Κελύφη, Μεταβλητές και Προγραμματισμός

1. Κελύφη, Μεταβλητές και Προγραμματισμός Γλώσσα C & Unix Τμήμα Πληροφορικής, ΑΠΘ B’ εξάμηνο lpis.csd.auth.gr/curriculum/C+Unix/UNCL202.html

2. Μεταβλητές του κελύφους • Το κέλυφος του UNIX περιέχει ένα μηχανισμό μεταβλητών που κρατούν πληροφορίες χρήσιμες για το κέλυφος και για τα προγράμματα του χρήστη • Όπως σε μια γλώσσα προγραμματισμού • Το κέλυφος παρέχει ένα σύνολο από εντολές με τις οποίες ο χρήστης μπορεί να • δει τις τιμές των μεταβλητών • τις αλλάξει • να δημιουργήσει δικές του μεταβλητές για να τις χρησιμοποιεί στα προγράμματα του

3. Κοινές μεταβλητές (HOME ) • Περιέχει το πλήρες μονοπάτι του home directory του χρήστη. • To home directory είναι ένας κατάλογος στο σύστημα αρχείων του UNIX, στο οποίο ο χρήστης μπορεί να αποθηκεύει τα αρχεία του. • Η τιμή στην μεταβλητή HOME ορίζεται από το κέλυφος κατά τη διάρκεια του login.

4. Κοινές μεταβλητές (PATH ) • Περιέχει ένα σύνολο από μονοπάτια, χωρισμένα με άνω και κάτω τελείες (:) που ορίζουν τα μονοπάτια στα οποία θα ψάχνει το κέλυφος για εκτελέσιμα αρχεία. • Αν για παράδειγμα υπάρχει το πρόγραμμα calculator στον κατάλογο /users/bob/mybin/ τότε για να μπορεί ο χρήστης να τρέχει το calculator ανεξάρτητα από τον κατάλογο στον οποίο βρίσκεται, θα πρέπει η μεταβλητή PATH να περιέχει και το μονοπάτι /users/bob/mybin.

5. Κοινές μεταβλητές (LOGNAME, MAIL ) • Η LOGNAME κρατά το login name του χρήστη • Ορίζεται αυτόματα από το κέλυφος κατά την είσοδο του χρήστη στο σύστημα. • Η MAIL κρατά το όνομα του αρχείου στο οποίο αποθηκεύονται τα e-mails που φτάνουν για το χρήστη • Το κέλυφος χρησιμοποιεί αυτή τη μεταβλητή για να ειδοποιεί τον χρήστη όταν καταφθάνουν νέα μηνύματα.

6. Κοινές μεταβλητές (SHELL, TERM ) • Η SHELL κρατά το όνομα του κελύφους που χρησιμοποιεί ο χρήστης. • Κάθε φορά που ο χρήστης αλλάζει κέλυφος (π.χ. με την εντολή /bin/csh) ενημερώνεται ανάλογα και η μεταβλητή SHELL. • Η TERM κρατά κάποιες πληροφορίες για τον τύπο του τερματικού που χρησιμοποιεί ο χρήστης. • Αυτή η πληροφορία είναι χρήσιμη για προγράμματα όπως το vi για να προσαρμόζουν την έξοδο τους στις δυνατότητες του τερματικού.

7. Εμφάνιση της τιμής των μεταβλητών • Το κέλυφος δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να χρησιμοποιεί τις τιμές των μεταβλητών μέσα σε εντολές του UNIX σαν να ήταν κανονικό κείμενο. • Η αναφορά στην τιμή μιας μεταβλητής γίνεται προσθέτοντας στην αρχή του ονόματος της μεταβλητής τον χαρακτήρα "$".

8. Εμφάνιση της τιμής των μεταβλητών - Παράδειγμα • $cd $ΗΟΜΕ • Έχει ως αποτέλεσμα να μεταφερθούμε στο home directory του χρήστη. • Όταν το κέλυφος συναντήσει τον χαρακτήρα $ και μετά το όνομα μιας μεταβλητής, τα αντικαθιστά αυτόματα με την τιμή της μεταβλητής. • Αν υποθέσουμε ότι το home directory είναι το /users/bob, το κέλυφος μεταφράζει την εντολή cd $HOME στην εντολή cd /users/bob.

