65、自动化作业：Linux 系统中的脚本调度与管理

自动化作业：Linux 系统中的脚本调度与管理

1. 作业控制基础

在 Linux 系统中，有时需要同时运行多个脚本或程序，这就涉及到作业控制。例如，我们可以启动、暂停、停止和重启作业。

1.1 启动与暂停作业

以下是一个示例，展示了如何启动和暂停作业：

$ ./test2.sh
This is a test program 29090
Loop #1
[2]+  Stopped                 ./test2.sh

在这个例子中，我们启动了 test2.sh 脚本，然后通过 Ctrl+Z 组合键暂停了该作业。

1.2 查看作业状态

使用 jobs -l 命令可以查看当前 shell 会话中所有作业的状态：

$ jobs -l
[1]  29075 Stopped                 ./test2.sh
[2]-  29090 Stopped                 ./test2.sh
[3]+ 29105 Stopped                 ./test2.sh

这里， + 号表示默认作业， - 号表示次默认作业。

1.3 停止作业

使用 kill -9 命令可以停止指定 PID 的作业：

$ kill -9 29105
$ jobs -l
[1]-  29075 Stopped                 ./test2.sh
[2]+  29090 Stopped                 ./test2.sh

1.4 重启作业

可以将暂停的作业以后台或前台模式重启。
- 后台模式 ：使用 bg 命令，例如 bg 2 可以将作业号为 2 的作业以后台模式重启。

$ bg 2
[2]+ ./test2.sh &
Test 2 Loop #2 output
$ Test 2 Loop #3 output
Test 2  Loop #4 output

• 前台模式 ：使用 fg 命令，例如 fg 1 可以将作业号为 1 的作业以前台模式重启。

$ jobs
[1]+  Stopped                 ./test2.sh
$ fg 1
./test4
Loop #2
Loop #3

2. 定时运行脚本

在实际应用中，我们可能需要在特定时间运行脚本，常见的方法有使用 at 命令和 cron 表。

2.1 使用 at 命令

at 命令允许我们指定 Linux 系统运行脚本的时间。它将作业提交到队列中，并由 atd 命令在后台检查队列，当到达指定时间时运行作业。

2.1.1 at 命令格式

基本格式为：

at [-f filename] time

• -f 参数：指定要运行的脚本文件。
• time 参数：指定作业运行的时间，可以使用多种时间格式，如 10:15 、 10:15 p.m. 、 now 、 noon 等。

2.1.2 示例

$ date
Thu Feb 24 18:48:20 EST 2022
$ at -f test3.sh 18:49
job 2 at Thu Feb 24 18:49:00 2022

2.1.3 作业队列

at 命令将作业提交到作业队列中，共有 26 个不同优先级的作业队列，用小写字母 a 到 z 表示。默认情况下，所有 at 作业都提交到最高优先级的 a 队列。

2.1.4 查看作业输出

作业运行时没有关联的监视器，系统会将作业的输出通过邮件发送给提交作业的用户。可以使用 -m 选项强制生成邮件，即使脚本没有输出。

2.1.5 查看和管理作业

• 查看待处理作业 ：使用 atq 命令可以查看系统中待处理的作业。

$ at -f test3.sh 10:15
warning: commands will be executed using /bin/sh
job 7 at 2022-03-04 10:15
$ at -f test5 4PM
warning: commands will be executed using /bin/sh
job 8 at 2022-03-03 16:00
$ at -f test5 1PM tomorrow
warning: commands will be executed using /bin/sh
job 9 at 2022-03-04 13:00
$ atq
7       2022-03-04 10:15 a
8       2022-03-03 16:00 a
9       2022-03-04 13:00 a

• 删除作业 ：使用 atrm 命令可以删除指定作业号的待处理作业。

$ atrm 8
$ atq
7       2022-03-04 10:15 a
9       2022-03-04 13:00 a

2.2 使用 cron 表

cron 程序用于定期运行脚本。它在后台运行，检查 cron 表以确定何时运行作业。

2.2.1 cron 表格式

cron 表的每一行格式如下：

min hour dayofmonth month dayofweek command

其中，各字段的含义如下：
| 字段 | 含义 |
| ---- | ---- |
| min | 分钟（0 - 59） |
| hour | 小时（0 - 23） |
| dayofmonth | 月份中的日期（1 - 31） |
| month | 月份（1 - 12） |
| dayofweek | 星期几（0 - 6，0 表示星期日） |
| command | 要运行的命令 |

