Shell 编程之免交互

在Shell脚本编程中，我们经常需要处理与用户的交互，如读取用户输入、设置密码等。然而，在自动化任务或脚本执行过程中，与用户的实时交互可能会变得繁琐甚至不可能。为了解决这个问题，Shell提供了免交互的方法，使得脚本能够在没有用户直接参与的情况下执行。本文将重点介绍Shell中的免交互技术，特别是Here Document和Expect工具的使用。

一、Here Document 免交互

Here Document 概述

• Here Document 是一个特殊用途的代码块。
• 它在 Linux Shell 中使用 I/O 重定向的方式将命令列表提供给交互式程序或命令，比如 ftp、cat 或 read 命令。
• Here Document 是标准输入的一种替代品，可以帮助脚本开发人员不必使用临时文件来构建输入信息，而是直接就地生产出一个文件并用作命令的标准输入。

命令 <<标记
...
内容
...
#标记之间是传入内容
标记

• 特殊字符“<<”在标记和命令之前，这样做的目的是将命令块的输出重定向到程序或命令的 stdin。

• 标记的选择要确保不会出现在其他地方，避免出现混淆；两个标记之间的内容被当做是一个文件并用作“命令”的标准输入。

• 另外 Here Document 也可以与非交互式程序和命令一起使用。

• 在实际使用过程中，有四点需要注意。

  • 标记可以使用任意的合法字符；
  • 结尾的标记一定要顶格写，前面不能有任何字符；
  • 结尾的标记后面也不能有任何字符（包括空格）；
  • 开头的标记前后的空格会被省略掉。

Here Document 免交互

通过 read 命令接收输入并打印

[root@bogon ~]# cat test.sh 
#!/bin/bash 
read i << EOF 
Hi
EOF
echo $i
[root@bogon ~]# . test.sh
Hi

通过 passwd 给用户设置密码

[root@bogon ~]# cat test.sh 
#!/bin/bashpasswd zhangsan << EOF
123        # 这两行是输入的密码和确认密码
123
EOF
[root@bogon ~]# . test.sh 
更改用户 zhangsan 的密码 。
新的 密码：无效的密码： 密码少于 8 个字符
重新输入新的 密码：passwd：所有的身份验证令牌已经成功更新。

实现自动化挂载分区

[root@bogon ~]# cat test.sh 
#!/bin/bashfdisk /dev/sdb << EOF
n        # 创建分区，此处回车 4 次，保险起见回车 5 次w        # 保险起见回车 2 次EOF
mkfs.xfs /dev/sdb1        # 格式化
mkdir /kgc            # 创建 kgc 目录
cat >> /etc/fstab << EOF
/dev/sdb1 /kgc xfs defaults     0 0
EOF
mount -a        # 扫描
[root@bogon ~]# . test.sh 
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。Device does not contain a recognized partition table
使用磁盘标识符 0x70afb6f5 创建新的 DOS 磁盘标签。命令(输入 m 获取帮助)：Partition type:p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)e   extended
Select (default p): Using default response p
分区号 (1-4，默认 1)：起始 扇区 (2048-41943039，默认为 2048)：将使用默认值 2048
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-41943039，默认为 41943039)：将使用默认值 41943039
分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB命令(输入 m 获取帮助)：命令(输入 m 获取帮助)：The partition table has been altered!Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盘。
meta-data=/dev/sdb1              isize=512    agcount=4, agsize=1310656 blks=                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1=                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=5242624, imaxpct=25=                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2=                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

Here Document 变量设定

• Here Document 也支持使用变量，如果标记之间有变量被使用，会先替换变量值。
• 如果想要将一些内容写入文件，除了常规的方法外，也可以使用 Here Document。
• 如果写入的内容中包含变量，在写入文件时要先将变量替换成实际值，在结合 cat 命令完成写入

[root@localhost ~]# vi test.sh
#!/bin/bash 
doc_file="test.txt" 
i="company"
cat > $doc_file << HERE 
Take him from home to $i 
HERE
[root@localhost ~]# chmod +x test.sh 
[root@localhost ~]# ./test.sh 
[root@localhost ~]# cat test.txt
Take him from home to company
# 在上述执行的过程中，标记内变量 i 的值被替换成了“company”，最终结果输出到 $doc_file 内，其值为 test.txt。
[root@localhost ~]# vim here_var_set.sh
#!/bin/bash  
ivar="Great! 
Beautyful!"
myvar=$(cat <<EOF        # 将Here Document 整体赋值给变量
This is Line 1.
That are Sun,Moon and Stars.
$ivar        # 输出时会进行变量替换
EOF
)
echo $myvar
[root@localhost ~]# sh here_var_set.sh
This is Line 1. That are Sun,Moon and Stars. Great! Beautyful!
# 在上述操作过程中，$ivar 先进行了替换，之后再转向输出，交由 cat 显示出来，其结果放置到$()中，最后得到上述结果

