2016/12/20

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の20日目です。

はじめに

前々回はASTの概要について述べ、最後にAST.FindAllメソッドを使って、ASTから指定のASTノードを検索する方法について説明しました。

前回はASTを再帰的に検索して、木構造を視覚化してみました。

今回もASTを検索する話なのですが、静的解析機能を実装するためのAST Visitorを用いる方法について説明します。が、あらかじめお断りしておきますが、静的解析の実装までは今回はたどり着きません。静的解析ツールをどう作るかorどう作られているか、ということを雰囲気で味わっていただければと。

Visitorパターン

AST Visitorの説明をする前に、まず、Visitorパターンについて簡単に。

Visitorパターン[Wikipedia]というのは、オブジェクト指向言語におけるデザインパターンの1つで、対象オブジェクトを巡回する「訪問者」クラスを定義するものです。Visitorクラスでは、対象クラスごとに行う処理を、個別にvisitメソッドをオーバーロードさせることで定義します。共通のVisitor抽象クラスを継承することで、異なる機能を持ったVisitorクラスを作ることができます。

一方、処理対象クラスには、Visitorオブジェクトを引数に受け取る、acceptメソッドを定義します。acceptメソッドでは、引数として受け取ったVisitorオブジェクトのvisitメソッドを呼ぶことで、処理を実行させます。

なお、処理対象クラスが子要素クラスを持つ場合には、acceptメソッド内で、子要素クラスのacceptメソッドを呼ぶようにします。こうしておくことで、Visitorは処理対象を再帰的に巡回できるようになります。

このように処理対象クラスから、実際に処理を行う機能をVisitorクラスとして分離することで、処理対象クラスに手を加えることなく、Visitorクラスを追加して、処理内容を増やしたりすることが可能になります。

AST Visitorの呼び出し

Visitorパターンを念頭において、AST Visitorの呼び出し方を見ていきましょう。Ast抽象クラスには、以下の2つのVisitメソッドが定義されています。

説明に入る前に注意点。メソッド名は"Visit"となっていますが、Visitorパターンでいうところの"accept"メソッドのことです。なぜメソッド名がAcceptじゃないのかは不明ですが…。

ともかく、AstクラスのVisitメソッドは、AstVisitor抽象クラスを継承したクラスのオブジェクトか、ICustomAstVisitorインターフェースを実装したクラスのいずれかを引数に取ることで、ASTに対する処理を実施します。

AstVisitor抽象クラスを継承、もしくはICustomAstVisitorインターフェースを実装することで、ASTの種類に応じた巡回処理を行うクラスを、自分で定義していきます。

AstVisitor抽象クラス

AstVisitor抽象クラスは、Visitorとしての基本的な機能があらかじめ実装されています。具体的には既に以下の機能は用意されています。

  • ASTの種類に応じたVisitメソッドの定義
    すべての種類のASTに対応するVisitメソッド(50個以上)がVirtualメソッドとして定義されています(※)。例えば、IfStatementAstに対する処理を行うための、VisitIfStatementメソッドがあります。

    ※一般的なVisitorパターンでは、Visitメソッドを対象クラス分オーバーロードさせますが、PowerShellのAstVisitorは対象クラスに応じた別名のメソッドを定義する方式です。これも理由は分かりませんが、オーバーロードにするには多すぎるからかもしれません。

  • 子ノードの再帰的な巡回
    各Visitメソッドには、ASTの子ノードに対し、再帰的にVisitメソッドを呼ぶ仕掛けがあらかじめ備わっています。
  • ノード巡回の停止
    各VisitメソッドはAstVisitAction列挙型を返却します。以下のように返却する値によって、ノード巡回の継続、停止を制御できます。
    • Continue:ノード巡回を継続(デフォルト)
    • SkipChildren:子ノードの巡回を行わない
    • StopVisit:巡回を終了する
カスタムAstVisitorクラスを作成する

以上の基本的な機能を踏まえて、AstVisitor抽象クラスを実装したカスタムVisitorクラスを作ります。C#で書くのが一般的ですが、せっかくなのでPowerShell v5で追加された、クラス構文を使って書いてみましょう。

例えば、「利用しているコマンドのリストを取得する。ただし、コマンドのパラメータ内で別コマンドを呼び出している場合は除く。」というお題を解くことを考えます。

ASTのFindAllメソッドだと、配下に含まれるすべてのCommandAstを取得してしまうので、単純にはいきません。そこでカスタムAstVisitorクラスの出番です。

このお題を実現するVisitorクラスは以下のようになるでしょう。

using namespace System.Management.Automation.Language

class GetCommandNamesVisitor : AstVisitor
{
    [string[]]$CommandNames = @()

    [AstVisitAction]VisitCommand([CommandAst]$commandAst)
    {
        $this.CommandNames += $commandAst.CommandElements[0].Extent.Text
        return [AstVisitAction]::SkipChildren
    }
}

