHEL6新功能综述251
5.1　支持商品化硬件的“操作系统进化”252
5.1.1　ext4文件系统的采用253
5.1.2　NetworkManager服务的引入254
5.1.3　用dracut创建初始RAM磁盘256
5.1.4　通过anacron实现定期任务执行260
5.2　对服务器启动处理进行变革的Upstart264
5.2.1　Upstart的概要264
5.2.2　Upstart任务的创建示例268
5.3　用Control　Groups控制资源分配271
5.3.1　Control　Group的概要271
5.3.2　各子系统的主要参数273
cpuset子系统273
cpu子系统275
memory子系统276
blkio子系统276
5.3.3　cg命令群的管理279
5.3.4　虚拟机的cgroups操作281
5.4　通过LXC体验容器型虚拟化技术282
5.4.1　容器型虚拟化技术的概要283
进程表的分割283
文件系统的分割284
网络的分割284
CPU和内存的分割285
5.4.2　容器中Web服务器的启动285
5.4.3　其他的容器设置289
COLUMN　“人生20年论”和技能提高的秘诀291
结语292
参考文献293

.　　另一方面，关于 Shell 脚本的基本规则和编写方法的书籍有很多，但要想编写出实用的 Shell 脚本，似乎还有一些应当超越的瓶颈。为了写出步骤清晰的 Shell 脚本，不仅需要对 大致的处理流程进行整理，还要一边进行操作确认，一边逐次增加其功能。
　　因此，本章的前半部分将列举一个可立即投入使用的 Shell 脚本实例，来讲解编写
　　Shell 脚本时“头部的用法”。可事先阅读文献 [1] 和 [2]，系统地熟悉一下其中的具体规则。
　　有时也能见到用 Shell 脚本编写的大型程序，但是个人认为，Shell 脚本并不适合用来
　　A在搭建这台服务器的时候，恰好一位同事带来了特产“柿叶寿司”，因此就有了这个主机名。 B在撰写 3.3.6 一节时创建了文件同步脚本，之后笔者开始喜欢使用它。
　　3.2Shell 脚本的基本规则??123
　　创建大型程序。本来 Shell 脚本就是汇总多个脚本来运行的，它并不擅长处理复杂的逻辑和 数据结构。用简单易懂的内容来实现必要的功能，这才是创建 Shell 脚本时的优势所在。
　　如果在编写 Shell 脚本的过程中有觉得困难的处理，有可能此处本身就不适合使用
　　Shell 脚本。与其勉强去编写难以理解的 Shell 脚本，不如使用 Perl 之类的。本章要介绍的 正是一个既简单又具有高度实用性的真正的 Shell 脚本。
　　另外，这里我们使用的是 bash，它是 Linux 标准的 Shell。bash 有其他 Shell 没有的功 能和内置命令，这里要积极利用 bash 的这些独特功能。其他的 Shell 不能这样直接使用， 这一点请大家注意。
　　在本章的后半部分，将介绍灵活运用 Perl 独有的功能和数据结构的脚本实例。相比较
　　Shell 脚本的示例，这是略为高级的内容，想要进一步创建 Perl 脚本的读者可参考这部分内
　　容。了解了 Perl 脚本所具备的独特功能，也就能同 Shell 脚本进行恰当的区别使用了。
　　为了方便说明，下文记录的所有脚本都附加上了行号，但在实际输入时是不需要的。
　　3.2Shell脚本的基本规则
　　在进入 Shell 脚本的例子之前，首先总结一下创建 Shell 脚本的基本规则。在 Shell 脚本 中，有很多与其他编程语言有着微妙差别的独特符号，因此很多人在编写时常常不小心忘 记。请把本节作为创建 Shell 脚本时的一个参考指南吧。
　　3.2.1? Shell 脚本的操作确认
　　在 Shell 脚本的第 1 行开始处指定 “#!/bin/sh ”。若在这里附加选项 -x ，使之变为 “ #!/bin/sh -x ”，就会显示 Shell 脚本执行时的每一行内容。
　　图 3.2 所示的 hello1.sh ，就是通过附加的 -x 选项，将输入的任意单词显示为信息
　　的简单的 Shell 脚本。
　　Technical?Notes
　　[1] 《学习 bash（第 2 版）》Cameron Newham、Bill Rosenblatt（著），查石祥（译），机械工业出版社，2003
　　 （修订版）Shell 脚本基础指南 A》山森丈范，技术评论社，2011
　　A此处为日文图书，原书名为《シェルスクリプト基本リファレンス》。截止到目前（2014 年 7 月），尚未出现
　　 中文版本。——译者注
　　124??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　hello1.sh
　　1 #!/bin/sh -x
　　2
　　3 message="Hello"
　　4 read name
　　5 echo "$message $name"
　　hello2.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 set -x
　　4 message="Hello"
　　5 read name
　　6 set +x
　　7 echo "$message $name"
　　图 3.2-x 选项的操作确认
　　该示例的执行情况如下。
　　# ./hello1.sh
　　+ message=Hello
　　+ read name
　　World 输入适当的单词
　　+ echo 'Hello World'
　　Hello World
　　以 + 符号开始的行，表示的是接下来执行的行的内容。变量的内容是展开显示的，这 样可以检查是否设置了预期的值。这一功能有助于 Shell 脚本的操作确认。