Here Document 格式控制

（1） 关闭变量替换的功能。

• 关闭变量替换的功能，就是希望按照字符原本的样子输出，不做任何修改或替换。

[root@localhost ~]# cat here_format_shut.sh
#!/bin/bash
cat <<'EOF'        # 对标记加单引号，即可关闭变量替换
This is Line 1.
$kgc 
EOF
[root@localhost ~]# sh here_format_shut.sh
This is Line 1.
$kgc    # $kgc 没有发生改变，不做变量替换

（2） 去掉每行之前的 TAB 字符。

• 本示例的标记内，每行都有一个 TAB 字符。在第一行的标记前面加‘-’，这个表示要抑制各行首 TAB 的作用

[root@localhost ~]# vim here_format_tab.sh
#!/bin/bash 
cat <<-'EOF'This is Line 1.$kgc
EOF
[root@localhost ~]# sh here_format_tab.sh
This is Line 1.
$kgc    # 输出结果同上一示例

Here Document 多行注释

• Bash 的默认注释是“#”，该注释方法只支持单行注释，
• 在 Shell 脚本的工作中，“#”右侧的任何字符串，bash 都会将其忽略。
• Here Document 的引入解决了多行注释的问题，其语法格式如下。

: << DO-NOTHING
第一行注释第二行注释
……
DO-NOTHING

示例

[root@localhost ~]# vi test.sh
#!/bin/bash: <<EOF        # 多行注释the first comment.
the second comment.
test line. 
EOF
echo "exec string."
[root@localhost ~]# sh test.sh
exec string.

二、expect 免交互

expect 概述

• expect 是建立在 tcl 语言基础上的一个工具，它可以让一些需要交互的任务自动化地完成，相当于模拟了用户和命令行的交互操作。
• expect 是用来进行自动化控制和测试的工具。
• 主要解决 shell 脚本中不可交互的问题。
• 对于大规模的 Linux 运维很有帮助。

except 安装

• Linux 系统自身并没有安装 expect 和 tcl，需要手动安装。
• CentOS 7.3 光盘中默认包含expect 安装包，所以需要先挂载光盘，制作本地 yum 仓库，然后通过 yum 安装 expect。
• 安装过程中，yum 会自动安装 expect 的依赖软件 tcl。具体安装步骤如下

expect [选项] [ -c cmds ] [ [ -[f|b] ] cmdfile ] [ args ]

（1） 挂载光盘

[root@bogon ~]# mount /dev/sr0 /media

（2） 制作本地 YUM 源

[root@bogon ~]# vi /etc/yum.repos.d/local.repo
name=localrepo 
baseurl=file:///media 
gpgcheck=0

（3） 执行安装命令

[root@bogon ~]# yum -y install expect
# 安装完之后，可以通过 rpm -qa 检查一下是否安装成功
[root@bogon ~]# rpm -qa|grep expect
expect-5.45-14.el7_1.x86_64
[root@bogon ~]# rpm -qa|grep tcl
tcl-8.5.13-8.el7.x86_64

基本命令介绍

（1） 脚本解释器

• expect 脚本中首先引入文件，表明使用的是哪一个 shell。

# 查看 expect 是哪个目录
[root@bogon ~]# which expect
/usr/bin/expect
#!/usr/bin/expect

（2） expect/send

• 判断上次输出结果中是否包含指定的字符串，如果有则立即返回，否则就等待超时时间后返回；
• 只能捕捉有swpan启动的进程输出；
• 用于接受命令执行后的输出，然后和期望的字符串匹配
• 向进程发送字符串，用于模拟用户的输入：该命令不能自动回车换行，一般要加 \r (回车) 或者\ n

# 方式一
expect "$case1" {send "$respond1\r"}
# 方式二
expect "$case1" 
send "$response1\r"
# 方式三
# expect 支持多个分支。
expect
{"$case1" {send "$response1\r"} "$case2" {send "$response2\r"} "$case3" {send "$response3\r"}
}