PowerShellのクラス構文において、Virtualメソッドのオーバーライドは、単に同名のメソッドを定義するだけですので、ここではVisitCommandメソッドをオーバーライドします。

プロパティとフィールドの区別はないので、コマンド名の一覧を格納するCommandNamesプロパティは上記のような定義になります。メソッド内でクラスメンバを参照する際には$thisを用います。

作成したGetCommandNamesVisitorクラスをインスタンス化し、解析対象スクリプトブロックのASTのVisitメソッドに引数として渡します。

$scriptBlock = {
    $files = Get-ChildItem -Path (Get-Location | Split-Path -Parent) -File
    $files | 
        Sort-Object -Property LastWriteTime -Descending | 
        Select-Object -First 5
}

$visitor = New-Object GetCommandNamesVisitor
$scriptBlock.Ast.Visit($visitor)
$visitor.CommandNames

実行すると、結果は

Get-ChildItem
Sort-Object
Select-Object

のようになるかと思います。

AstVisitorクラスの具体的な実装については、PSReadLinePowerShellEditorServicesにありますので、参考にしてみてください。

ICustomAstVisitorの実装

前項で述べた、AstVisitor抽象クラスを継承したカスタムAstVisitorクラスの場合、基本的な処理を実装する必要はないですし、目的とするASTクラスに対するVisitメソッドだけオーバーライドすればいいので、非常に簡便です。

ただ、本格的にPowerShellの構文解析を行いたい場合、ノードの巡回順だとか、その他もろもろをもっと細かく自分で実装したいケースが出てきます。

そういった場合にはICustomAstVisitorインターフェースを実装したクラスを作って対応します。ICustomAstVisitorインターフェースも、AstVisitor抽象クラス同様、各ASTクラスに応じたVisitメソッドが定義されているのですが、各VisitメソッドはAstVisitAction列挙体ではなく、object型のオブジェクトを返します。つまり、自分で好きなオブジェクトを返すように定義できるわけです。

Ast.Visit(ICustomAstVisitor)はAstVisitor抽象クラスを引数に取る場合と異なり、objectを返却するのですが、このとき返却されるのは、最初に実行されたVisitメソッドの戻り値になります。

ICustomAstVisitorはインターフェースですので、処理はすべて自分で定義しなくてはなりません(※)。ノードの再帰的探索も、必要ならもちろん自前で実装する必要があります(前回紹介した、JSON化スクリプトのような処理になるかと思います)。

※ISEだとインターフェースの実装を一発で行うリファクタリング機能はないので、今回みたく実装すべきメンバがたくさんある場合は、こんな感じのひな形を作るスクリプトを使うと良いでしょう。

今回はICustomAstVisitorインターフェースを実装したクラスの実例まではご紹介できませんでしたが、興味のある方は、PSScriptAnalyzerで用いられているので参考にしてみてください。

まとめ

PowerShellのASTについてきちんと解説している記事が英語圏を含めてもあまりないようでしたので、3回に渡って、一通りの基礎知識をまとめてみました。

普通にPowerShellを使っている分には、滅多に使うことはないと思いますが、たとえばPSScriptAnalyzerカスタムルールを自分で作る場合には、ASTの知識は必須になってきますので、必要に応じて参考にしていただければ幸いです。

2016/12/15

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の15日目です。

前回はPowerShellのASTの概要を解説しました。今回は前回の補足というか応用的な内容になります。

前回、スクリプトブロックからどのようなASTが生成されるのか、図で書きました。そもそもあの図を作るにあたって、ASTの構造を視覚的に把握したかったので、そのためのスクリプトを書きました。

PowerShellで木構造を展開表示する方法は色々ある(※)かと思いますが、今回はJSONとして出力して、表示については他のアプリに任せることにしました。

※Format-Customのデフォルトビューは意外と使える

ただし、ASTオブジェクトをそのままConvertTo-Jsonコマンドレットに渡すわけにはいきません。というのも、AST構造を再帰的に展開するには、探索の深さ(-Depth)を大きくしなければいけませんが、そうするとASTではないオブジェクトも逐一展開してしまい、現実的な時間内で終わらなくなってしまいます。

そこで、ASTオブジェクトそのものをJSONにするのではなく、必要なプロパティのみ再帰的に取得したカスタムオブジェクトを生成し、それをJSONにする方針を取りました。その成果が以下のコードです。(using namespace節を使っているので、v5以上必須です。)

using namespace System.Management.Automation.Language

function GetAstInner
{
    param([Ast]$ast)
    end
    {
        $base = [ordered]@{
            ExtentText = $ast.Extent.Text
            AstName = $ast.GetType().Name
        }

