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Linux shell 使用 trap 命令優雅處理程序中斷： shell 中的回調、鎖與事務、以及 debug 調試 - 動態 詳情

來看一個常見的場景

假設你正在開發一個數據備份腳本。這個腳本需要執行以下操作：

  1. 創建臨時工作目錄
  2. 將數據複製到臨時目錄
  3. 壓縮打包
  4. 清理臨時文件
#!/bin/bash

WORK_DIR="/tmp/backup_$(date +%Y%m%d)"

echo "開始備份..."
mkdir -p "$WORK_DIR"
echo "創建臨時目錄: $WORK_DIR"

echo "複製文件中..."
cp -r /path/to/data "$WORK_DIR/"
sleep 5  # 模擬耗時操作

echo "壓縮打包..."
tar -czf backup.tar.gz "$WORK_DIR"
sleep 3  # 模擬耗時操作

echo "清理臨時文件..."
rm -rf "$WORK_DIR"

echo "備份完成！"

如果我中斷了腳本怎麼辦！

當我們運行這個腳本時，如果在執行過程中按下 Ctrl+C 中斷操作，會發生什麼？

臨時目錄 $WORK_DIR 將被遺留在系統中，因為清理步驟沒有被執行。長期積累下來，這些未清理的臨時文件會佔用大量磁盤空間。

使用 trap 命令改善程序

這時，trap 命令就派上用場了。trap 可以捕獲特定的信號並執行相應的處理函數。SIGINT（通常由 Ctrl+C 觸發）就是最常見的信號之一。

首先，我們定義一箇中斷處理函數：

on_interrupt() {
    echo -e "\n程序被中斷！"
    echo "清理臨時文件..."
    rm -rf "$WORK_DIR"
    exit 1
}

然後，在腳本開頭使用 trap 設置信號處理：

trap on_interrupt SIGINT

完整的改進版腳本如下：

#!/bin/bash

WORK_DIR="/tmp/backup_$(date +%Y%m%d)"

# 定義中斷處理函數
on_interrupt() {
    echo -e "\n程序被中斷！"
    echo "清理臨時文件..."
    rm -rf "$WORK_DIR"
    exit 1
}

# 設置 trap
trap on_interrupt SIGINT

echo "開始備份..."
mkdir -p "$WORK_DIR"
echo "創建臨時目錄: $WORK_DIR"

echo "複製文件中..."
cp -r /path/to/data "$WORK_DIR/"
sleep 5  # 模擬耗時操作

echo "壓縮打包..."
tar -czf backup.tar.gz "$WORK_DIR"
sleep 3  # 模擬耗時操作

echo "清理臨時文件..."
rm -rf "$WORK_DIR"

echo "備份完成！"

trap 命令説明

trap 命令的基本語法是：

trap command signal

其中：

  • command 可以是函數名或直接的命令
  • signal 是要捕獲的信號名稱，如 SIGINT、SIGTERM 等

常見的信號包括：

  • SIGINT (2)：用户按下 Ctrl+C
  • SIGTERM (15)：終止信號
  • EXIT：腳本退出時

你還可以同時捕獲多個信號：

trap on_interrupt SIGINT SIGTERM

通過使用 trap 命令和 on_interrupt 函數，我們實現了：

  1. 優雅地處理程序中斷
  2. 確保臨時資源被正確清理
  3. 提供了友好的用户提示

這種模式不僅適用於備份腳本，還可以用在任何需要資源清理的腳本中，比如：

  • 臨時文件處理
  • 數據庫連接清理
  • 鎖文件刪除
  • 進程清理

擴展： trap 命令的高級應用

多信號處理

有時我們需要對不同的信號進行不同的處理。比如在一個數據處理腳本中：

#!/bin/bash

# 定義變量
DATA_FILE="data.txt"
TEMP_FILE="temp.txt"
LOG_FILE="process.log"

# 處理 Ctrl+C
on_interrupt() {
    echo -e "\n收到 SIGINT，正在優雅關閉..."
    cleanup
    exit 1
}

# 處理 SIGTERM
on_terminate() {
    echo -e "\n收到 SIGTERM，保存進度後退出..."
    save_progress
    cleanup
    exit 1
}

# 處理正常退出
on_exit() {
    echo "程序正常結束，執行清理..."
    cleanup
}

# 清理函數
cleanup() {
    rm -f "$TEMP_FILE"
    echo "清理完成"
}

# 保存進度
save_progress() {
    echo "保存當前進度到 $LOG_FILE"
    echo "Progress saved at $(date)" >> "$LOG_FILE"
}

# 設置多重信號處理
trap on_interrupt SIGINT
trap on_terminate SIGTERM
trap on_exit EXIT

# 主程序
echo "開始處理數據..."
while true; do
    echo "處理中..."
    sleep 1
done

臨時禁用和恢復信號處理

有時我們需要臨時禁用信號處理，比如在執行關鍵操作時：

#!/bin/bash

critical_operation() {
    # 臨時禁用 Ctrl+C
    trap '' SIGINT
    
    echo "執行關鍵操作，這段時間按 Ctrl+C 無效..."
    sleep 5
    
    # 恢復信號處理
    trap on_interrupt SIGINT
    echo "關鍵操作完成，恢復正常信號處理"
}

on_interrupt() {
    echo -e "\n操作被中斷！"
    exit 1
}

trap on_interrupt SIGINT

echo "開始執行..."
critical_operation
echo "繼續其他操作..."