（3） spawn

• spawn 后面通常跟一个Linux执行命令，表示开启一个会话、进程，并跟踪后续交互信息

spawn Linux 执行命令
# 跟踪切换用户的交互信息
spawn su root

（4） 结束符

• expect eof ：等待执行结束，若没有这一句，可能导致命令还没执行，脚本就结束了
• interact ： 执行完成后保持交互状态, 把控制权交给控制台，这时可以手动输入信息。
• 需要注意的是，expect eof 与 interact 只能二选一。
  （5） set
• expect 默认的超时时间是10秒，通过set 命令可以设置会话超时时间，若不限制超时时间则应设置为-1

# 将超时时间设置为 30 秒
set timeout 30

（6） exp_continue

• exp_ continue 附加于某个expect 判断项之后，可以使该项被匹配后，还能继续匹配该expect判断语句内的其他项
• exp_ continue 类似于控制语句中的continue 语句。
• 表示允许expect 继续向下执行指令

（7） send_user

• send_ user 表示回显命令，相当于echo

（8） 接收参数

• expect脚本可以接受从bash命令行传递的参数，使用[lindex sargv n]获得。
• 其中n从0开始，分别表示第一个 ,第二个，第三个…参数

set param0 [lindex $argv 0]
# $argc 表示参数个数,判断语句如下:
if {$argc< 1} {#do something
send_user "usage: $argv0 <param1><param2> ... " exit
}
# 在上述脚本中，$argv0 是脚本名，但[lindex $argv 0]是第一个参数 param1, [lindex$argv 1]是第二个参数 param2, 以此类推。
# send_user 用来显示信息到父进程(一般为用户的 shell)的标准输出。

expect 语法

语法结构
（1） 单一分支语法

• 默认情况下，send 不会向标准输入发送回车键，所以需要通过\r 手动换行

expect "password：" {send "mypassword\r“;}

（2） 多分支模式语法

# 只要匹配了 aaa、bbb 或 ccc 中的任何一个，就执行相应的 send 语句，然后退出该 expect 语句
expect
{"aaa"  {send "AAA\r"}"bbb"  {send "BBB\r"}"ccc"  {send "CCC\r"}
}# exp_continue 表示继续后面的匹配，假如配了 aaa，执行完 send 语句后还要继续向下匹配bbb。
expect
{"aaa" {send “AAA”;exp_continue} "bbb" {send “BBB”;exp_continue } "ccc" {send "CCC"}
}

expect 执行方式

（1） 直接执行

[root@bogon ~]# cat test.sh 
#!/usr/bin/expect 
set timeout 60 
log_file test.log 
log_user 1
set hostname [lindex $argv 0] 
set password [lindex $argv 1] 
spawn ssh root@${hostname} 
expect {"(yes/no)"{send "yes\r"; exp_continue} "*password"{send "$password\r"}
}
interact
[root@bogon ~]# chmod +x direct.sh [root@bogon ~]# ./direct.sh 192.168.72.145 123    # 参数为主机 ip 和密码
spawn ssh root@192.168.72.145
root@192.168.72.145's password: 
Last login: Fri Jun 21 10:54:18 2024 from 192.168.72.154
[root@bogon ~]# exit
登出
Connection to 192.168.72.145 closed.

（2） 嵌入执行

[root@localhost ~]# more implant.sh
#!/bin/bash 
hostname=$1 
password=$2
/usr/bin/expect<<-EOF        # expect 开始标志
spawn ssh root@${hostname} 
expect {"(yes/no)"{send "yes\r";exp_continue} "*password"{send "$password\r"}
}
expect "*]#" 
send "exit\r" 
expect eof
EOF           # expect 结束标志，EOF 前后不能有空格
[root@localhost  ~]# sh  implant.sh 192.168.72.145 123456    # 参数为主机 ip 和密码

expect 案例

创建用户并设置密码

#!/bin/bash 
user=$1 
password=$2 
useradd $user 
expect << EOF 
# 开启一个进程跟踪 passwd 命令，expect 只能捕捉该进程信息
spawn passwd $user 
# 匹配输出信息"New password:" 
expect "New password:"
# 自动输入密码 
send "${password}\r"
# 匹配输出信息"Retype new password:"
expect "Retype new password:" 
# 自动输入密码
send "${password}\r" 
# 等待结束标记
expect eof; 
EOF