        $children = [ordered]@{}
        $leaves = [ordered]@{}

        $ast.psobject.Properties |
        ? Name -notin Extent, Parent |
        %{
            $type = [type]($_.TypeNameOfValue)
            $propValue = $ast.($_.Name)
                
            if($type.IsSubclassOf([ast]))
            {             
                if($null -ne $propValue)
                {
                    $children[$_.name] = GetAstInner $propValue
                }
            }
            elseif($type.IsGenericType -and $null -ne ($type.GetGenericArguments() | where{$_.Name -eq "Tuple``2"}))
            {
                $asts = @()

                foreach($next in $propValue)
                {
                    if($null -ne $next)
                    {
                        $asts += [pscustomobject]@{
                            Item1 = $(
                                if($null -ne $next.Item1 -and $next.Item1 -is [ast])
                                {
                                    GetAstInner $next.Item1
                                }
                            )
                            Item2 = $(
                                if($null -ne $next.Item2 -and $next.Item2 -is [ast])
                                {
                                    GetAstInner $next.Item2
                                }
                            )
                        }
                    }
                }

                if($asts.length -ne 0)
                {
                    $children[$_.Name] = $asts
                }

            }
            elseif($type.IsGenericType -and $null -ne ($type.GetGenericArguments() | where{$_.IsSubclassOf([ast])}) )
            {
                $asts = @()

                foreach($next in $propValue)
                {
                    if($null -ne $next)
                    {
                        $asts += GetAstInner $next
                    }
                }

                if($asts.length -ne 0)
                {
                    $children[$_.Name] = $asts
                }
            }
            else
            {
                if($null -ne $propValue)
                {
                    $leaves[$_.Name] += $propValue.Tostring()
                }
            }
        }
        [pscustomobject]($base + $leaves + $children)
    }
}

function Get-Ast
{
    param([scriptblock]$ScriptBlock)
    end
    {
        GetAstInner $ScriptBlock.Ast
    }
}

本来なら、50種以上あるAstクラスに応じてきちんと場合分けすべきなのですが、コードが長くなるだけなので、動的言語の強みを生かしてダックタイピング的な方法で下位ノードを再帰的に展開しています。

途中、IfStatementAstのClausesプロパティなどで用いられている、ReadOnlyCollection<Tuple<Ast, Ast>>型であることを確認するのに苦労してますが、多分もっといい方法があると思います…。他はAstオブジェクトそのものか、ReadOnlyCollection<Ast>を返すだけなのでそんなに苦労はないです。Ast抽象クラスに含まれているExtent、Parentプロパティ以外で、Astを要素に含まないプロパティに関しては、ASTの葉として解釈しています。

次にこのスクリプトを使って、スクリプトブロックをJSONとして出力します。

$scriptBlock = {
    param([int]$x,[int]$y)
    end
    {
        $out = $x + $y
        $out | Write-Host -ForegroundColor Red
    }
}

Get-Ast $scriptBlock | 
    ConvertTo-Json -Depth 100 |
    Set-Content ast.json

サンプルとして用いるスクリプトブロックは、前回のものと同じです。これを先ほど書いたGet-Ast関数に渡して、結果をConvertTo-JsonでJSON化しています。この際、探索の深さを100としていますが、ネストが深いスクリプトブロックなどでは、もっと大きくする必要も出てくるかもしれません。

出力されたast.jsonを、JSON Viewerを使って表示してみたのが、以下のスクリーンショットになります。

スクリーンショット 2016-12-15 09.44.06

色んなスクリプトのASTを表示して、楽しんでみてください。

ASTシリーズはもう少し続きます。次回はAST Visitorと静的解析のお話です。

2016/12/12

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の11日目です。遅刻してごめんなさい!

ASTとは

ASTとはAbstract Syntax Treeの略で、日本語では「抽象構文木」といいます。コードをパーサーが構文解析した結果から、言語の意味に関係のない要素(空白等)を除外し、木構造として構築したものです。

PowerShellでは3.0からASTの仕組みが取り入れられました。スクリプト実行時にはまずパーサーがスクリプトブロックからASTを生成し、コンパイラによってASTが解釈され、実行されるようになっています。

ASTを直接的に扱うのはコンパイラですが、実はPowerShellではパーサーが構築したASTを、PowerShellスクリプトから扱うことができます。

ASTの具体的な使い道としては、構文の静的解析が挙げられますが、その話は後でするとして、今回はまず、ASTの構成要素と構造を見ていきます。

ASTの構成要素

具体的には、{スクリプトブロック}.Astとして、ScriptblockオブジェクトのAstプロパティから、ScriptBlockAstオブジェクトにアクセスできます。このオブジェクトがASTのルートとなるノード(分岐点)を表します。このScriptBlockAstから、スクリプトブロック内部の構文要素が木構造として展開されていきます。

