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…。

2016/01/03

PowerShellのパイプライン処理

まず、PowerShellのパイプライン処理について軽くおさらいします。

例えば、@、A、Bをそれぞれ何らかのコマンドとしたとき、

@|A|B

というパイプラインがあったら、処理の流れは、

@begin→Abegin→Bbegin→(@process→Aprocess→Bprocess→)×n→@end→Aend→Bend

の順に実行されます。(processブロックで「1入力に対し1出力する」場合以外は必ずしもこうならないですが)

さて、AかBのprocessブロック実行中に、何らかの条件を満たした時、パイプラインのprocessの後続処理を打ち切りたい場合はどうすれば良いでしょうか。

まずはbreakを使った駄目な例

ネットでよく見かける以下のようなコード、すなわち「パイプラインはbreakで処理を打ち切ることができる」というのは実は正しくないのです。

function Select-WhileTest
{
    [CmdletBinding()]             
    param (             
        [parameter(ValueFromPipeline=$true)] 
        [psobject[]]$InputObject,
        [parameter(Position=0)]           
        [scriptblock]$Predicate
    )

    process
    {
        if(!(&$Predicate))
        {
            break
        }
        $InputObject
    }
}

このコードはv2までではそもそも正しく動作しませんが、v3以降では条件によっては正しく動作しているように見えるのが、誤解の元なのかと思います。(というか私も誤解してました。)

例えば、

$result = "初期値"
$result = &{end{foreach($i in (1..5)){$i}}} | Select-WhileTest {$_ -lt 3}
Write-Host "`$resultは $result です。"

のようにすると、

$resultは 1 2 です。

のように、想定した通りの結果が得られます。このように、上流のスクリプトブロックのendブロック内にforeachなどループブロックが存在し、そのループブロック内で下流に値を出力している場合はうまくいきます。(ちなみに、スクリプトブロック直下に記述するのとendブロック内に記述するのは等価。)

しかし、上流にループブロックがない場合、例えば

$result = "初期値"
$result = 1..5 | Select-WhileTest {$_ -lt 3}
Write-Host "`$resultは $result です。"

とすると、コンソールに1と2が改行区切りで表示されますが、ホストに表示されるだけで$resultには値は格納されません。そしてスクリプト化して実行した場合は、Write-Hostが実行されることすらなく、スクリプトが終了してしまいます。

breakだとなぜうまくいかないのか

結局どういうことかというと、パイプライン下流のbreakは、パイプラインを打ち切る処理をするのではなく、単に一つ上流のブロックをbreakする処理に過ぎないのです。

パイプライン上流にループブロックがある場合は、そのループブロックをbreakしますが、それ以外の場合はスクリプトのbegin, process, endのいずれかのブロックがbreakされてしまい、結果としてスクリプトが終了してしまうわけですね。

そして、このSelect-WhileTest関数だと大丈夫ですが、processブロックの中にループブロックを記述し、その中でbreakを書くのは当然ダメです。単にそのループを抜けるだけなので、上流の出力は止まってくれません。

breakではなくcontinueを使う場合も基本は同じ結果です。しかもcontinueは所詮、その名の通り継続処理なので、上流に以下のような無限リストがあると無限ループに陥ってしまいます。

&{begin{$i = 0} process{while($true){$i++; $i}}}|Select-WhileTest {$_ -lt 3}

breakの代わりに、

throw (New-Object System.Management.Automation.PipelineStoppedException)

を実行する方法も見かけますが、これはループブロックがあっても強制的にスクリプトが終了するので余計ダメです。try...catchでエラートラップすればスクリプトの終了は回避できますが、「パイプラインが正常終了せずエラーを出した」扱いであることには代わりないので、やはり出力を変数に格納することができません。

ダミーループを用いる、取りあえずの解決策

前述のbreakを使った方法の問題点のうち、上流にループブロックがないとスクリプトが終了してしまい、出力を変数に代入することもできない問題は、とりあえず解決する方法があります。

以下のように、呼び出す時にパイプライン全体をダミーのループブロックでラップすれば良いのです。

$result = "初期値"
$result = do{
    1..5 | Select-WhileTest {$_ -lt 3}
}until($true)
Write-Host "`$resultは $result です。"

このようにしておけば、breakはパイプラインの外側のdo...untilを抜ける効果になるので、スクリプトが終了する心配も、値を出力しない問題も起こりません。

元々、パイプライン上流にループブロックが存在する場合でも、単にdoループ内の処理が1回走るだけなので、特に問題は起きません。1回だけ処理を実行するダミーループなら、for($i=0; $i -lt 1; $i++){}とかでも良いです。

ただ…この記述を美しいと思う人は多分いないですね。事情を知らないと意味不明ですし。そして、breakを記述する側の関数には、前述の通りのループブロック内では値を出力できないという制限は残ったままになります。