实现 ssh 自动登录

#!/usr/bin/expect
# expect 将超时时间设置为 60 秒
set timeout 60
# 记录日志文件
log_file test.log
# 开启控制台输出，为0时，控制台不输出
log_user 1# $argc 表示参数个数
if {$argc<1} { 
# send_user相当于shell的echo
send_user "usage: $argv0 <param1><param2> ... " 
exit 
}set hostname [lindex $argv 0]
set password [lindex $argv 1]
# spawn 后面通常跟一个命令，表示开启一个会话、启动进程，并跟踪后续交互信息
spawn ssh root@${hostname}
expect {"(yes/no)"# 匹配的(yes/no)时自动输入yes，exp_continue 表示允许 expect 继续向下执行指令{send "yes\r"; exp_continue}"*password"{send "$password\r"}
}expect "*#" {send "ifconfig\r"}# expect eof ：等待执行结束，若没有这一句，可能导致命令还没执行，脚本就结束了
# interact ： 执行完成后保持交互状态, 把控制权交给控制台，这时可以手动输入信息。 需要注意的是，expect eof 与 interact 只能二选一。
interact

利用 expect 完成 FTP 登录过程

#!/usr/bin/expect -f 
set timeout 10
spawn ftp 192.168.72.145 
expect "Name*"
send "ftp\r"
expect "Password:*" 
send "\r"
expect "ftp>*" 
interact 
expect eof

根据这些参数登录到目标主机执行指定的shell命令

[root@localhost ~]# cat zuoye.sh 
#!/bin/bash
main() {if [ $# -ge 5 ];thencheck-ip-survival $1if [ $? -eq 0 ];thenecho "$*"ssh-connection $@fielseecho "请输入合适的参数：IP地址 用户名 密码 端口 需要执行的命令"fi
}
check-ip-survival() {local IP=$1echo "正在检查IP地址$1..."if [[ $IP =~ ^([0-9]{1,3}\.){3}[0-9]{1,3}$ ]];then
#awklocal IPs=$(echo "$IP" | tr '.' ' ' )local IP1=$(echo "$IPs" | awk '{print $1}')local IP2=$(echo "$IPs" | awk '{print $2}')local IP3=$(echo "$IPs" | awk '{print $3}')local IP4=$(echo "$IPs" | awk '{print $4}')if [ $IP1 -gt 0 ] && [ $IP1 -le 254 ] && [ $IP2 -le 254 ] && [ $IP3 -le 254 ] && [ $IP4 -le 254 ];thenecho -e "IP地址$IP正在连接..."elseecho -e "IP地址$IP不合法"exit 1fielseecho "IP地址${IP}不合法"exit 1fi
}
ssh-connection() {local IP=$1local name=$2local password=$3local prot=$4for ((i=5;i<=$#;i++))dolocal single=$(echo "$@" | cut -d ' ' -f$i )local commend+=$(echo " ${single}")doneexpect << EOF# expect 将超时时间设置为 60 秒set timeout 60# 记录日志文件log_file test.log# 开启控制台输出，为0时，控制台不输出log_user 1spawn ssh ${name}@${IP} -p ${prot}expect {"(yes/no)?" {send "yes\r"exp_continue}"*password:*" {send "${password}\r"}}expect "*#" {send "$commend\r"}send "exit\r"expect eof
EOF
}
main $@
exit
# 添加可执行权限
[root@localhost ~]# chmod +x zuoye.sh 
[root@localhost ~]# ./zuoye.sh 192.168.72.145 root 200596 22 ls
正在检查IP地址192.168.72.145...
IP地址192.168.72.145正在连接...
192.168.72.145 root 200596 22 ls
spawn ssh root@192.168.72.145 -p 22
root@192.168.72.145's password: 
Last login: Sun Jun 23 15:33:16 2024 from 192.168.72.154
[root@localhost ~]#  ls
anaconda-ks.cfg
[root@localhost ~]# exit
登出
Connection to 192.168.72.145 closed.

三、总结

通过Here Document和Expect工具，我们可以轻松实现Shell脚本的免交互执行。这些技术不仅提高了脚本的自动化程度，还使得脚本的编写和维护变得更加简单和高效。当然，在实际应用中，我们还需要根据具体需求选择合适的技术，并结合其他Shell编程技巧来实现更复杂的功能。