　　 当只有 Shell 脚本中的某些特定部分适用该功能时，则如图 3.2 的 hello2.sh 所示，
　　使用 set -x 和 set +x 。执行 set -x 后 -x 选项便生效，其后再执行 set +x ，便会禁 用该选项。该例的执行情况如下。
　　# ./hello2.sh
　　+ message=Hello
　　+ read name
　　World 输入任意的单词
　　+ set +x
　　Hello World
　　3.2Shell 脚本的基本规则??125
　　3.2.2? 引号的使用方法
　　编写 Shell 脚本中的字符串时，会用双引号（ " ～ " ）或者单引号（ ' ～ ' ）将字符串括 起来。双引号中包含的变量可以用其值来替换，而如果是单引号，则依然保持变量名。请 参考下面给出的例子。
　　# message="Hello"
　　# echo "$message World"
　　Hello World
　　# echo '$message World'
　　$message World
　　在双引号中，如果变量名以外的部分也使用符号 $ ，就必须如下面的例子一样，用一 个反斜杠来转义。
　　# message="Hello"
　　# echo "\$message = $message"
　　$message = Hello
　　在这些例子中，由于向 echo 命令的参数传递的是变量和字符串的组合，因此自然需要 用引号将它们括起来，而当只传递变量时，则往往将引号省略。但是，当变量的内容中 有 * 和 ? 之类的针对文件名的通配符时，若省略引号，就会导致文件名的的路径名扩展。 请参考下面给出的例子。
　　# touch HelloWorld.txt
　　# message="Hello*"
　　# echo "$message" 加上引号，不进行路径名扩展
　　Hello*
　　# echo $message 不加引号，进行路径名扩展
　　HelloWorld.txt
　　# rm HelloWorld.txt
　　# echo $message 不存在与通配符相匹配的文件时就维持原状
　　Hello*
　　由于只有存在与通配符相匹配的文件时，路径名扩展才会进行，因此很容易发生误操 作。实际运行环境中，有时会因为路径名的扩展与否而导致 Shell 脚本的运行发生变化。因 此除非是有意识地扩展路径名，否则请避免直接使用变量名。
　　另外，当需要将变量名和其他字符串连接在一起时，请用如下的 {} 符号将变量名括 起来。
　　126??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　# message="Hello"
　　# echo "${message}World"
　　HelloWorld
　　最后介绍被引号括起来的引号是如何显示的。首先，单引号和双引号可以嵌套在一起 使用。请参考下面给出的例子。
　　# echo 'Hello "World"'
　　Hello "World"
　　# echo "Hello 'World'"
　　Hello 'World'
　　当在双引号中使用双引号时，如下所示，需要用反斜杠进行转义。
　　# echo "Hello \"World\""
　　Hello "World"
　　在单引号中是不能使用单引号的，因为在单引号内不能通过反斜杠进行转义。如果实 在有必要，可以采用如下编写方法。
　　# echo 'Hello '\''World'\'
　　Hello 'World'
　　这里出现了不可思议的符号，其解释如下。
　　'Hello ' + \' + 'World' + \'
　　'Hello' 和 'World' 分别由单引号括起来，其外侧是用反斜杠转义的单引号。
　　3.2.3? 条件判断的写法
　　if 等条件判断部分有好几种写法。图 3.3 所示的 test.sh 中，同一个条件判断分别使 用了三种写法。
　　3.2Shell 脚本的基本规则??127
　　test.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 message="Hello"
　　4
　　5 if test "$message" = "Hello"; then
　　6 echo "Hello World"
　　7 fi
　　8
　　9 if [ "$message" = "Hello" ]; then
　　10 echo "Hello World"
　　11 fi
　　12
　　13 if [[ $message == "Hello" ]]; then
　　14 echo "Hello World"
　　15 fi
　　
　　图 3.3条件判断的各种写法
　　第 5 行和第 9 行仅是表示方法不同，实际的处理内容是完全一样的。第 5 行用 test 进
　　行条件判断，根据返回值（0 或 1）来执行条件分支。第 9 行是 test 命令的另一种写法。另
　　外，第 13 行是直接利用 bash 自身的功能进行条件判断，而不是通过返回值来判断。
　　在使用 test 命令的时候（第 5 行和第 9 行 ），有必要稍微注意一下它们的写法。例 如， "$message" 需作为变量名用双引号括起来，否则在变量的内容为空时便会产生语法 错误，在文件名中包含通配符时，就会发生前文提及的路径名扩展。
　　像第 13 行这样使用 [[ ]] 符号的写法则无需特别在意，只是笔者比较常用的方式 而已。表 3.1~ 表 3.4 汇总了常用的条件式，其中有很多是不太容易记住的，请作为参考 灵活使用。
　　表 3.1用于字符串比较的 [[?[ 条件式 ]?]]