9. Εμφάνιση της τιμής των μεταβλητών - echo • Για να τυπώσουμε την τιμή μιας μεταβλητής στην οθόνη χρησιμοποιούμε την εντολή echo η οποία τυπώνει το κείμενο που δέχεται στην είσοδο της. $ echo Hallo world Hallo world $ echo $HOME /users/bob $ echo $PATH /bin/:/usr/local/bin/:/users/bob/:/users/bob/mybin/

10. Εμφάνιση της τιμής των μεταβλητών - set • Επίσης μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εντολή set, η οποία τυπώνει στην οθόνη τις τιμές όλων των μεταβλητών του κελύφους. BASH=/usr/bin/bash MAKE_MODE=unix NUMBER_OF_PROCESSORS=1 OSTYPE=cygwin PATH='/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:...:.' PROMPT='$P$G' SESSIONNAME=Console SHELL=/bin/bash TERM=cygwin

11. Ανάθεση τιμών σε μεταβλητές • Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να αλλάζει τις τιμές των μεταβλητών • Εκτός από αυτές που ορίζονται αυτόματα από το κέλυφος (π.χ. LOGNAME) • Για να αλλάξουμε την τιμή μιας μεταβλητής, στο prompt του UNIX πληκτρολογούμε το όνομα της μεταβλητής, τον χαρακτήρα "=" και την νέα τιμή της μεταβλητής. $ TERM = vtlOO $ ΡΑΤΗ = /users/billy/mybin

12. Ανάθεση τιμών σε μεταβλητές – μεταβλητή PATH • Η αλλαγή στην τιμή της PATH θα πρέπει να γίνεται πολύ προσεχτικά. • Οι εντολές του UNIX είναι εκτελέσιμα αρχεία που βρίσκονται σε καταλόγους, τους οποίους περιέχει αρχικά η PATH ώστε να μπορεί ο χρήστης να τις εκτελεί. • Συνήθως αυτό που χρειαζόμαστε με την PATH είναι να προσθέσουμε ακόμη ένα μονοπάτι σε αυτά που ήδη περιέχει. • Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας το $ΡΑΤΗ που μεταφράζεται στην τιμή που ήδη έχει η μεταβλητή

13. Ανάθεση τιμών σε μεταβλητές – μεταβλητή PATH- Παράδειγμα • Για να προσθέσουμε το μονοπάτι /users/billy/mybin στην μεταβλητή PATH, κάνουμε το εξής: $echo $PATH /bin/:/usr/local/bin/:/users/billy/ $PATH=$PATH:/users/billy/mybin $ echo $PATH /bin/:/usr/local/bin/:/users/billy/:/users/billy/mybin

14. Δημιουργία μεταβλητών • Για να ορίσουμε μια νέα μεταβλητή απλά της αναθέτουμε τιμή σαν να υπήρχε ήδη στο σύστημα και αυτή δημιουργείται αυτόματα. • Δημιουργία μιας μεταβλητής με όνομα MYPLACE και τιμή /users/maria/documents/ $MYPLACE=/users/maria/documents/

15. Συχνό Λάθος • Το σημάδι $ το χρησιμοποιούμε μόνο όταν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε την τιμή μιας μεταβλητής και όχι για ανάθεση τιμής $ X=2 $ echo $X 2 $ $X=3 bash: 2=3: command not found

16. Διαγραφή μεταβλητών • Με τη χρήση της εντολής unset • Σύνταξη: unset μεταβλητή • Παράδειγμα: unset X

17. Το περιβάλλον • Ένα υποσύνολο των μεταβλητών του κελύφους. • Μία ομάδα μεταβλητών στις οποίες έχουν πρόσβαση τα προγράμματα που τρέχει ο χρήστης από το κέλυφος. • Όταν ο χρήστης ζητήσει την εκτέλεση ενός προγράμματος το πρόγραμμα αυτό μπορεί να χρησιμοποιήσει τις τιμές των μεταβλητών του κελύφους που ανήκουν στο περιβάλλον, αλλά όχι και τις υπόλοιπες μεταβλητές.

