不一样的命令行 – Windows PowerShell简介

我是007

引子
　　一直很羡慕Linux的命令提示符（当然他们叫Shell）。正则表达式，管道，各种神奇的命令，组合起来就能高效完成很多复杂的任务。效率实在是高。流了n年的哈喇子以后，终于有幸用上了Win7，邂逅了cmd的升级版：Windows PowerShell。从此暗爽无比，原来Windows下也有这样的利器呀~
看看下面的Windows脚本，不到15行有效代码。在Win7下只要右击脚本文件，选择Run with PowerShell，就会自动找到最占内存的10个进程，然后将它们占用的内存画成一个三维饼图，如下图所示。
　　




1 # create new excel instance
2  $objExcel = New-Object -comobject Excel.Application
3  $objExcel.Visible = $True
4  $objWorkbook = $objExcel.Workbooks.Add()
5  $objWorksheet = $objWorkbook.Worksheets.Item(1)
6
7  # write information to the excel file
8 $i = 0
9 $first10 = (ps | sort ws -Descending | select -first 10)
10 $first10 | foreach -Process {$i++; $objWorksheet.Cells.Item($i,1) = $_.name; $objWorksheet.Cells.Item($i,2) = $_.ws}
11 $otherMem = (ps | measure ws -s).Sum - ($first10 | measure ws -s).Sum
12 $objWorksheet.Cells.Item(11,1) = "Others"; $objWorksheet.Cells.Item(11,2) = $otherMem
13
14 # draw the pie chart
15 $objCharts = $objWorksheet.ChartObjects()
16 $objChart = $objCharts.Add(0, 0, 500, 300)
17 $objChart.Chart.SetSourceData($objWorksheet.range("A1:B11"), 2)
18 $objChart.Chart.ChartType = 70
19 $objChart.Chart.ApplyDataLabels(5)　　（1. 这个脚本调用了Excel的COM库。 2. 当然从命令耦合的角度来看，输出成文本格式更有利，但这个例子主要想说明PowerShell的强大以及微软产品优异的复用性。 3. 要手动启动PowerShell，可以在开始菜单的搜索框中直接键入PowerShell回车即可）
简单领略PowerShell的强大之后，下文就从几个方面介绍一下PowerShell相对于以往版本的命令提示符甚至Linux Shell的优势。
　　

Cmdlet + Regex + Pipeline + ...
　　以往cmd相对于Shell有很多不足，比如命令偏少，部分命令功能偏弱，对正则表达式不支持等等。但现在PowerShell一下赶上来不少。2.0 RTM版内建支持414个命令（术语称为cmdlet），支持正则表达式，强大的管道应用（其实管道本身的功能和以前差不多，关键是冒出来一堆能用管道的命令，比如more, sort, foreach等等），和系统的联系也比以前紧密了很多。
举几个例子来说明：
dir registry::HKEY_CURRENT_USER可以直接显示注册表相应位置的内容，可以看到dir的功能改进了不少。
ps | sort ws -Descending | select -first 10可以显示占用内存最大的10个进程，可以看到管道的灵活应用。
dir -Name | ? {$_ -match "(?.).*(\k)"}可以显示出当前目录下文件名有重复字符的文件。比如abcda.efg，而abcd.efg则不会显示出来。可以看到PowerShell对正则表达式的支持相当强大。（确切的说严格的正则表达式 已经无法实现这样的效果，需要上下文无关文法 才能够支持。）
以前为了演示Linux Shell的强大，Stephenjy发了一个自己的截图，在遇见PowerShell前觉得好神奇，所幸现在也可以实现了。:-)
　　
　　
　　 (为了节约显示空间，PowerShell的部分显示结果被删除，但这个Prompt效果可以用以下脚本验证: function prompt {"($env:username)-($env:computername)-(`$?: $?)-(jobs: $((get-job | measure).Count))-($(get-location))`n(! $(((history)[-1]).ID + 1))->"})

大杀器 - 面向对象
　　Linux的设计思想决定所有的输入和输出都尽可能是文本格式，这样可以方便各进程间的合作。同样这也要求各个程序提供一定强度的文本解析能力。但Windows的思想与此不同，PowerShell中很多输入输出都不是普通的文本(plain text)，而是一个个对象(objects)。因此与其说PowerShell是一种交互环境，不如说它是一种强大语言的Runtime，而这种语言甚至是面向对象的。
比如当键入get-process查看当前进程列表时，系统返回的是这样的列表：
　　Handles  NPM(K)    PM(K)      WS(K) VM(M)   CPU(s)     Id ProcessName
-------  ------    -----      ----- -----   ------     -- -----------
    318       8    12948       3872    84            1728 AppleMobileD
    115       5    13816      13328    38            6920 audiodg
   1315      21    11732      10988   108            2544 CcmExec
... ...
　　虽然看似一般的格式化文本，但其实这是一个数组，而每个数组元素又是Process类型的对象。同.NET一脉相承，PowerShell中的所有的类都继承自Object，且支持GetType()函数。因此我们可以执行(get-process).GetType()来看看它的类型：
　　IsPublic IsSerial Name                                     BaseType
-------- -------- ----                                     --------
True     True     Object[]                                 System.Array
　　而数组中每个元素的类型可以用(get-process)[0].GetType()查看：
　　IsPublic IsSerial Name                                     BaseType
-------- -------- ----                                     --------
True     False    Process                                  System.ComponentM...
　　其中面向思想的思想非常明显，类成员，方法，继承都出现了。个人感觉这样的好处并不是指望能用PowerShell写什么大型软件，而是体现在另外两个方面：首先，这样让内置的cmdlet及其数据结构组织清晰，符合直觉，写代码时速度快不容易出错。第二，对面向对象的内建支持也为后面无缝接合.NET和COM接口提供了基础。
　　