DEBUG 信號與調試處理

DEBUG 並不是中斷信號，而是 Bash 的一個特殊 trap 事件。它在執行每個命令之前觸發，主要用於調試目的。讓我們看一個更實用的例子：

#!/bin/bash

# 用於控制是否在錯誤處理函數中觸發 DEBUG trap
IN_ERROR_HANDLER=0

# 定義調試處理函數
on_debug() {
    # 如果在錯誤處理函數中，跳過調試輸出
    if ((IN_ERROR_HANDLER)); then
        return
    fi
    # $1 是行號，$BASH_COMMAND 是即將執行的命令
    echo "[DEBUG] 行 $1: 準備執行 -> $BASH_COMMAND"
}

# 錯誤處理函數
on_error() {
    local err=$?  # 立即保存錯誤碼
    local line=$1
    local cmd=$2
    
    # 設置標誌，防止在錯誤處理中觸發 DEBUG trap
    IN_ERROR_HANDLER=1
    
    echo "[ERROR] 行 $line 執行失敗"
    echo "命令: $cmd"
    echo "錯誤碼: $err"
    
    # 重置標誌
    IN_ERROR_HANDLER=0
}

# 啓用調試跟蹤
enable_debug() {
    # 啓用 ERR trap
    set -E
    # -T 選項可以顯示函數調用跟蹤
    set -T
    # 設置 DEBUG trap，傳入行號參數
    trap 'on_debug ${LINENO}' DEBUG
    trap 'on_error ${LINENO} "$BASH_COMMAND"' ERR
}

# 關閉調試跟蹤
disable_debug() {
    trap - DEBUG
    trap - ERR
    set +E
    set +T
}

# 通過環境變量控制是否開啓調試
if [[ "${ENABLE_DEBUG}" == "true" ]]; then
    enable_debug
fi

# 測試函數
test_function() {
    echo "執行測試函數"
    local result=$((2 + 2))
    echo "計算結果: $result"
    # 故意製造一個錯誤
    ls /nonexistent_directory
}

# 主程序
echo "開始執行..."
test_function
echo "嘗試訪問不存在的文件..."
cat nonexistent_file.txt

使用方式：

# 普通執行
./script.sh

# 開啓調試模式執行
ENABLE_DEBUG=true ./script.sh

普通模式輸出：

開始執行...
執行測試函數
計算結果: 4
ls: cannot access '/nonexistent_directory': No such file or directory
嘗試訪問不存在的文件...
cat: nonexistent_file.txt: No such file or directory

DEBUG 模式輸出：

[DEBUG] 行 41: 準備執行 -> trap 'on_error ${LINENO} "$BASH_COMMAND"' ERR
[DEBUG] 行 67: 準備執行 -> echo "開始執行..."
開始執行...
[DEBUG] 行 68: 準備執行 -> test_function
[DEBUG] 行 58: 準備執行 -> test_function
[DEBUG] 行 59: 準備執行 -> echo "執行測試函數"
執行測試函數
[DEBUG] 行 60: 準備執行 -> local result=$((2 + 2))
[DEBUG] 行 61: 準備執行 -> echo "計算結果: $result"
計算結果: 4
[DEBUG] 行 63: 準備執行 -> ls /nonexistent_directory
ls: cannot access '/nonexistent_directory': No such file or directory
[DEBUG] 行 63: 準備執行 -> ls /nonexistent_directory
[DEBUG] 行 17: 準備執行 -> ls /nonexistent_directory
[DEBUG] 行 18: 準備執行 -> local err=$?
[DEBUG] 行 19: 準備執行 -> local line=$1
[DEBUG] 行 20: 準備執行 -> local cmd=$2
[DEBUG] 行 23: 準備執行 -> IN_ERROR_HANDLER=1
[ERROR] 行 63 執行失敗
命令: ls /nonexistent_directory
錯誤碼: 2
[DEBUG] 行 68: 準備執行 -> ls /nonexistent_directory
[DEBUG] 行 17: 準備執行 -> ls /nonexistent_directory
[DEBUG] 行 18: 準備執行 -> local err=$?
[DEBUG] 行 19: 準備執行 -> local line=$1
[DEBUG] 行 20: 準備執行 -> local cmd=$2
[DEBUG] 行 23: 準備執行 -> IN_ERROR_HANDLER=1
[ERROR] 行 68 執行失敗
命令: ls /nonexistent_directory
錯誤碼: 2
[DEBUG] 行 69: 準備執行 -> echo "嘗試訪問不存在的文件..."
嘗試訪問不存在的文件...
[DEBUG] 行 70: 準備執行 -> cat nonexistent_file.txt
cat: nonexistent_file.txt: No such file or directory
[DEBUG] 行 70: 準備執行 -> cat nonexistent_file.txt
[DEBUG] 行 17: 準備執行 -> cat nonexistent_file.txt
[DEBUG] 行 18: 準備執行 -> local err=$?
[DEBUG] 行 19: 準備執行 -> local line=$1
[DEBUG] 行 20: 準備執行 -> local cmd=$2
[DEBUG] 行 23: 準備執行 -> IN_ERROR_HANDLER=1
[ERROR] 行 70 執行失敗
命令: cat nonexistent_file.txt
錯誤碼: 1