　　条件式 说明
　　字符串1 ==字符串2 字符串匹配
　　字符串1 ！=字符串2 字符串不匹配
　　-z字符串 字符串为空
　　-n字符串 字符串不为空
　　字符串== 模式 字符串与模式相匹配
　　字符串！= 模式 字符串与模式不匹配
　　128??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　 表 3.2用于数值比较的 [[?[ 条件式 ]?]]
　　条件式 说明
　　数值1 -eq数值2 数值相等（equal）
　　数值1 -ne数值2 数值不相等（not equal）
　　数值1 -lt 数值2 数值1小于数值2（less than）
　　数值1 -le 数值2 数值1 小于或等于数值2（less or equal）
　　数值1 -gt 数值2 数值1 大于数值2（greater than）
　　数值1 -ge 数值2 数值1 大于或等于数值2（greater or equal）
　　表 3.3用于文件检查的 [[?[ 条件式 ]?]]
　　条件式 说明
　　-e文件名 该文件存在
　　-d文件名 是目录
　　-h文件名 是符号链接
　　-f文件名 是常规文件
　　表 3.4用于条件的逻辑运算的 [[?[ 条件式 ]?]]
　　条件式 说明
　　条件1&&条件2 两者都成立
　　条件1 //条件2 某一方（或两者）成立
　　！条件 条件不成立
　　true 始终成立
　　false 始终不成立
　　尽管没有在表 3.1 中列出，但其实“ ==”和“ =”这两种方法都可以用于字符串的比 较。虽然意义都是一样的，但在本章中采用了 ==，以便与变量赋值区分。至于使用 test 命 令时的写法，过去的 Shell 中多习惯使用 =，因此在阅读其他人编写的 Shell 脚本时请务必 注意。图 3.3 中也刻意使用了 =。
　　表 3.1 中的“模式”是独立于符号 [[ ]] 的，就像 * 和 ? 等用于文件名的通配符一 样，可以用于模式匹配。此外，表 3.4 中的 true 用于无限循环地执行 while 语句。图 3.4 是一个每隔 60 秒就持续显示一条消息的示例。虽然可以用“ :”来代替 true，但还是使 用意思较为明确的 true 更好。
　　
　　
　　
　　
　　3.2Shell 脚本的基本规则??129
　　
　　
　　loop.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 while [[ true ]]; do
　　4 sleep 60
　　5 echo "Hello World"
　　6 done
　　
　　图 3.4无限循环的示例
　　此外，在 [ [ 条件式 ] ] 和 [[ [ 条件式 ] ]] 中， [ 条件式 ] 与括号之间必需留有 一定的空间。同样地，用于字符串比较的 == 和 = ，这些符号与前后的变量以及字符串之间 也需留有一定的空间。
　　最后介绍在 if 语句的条件式部分代入任意命令的情况。在这种情况下，若命令的返回 值为 0，则判断条件成立，反之则判断条件不成立。这可能与大家的直观感觉相反，因此 请注意，在 bash 的条件判断中，0 为 true，除 0 以外都表示 false。
　　图 3.5 的第 3 行的示例就是这种写法，当文件 /tmp/tmp0 中包含 Hello 字符串时，
　　条件就成立，这是因为，若 grep 命令找到该字符串，返回值便为 0。
　　 另外，第 7~11 行是使用明确返回的值来记录相同处理的一个例子。由于命令的返回值
　　是特殊变量 $? ，因此赋值给一般变量 rc 后，再在 if 语句中进行判断。这里也可以不使用
　　变量 rc ，直接在 if 语句中对 $? 进行判断，但这种方法需要稍加注意，因为 $? 只表示最
　　近一条执行命令的返回值，如果在 grep 语句后追加其他的命令， $? 的值就会发生变化。
　　
　　hello3.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 if grep "Hello" /tmp/tmp0 ]/dev/null 2]&1; then
　　4 echo "Hello World"
　　5 fi
　　6
　　7 grep "Hello" /tmp/tmp0 ]/dev/null 2]&1 8 rc=$?