やはりbreakでパイプラインを打ち切るのは、本来想定された動作かと言われるとかなり微妙なところだと思います。(v3で一応動くようになったとはいえ)

この方法についての参考記事:Cancelling a Pipeline - Dreaming in PowerShell - PowerShell.com ? PowerShell Scripts, Tips, Forums, and Resources (ただしv2準拠の内容であることに注意)

ところで、Select-Object -Firstは…

さて、話は変わって、PowerShell 3.0からはSelect-Object -First の処理が変わったことについては、ご存知の方も多いかと思います。

具体的には、v2までは単にパイプライン処理をすべて終了してから、最初のn件を抽出する処理であったn件のパイプライン出力がされた後は、入力をすべてフィルタし出力に流さなくなる動作であったところが、v3からはn件のパイプライン出力がされた時点で、パイプラインの処理を打ち切るようになりました。(1/5修正)

つまり、

$result = 1..5| &{process{Write-Host "Process:$_"; $_}}| Select-Object -First 2
Write-Host "`$resultは $result です。"

というスクリプトは、v2までは

Process:1
Process:2
Process:3
Process:4
Process:5
$resultは 1 2 です。

のようにパイプライン出力は指示通り2件であるものの、上流の処理は結局、全部実行されてしまっています。

一方v3以降では、

Process:1
Process:2
$resultは 1 2 です。

のように、きちんと上流の処理を打ち切ってくれています。

つまり、ここまで述べてきたパイプライン処理の打ち切りは、実はv3以降のSelect-Object -Firstでは実現できているということです。これと同じことを我々も自作関数の中でやりたいわけです。

ではSelect-Object -Firstは具体的にどういう処理をしているかというと、StopUpstreamCommandsExceptionという例外をthrowすることでパイプライン処理の打ち切りを実現しています。この例外はまさに名前の通り、パイプライン上流の処理を中止するための例外です。この例外を自作関数でthrowしてやればうまくいきそうです。

しかし、この例外は非publicな例外クラスであることから、New-Objectコマンドレットなどでインスタンス化することはできません。リフレクションを駆使する必要がでてきます。
参考:PowerShell 3.0からはじめるTakeWhile - めらんこーど地階

(1/5追記)参考2:パイプラインの処理を途中で打ち切る方法のPowerShell版 - tech.guitarrapc.cóm(Add-TypeでC#経由でリフレクションしてます。)

頑張ればできなくはないですが、もっと楽な方法はないものか…と思ってあきらめかけたところ、いい方法を思いついたので紹介します。

Select-Object -Firstを利用する方法

Select-Object -Firstでできることが我々には(簡単には)できない。ならばどうするか。Select-Object -Firstを使えばいいじゃない。という発想です。

function Select-While
{
    [CmdletBinding()]             
    param (             
        [parameter(ValueFromPipeline=$true)] 
        [psobject[]]$InputObject,
        [parameter(Position=0)]           
        [scriptblock]$Predicate
    )

    begin
    {
        $steppablePipeline = {Select-Object -First 1}.GetSteppablePipeline()
        $steppablePipeline.Begin($true)
    }

    process
    {
        if(!(&$Predicate))
        {
            $steppablePipeline.Process($InputObject)
        }
        $InputObject
    }

    end
    {
        $steppablePipeline.End()
    }
}

scriptblockにはGetSteppablePipelineというメソッドが存在し、このメソッドによりSteppablePipelineオブジェクトが取得できます。これは何かというと、要は「スクリプトブロック内のbegin, process, endを個別に実行する」ための機能です。
参考:PowerShell: ◆パイプライン入力・パラメータ入力対応のGridView出力関数を作る(私自身も以前この記事で知りました。)

{Select-Object -First 1}というスクリプトブロックは、1回目に実行するprocessブロック内でStopUpstreamCommandsExceptionを出してくれます。

よって、自作関数のprocessブロック内のパイプライン処理を打ち切りたい箇所で、SteppablePipelineオブジェクトのProcessメソッドを使うことで、{Select-Object -First 1}のprocessブロックの処理を呼び出してやればいいわけです。

このようにして作成したSelect-While関数を以下のように実行してみると、

# 上流にループあり
$result1 = &{end{foreach($i in (1..5)){$i}}} | Select-WhileTest {$_ -lt 2}
Write-Host "`$result1は $result1 です。"

# 上流にループなし
$result2 =  1..5 | Select-While {$_ -lt 3}
Write-Host "`$result2は $result2 です。"

# 上流に無限リスト
$result3 = &{begin{$i = 0} process{while($true){$i++; $i}}} | Select-While {$_ -lt 4}
Write-Host "`$result3は $result3 です。"