文件鎖機制 trap vs flock

讓我們比較 trap 和 flock 的鎖機制：

使用 trap 的文件鎖

#!/bin/bash

LOCK_FILE="/tmp/script.lock"
PID_FILE="/tmp/script.pid"

cleanup() {
    rm -f "$LOCK_FILE" "$PID_FILE"
    echo "清理鎖文件和PID文件"
}

get_lock() {
    if [ -e "$LOCK_FILE" ]; then
        local pid
        pid=$(cat "$PID_FILE" 2>/dev/null)
        if [ -n "$pid" ] && kill -0 "$pid" 2>/dev/null; then
            echo "另一個實例(PID: $pid)正在運行"
            exit 1
        fi
        # 如果進程不存在，清理舊的鎖
        cleanup
    fi
    
    echo $$ > "$PID_FILE"
    touch "$LOCK_FILE"
    trap cleanup EXIT
}

使用 flock 的實現：

#!/bin/bash

LOCK_FILE="/tmp/script.lock"

(
    # 獲取文件鎖，等待最多5秒
    flock -w 5 200 || { echo "無法獲取鎖，另一個實例正在運行"; exit 1; }
    
    echo "獲得鎖，開始執行..."
    sleep 10
    echo "執行完成"
    
) 200>"$LOCK_FILE"

比較分析

  1. 可靠性

    • flock 更可靠，它使用內核級文件鎖
    • trap 方式可能在極端情況下（如系統崩潰）留下孤立的鎖文件

  2. 使用場景

    • flock 適合要求嚴格的生產環境
    • trap 方式適合簡單的腳本和開發環境

  3. 推薦選擇

    • 推薦使用 flock，因為它：

      • 自動處理進程終止
      • 支持超時設置
      • 提供阻塞和非阻塞模式
      • 可靠性更高

事務的實現

#!/bin/bash

# 狀態變量
TRANSACTION_ACTIVE=false

# 動態改變信號處理
update_signal_handler() {
    if $TRANSACTION_ACTIVE; then
        # 事務進行中，設置中斷處理為提示並結束
        trap 'echo "事務進行中，已被強行中斷..."; cleanup; exit 1' SIGINT
    else
        # 非事務狀態，可以安全退出
        trap 'echo "正常退出..."; exit 0' SIGINT
    fi
}

# 清理函數
cleanup() {
    echo "執行清理操作..."
    # 這裏添加實際的清理代碼
}

# 模擬事務
start_transaction() {
    TRANSACTION_ACTIVE=true
    update_signal_handler
    echo "事務開始"
    
    # 模擬事務操作
    echo "執行事務步驟 1/3"
    sleep 2
    echo "執行事務步驟 2/3"
    sleep 2
    echo "執行事務步驟 3/3"
    sleep 2
    
    TRANSACTION_ACTIVE=false
    update_signal_handler
    echo "事務完成"
}

# 設置初始信號處理
update_signal_handler

# 主程序執行流程
echo "開始執行..."
start_transaction
echo "繼續其他操作..."

執行流程説明：

  1. 腳本啓動

    • TRANSACTION_ACTIVE 初始值為 false
    • 首次調用 update_signal_handler，設置正常的中斷處理

  2. 執行 start_transaction

    • 設置 TRANSACTION_ACTIVE 為 true
    • 更新信號處理為事務保護模式
    • 執行事務操作
    • 完成後，設置 TRANSACTION_ACTIVE 為 false
    • 恢復正常的信號處理

  3. 信號處理行為

    • 事務進行中收到 SIGINT：顯示中斷消息，執行清理，然後退出
    • 非事務狀態收到 SIGINT：直接安全退出

通過這些高級用法，我們可以構建更健壯、更可靠的 shell 腳本。無論是處理意外中斷、實現鎖機制，還是進行調試，trap 都是一個強大的工具。

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