　　9 if [[ $rc -eq 0 ]]; then
　　10 echo "Hello World"
　　11 fi
　　
　　图 3.5字符串检索结果的判断示例
　　这两种方法需要分情况使用。一般说来，只要第 7~11 行的写法没有误解就好，在下文
　　即将介绍的图 3.16 中的示例中，通过 while 语句的条件判断部分，执行只从标准输入读取
　　
　　
　　
　　
　　
　　130??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　1 行内容的 read 语句。这时如果没有内容读入，read 语句的返回值会变为 1，while 语句的 执行便结束了。在这个过程中，如果 while 语句和 read 语句分开写，反而有可能难以看到 处理过程。
　　另外，图 3.5 中的第 3 行和第 7 行，在 grep 命令中加上了“ ]/dev/null 2]&1 ”这 个符号，这是用来将标准输出和标准错误输出重定向到 /dev/null 的。如果没有这个符 号，grep 命令的执行结果将显示在屏幕上。而现在只需要 grep 命令的返回值，就不需要进 行多余的屏幕输出了。
　　
　　3.2.4? 数组和位置参数的使用方法
　　虽然之前说过，在 Shell 脚本中不能使用复杂的数据结构，但是在 bash 中至少能使用 数组。由于不能进行特别复杂的数据操作，因此建议适度使用。如下所示，数组基本上是 通过指定下标来进行访问的。
　　
　　
　　# fruits[0]="Apple"
　　# fruits[1]="Grape"
　　# fruits[2]="Orange"
　　# echo "${fruits[0]} ${fruits[1]} ${fruits[2]}" Apple Grape Orange
　　
　　引用数组时，请务必使用上述的 {} 符号。如下例所示，还可以对数组进行赋值。
　　
　　
　　# fruits=( "Apple" "Grape" "Orange" )
　　# echo "${fruits[0]} ${fruits[1]} ${fruits[2]}" Apple Grape Orange
　　下面是分别获取数组中元素个数的方法，以及获取数组中所有元素的方法。请无需深 入思考 @ 符号的含义，它就是默认存在的。
　　
　　
　　# echo "${#fruits[@]}"
　　3
　　# echo "${fruits[@]}"
　　Apple Grape Orange
　　不同于数组，在类似的变量中还有“位置参数”，据此可以通过变量 $1~$9 来访问 Shell 脚本运行时的参数。用于启动 Shell 脚本的命令的名称本身也可以通过 $0 访问。
　　 另外，“ $@ ”用于创建一个包含所有参数的列表。如图 3.6 中 params.sh 的第 4 行所
　　示，用 for 语句来顺次处理所有参数时就会用到它。
　　
　　
　　
　　
　　3.2Shell 脚本的基本规则??131
　　
　　
　　params.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 echo $0
　　4 for item in "$@"; do
　　5 echo $item
　　6 done
　　
　　图 3.6参数的调用
　　
　　下面是 params.sh 的运行示例。
　　
　　# ./params.sh one two three
　　./params.sh
　　one
　　two
　　three
　　另 外 如 图 所 示， 运 行 shift 命 令 可 以 移 动 位 置 参 数 中 的 内 容， 如 $2 的 内 容 移 至 $1 ， $3 的内容移至 $2 ，shift 后面指定的数字即为移动的次数。图 3.7 中的 shift.sh ， 可以用来查看 shift 命令下位置参数移动的情形。
　　
　　shift.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 while [[ "$@" != "" ]];do
　　4 echo "$@"
　　5 shift
　　6 done
　　
　　图 3.7通过 shift 进行位置参数的移动
　　下面是运行结果。
　　
　　# ./shift.sh one two three
　　one two three