站在巨人的肩膀上 - 无缝调用.NET/COM
　　.NET Framework中包含了一个异常强大的库，而微软为了保证二进制层面上跨语言的兼容性，很多库都是用COM封装的。PowerShell的一大特色就是可以直接调用这些库。比如前面的示例用$objExcel = New-Object -comobject Excel.Application创建了一个Excel对象。而wikipedia上的一个脚本更示范了这种无缝调用的强大。下面这个3句话的脚本的作用是显示一个RSS源最近的8篇文章的标题。注意其中网络连接，内容下载，XML解析等工作全部由.NET库完成，正因为站在巨人的肩膀上，PowerShell在实际使用中往往左右逢源，简洁高效。
　　



$rssUrl = "http://blogs.msdn.com/powershell/rss.aspx"
$blog = [xml](new-object System.Net.WebClient).DownloadString($rssUrl)
$blog.rss.channel.item | select title -first 8
编辑，运行，调试 - IDE
　　Windows程序开发，尤其是基于微软技术的开发很爽的一点就是有强大的IDE和专业的文档作支持。不论是Windows下的Visual Studio还是Linux下的Mono Develop，甚至连PowerShell这样的语言都有集编辑与调试为一体的IDE：Windows PowerShell ISE。有了自动完成，即时脚本交互，调试甚至远程调试，PowerShell脚本写起来“甚爽甚强巨”。当然文档也是一般的强大，MSDN中关于PowerShell的部分依旧专业浩瀚。


蛋疼的伪装 - Profile
　　有了PowerShell以后，很少就去cmd了。不过作为一个蛋疼的装B男，把PowerShell伪装成cmd也是挺有乐趣的一件事。不难发现PowerShell和cmd仅仅在图标，标题，背景色，提示符，以及刚启动时的显示文字五个方面不同。图标和背景色在快捷方式属性中可以很方便的修改。而标题和提示符的修改就要用到Profile了。所谓Profile就是在每次启动PowerShell时都首先自动运行的一段脚本。这个脚本的路径在$profile变量中有设定。只要设定$host.UI.RawUI.WindowTitle为C:\windows\system32\cmd.exe就能将标题伪装为cmd。而自定义提示符为当前路径在PowerShell中自然万分简单。至于启动时的显示文字，只要通过/nologo参数隐藏原有的版本信息，再打印一行cmd中的文字就好了。最终效果如图：（关于Profile，可以参见这个链接）
　　

另：进程级工作调度 – 并行支持？
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随着多核处理器的迅速发展，从.NET Framework 4.0开始，并行计算被一再强调。从System.Threading中新增加的并行工具类到F#这种非常适合并行化的函数式语言，微软适时对线程级并行提供了强大的支持。但是对于进程级的工作调度，Windows似乎还相当原始。举个最简单的例子来说，如果我们同时向一个移动硬盘启动5个拷贝会话的话，Windows会同时开始所有的拷贝操作。这样磁头会在不同的目标位置间反复进行无意义的移动（寻道），于是在硬盘灯的狂闪中，大量时间就被浪费了。同样当我们同时启动数个计算量大的进程时，Windows也会试图让这些进程“齐头并进”。然而为了避免某个进程被饿死，系统又不得不频繁切换进程，于是大量的时间又被浪费在了保存现场，进程切换，恢复现场上。这样来看，进程级的并行做的反而不够好。
　　所幸PowerShell中加入了任务调度管理功能。通过简单的实验，我们可以发现PowerShell对jobs的调度和Windows默认的大不相同，它一般维持和CPU核心数相同的进程高速运转，而其它进程仅仅占用小部分CPU时间。直到前面的进程结束工作后，后面才有新的进程递补进入高速运转的状态。==========================================================
后来更仔细地做了实验以后发现，原来Windows内置的进程调度方案就是小部分高速运转（在我的双核处理器上是两个进程占用50%CPU），大部分低速跟进（其他所有进程分享剩下的50%CPU）。这样PowerShell的工作调度并没有改善系统原有的现状。同时由于PowerShell的调度系统需要占用不小的内存，初始化也需要时间。在实测中甚至比默认调度慢了50%。这个实验结果比较囧。不晓得为什么PowerShell中为什么要加入Job这个东西，难道仅仅为了异步调用吗？
　　

　　[Update] Another post also about powershell can be found in my blog: http://grapeot.me/post/2011/09/22/Computing-Powershell-as-a-glue-language.aspx