18. Το περιβάλλον • Αρχικά στο περιβάλλον δεν περιέχονται οι μεταβλητές που ορίστηκαν από τον χρήστη και αυτές στις οποίες επενέβη ο χρήστης αλλάζοντας τις τιμές τους. • Όμως το κέλυφος δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη να προσθέσει στο περιβάλλον όποια μεταβλητή επιθυμεί.

19. Εκτύπωση μεταβλητών περιβάλλοντος • Για να τυπώσουμε τις μεταβλητές του περιβάλλοντος χρησιμοποιούμε την εντολή env. $ env HOME=/users/billie PWD=/users/billie/papers MAILRC=/users/billie/mail/.mailrc ...

20. Συμπερίληψη μεταβλητής στο περιβάλλον • Για να «αναγκάσουμε» το UNIX να συμπεριλάβει μια μεταβλητή στο περιβάλλον, χρησιμοποιούμε την εντολή export. Η μεταβλητή PAPERS επειδή ορίστηκε από τον χρήστη δεν περιλαμβάνεται αρχικά στο περιβάλλον Η μεταβλητή PAPERS συμπεριλήφθηκε στο περιβάλλον μετά την εκτέλεση της εντολής export $ export PAPERS $ env HOME=/users/jimmy PWD=/users/jimmy/papers MAILRC=/users/jimmy/mail/.mailrc PATH=/usr/bin:/usr/local/bin PAPERS=/users/jimmy/papers $ PAPERS=/users/jimmy/papers $ env HOME=/users/jimmy PWD=/users/jimmy/papers MAILRC=/users/jimmy/mail/.mailrc PATH=/usr/bin:/usr/local/bin

21. Ιστορικό εντολών • Η εντολή historyεμφανίζει στην οθόνη τις τελευταίες εντολές που εκτέλεσε ο χρήστης στο κέλυφος. $ ls a.txt documents games $ cd games $ ls nfs3 fifa2000 $ cd .. $ history 112 ls 113 cd games 114 cd .. 115 history

22. Ιστορικό εντολών • Ο αριθμός των εντολών που εμφανίζει η εντολή history καθορίζεται από τη τιμή της μεταβλητής HISTSIZE. • Η τιμή της HISTSIZE είναι αρχικά 500 (στο CYGWIN) αλλά μπορεί να αλλάξει. $HISTSIZE=10

23. Συμπλήρωση ονομάτων αρχείων • Ένα πολύ βολικό χαρακτηριστικό που δίνει στο χρήστη τη δυνατότητα να εργάζεται ευκολότερα και γρηγορότερα. • Σύμφωνα με αυτό, όταν ο χρήστης θέλει να πληκτρολογήσει σε μία εντολή το όνομα ενός αρχείου (π.χ. cat text1.txt) δεν χρειάζεται να πληκτρολογήσει ολόκληρο το όνομα, αλλά μόνο τους πρώτους χαρακτήρες και το πλήκτρο TAB. • Το κέλυφος τότε συμπληρώνει αυτόματα τους χαρακτήρες που υπολείπονται για να ολοκληρωθεί το όνομα του αρχείου.

24. Συμπλήρωση ονομάτων αρχείων - Παράδειγμα $ ls Alaska California Calories Kentucky $ cat A <ΤΑΒ> • ‘Ισοδυναμεί με την εντολή cat Alaska. • Ένας μόνο χαρακτήρας αρκεί γιατί δεν υπάρχουν άλλα αρχεία που να ξεκινούν από A. $ cat Cali <ΤΑΒ> • ‘Ισοδυναμεί με την εντολή cat California. • Εδώ χρειάζονται 4 χαρακτήρες για να γίνει η διάκριση από το αρχείο Calories.

25. Προγραμματισμός του κελύφους • Το κέλυφος εκτός από διερμηνέας εντολών εκτελεί το έργο και μιας γλώσσας προγραμματισμού στην οποία ο χρήστης μπορεί να γράψει τα δικά του προγράμματα (shell scripts) αυτοματοποιώντας κάποιες εργασίες που εκτελούνται συχνά

26. Προγραμματισμός του κελύφους • Ένα πρόγραμμα στο κέλυφος μπορεί να: • εκτελεί ένα σύνολο από εντολές του UNIX ή άλλες εφαρμογές • έχει αλληλεπίδραση με το χρήστη (να τυπώνει μηνύματα στην οθόνη και να διαβάζει χαρακτήρες από το πληκτρολόγιο) • δέχεται παραμέτρους κατά την εκτέλεση του • αλλάζει την ροή εκτέλεσης με εντολές διακλάδωσης και επανάληψης κ.α.