　　two three
　　three
　　
　　
　　3.2.5? 命令置换和数值演算
　　利用命令置换，能够将命令的标准输出的输出结果作为字符串来使用。如下例所示，
　　
　　
　　
　　
　　
　　132??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　
　　使用 $() 将输出结果中的命令括起来。
　　
　　# message="sh命令的完整路径是＄（which sh）。" # echo $message
　　sh命令的完整路径是/bin/sh
　　在通过命令的完整路径搜索提供该命令的 RPM 包的名称时，笔者经常会用到这个符 号。以下是使用方法。
　　
　　
　　# rpm -qf $(which sh)
　　bash-4.1.2-8.el6.x86_64
　　命令置换中，也有采用反括号（ `~`）将命令括起来的形式，但是如果命令较长，就会 导致开始位置和结束位置的区分不太明显。因此只要没有特殊原因，都推荐使用 $()。
　　 此外，在 bash 中，也可用类似命令置换的符号进行数值演算。在用 $(()) 括起来的
　　部分里，可以进行表 3.5 中所示的数值演算。由于可以使用与 C 语言等相同的符号，因此 十分方便。在 $(()) 的内部，不需要给变量名附加 $ 符号。
　　
　　 表 3.5数值演算的运算符
　　符号 说明
　　+-*/ 加减乘除
　　** 平方
　　% 余数
　　[[ 向左移位
　　]] 向右移位
　　& 按位AND
　　/ 按位OR
　　~ 按位NOT
　　^ 按位XOR
　　图 3.8 中的 seq.sh 是对 seq 命令进行模拟再现的脚本，在指定范围内以一定增量输出 增加的数值。
　　
　　
　　
　　
　　3.3用 Shell 脚本一决胜负??133
　　
　　
　　seq.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 first=$1
　　4 step=$2
　　5 last=$3
　　6
　　7 c=$first
　　8 while [[ $c -le $last ]]; do
　　9 echo $c
　　10 c=$(( c + step ))
　　11 done
　　
　　图 3.8数值演算的使用例
　　
　　下面在 10~20 的范围内输出反复增加 2 的数值。
　　
　　
　　$ ./seq.sh 10 2 20
　　10
　　12
　　14
　　16
　　18
　　20
　　
　　
　　3.3用Shell脚本一决胜负
　　在了解了 Shell 脚本的基本规则之后，就来介绍一下实际用例吧。通过这些简单的示 例，向大家介绍脚本编写过程中“头部的使用方法”。
　　
　　3.3.1? [ 第 1 轮对决 ]?在跳板服务器上学到的秘籍 ~ 基本模式 + 异常处理
　　图 3.1 中介绍的 kakinoha.sh ，用于从笔记本电脑通过 SSH 登录到操作服务器上。
　　实际上，这台服务器也就是所谓的“跳板服务器”A。在这台服务器上，通过 Linux?KVM 运
　　行着多个虚拟机，从这里还会再登录到不同的虚拟机进行操作，因此这个服务器上保存了
　　大量类似 kakinoha.sh 这样的通过 SSH 登录到常用虚拟机时使用的 Shell 脚本。
　　
　　A英文为 springboard?server，跳板服务器所扮演的角色是，当用户需要登录其他服务器时，需要先登录这台
　　 所谓的跳板服务器。——译者注
　　
　　
　　
　　
　　
　　134??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　接下来再做进一步加工吧。以菜单形式来选择所要登录的服务器的 Shell 脚本又是怎样 的呢？
　　图 3.9 是实际使用跳板服务器的用例。如图所示，实际操作中所要登录的服务器群组， 位于使用防火墙来进行安全隔离的网络上。此时需要准备一台服务器，使得防火墙能允许 该服务器的连接通过，且所有的用户都通过 SSH 连接到这台服务器上。然后，再规定从那 里通过 SSH 连接到其他服务器。看看登录到跳板服务器上的用户的历史信息，就能知道使 用过该网络的用户的历史记录，这些信息可以用来作为安全监查。
　　
　　
　　
　　
　　
　　44)?? ???
　　
　　
　　44)??
　　??
　　?????