結果は

$result1は 1 です。
$result2は 1 2 です。
$result3は 1 2 3 です。

となり、少なくとも今まで述べてきた諸問題はすべて解消していることが分かると思います。

このSelect-While関数は、スクリプトブロックで指定した条件を満たさなくなったときに、パイプライン処理を打ち切ってくれるものですが、この「Steppable Select -First 方式」を使えば他の自作関数でも、割と気楽に呼べるんじゃないかなと思います。ループブロック内で呼び出すことももちろん可能です。

ただし問題点はある

これはSelect-Object -FirstというかStopUpstreamCommandsExceptionあるいはPowerShellのパイプライン機構の仕様に由来する問題であると思われるので、どうにもならないことではあるんですが、一点だけ注意事項があります。

$result = 1..5| &{
    begin
    {
        Write-Host "Begin"
    }
    process
    {
        Write-Host "Process:$_"
        $_
    }
    end
    {
        Write-Host "End"
    }
}| Select-While {$_ -lt 2}

Write-Host "`$resultは $result です。"

これの結果は

Begin
Process:1
Process:2
$resultは 1 です。

となり、なんとendブロックが実行されていません。Select-While {$_ -lt 2} の代わりに Select-Object -Firstを使っても、同様にendは実行されません。

つまり、StopUpstreamCommandsExceptionというのはパイプライン処理を打ち切って、そこまでの出力値を正しくパイプライン出力として出してくれますが、やってくれるのはそこまでで、最後のendブロック処理はしてくれません。

これは十分注意が必要な点で、自作関数内でbeginブロックで確保したリソースをprocessブロックで利用して、endブロックで解放する…という、いかにも書いてしまいそうなパターンは、実はNGなんですね。何も上のようにマニアックなことをしなくても、単に下流でSelect-Object -Firstを使うだけでアウトです。

じゃあ、リソースの取り回しはどうするのが良いの、って話もありますが、それはまたの機会にしましょう。

(1/5追記)あえとすさんの記事が参考になります。:パイプライン処理の後始末をしよう - 鷲ノ巣 ただ、この方法ではパイプライン下流でthrowされた場合はトラップできないぽいですね。コマンドレットクラスの場合はIDisposable実装で良さそうです。

ここからは私見ですが、StopUpstreamCommandsExceptionが後付けかつ非パブリックなところとか、パイプラインを合法的に脱出するステートメントが今に至るまで用意されていないところとか、パイプラインを何とかして途中で打ち切っても、endは実行されないところとかを見ていると、そもそもPowerShellではパイプライン処理の中断というのは、あまり想定してない操作なのかなぁ、という気がしてきています。

上記のような裏技を使って回避するのも一案ではあるとは思いますが、そもそも「パイプライン処理の中断はイレギュラー」と考えて、そういう処理は避けて、必要に応じて別のアプローチを取ることも考えた方がいいのかもしれません。

2015/12/04

この記事はPowerShell Advent Calendar 2015の4日目の記事です。

はじめに

今回はPowerShellでWebページのスクレイピングをする際の、ちょっとしたノウハウ集を前後編に分けて紹介したいと思います。

スクレイピングというのは、Webページから文字列を取ってきて、スクリプトから利用可能な形に加工する処理です。昨今は多くのWebサイトやサービスでWeb APIが公開されていて、スクレイピングをせずとも比較的簡単にデータを取得できます。PowerShellだとInvoke-RestMethodコマンドレット等が使えます(その話はまた次回とかにやります)。

しかし現実には、APIが公開されていない等の理由で、HTMLを取ってきて自前で解釈せざるを得ないケースが多々あります。さて、PowerShellではどうやりましょうか、というのが今回の話。様々な方々によってもう色々と語られている分野ではあるのですが、結構細かいハマりどころがあるのでちょっとまとめてみようと思いました。

前編ではまず、Webページからの文字列の取得方法ついてまとめます。

なお、スクレイピングには技術的な問題以外の、微妙な問題(著作権の問題とか、Webサイトへの攻撃と見なされる可能性とか)を含むものなので、その辺りは各自どうかご留意ください。この辺りの話はPowerShellに限った問題ではないので、ここでは詳説いたしません。参考記事:Webスクレイピングの注意事項一覧 - Qiita

Invoke-WebRequestコマンドレットで文字列を取得する

PowerShellでのスクレイピング、基本は何はなくともInvoke-WebRequestコマンドレットです。ただしこのコマンドレットはPowerShell 3.0で追加されたものなので、2.0環境にはないことに注意です。その場合は.NETのWebClientクラス等を使う方法があり、後で述べます。

基本は、

$response = Invoke-WebRequest -Uri "http://winscript.jp/"

のように、Invoke-WebRequestコマンドレットを実行する、だけです。「-Uri」は省略可能です。

このとき$responseにはHtmlWebResponseObjectオブジェクトが格納されています。このうち、指定URLのWebページに含まれているHTMLなどの文字列データは、Contentプロパティに格納されます。つまり、$response.Content に欲しいデータが格納されているので、あとはそれをよしなに利用すればいいわけです。