式(Expression)、文(Statement)といった構文要素は、各々対応したAstクラスが対応し、木構造における分岐点を形成します。また、分岐点の末端の葉では、当該の構文要素を構成するデータを示すオブジェクトが格納されます。

すべてのAstクラスは、Ast抽象クラス(System.Management.Automation.Language.Ast)を継承したクラスです。PowerShellでは50個程のAstクラスが存在します。各Astクラスは、抽象クラスで定義されている以下の2つのプロパティを持っています。

  • Parent
    親ノードを示すAstオブジェクトを返す
  • Extent
    当該のASTノードに含まれるコード文字列や、スクリプト全体から見たコード文字列の位置等の情報を持つ、IScriptExtentインターフェースを実装したクラスのオブジェクトを返す

また各Astクラスは、対象の構文要素に応じて、それぞれ異なったプロパティを持ちます。たとえばScriptBlockAstは以下のプロパティを持ちます。

子の分岐点を返すもの

  • UsingStatements
    Using節を表す、UsingStatementAstのコレクションを返す
  • Attributes
    スクリプトブロックに付与された属性を表す、AttributeAstのコレクションを返す
  • ParamBlock
    paramブロックを表す、ParamBlockAstを返す
  • BeginBlock、ProcessBlock、EndBlock、DynamicParamBlock
    各々、beginブロック、processブロック、endブロック、DynamicParamブロックを示すNamedBlockAstを返す

葉を返すもの

  • ScriptRequirements
    #Requires節の内容を表す、ScriptRequirementsを返す
ASTの構造

たとえば、

$scriptBlock = {
    param([int]$x,[int]$y)
    end
    {
        $out = $x + $y
        $out | Write-Host -ForegroundColor Red
    }
}

という、二つの整数値の和を赤字で表示するというスクリプトブロックならば、以下のようなASTが構築されます。(一部分岐点、葉は省略しています。また、分岐点のASTクラス名は、末尾の"Ast"を省略表記しています。)

PowerShell_AST

このスクリプトブロックのASTから、例えば「Red」というパラメータ値を表す、StringConstantExpressionAstまで辿るには、

$scriptBlock.Ast.EndBlock.Statements[1].PipelineElements[1].CommandElements[2]
StringConstantType : BareWord
Value              : Red
StaticType         : System.String
Extent             : Red
Parent             : Write-Host -ForegroundColor Red

のようにします。

基本的なASTの構造が頭に入っていれば、タブ補完を併用することで比較的簡単に目的のノードまで辿れますが、ASTノードの子に対し、ノード検索をかける方法もあります。

例えば、すべてのVariableExpressionAstを列挙するには、

$scriptBlock.Ast.FindAll({
    param($ast)
    $ast -is [System.Management.Automation.Language.VariableExpressionAst]
}, $true)

のように、FindAllメソッドを用います。

AST編はあと何回か続く予定です。

2016/12/01

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の1日目です。

PowerShellアドベントカレンダー、今年も始まりました。みなさまのご協力の甲斐あって、過去5年間はすべて完走していますが、今回もできれば完走を目指していく感じでまいりましょう。色々な立場の方からの視点でPowerShellを俯瞰できるこのイベント、私自身も毎年楽しんでおります。

さて、去年も2015年のPowerShellをまとめる的な記事から始めたわけですが、今年も去年に負けず劣らず、大変革の年だったと思いますので、今回も1年を振り返るところからスタートしましょう。

Bash on Ubuntu on Windows の登場

去年のPowerShell5.0登場、周辺モジュールのOSS化といった大きな動きがあってから、今年の前半は少しおとなしめ?の界隈でした(5.0のインストーラーにバグがあって一時非公開とか小騒動はありました)が、まず驚いたのがPowerShellそのものではなくて、Windowsで動くbashが登場したというトピックですね。発表があったのは今年の3月末の事です。

bashとは言わずと知れた、Linuxの標準シェルですが、これをWindows 10の"Windows Subsystem for Linux"という仕組みの上で動作するUbuntu上で動作するbashとして動作させてしまおうというものです。なので正式には"Bash on Ubuntu on Windows"という名称になります。

このbash、Windowsのシステムを管理するためのものではなく、Web等の開発用途を想定して提供されたものです。なので本来的にはPowerShellとは関係ないのですが、当初は色々と誤解が飛び交ったように思います。曰く、MSはPowerShellを捨ててやっとbashを採用した。PowerShellとは何だったのか。等々…。

これらの誤解や疑問には、PowerShellの公式ブログで、bashという新たなシェルがWindowsに追加されたが、両者は並立するものだ、PowerShellはこれからも進化するよ!といった異例の公式見解が示されたりもしました。

Bash on Ubuntu on Windowsは、後述するPowerShell 5.1とともに、8月リリースのWindows 10 Anniversary Updateで正式に利用可能となりました。