　　
　　
　　
　　
　　
　　图 3.9跳板服务器的使用
　　在这样的环境中，如果用户登录跳板服务器后能立刻显示一个菜单来供用户选择下一 个要登录的服务器，操作将更加便利。根据登录的用户，变更所显示的服务器列表等方法 也是可行的。
　　那么，即刻就来创建一个这样的 Shell 脚本吧——接到这样的命令，大家的脑海中首先 会浮现出什么呢？
　　bash 中提供了这种用于简单处理菜单选项的 select 语句。由于本章的目标是充分利用
　　现有的功能和命令，创建简单而有效的 Shell 脚本，因此就先来尝试一下 select 语句吧。
　　 初次使用时，最好先创建一个简单的示例来验证其功能。图 3.10 是 select 语句的基本
　　模式。
　　
　　
　　
　　
　　3.3用 Shell 脚本一决胜负??135
　　
　　
　　select.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 menu=( "Apple" "Grape" "Orange" )
　　4
　　5 PS3=“喜欢哪个？”
　　6
　　7 select item in ${menu[@]}; do
　　8 echo “喜欢 $item”
　　9 done
　　
　　图 3.10select 语句的基本模式
　　
　　执行结果如下所示。
　　
　　
　　$ ./select.sh
　　1) Apple
　　2) Grape
　　3) Orange
　　喜欢哪个？ 1 选择 1
　　喜欢Apple
　　喜欢哪个？ 2 选择 2
　　喜欢Grape
　　喜欢哪个？ 按 Enter 键（空 Enter），再次显示菜单
　　1) Apple
　　2) Grape
　　3) Orange
　　喜欢哪个？ 4 输入范围外的数值，item 中代入空字符串
　　喜欢
　　喜欢哪个？ 按 Ctrl+D 结束
　　将结果与图 3.10 的内容进行比较，就能大致明白 select 语句的使用方法了。在数 组 menu 中记录选择项，在变量 PS3 中记录询问选择项的界面提示语句。 PS3 是 select 语 句中的内置变量，专用于指定提示。
　　执行第 7 行的 select 语句，就会显示类似之前示例那样的附有选择编号的菜单，选择
　　结果保存于变量 item 。一般情况下，select 语句中的 in 后面排列的是选择项的列表，但
　　在这里排列的是作为列表的数组 menu 的内容。之前介绍过，通过 ${ 数组名 [@]} 这种写
　　法可以将数组的内容列表化。这个 select 语句，在第 7~9 行不断循环滚动显示菜单和选项。
　　而将它直接替换为“跳板脚本”的，便是图 3.11 中所示的 fumidai1.sh 。图 3.10 中 的基本模式在这里全都适用。
　　136??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　fumidai1.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 servers=(
　　4 "server01.example.com"
　　5 "user01@server02.example.com"
　　6 "root@server03.example.com"
　　7 )
　　8
　　9 PS3=“连接服务器？”
　　10
　　11 select server in "${servers[@]}"; do
　　12 echo “连接 $server”
　　13 ssh "$server"
　　14 done
　　
　　图 3.11跳板脚本中的基本模式
　　
　　但是，这些模式不能就这么直接使用，大家不妨想一想会出现什么问题。
　　创建脚本时必须要考虑“异常处理”。当脚本中发生预料外的状况时，有必要避免错误 的发生以及意外的操作。
　　笼统地说“预料外的状况”可能比较抽象，其实举个比较典型的例子，就是当数据源 为用户输入的值或是从外部文件中读取的数值时的情况。脚本本身只会进行被编写的操作， 但有时外部输入也存在不可信任的情况。
　　当前的这个例子中，相对于 select 语句的菜单，用户有可能输入的是菜单范围以外的
　　值或非数字的字符。从之前的示例中可以知道，如果输入 select 语句范围之外的数值，则
　　为变量赋值的就是空字符串。如图 3.11 所示，仍然可能对一个空字符串运行 ssh 命令。
　　因此，当变量 server 的内容中没有值传递给 ssh 命令时，需要追加异常处理。想想 图 3.12 中的处理流程就很好理解了。现在的情况下，只是空字符无法传递给 ssh 命令，但 在这里还添加了终止脚本的菜单项。在菜单的选择项中增加字符串“QUIT”，当选择它时， 便能终止脚本的运行。
　　如果将这一流程体现在脚本中，便如图 3.13 中的 fumidai2.sh 所示。第 15 行的 continue 语句位于 do~done 的循环内，用于跳过后面一直到 done 的代码，然后返回到循环 语句的开头。
　　3.3用 Shell 脚本一决胜负??137
　　图 3.12select 语句的异常处理
　　fumidai2.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 servers=(
　　4 "server01.example.com"
　　5 "user01@server02.example.com"