2.2.2 示例

• 每天上午 10:15 运行命令： 15 10 * * * command
• 每周一下午 4:15 运行命令： 15 16 * * 1 command
• 每月 1 号中午 12 点运行命令： 00 12 1 * * command

2.2.3 构建 cron 表

所有系统用户都可以有自己的 cron 表。使用 crontab 命令来管理 cron 表：
- 查看 cron 表 ： crontab -l
- 编辑 cron 表 ： crontab -e

2.3 Systemd 定时器

对于使用 systemd 启动方法的系统，还可以使用 Systemd 定时器来自动启动程序。定时器单元文件以 .timer 为扩展名，包含一个 [Timer] 部分，用于定义启动事件的指令。

以下是一些常用的定时器单元文件 [Timer] 部分的指令：
| 指令 | 描述 |
| ---- | ---- |
| AccuracySec | 指定定时器的精度，默认精度为一分钟 |
| OnActiveSec | 相对于定时器激活时刻定义定时器 |
| OnBootSec | 相对于系统启动时刻定义定时器 |
| OnCalendar | 以特定日期/时间值定义定时器 |
| OnStartupSec | 相对于 systemd 程序启动时刻定义定时器 |
| OnUnitActiveSec | 相对于定时器单元上次激活时刻定义定时器 |
| OnUnitInactiveSec | 相对于定时器单元上次停用时刻定义定时器 |
| Persistent | 设置时，定时器单元上次触发的时间将存储在磁盘上 |
| RandomizedDelaySec | 随机延迟定时器激活时间 |
| RemainAfterElapse | 设置时，过期的定时器单元保持加载，允许使用 systemctl 查询其状态 |
| Unit | 定义定时器到期时要启动的单元文件 |
| WakeSystem | 设置时，定时器单元将使系统从挂起状态恢复 |

3. 实践操作

以下是一个实践操作，帮助你熟悉作业控制：

3.1 创建测试脚本

#!/bin/bash
# jobtest.sh - run the sleep command in a loop for job testing
echo "This is a test program $$"
count=1
while [ $count -le 10 ] ; do
    echo "Program: $$ Loop #$count"
    sleep 10
    count=$[ $count + 1 ]
done
echo "This is the end of the test program"

3.2 操作步骤

1. 登录到 Linux 图形桌面并打开命令提示符窗口。
2. 在命令提示符下，打开文本编辑器（如 nano 、 pico 或 vi ）创建 jobtest.sh 文件。
3. 将上述脚本代码复制到 jobtest.sh 文件中。
4. 保存文件。
5. 为文件添加执行权限： chmod u+x jobtest.sh 。
6. 运行脚本： ./jobtest.sh 。
7. 暂停作业：按下 Ctrl+Z 。
8. 在后台模式下启动另一个作业副本： ./jobtest.sh & 。
9. 查看当前 shell 作业： jobs 。
10. 以后台模式重启暂停的作业： bg n ，其中 n 是暂停作业的作业号。
11. 再次查看当前 shell 作业： jobs ，注意之前暂停作业的状态。
12. 使用 kill -9 命令停止正在运行的后台作业。
13. 查看当前正在运行的作业： jobs 。

通过以上步骤，你可以更好地掌握 Linux 系统中的作业控制和定时运行脚本的方法。

4. 总结与常见问题解答

4.1 总结

在 Linux 系统中，作业控制和脚本调度是非常重要的功能。以下是对前面内容的总结：
- 作业控制 ：可以通过 jobs 命令查看作业状态，使用 bg 和 fg 命令分别将作业在后台和前台模式下重启，使用 kill 命令停止作业。
- 定时运行脚本 ：
- at 命令 ：适用于一次性定时任务，支持多种时间格式，作业输出通过邮件发送。
- cron 表 ：用于定期运行脚本，通过特定格式的 cron 表条目指定运行时间。
- Systemd 定时器 ：对于使用 systemd 启动方法的系统，可使用定时器单元文件更精确地控制程序启动时间。