PowerShell 5.1 の登場

今年7月には、PowerShell 5.1 / WMF (Windows Management Framework 5.1)のプレビュー版が登場しました。[リリースノート]

そもそもPowerShell 5.0はWindows Server 2016のためのシェルとして開発が進められていたはずですが、先にWindows 10に同梱されたものの、2016正式版までやや時間を要すこととなりました。その間にPowerShell 5.0にはいくつかの機能や改良が加えられ、結局、5.1というバージョンが登場するに至ったものと思われます。

PowerShell 5.1は、前述の下位OS用のプレビュー版の他、今年8月初めのWindows 10 Anniversary Updateという大型アップデート適用で使えるようになりました。そしてその後、今年10月に正式版が登場したWindows Server 2016にも(もちろん)同梱されました。

5.1ではローカルユーザーやグループを扱うコマンドレット等が(ようやく?)追加されたりもしています。が、一番大きな変更点は、Windows Server 2016に追加された新機能である、Nano Server用のPowerShellが、従来のPowerShellと分離した点でしょう。

従来の、.NET Frameworkで動くフル機能のPowerShellは、5.1からは"Desktop Edition"と呼ばれます。対して、コンテナに最適化させるため、フットプリントを最小にしたNano Server(や、Windows IoT等)で動作するコンパクトなサブセット、"Core Edition"が新たに登場しました。

Core Editionは、.NET Frameworkのコア部分を実装した、.NET Core上で動作します。ちなみに.NET CoreはOSS(オープンソースソフトウェア)となっています。

Core Editionはサブセット版というだけあって、今となっては若干レガシーにもなった一部のコマンドレットが使えないことを初め、いくつかの制限事項もありますが、概ね、Nano Serverの管理に必要十分な機能を保っているのではないかと個人的には思っています。

PowerShell オープンソース化

今年、PowerShell界をもっとも震撼させたニュース、それは間違いなく、今年8月に実施された、PowerShellのオープンソース化でしょう[GitHub]。周辺モジュールのOSS化など、これまでの流れからいくと、確かに本体OSS化の機運は高まっているように個人的にも感じていましたが、OSS化するとしてもCore Edition部分止まりだろうなーと思っていたら、まさかのDesktop Editionを含んだ全体だったので驚きました。

そしてOSS化の副産物(と個人的には感じる)である、PowerShell on Linux、PowerShell on Macが登場しました。これも一部の方、特にWindowsやMicrosoft製品を普段あまり使われない方に、割と大きなインパクトを与えていたように思います。

PowerShellがオープンソースになったこと、"PowerShell for every system!"になったことの意義についてはちょっと語りつくすには時間が足り無さそうですが、敢えて現実ベースの話を先にすると、一般ユーザー(PowerShellをシステム管理に用いている管理者)にとって、すぐに世界が変化するかというとそうではないんじゃないかという気がしています。

というのも、現在のところOSS版のPowerShellのバージョンは「6.0」とされているものの、まだα版の段階で、基本機能はほぼほぼ5.1と変わらないです。OSS版が改良されても、別に今Windowsで使っているPowerShellがすぐに強くなるわけではありません(現在のところ、サイドバイサイドでインストールする)。オープンソース、マルチプラットフォーム展開を始めたといっても、それは現在の所、PowerShell本体とコアモジュールに留まっていて、コマンド数もたかだか数百個程度でしょう(もうちょっとあるかな?)。PowerShellでOS、サーバー、アプリ、インフラを管理するには、専用のコマンドが山ほど必要になってきますが、それらは今まで通り、Windowsの製品にしか含まれないものです。そのような状況で、たとえばLinuxを管理するのには自分でコマンドを作るか、普通にLinuxのコマンドを呼ぶか…あれそれって別に普通のシェルスクリプトでいいんじゃ…とか。

今後は、OSS側での成果が、Windows / Windows Server上のPowerShellに反映され、両者は一本化される、はず、です、たぶん、が、それはまだアナウンスもなく、いつ、どのような形でもたらされるかは不明と云わざるを得ません。

もちろん、この状況はあくまで現時点の状況です。ゆくゆくはPowerShellで、WindowsもLinuxもMacも一貫したコマンド&スクリプトで管理できる日が来るかもしれませんね。現在のところは、PowerShellの謎挙動に遭遇したとき、ソースを合法的に眺めて思いを馳せることができるようになったのが大きいかと個人的には思います。もちろん腕に覚えのある方は、(ルールに従って)どしどしプルリクエストを投げて、PowerShellを自ら育てていただければな、と思います。

PowerShell 10周年

とまぁ、激動の1年が終わりかけた先日の11/14には、PowerShell 1.0が登場してちょうど10年ということで、PowerShell10周年イベントがあったりしました。思えば遠くへ来たものですね。