　　6 "root@server03.example.com"
　　7 "QUIT"
　　8 )
　　9
　　10 PS3=“连接服务器？”
　　11
　　12 select server in "${servers[@]}"; do
　　13 if [[ -z $server ]]; then
　　14 echo“请选择菜单内的数字”
　　15 continue
　　16 fi
　　17 if [[ $server == "QUIT" ]]; then
　　18 echo“退出”
　　19 exit 0
　　20 fi
　　21 echo“连接 $server”
　　22 ssh "$server"
　　23 done
　　图 3.13追加了异常处理的跳板脚本
　　138??第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　这样，可以实际使用的跳板脚本就完成了。通过在 select 语句的基本模式上增加异常 处理，我们得以创建出一个出色的脚本。
　　“基本模式 + 异常处理”，这就是“第 1 轮对决的秘籍”。之后的展开，还可以考虑根据
　　每个用户来定制图 3.13 中第 3~8 行的菜单项等，不过第 1 轮对决就暂且到此为止吧。
　　3.3.2? [ 第 2 轮对决 ] 在分布式 Shell 上学到的秘籍 ~ 基本模式 + 管道
　　在上一节的 Shell 脚本中，成功地通过 SSH 从跳板服务器登录到了多台服务器上。接 下来，创建运行同样命令的 Shell 脚本，用于从一台管理服务器登录到多台远程服务器。这 是在由数百台服务器构成的 HPC（High?Performance?Computing）集群环境中必备的“分布 式 Shell”工具，主要用于科学计算等。因此在数台服务器的环境中，自然也能灵活地运用 以提高日常管理工作的效率。
　　首先，概括一下使用 SSH 在 1 台远程服务器上运行命令的方法。开始时为了避免每回 都重复输入密码，可以设置公开秘钥认证。我们使用下面的命令来创建密钥对。
　　# ssh-keygen -N ""
　　Generating public/private rsa key pair.
　　Enter file in which to save the key (/root/.ssh/id_rsa): 输入 Enter（空 Enter）
　　Your identification has been saved in /root/.ssh/id_rsa.
　　Your public key has been saved in /root/.ssh/id_rsa.pub.
　　……（以下省略）……
　　然后，通过以下命令将公开秘钥分配给远程服务器，这里是分配给远程服务器 server01.example.com 的 root 用户。
　　# ssh-copy-id root@server01.example.com
　　root@server01.example.com's password: 输入目标服务器的 root 密码
　　Now try logging into the machine, with "ssh 'root@server01.example.com'", and check in:
　　……（以下省略）……
　　在输入密码前会弹出一条消息，要求确认是否接受主机密钥，返回 yes 即可。至此便 准备齐全了。执行下面的命令，即可在远程服务器 server01.example.com 上以 root 用户的身 份执行命令。在这个例子中，执行的是 hostname 命令。
　　# ssh root@server01.example.com hostname server01.example.com
　　3.3用 Shell 脚本一决胜负??139
　　对 server02.example.com 和 server03.example.com 也进行一番相同的准备，接下来考虑 通过 Shell 脚本使这三台服务器同时执行同一个命令。
　　那么，请立即创建一个这样的 Shell 脚本吧——听到这样的话，大家的脑海中又会浮现 出什么呢？
　　如果是通过手工来完成，我们先假设要执行以下三个命令。
　　# ssh root@server01.example.com hostname
　　# ssh root@server02.example.com hostname
　　# ssh root@server03.example.com hostname
　　Shell 脚本的功能就在于将这些重复操作自动化。首先，考虑简单化其脚本吧。使特定 项目（本例中为目标服务器名称）一边变化一边重复运行时，其基本模式就是图 3.14 中使 用了 for 语句的 bunsan1.sh 。
　　bunsan1.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 servers=(
　　4 "root@server01.example.com"
　　5 "root@server02.example.com"
　　6 "root@server03.example.com"
　　7 )
　　8
　　9 for server in ${servers[@]}; do
　　10 ssh "$server" "$@"
　　11 done
　　图 3.14利用?for 语句进行重复处理的基本模式