27. Προγραμματισμός του κελύφους • Προγράμματα κελύφους υπάρχουν στα περισσότερα λειτουργικά συστήματα. • Τα αντίστοιχα στο DOS είναι τα batch files (.bat) • Είναι λιγότερο ευέλικτα και δεν έχουν τις δυνατότητες των shell scriptsτου UNIX.

28. Κατασκευή ενός απλού προγράμματος κελύφους • Ένα απλό πρόγραμμα κελύφους ομαδοποιεί ένα σύνολο από εντολές του λειτουργικού συστήματος, τις οποίες εκτελεί σειριακά. • Μόλις τερματίσει και η τελευταία εντολή τερματίζει και το πρόγραμμα και ο έλεγχος επιστρέφει στο prompt του UNIX • Αν το πρόγραμμα εκτελέστηκε στο προσκήνιο

29. Κατασκευή ενός απλού προγράμματος κελύφους - Δημιουργία • Για να δημιουργήσουμε ένα πρόγραμμα κελύφους που θα εκτελεί σειριακά τις εντολές: cal, pwd και ls -la, θα πρέπει να δημιουργήσουμε ένα αρχείο κειμένου (π.χ. my_first_script.sh), με κάποιον editor το οποίο θα περιέχει 3 γραμμές με τις εντολές που θέλουμε να εκτελέσουμε cal pwd ls –la

30. Κατασκευή ενός απλού προγράμματος κελύφους - Δικαιώματα • Στη συνέχεια, θα πρέπει να δοθούν στο αρχείο my_first_script.shδικαιώματα εκτέλεσης ώστε να μπορεί ο χρήστης να το εκτελέσει όπως θα έκανε με οποιαδήποτε εντολή ή εφαρμογή. • Για να δώσουμε στο αρχείο δικαιώματα εκτέλεσης για όλους τους χρήστες του συστήματος εκτελούμε την εντολή: $chmod ugo+x my_first_script.sh ή $chmod a+x my_first_script.sh

31. Κατασκευή ενός απλού προγράμματος κελύφους - Εκτέλεση • Για να εκτελέσουμε τώρα το πρόγραμμα αρκεί να πληκτρολογούμε το όνομα του. $ my_first_script.sh • Αν η μεταβλητή PATH δεν περιέχει το τρέχοντα κατάλογο, τότε πριν από το όνομα του προγράμματος πληκτρολογούμε τους χαρακτήρες "./". $./my_first_script.sh

32. Κατασκευή ενός απλού προγράμματος κελύφους - Αποτελέσματα • Εκτελώντας το πρόγραμμα του κελύφους, με έναν από τους παραπάνω τρόπους, διαπιστώνουμε ότι η εκτέλεση του έχει τα ίδια ακριβώς αποτελέσματα που θα είχε και η σειριακή εκτέλεση των 3 εντολών: • cal, pwd, ls -la

33. Προσθήκη αλληλεπίδρασης • Όπως συμβαίνει με όλες τις γλώσσες προγραμματισμού, έτσι και το κέλυφος παρέχει στα προγράμματα κελύφους δυνατότητες αλληλεπίδρασης με το χρήστη. • Δυνατότητα εκτύπωσης μηνυμάτων στην οθόνη και ανάγνωσης χαρακτήρων από το πληκτρολόγιο.

