Bash 基础与进阶实践指南

目录

1. Bash 简介与基础
2. 基本命令与文件操作
3. 权限管理与用户管理
4. 重定向与管道
5. 变量与环境变量
6. 通配符与正则表达式
7. Shell 脚本结构与控制流
8. 常用内建命令与技巧
9. 文本处理常用命令
10. 作业控制与进程管理
11. 别名与函数
12. 实用技巧与注意事项
13. 更多 Bash 进阶话题
14. 参考资源

1. Bash 简介与基础

1.1 什么是 Bash

• Bash（Bourne-Again SHell）：一种常见的 Unix/Linux Shell（命令解释器），也是在大多数 Linux 发行版中的默认 Shell。
• Shell 的作用：提供命令执行与脚本编写环境，是用户与操作系统内核交互的接口。

1.2 如何进入 Bash

• 登录终端 后默认即进入 Bash。如果使用的是其他 Shell（如 zsh），可输入 bash 切换到 Bash。
• 查看当前 Shell：

  echo $SHELL
  

1.3 Bash 的主要特点

• 强大的 命令行交互：组合、重定向、管道操作非常灵活。
• 支持 脚本编写：可以编写 .sh 文件并运行。
• 易于与其他命令结合，具有丰富的内置功能。

2. 基本命令与文件操作

2.1 查看当前目录与切换目录

• 查看当前所在目录：

  pwd
  

• 切换目录：

  cd /path/to/directory
  

2.2 列出文件

• 列出文件和目录（简洁列表）：

  ls
  

• 查看详情（权限、大小、修改时间等）：

  ls -l
  

• 显示隐藏文件：

  ls -a
  

2.3 创建、删除、复制、移动

• 创建文件（空文件）：

  touch filename
  

• 创建目录：

  mkdir directory_name
  

• 删除文件：

  rm filename
  

• 删除目录：

  rm -r directory_name
  

• 复制文件：

  cp source_file target_file
  

• 移动/重命名文件：

  mv old_name new_name
  

2.4 查看文件内容

• cat：一次性显示整个文件

  cat file.txt
  

• less：分页查看文件（q 退出）

  less file.txt
  

• head/tail：只看开头/结尾 N 行

  head -n 10 file.txt
  tail -n 10 file.txt
  

• tail -f file.txt：实时查看文件增长（常用于查看日志）

2.5 搜索文件

• find：在指定路径下查找文件

  find /path -name "*.sh"
  

  常与 xargs 或 -exec 搭配使用做批量操作：

  find /path -type f -name "*.log" -exec rm {} \;
  

3. 权限管理与用户管理

3.1 文件权限

• Unix/Linux 的文件权限通常分为：所有者（user）、组（group） 和 其他人（others） 三类。
• 每一类权限有三个维度：读（r）、写（w）、执行（x）。
• 查看权限：

  ls -l
  

  例如：-rwxr-xr-- 表示所有者有 rwx 权限，组用户有 r-x 权限，其他人有 r-- 权限。

3.2 修改权限

• 使用 chmod 修改权限（符号模式或数字模式）：

  chmod u=rwx,g=rx,o=r file.sh
  chmod 755 file.sh
  

3.3 修改文件拥有者

• chown：修改文件/目录所有者或所属组

  chown user file.txt
  chown user:group file.txt
  

3.4 切换用户

• 从当前用户切换到其他用户：

  su - other_user
  

• 使用超级管理员权限（若当前用户在 sudoers 列表中）：

  sudo command
  

4. 重定向与管道

4.1 标准输入输出和错误输出

• 文件描述符：
  • stdin：标准输入（文件描述符 0）
  • stdout：标准输出（文件描述符 1）
  • stderr：标准错误输出（文件描述符 2）

4.2 重定向

• 重定向输出到文件（覆盖原文件）：

  command > file.txt
  

• 追加输出到文件：

  command >> file.txt
  

• 重定向错误输出：

  command 2> error.log
  command 2>> error.log
  

• 同时重定向标准输出和错误输出：

  command > all.log 2>&1
  

4.3 管道

• 管道操作符 |：将左边命令的标准输出作为右边命令的标准输入。

  command1 | command2
  

  常用示例：

  ls -l | grep ".sh"
  

4.4 Here Document 与 Here String

• Here Document：将多个行的文本作为输入传递给命令

  cat << EOF > file.txt
  line1
  line2
  EOF
  

  EOF 可以改为任意标记，结束符前不能有多余空格。
• Here String：将一小段字符串作为输入

  grep "pattern" <<< "this is a test"
  