さてさて、PowerShellを取り巻く状況は刻一刻と変化し、去年と今年ではその傾向が顕著です。おそらく節目の年である今年の最後を飾ることになる、PowerShell Advent Calendar 2016を、どうぞよろしくお願い致します。

2016/09/18

デモ用スクリプトダウンロード

8/27、コンピュータの舞台裏 (第7回) で行った、「PowerShellで始めるWindows 自動化入門」というセッションの資料を公開します。とても遅くなってすみません。

コンピュータの舞台裏は、コンピュータの仕組み、基礎の部分から扱う勉強会ですので、私の方からは、自動化ってそもそも何がうれしいの?というところから話をさせていただきました。

コンピュータの自動化手法として、プログラム言語やスクリプト言語を利用する方法がまず挙げられると思いますが、昨今は無料で使える言語がたくさんあります。その中でも、「システム管理用」を銘打つPowerShellは、システムの構成要素として重要な「ファイル」を扱うことにかけては、強力かつ簡単だと思います。というわけで、目の前のコンピュータの自動化の第一歩として、PowerShellを触ってみるのは悪くないんじゃないかと思っています。

2016/07/11

大変遅くなってすみません。7/2(土)、札幌で開催されたCLR/H #clrh101で行ったセッション、「PowerShell の概要と 5.x 新機能のご紹介」の資料を公開します。

札幌は涼しくて、何もかも美味しくて良かったです。夏の関西は人間の生存に適した気候とはとても言えないので、しばらく札幌に滞在していたかったですね。

さて、登録ページでのタイトルと若干違いますが、間もなく(8/2に)Windows 10 Anniversary Updateの登場とともにPowerShell 5.1の正式版が利用できるようになるということで、今回、5.0に加えて5.1の新機能もご紹介することにしたためです。(スライドは5.1の新機能の部分以外は、基本的にこれまでの内容と同様です。ご容赦ください。)

なお、PowerShell 5.1は現在のところ、Windows 10 Insider PreviewかWindows Server 2016 TP5で試すことができます。

PowerShell 5.0の登場からWindows Server 2016正式リリースまでの期間がけっこう空いたことと、ラピッドリリースの方針もあって、5.1が短期間で登場することとなりました。なのでどれが5.0でどれが5.1の機能かというのは割と曖昧ですけど、5.1で一番大きく変化するところは、PowerShellのエディションがDesktop EditionとCore Editionに分かれるところだと思います。

PowerShell Core Editionは従来のPowerShellのサブセット版となり、Windows Server 2016のインストールオプションの一つで、フットプリントを軽量化し、Windowsコンテナ技術に最適化された、Nano Serverで動作させることを目的として作られました。

Core Editionでは一部のコマンドレットのみのサポートとなりますが、基本的にNano Serverの管理はリモート経由でPowerShellを直接的あるいは間接的に用いて行うことになるため、当然ながら必須のコンポーネントとなります。

なお、PowerShell Core Editionは先日、1.0リリースを迎えたばかりの、.NET Core上で動作します。.NET Coreとは.NET Frameworkのサブセットで、マルチプラットフォームで動作し、OSSとして開発されています。

.NET Framework上で動作する、従来のフルセット版PowerShellも、Desktop Editionとしてこれまで通り利用可能です。

PowerShell 5.0、5.1の新機能はMSDNでまとめられているのでそちらもご参照ください。

Windows 管理フレームワーク (WMF) 5.0 RTM のリリース ノート概要 | MSDN
WMF 5.1 Release Notes (Preview)

追伸。Microsoft MVP for Cloud and Datacenter Managementを7月付で再受賞いたしました。おかげで今回のイベントで「関西MVP3人が集結」という触れ込みが嘘にならなくて良かったです。そして同じ分野でCLR/Hのスタッフでもある素敵なおひげさんも受賞されました。おめでとうございます。

2016/04/23

Japan PowerShell User Group (JPPOSH) 主催の第 6 回 PowerShell 勉強会(4/9)には多数の方にお越しいただき、ありがとうございました。

PowerShell勉強会は今後も年2回くらいのペースで続けて行きたいと思っていますので、どうぞよろしくお願い致します。

さて、私のセッション「PowerShell 5.0 新機能と関連OSSのご紹介」のスライドを公開します。前半は以前のものとだいたい同じですが、正式版対応版にアップデートしています。

今回は去年から今年にかけて、PowerShell関連ソフトウェアとしてOSS化したものを、まとめて紹介しました。以下は今回紹介したもののリストです。

またデモで用いたサンプルファイルも公開します。

このzipにも同梱してますが、PSScriptAnalyzerのカスタムルールはこんな感じで作ります。作り方は、ASTを受け取って、中身をチェックして、ルールに該当するならDiagnosticRecordを返すというのが基本になります。

using namespace Microsoft.Windows.PowerShell.ScriptAnalyzer.Generic
using namespace System.Management.Automation.Language