34. Εκτύπωση μηνυμάτων στην οθόνη • Η εκτύπωση μηνυμάτων στην οθόνη του τερματικού μέσω ενός προγράμματοςκελύφους, γίνεται με την εντολή echo. • Η echo ακολουθείται από το μήνυμα πουθέλουμε να τυπωθεί. • Απλό κείμενο, • π.χ. echo Hello world • Μεταβλητή, οπότε η echo τυπώνει στην οθόνη ταπεριεχόμενα της. • Π.χ. echo $ΡΑΤΗ

35. Εκτύπωση μεταβλητών • Για να τυπώσουμε τα περιεχόμενα μιας μεταβλητής με την εντολή echo, θα πρέπει πριν από το όνομα της μεταβλητής να προσθέσουμε τον χαρακτήρα $. • Η echo PATH τυπώνει τη λέξη PATH • Η echo $PATH τυπώνει τα περιεχόμενα της μεταβλητής με όνομα PATH

36. Ανάγνωση χαρακτήρων • Η ανάγνωση χαρακτήρων από το πληκτρολόγιο γίνεται με την εντολή read. • Σύνταξη: read Μεταβλητή • Μεταβλητή είναι το όνομα μιας μεταβλητής (νέας ή υπάρχουσας), στην οποία αποθηκεύεται η συμβολοσειρά (string) που πληκτρολογεί ο χρήστης. read NAME

37. Παράδειγμα Εισόδου/Εξόδου • Πρόγραμμα κελύφους, το οποίο θα ζητάει από το χρήστη να πληκτρολογήσει μία εντολή του UNIX και το όνομα ενός αρχείου και θα εκτελεί την εντολή ανακατευθύνοντας τα αποτελέσματα της στο αρχείο που όρισε ο χρήστης

38. Πρόγραμμα κελύφους echo Please type a command: read COM echo Now type the name of a file: read FN $COM > $FN Τοποθετούμε στη μεταβλητή COM αυτά που θα πληκτρολογήσει ο χρήστης Τυπώνουμε ένα προτρεπτικό μήνυμα Τυπώνουμε ένα προτρεπτικό μήνυμα Εκτελούμε την εντολή που υπάρχει στην μεταβλητή COM και ανακατευθύνουμε την έξοδο της στο αρχείο που υπάρχει στη μεταβλητή FN Τοποθετούμε στη μεταβλητή FN αυτά που θα πληκτρολογήσει ο χρήστης

39. Παραμετροποίηση των προγραμμάτων κελύφους • Ένα πρόγραμμα κελύφους μπορεί να δέχεται είσοδο από το πληκτρολόγιο και έτσι να παραμετροποιείται η λειτουργία του. • Ένας εναλλακτικός τρόπος, είναι η προσθήκη παραμέτρων (ή ορισμάτων) στο prompt του UNIX κατά την εκτέλεση του προγράμματος. • Π.χ. εντολή ls • Πρόγραμμα γραμμένο στη γλώσσα προγραμματισμού C, το οποίο μπορεί να δέχεται παραμέτρους κατά την εκτέλεση του (π.χ. ls -la).

40. Παραμετροποίηση των προγραμμάτων κελύφους • Όταν εκτελούμε ένα πρόγραμμα στο UNIX αυτόματα το κέλυφος δημιουργεί ένα σύνολο από μεταβλητές στις οποίες δίνει ως τιμή το όνομα της εντολής που εκτελέσαμε και τις παραμέτρους, οι οποίες συνοδεύουν την εντολή. • Τις μεταβλητές αυτές μπορούμε να τις χρησιμοποιούμε μέσα στα scripts και έτσι να τα παραμετροποιούμε χωρίς να χρειάζεται καμία επιπλέον διεργασία από μέρους μας.

41. Παραμετροποίηση των προγραμμάτων κελύφους • Τα ονόματα αυτών των μεταβλητών είναι: • 0 για το όνομα της εντολής, • 1 για το πρώτο όρισμα, • 2 για το δεύτερο όρισμα • κ. ο. κ. $ grep Hallo greetings.txt • Το κέλυφος αυτόματα δημιουργεί 3 μεταβλητές με ονόματα τους αριθμούς από το 0 μέχρι το 2 και αναθέτει τις τιμές: • 0 = grep • 1 = Hallo • 2 = greetings.txt

42. Παραλλαγή Παραδείγματος Κελύφους • Το όνομα της εντολής και το όνομα του αρχείου δεν διαβάζονται από το πληκτρο-λόγιο την ώρα της εκτέλεσης, αλλά περνιού-νται ως παράμετροι στο prompt του UNIX. • Το πρώτο όρισμα του προγράμματος περιέχει το όνομα της εντολής και το δεύτερο το όνομα του αρχείου • Το πρόγραμμα απλοποιείται στην εντολή: $1 > $2 • Έστω rd.shτο αρχείο στο οποίο αποθηκεύεται το script