5. 变量与环境变量

5.1 变量的定义与使用

• 定义变量：

  NAME="Alice"
  echo $NAME
  

• 注意：等号两边不能有空格；要引用变量使用 echo $变量名 或 ${变量名}。

5.2 环境变量

• 常见环境变量：
  • $HOME：用户主目录
  • $PATH：可执行文件搜索路径
  • $PWD：当前工作目录
  • $SHELL：当前 Shell 路径
• 导出环境变量：

  export VARIABLE="value"
  

• 查看环境变量：

  env
  printenv
  

5.3 位置参数变量

• 脚本中的位置参数：
  • $0：脚本自身的名字
  • $1～$9：传递给脚本的参数
  • $#：传递给脚本的参数总个数
  • $@：传递给脚本的所有参数
  • $?：上一条命令的退出状态（0 表示成功，非 0 表示失败）

5.4 数组与关联数组（简单介绍）

• 普通数组：

  myarr=(apple banana cherry)
  echo ${myarr[0]}    # apple
  echo ${myarr[@]}    # apple banana cherry
  

• 关联数组（Bash 4+ 支持）：

  declare -A mymap
  mymap[color]="blue"
  mymap[fruit]="apple"
  echo ${mymap[color]}  # blue
  

6. 通配符与正则表达式

6.1 通配符（Globbing）

• *：匹配任意长度的任意字符（包括空字符）
• ?：匹配单个任意字符
• [ ]：匹配中括号内任意单个字符
  例如 ls *.sh：匹配当前目录下所有以 .sh 结尾的文件。

6.2 正则表达式（Regular Expressions）

• 通常结合 grep、sed、awk 等命令使用，用于复杂的文本匹配。
• 常见元字符：
  • ^：匹配行首
  • $：匹配行尾
  • .：匹配除换行符以外的任何字符
  • *：匹配前一个字符的 0 次或多次出现
  • [...]：匹配方括号内的任意一个字符
  • ( )：分组
• 注意：通配符与正则表达式的语法/使用场景并不完全相同，需要区分。

7. Shell 脚本结构与控制流

7.1 脚本的基本结构

• 脚本头行（Shebang）：指定解释器

  #!/usr/bin/env bash
  

• 注释：使用 #
• 执行权限：要让脚本具有可执行权限

  chmod +x script.sh
  

• 运行脚本：

  ./script.sh
  

  或在当前 Shell 中执行：

  source script.sh
  # 或 . script.sh
  

7.2 条件判断

• if 语句：

  if [ condition ]; then
      # ...
  elif [ condition2 ]; then
      # ...
  else
      # ...
  fi
  

• test 命令 或者 单中括号 [ ]：进行数值、字符串、文件检测，比如

  [ -f file ]      # 是否是一个普通文件
  [ -d directory ] # 是否是一个目录
  [ "$VAR" = "abc" ] # 字符串是否相等
  [ "$NUM" -eq 10 ]  # 数值是否等于 10
  

• 双中括号 [[ ]]：Bash 的扩展测试语句，支持更多模式匹配等高级特性。

7.3 循环

• for 循环：

  for var in item1 item2 item3
  do
      echo $var
  done
  

• while 循环：

  while [ condition ]
  do
      # ...
  done
  

• until 循环：

  until [ condition ]
  do
      # ...
  done
  

7.4 case 语句

case $variable in
  pattern1)
    # ...
    ;;
  pattern2)
    # ...
    ;;
  *)
    # 默认匹配
    ;;
esac

7.5 常用扩展

• 命令替换：

  result=$(command) 
  # 或者老式用法： result=`command`
  

• 算术扩展：

  num1=10
  num2=5
  echo $((num1 + num2))  # 15
  

• 花括号扩展：

  echo {1..5}    # 1 2 3 4 5
  echo file{A,B,C}.txt  # fileA.txt fileB.txt fileC.txt
  

8. 常用内建命令与技巧

8.1 type/which

• 查看命令是内置（builtin）还是外部可执行文件：

  type cd
  type ls
  

• 查看可执行文件路径：

  which ls
  

8.2 history

• 查看和管理历史命令：

  history
  

• 执行第 N 条历史命令：

  !N
  

• 搜索历史：按 Ctrl + r，然后输入关键字

8.3 echo/printf

• echo：输出文本，自动换行
• printf：功能类似 C 语言的 printf，可格式化输出

8.4 read

• 交互式读取用户输入：

  read -p "Enter your name: " NAME
  echo "Hello, $NAME"
  