Import-Module PSScriptAnalyzer

function Test-UsingVarsWithNonAsciiCharacter
{
    # 変数に半角英数字以外の文字種が含まれていると警告するカスタムルール。
    [CmdletBinding()]
    [OutputType([DiagnosticRecord[]])]
    Param
    (
        [Parameter(Mandatory = $true)]
        [ValidateNotNullOrEmpty()]
        [ScriptBlockAst]
        $ScriptBlockAst
    )

    Process
    {
        [Ast[]]$variableAsts = $ScriptBlockAst.FindAll({
            param([Ast]$ast)
            $ast -is [VariableExpressionAst]
        }, $true)

        $variableAsts | 
        where {
            $_.VariablePath.UserPath -notmatch '^[a-zA-z0-9_]+$'
        }|
        foreach {
            $result = [DiagnosticRecord[]]@{
                "Message"  = "変数 `$$($_.VariablePath.UserPath) に半角英数字以外の文字種が使われています。"
                "Extent"   = $_.Extent
                "RuleName" = "AvoidUsingVarsWithNonAsciiCharacter"
                "Severity" = "Warning"
            }
            $result
        }
    }
}
Export-ModuleMember Test-UsingVarsWithNonAsciiCharacter

ついでにPesterのサンプルコードも。2つのパラメータを足し算する関数、Invoke-Additionに対するテストコードの例となります。

$here = Split-Path -Parent $MyInvocation.MyCommand.Path
$sut = (Split-Path -Leaf $MyInvocation.MyCommand.Path) -replace '\.Tests\.', '.'
. "$here\$sut"

Describe "Invoke-Addition" {   # テストの定義
    Context "足し算の実行" {   # テストのグループ化
        It "整数値を2個指定すると、足し算された結果が返る" {  # テストケース
            Invoke-Addition 3 5 | Should Be 8 # アサーション
        }

        It "小数値を2個指定すると、足し算された結果が返る" {
            Invoke-Addition 3.4 5.8 | Should Be 9.2
        }
    }

    Context "エラーの発生" {
        It "足し算できないものを指定するとエラー" {
            {Invoke-Addition 10 "x"} | Should Throw 
        }
    }
}

2016/03/13

昨日3/12(土)開催の、わんくま同盟大阪勉強会#66にお越しいただいた方、どうもありがとうございました。

私の行った「PowerShellコマンドとエラー処理」というセッションの資料を公開します。

あまりPowerShellのエラー体系についてまとまった資料がないように思いますので、参考にしていただければ幸いです。

2/20開催のOsaka ComCamp 2016 powered by MVPsで行った、「PowerShell DSCを用いたInfrastructure as Code の実践」というセッションの資料を公開します。

また、セッション中に行ったデモスクリプトはこちら。Pullサーバーを自動構築する例です。

2016/01/11

注:最後に書きましたが、この記事の内容には未解決問題が残っています。

はじめに

前回は、パイプラインを下流の関数内で打ち切る方法について説明しました。

今回は逆に、下流でパイプラインが打ち切られた場合、上流の関数ではどう対応すべきなのか、特にリソース解放処理を焦点にして考察してみます。

パイプラインが打ち切られるケース

前回も説明しましたが、パイプライン内の関数またはコマンドレットで何らかの例外が発生すると、パイプライン処理がその時点で打ち切られます。パイプライン処理が打ち切られると、後続のprocessブロックのみならず、パイプラインに含まれるすべてのendブロックの実行もスキップされてしまいます。

ところでコマンドレットや関数では何かエラーが発生した場合、コマンドレットではWriteErrorメソッド、関数ではWrite-Errorコマンドレットを使ってエラーストリームに、生の例外オブジェクトをラップしたErrorRecordを出力し、呼び出し側のErrorActionの設定にエラー時の処理を委ねるのが基本です。

呼び出し時のErrorAction指定がContinue、SilentlyContinue、Ignoreの場合は、パイプラインが中断することはありませんが、StopやInquireで中断した場合は例外(ActionPreferenceStopException)がthrowされ、パイプラインは打ち切られます。
(ちなみにv3からはStopで中断した場合は、コマンドレットがエラーストリームに書き出したErrorRecordに含まれるExceptionがthrowされる)

また、継続不能エラーが発生(ThrowTerminatingErrorメソッド)したり、.NETの生の例外がそのままthrowされたり(お行儀が悪いですが)、breakステートメント(FlowControlException)が実行されたり、Select-Object -First(StopUpstreamCommandsException)が実行された場合も、同様にパイプラインは打ち切られます。

つまり、下流のコマンドでパイプラインが打ち切られるケースというのは色々あり得るので、endブロックというのは実行が確約されたものでは全くない、ということに留意しておく必要があります。