43. Παραλλαγή Παραδείγματος Κελύφους - Πρόβλημα • Θέλουμε να εκτελέσουμε την εντολή ls -la: $ rd.sh ls –la out.txt • Δεν θα έχει τα αναμενόμενα αποτελέσματα. • Το κενό ανάμεσα στην λέξη ls και στη -la ερμηνεύεται ως αλλαγή παραμέτρου • Ανάθεση τιμών στις μεταβλητές: • 0 = rd.sh • 1 = ls • 2 = -la • 3 = out.txt • Το πρόγραμμα θα εκτελέσει την εντολή ls και θα ανακατευθύνει τα αποτελέσματα της σε ένα αρχείο με όνομα '-la'

44. Παραλλαγή Παραδείγματος Κελύφους - Λύση • Τοποθέτηση της εντολής ls –la μέσα σε εισαγωγικά, έτσι ώστε το κέλυφος να την ερμηνεύσει ως μία συμβολοσειρά. $ rd.sh ‘ls –la’ out.txt • Ανάθεση τιμών: • 0 = rd.sh • 1 = ls –la • 2 = out.txt • Η εντολή $1 > $2 που περιέχεται στο script, αντικαθίσταται κατά την εκτέλεση με την ls –la > out.txt

45. Διακλάδωση • Υπάρχουν εντολές με τις οποίες μπορούμε να τροποποιούμε την ροή εκτέλεσης του προγράμματος αν συμβεί κάποιο γεγονός. • Οι εντολές που επιτρέπουν διακλαδώσεις στη ροή εκτέλεσης του προγράμματος κελύφους είναι η if και η case.

46. Εντολή if – Σύνταξη - Σημασία • Αρχικά εκτελείται η εντολή 1. • Αν το αποτέλεσμα είναι επιτυχές (επιστροφή αριθμού 0), τότε εκτελούνται οι εντολές της ομάδας εντολών 1. • Αν το αποτέλεσμα δεν είναι επιτυχές (επιστροφή κάποιου άλλου αριθμού), τότε εκτελείται η ομάδα εντολών 2. if εντολή 1 then ομάδα εντολών 1 else ομάδα εντολών 2 fi

47. Εντολή if – Εναλλακτικά • Το τμήμα else της if μπορεί να παραλειφθεί, οπότε η εντολή απλοποιείται στην: if εντολή 1 then ομάδα εντολών 1 fi • Αν η εντολή 1 εκτελεστεί επιτυχώς, εκτελείται και η ομάδα εντολών 1 • Στην αντίθετη περίπτωση η ομάδα εντολών 1 παραλείπεται.

48. Εντολή if – Παράδειγμα 1 • Το ακόλουθο script στέλνει το αρχείο results στον χρήστη nick μέσω email • Αν η αποστολή του μηνύματος είναι επιτυχής, διαγράφει το αρχείο results από το δίσκο: if mail nick < results then rm –f results echo Η αποστολή του μηνύματος ήταν επιτυχής! else echo Αδυναμία αποστολής του μηνύματος! fi

49. Λογικές Συνθήκες • Πολλές φορές επιθυμούμε να αλλάζει η ροή εκτέλεσης ανάλογα με τη τιμή κάποιας λογικής πρότασης και όχι ανάλογα με την έκβαση της εκτέλεσης κάποιας εντολής. • Π.χ. A > 5 ή ΝΑΜΕ = ‘Peter’ • Υπάρχει στο UNIX η εντολή test η οποία ελέγχει την συνθήκη που την ακολουθεί • Τερματίζει επιτυχώς (επιστρέφει 0) αν η συνθήκη είναι αληθής • Αλλιώς επιστρέφει 1 (ανεπιτυχής) • Ο έλεγχος που ακολουθεί την εντολή test μπορεί να είναι αριθμητικός, αλφαριθμητικός ή έλεγχος αρχείων

50. Αριθμητικοί έλεγχοι