• read 常用选项：
  • -r：禁止反斜杠转义
  • -t <秒>：设置等待输入的超时时间

8.5 引号与转义

• 单引号 ' '：原样输出，引号内所有字符都被视为普通字符
• 双引号 " "：可以进行变量替换和命令替换
• 反斜杠 \ ：转义下一字符

9. 文本处理常用命令

9.1 grep

• 在文本中搜索匹配的行：

  grep "pattern" file.txt
  

• 结合正则表达式：

  grep -E "reg(pattern)+" file.txt
  

• 常用选项：
  • -i：忽略大小写
  • -n：显示行号
  • -v：显示不匹配的行

9.2 sed

• 流编辑器，可进行文本替换、插入、删除等：

  sed 's/old/new/g' file.txt
  

• -i 选项可以直接修改文件：

  sed -i 's/old/new/g' file.txt
  

9.3 awk

• 强大的文本处理工具，可按列进行分析：

  awk '{print $1, $3}' file.txt
  

• 支持复杂脚本逻辑，可以根据分隔符处理 CSV 等格式。关键字段：
  • $0：当前行全部内容
  • $1：第一列 … $NF：最后一列
  • NR：当前行号
  • FS：输入分隔符

9.4 sort、uniq、cut、paste、xargs、tee

• sort：排序

  sort file.txt
  

• uniq：去重（需先 sort）

  sort file.txt | uniq
  

• cut：切割某几列

  cut -d ',' -f 1,3 file.csv
  

• paste：将多文件按行合并
• xargs：将标准输入的输出拼接成命令参数

  find . -name "*.txt" | xargs rm
  

• tee：将输入同时写入文件和标准输出

  command | tee output.txt
  

10. 作业控制与进程管理

10.1 后台运行

• 在命令末尾加 &，使其在后台运行：

  long_running_command &
  

• 查看后台作业：

  jobs
  

10.2 前后台切换

• 暂停前台作业：Ctrl + Z
• 将暂停的作业放到后台：bg %job_number
• 恢复后台作业到前台：fg %job_number

10.3 进程管理

• ps：列出当前进程

  ps aux
  

• top/htop：动态查看进程状态
• kill：结束进程

  kill -9 PID
  

11. 别名与函数

11.1 别名（alias）

• 临时设置别名：

  alias ll='ls -l'
  

• 在 ~/.bashrc 中设置长期别名，加入：

  alias ll='ls -l --color=auto'
  

11.2 函数（function）

• 在脚本或命令行定义函数：

  myfunc() {
      echo "This is my function."
  }
  

• 调用函数：

  myfunc
  

• 在函数内使用局部变量可用 local 关键字：

  myfunc() {
      local var="local_value"
      echo "$var"
  }
  

12. 实用技巧与注意事项

1. Tab 补全：在命令行输入部分命令或文件名后按 Tab 可自动补全。
2. 通配符谨慎使用：如 rm -rf *；需非常小心，以防误删重要文件。
3. Shell 脚本调试：
   • bash -x script.sh：打印执行过程（追踪每一条命令）
   • bash -n script.sh：只做语法检查，不执行脚本
   • 在脚本顶部加入 set -x 或手动添加 set -e、set -u、set -o pipefail 等，以控制脚本在出错或使用未定义变量时及时退出。
4. 查看命令帮助：
   • 内部命令使用 help command
   • 外部命令使用 command --help 或 man command
5. PS1 自定义：在 ~/.bashrc 中可自定义 PS1 来定制命令行提示符（颜色、显示 Git 分支等）。
6. 区分登录 Shell 与非登录 Shell：常见的启动文件有 .bash_profile、.bashrc、.profile 等，具体加载顺序略有差异。
7. 使用 shellcheck：对脚本做静态分析，排查常见错误和风格问题。

13. 更多 Bash 进阶话题

以下内容更偏进阶或对复杂场景十分有用，可在掌握基础后逐步学习：

1. 定时任务：使用 cron（编辑 crontab -e）或 at 命令进行定时或一次性任务调度。
2. 函数库与脚本组织：将常用函数抽取为脚本，使用 source (或 .) 引用。
3. shopt 与 Shell 选项：比如 shopt -s expand_aliases 等，可开启或关闭 Bash 的一些特性。
4. 信号处理（trap）：在脚本里捕获 SIGINT (Ctrl+C) 等信号并做相应处理。
5. 正则高级用法：POSIX ERE 与 PCRE 的差异、利用 grep -P 等。
6. 多进程/并发：用子 Shell、GNU Parallel 等方式提升脚本并发能力。

14. 参考资源

1. GNU Bash 官方文档
2. The Linux Documentation Project (TLDP)
3. Bash Scripting Tutorial (ABS Guide)
4. shellcheck - Shell 脚本静态分析工具