関数内のリソース解放処理

確実に実行したい後処理というのは色々あると思いますが、特に確保したリソースの解放というのは確実に実行してもらわないと困ります。

しかし、前述のような背景があるので、何らかのリソースを用いる関数を書く際に、beginブロックでリソースを確保し、processブロックでリソースを利用し、endブロックでリソースを解放する、ということは基本はNGということになります。

この点、コマンドレットクラスであれば、IDisposableインターフェースを実装しておけば、コマンドレット終了時にDisposeメソッドをPowerShellが呼んでくれるので、その中にリソース解放処理を記述しておけばOKです。しかし関数ではこの手法が使えないので、代替案を考える必要があります。

パイプライン処理の後始末をしよう - 鷲ノ巣であえとす氏が考案した、beginブロックに後処理用の関数を定義しておく方法では、同じ関数内のprocessブロックで発生したエラーをcatchしてリソース解放処理を走らせることは可能です。が、残念ながら下流で発生した例外をcatchすることはできず、その場合は後処理がスキップされてしまいます。

リソース解放処理を含めた関数

あえとす氏の方法を若干アレンジして、下流で例外が発生した場合も確実にリソース解放の後処理を走らせる方法を考えてみました。以下にコードを示します。

※クラス構文を使ってますが、これは単に、Disposeできるオブジェクトのサンプルだと思ってください。

class SomeResource : IDisposable
{
    [void]Dispose()
    {
        # ここで何らかのリソース解放処理を行ったものとする
    }
}

function Write-OutputWithResource
{
    [CmdletBinding()]
    param([Parameter(ValueFromPipeline)][psobject[]]$InputObject)
    begin
    {
        $resource = New-Object SomeResource # 後で解放する必要のある何らかのリソース確保

        function Clear-Resource
        {
            # リソースの解放処理
            $resource.Dispose()
        }
    }
    process
    {
        try
        {
            $processing = $true
            Write-Verbose "output_start: $InputObject"
            $InputObject # パイプライン出力
            Write-Verbose "output_end: $InputObject"
            $processing = $false
        }
        catch
        {
            # try内で例外が発生した場合はそのまま再スロー
            throw
        }
        finally
        {
            if($processing)
            {
                Write-Verbose "resource_dispose (on error)"
                Clear-Resource
            }
            Write-Verbose "output_finally: $InputObject"
        }
    }
    end
    {
        Write-Verbose "resource_dispose (at end)"
        Clear-Resource
    }
}

processブロック内のtryブロックでパイプライン下流に値を出力したとき、下流で例外が出てもcatchブロックが実行されないので、代わりに、必ず実行されるfinallyブロックから後処理を呼び出すようにしてみました。

ただし、パイプライン下流で例外が発生しなかった場合には、processブロック内ではリソース解放処理はしたくないので、例外発生の有無を$processingという変数の値を見ることで確認しています。もしパイプライン出力したあと下流で例外が出ていれば、$processingの値は$trueのままになるので判断可能です。

パイプラインが中断することなく、最後まで実行される場合は、endブロック内でリソース解放処理を行います。

同じ関数内で例外が発生したときのリソース解放処理についても、$processing = $trueと$processing  = $falseの間に例外が発生する可能性のある処理を記述した上で、catchブロックで再throwすれば、併せて対応できるのではないかと思います。(それ用のtry..catchを記述してもいいですが)

関数の実行例
PS> 1..3 | Write-OutputWithResource -Verbose | Select-Object -First 2
詳細: output_start: 1
1
詳細: output_end: 1
詳細: output_finally: 1
詳細: output_start: 2
2
詳細: resource_dispose (on error)
詳細: output_finally: 2

このように、下流でパイプライン打ち切りがあるとendブロックは実行されませんが、リソース解放処理は、きちんとprocessブロック内のfinallyブロックから呼び出されています。

PS> 1..3 | Write-OutputWithResource -Verbose
詳細: output_start: 1
1
詳細: output_end: 1
詳細: output_finally: 1
詳細: output_start: 2
2
詳細: output_end: 2
詳細: output_finally: 2
詳細: output_start: 3
3
詳細: output_end: 3
詳細: output_finally: 3
詳細: resource_dispose (at end)

もちろんパイプラインが最後まで正常に実行された場合も、ちゃんと最後にendブロックでリソース解放が行えるようになっています。

おわりに

本当に、こうするしかないんですかね…?

PowerShellにもリソース利用のusingステートメント欲しいです、が、begin, process, endにまたがって機能するusingってどういう構文になるんでしょうね。

(14:22追記)と、ここまで書いておいて、この方法では下流で発生した例外には対処できますが、上流で例外が発生した場合はリソース解放が実行されないという問題に気付きました…。どうすればいいんだ…。


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