4.2 常见问题解答

以下是一些常见问题及其解答：
| 问题 | 解答 |
| ---- | ---- |
| 如何在后台运行脚本？ | 在命令后添加 & 符号，如 ./test.sh & ；若要脚本在终端关闭后继续运行，可使用 nohup 命令，如 nohup ./test.sh & 。 |
| 如何停止前台运行的脚本？ | 按下 Ctrl+C 组合键。 |
| 如何暂停前台运行的脚本？ | 按下 Ctrl+Z 组合键。 |
| 如何确定默认作业？ | 在 jobs 输出中，带有 + 号的作业为默认作业。 |
| 如何将后台作业切换到前台？ | 使用 fg 命令，后跟作业号，如 fg 1 。 |
| 如何在特定时间运行脚本？ | 可以使用 at 命令，如 at -f test.sh 10:15 ；若要定期运行，可使用 cron 表，编辑 crontab 文件添加相应条目。 |

4.3 流程图：作业控制与脚本调度流程

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(启动作业):::process
    B --> C{是否需要暂停?}:::decision
    C -->|是| D(按下 Ctrl+Z 暂停作业):::process
    C -->|否| E{是否需要在后台运行?}:::decision
    D --> E
    E -->|是| F(使用 & 或 bg 命令):::process
    E -->|否| G(前台运行):::process
    F --> H(使用 jobs 查看作业状态):::process
    G --> H
    H --> I{是否需要停止作业?}:::decision
    I -->|是| J(使用 kill 命令):::process
    I -->|否| K{是否需要定时运行?}:::decision
    J --> L([结束]):::startend
    K -->|是| M{使用 at 还是 cron?}:::decision
    K -->|否| L
    M -->|at| N(使用 at 命令指定时间):::process
    M -->|cron| O(编辑 crontab 文件):::process
    N --> L
    O --> L

5. 复习与巩固

为了帮助你巩固所学知识，以下是一些复习问题及答案：
1. 问题 ：Frank 想在控制台会话中以后台模式运行他的大量数据计算应用程序，他需要使用什么命令？
- 答案 ：在命令后添加 & 符号，所以选 B。
2. 问题 ：要将 shell 脚本与当前控制台断开连接，使其在控制台退出后继续运行，应使用什么命令？
- 答案 ：使用 nohup 命令，选 E。
3. 问题 ：Melanie 运行 shell 脚本时，发现它占用了系统所有内存，她该如何停止它？
- 答案 ：在脚本运行时按下 Ctrl+C 组合键，选 C。
4. 问题 ：如何在控制台会话中暂时暂停前台运行的 shell 脚本？
- 答案 ：按下 Ctrl+Z 组合键，选 A。
5. 问题 ：如何确定控制台会话中运行的默认作业？
- 答案 ：在 jobs 输出中，作业号旁边有 + 号的为默认作业，选 C。
6. 问题 ：Barbara 有一个应用程序在控制台会话的后台运行，她需要将其切换到前台模式，应使用什么命令？
- 答案 ：使用 fg 命令，选 B。
7. 问题 ：什么命令可以让你在特定时间运行 shell 脚本？
- 答案 ：使用 at 命令，选 C。
8. 问题 ：Nick 需要在他的 Linux 系统上每天午夜运行一份报告，他应该怎么做？
- 答案 ：使用 cron 表来调度作业，选 D。
9. 问题 ： cron 表条目 10 5 * * * myscript 什么时候会运行指定的 shell 脚本？
- 答案 ：该条目表示每天早上 5:10 运行脚本，选 E。
10. 问题 ：Jane 需要检查她的用户账户中自动调度运行的作业，她应该使用什么命令列出 cron 表条目？
- 答案 ：使用 crontab -l 命令，选 C。

通过这些复习问题，你可以更好地理解和掌握 Linux 系统中作业控制和脚本调度的知识。希望这些内容对你有所帮助，让你在 Linux 系统中更加高效地管理和运行脚本。