　　它和图 3.10 中的 select 语句的基本模式构造基本相同。此外，还要在 Shell 脚本的参数 中指定需执行的命令。回顾一下之前的知识，第 10 行的 "$@" 表示的是按序排列的参数列 表。该执行示例如下所示。
　　
　　# ./bunsan1.sh hostname
　　server01.example.com
　　server02.example.com
　　server03.example.com
　　然而在这个例子中，目标服务器的指定是嵌入在脚本内部的，因此想要变更目标服务
　　器的时候就稍许不便。准备一个像图 3.15 那样用于记录目标服务器的文本文件（服务器列
　　140第 3 章10 轮决胜！在自编的脚本中灵活使用命令
　　表），从该文件中读取就会便利许多。为每组对象服务器都准备相应的服务器列表，只需变 更读取列表，就能实现目标服务器的自由切换了。
　　servers.txt
　　root@server01.example.com
　　root@server02.example.com
　　root@server03.example.com
　　图 3.15目标服务器的文本文件
　　想要一边从文本文件中逐行读取内容，一边重复同样的处理过程，也可以使用别的基
　　本模式来实现，即图 3.16 的 bunsan2.sh 中，将 while 语句和 read 语句组合起来的模式。
　　bunsan2.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 while read server; do
　　4 ssh -n $server "$@"
　　5 done
　　图 3.16从文本文件中逐行读取并重复操作的基本模式
　　第 3 行 看 起 来 略 为 复 杂， 可 考 虑 向 while 语 句 的 条 件 判 断 部 分 加 入 指 令“ read
　　server ”。read 语句从标准输入中读入一行，然后将其内容保存到指定的变量（当前的情
　　况是 server ）中。在没有行可以继续读入的时候，返回值为 1，此时 while 语句的循环就
　　结束了。
　　执行 bunsan2.sh 的时候，利用重定向从标准输入中读取服务器列表的文件。下面即 为该执行示例。
　　# ./bunsan2.sh hostname [ servers.txt server01.example.com
　　server02.example.com
　　server03.example.com
　　至此，基本功能就组装完成了。关于标准输入输出和重定向的内容，请参考 1.3.3?节中 的介绍。
　　此外，请注意图 3.16 中的第 4 行，在 ssh 命令中增加了选项 -n 。如果不指定这一选
　　项，ssh 命令将读入标准输入的内容，同时将它们推送至远程服务器的标准输入中。现在的
　　情况下，ssh 命令将读入的就是 read 语句所要读取的服务器列表的内容，这样一来脚本就
　　不会按照预期设想工作了。因此要通过选项 -n ，使 ssh 命令不进行标准输入的读取。在使
　　3.3用 Shell 脚本一决胜负??141
　　用标准输入的 Shell 脚本中，使用 ssh 命令时请注意这一点。
　　那么，为了提高脚本的可执行性，还是来拓展一下基本模式吧。
　　当前的状态下，大家知道究竟哪里缺乏执行力吗？假设为了查看每个服务器的内存使 用情况，先执行下面的 free 命令。
　　$ ./bunsan2.sh free [ servers.txt
　　total used free shared buffers cached
　　Mem: 2053560 530532 1523028 0 44384 242812
　　-/+ buffers/cache: 243336 1810224
　　Swap: 1048568 0 1048568
　　total used free shared buffers cached
　　Mem: 1021328 933764 87564 0 59572 268708
　　-/+ buffers/cache: 605484 415844
　　Swap: 1048568 6120 1042448
　　total used free shared buffers cached
　　Mem: 1026128 648624 377504 0 54432 457548
　　-/+ buffers/cache: 136644 889484
　　Swap: 265064 0 265064
　　由上图可见，这样无法得知输出分别对应的是哪个服务器，因此需要在各行输出的开 始部分进行增加服务器名称之类的工作。图 3.16 的第 4 行的 ssh 命令输出就不是那样直接 显示在屏幕上，而是考虑在开始处增加服务器名称，即变量 server 的内容。用什么方法 可以做到这一点呢？
　　这里尝试使用一下第 1 章中学到的管道。请重新阅读 1.3.3 节最后的练习问题。其中问
　　题②恰是现在所要进行的处理，图 3.17 中的 bunsan.sh 正适用该解答中用到 sed 命令的
　　方法。
　　bunsan3.sh
　　1 #!/bin/sh
　　2
　　3 while read server; do
　　4 ssh -n "$server" "$@" 2]&1 / sed "s/^/$server: /"
　　5 done
　　图 3.17结合管道追加服务器名称
　　看看下面的执行示例，服务器名称已经被成功地追加到开始部分了。