実はInvoke-WebRequestは、文字列データを取得すると同時に、HTMLの場合はパースしてタグの構造をオブジェクト化までしてくれます。が、それについては次回。

なお、Invoke-WebRequestコマンドレットでは文字列を取得する他、バイナリデータをダウンロードしてファイルとして保存する機能もあります。それについては過去記事をご参照ください。

リクエストにパラメータを付与する(GET)

GETメソッドを用いてクエリを指定する場合、要はhttps://www.google.co.jp/search?q=PowerShell のようなURLのデータを取得する場合は、Invoke-WebRequest "https://www.google.co.jp/search?q=PowerShell" のようにQueryStringを含んだURLをそのまま指定するだけでOKです。

ただし、動的にクエリを組み立てる場合は、URIエンコード(URIエスケープ)を考慮する必要があります。もっとも簡単なのは

$searchWord = "PowerShell 配列"
$response = Invoke-WebRequest "https://www.google.co.jp/search?q=$([Uri]::EscapeDataString($searchWord))"

のように、Uri.EscapeDataStringメソッドを使う方法かと思います。

リクエストにパラメータを付与する(POST)

POSTメソッドでリクエストボディにパラメータを付与するには、Invoke-WebRequestコマンドレットの-Methodパラメータに"Post"を指定し、-Bodyパラメータにリクエストボディに付与するデータを連想配列で指定します。

たとえばブログのトラックバックを手動で撃つにはこんな感じでいけます。

$body = @{title="テスト";url="http://example.com/";excerpt="テスト";blog_name="test"}
Invoke-WebRequest http://ご自分のブログのトラックバックpingURL -Method POST -Body $body

なお、リクエストボディに含めるパラメータの各値(連想配列の値)は、自動でURIエンコードしてくれます。

(12/16追記)
また、-Bodyには連想配列のみならず、任意の文字列(URIエンコード要)やバイト配列(バイナリを送信する場合)を指定することも可能です。

標準認証が必要なページを取得する

ページの取得に標準認証が必要な場合は、-Credentialパラメータにユーザー名とパスワードを指定したPSCredentialオブジェクトを指定すればOKです。

セキュリティのことは取りあえず置いておき、簡易的にスクリプトに生パスワードを直書きしてもいいかな、という場合には以下のように書くことができます。

$userName = "user"
$password = "pass"
$credential = New-Object PSCredential $userName, (ConvertTo-SecureString $password -AsPlainText -Force)
Invoke-WebRequest 認証が必要なページのURL -Credential $credential

しかしこの方法はもちろんお勧めできないので、スクリプトとして保存する場合は通常はパスワードを暗号化しておきます。

まず、Get-Credential ユーザー名 | Export-Clixml cred.xmlを、スクリプトを実行するコンピュータ上で、スクリプトを実行するアカウントと同じアカウントで実行します。パスワードを入力するダイアログが出るので、Webサイトにログオンする際のパスワードを入力します。すると、ユーザー名と暗号化されたパスワードがcred.xmlに出力されます。

スクリプトからは

$credential = Import-Clixml cred.xml
Invoke-WebRequest 認証が必要なページのURL -Credential $credential

のようにすると、cred.xmlからユーザー名と復号したパスワードを、そのまま-Credentialパラメータに渡すことが可能です。

なおcred.xmlに含まれる暗号化パスワードは、ConvertFrom-SecureStringコマンドレットと同様、Windows Data Protection API(DPAPI)を用いてWindowsアカウントのパスワードをキーに利用して暗号化されているので、他のユーザーが復号することはできません。

ちなみに同一スクリプトファイルに暗号化パスワードを含めておくこともできなくはないです。過去記事参照。あと本当は資格情報マネージャーを使うのがいいんですが、…略。参考:PowerShell で Windows の 資格情報マネージャー を利用する (Jenkins などでの Git Credentialなど) - tech.guitarrapc.com

セッション情報を引き継ぐ

多くのWebアプリケーションは、同一クライアントからの連続したアクセスを、セッションという単位で管理します。

サーバーはクライアント(普通はWebブラウザ)の初回アクセス時にセッションIDを含むcookieを返し、クライアントからの2回目のアクセス時に、サーバーはcookieにセッションIDが含まれているかどうかを確認し、同一クライアントからのアクセスかどうかを判断するわけです。(ざっくりした説明ですが)

WebブラウザではなくInvoke-WebRequestを使ったアクセスでも同様に、以下のようにすれば受けとったcookie等のセッション情報を次回アクセスに引き継ぐことができます。

$url = "https://ログオンが必要なサイト"
$body = @{リクエストボディ(例えばユーザー名とかパスワードとか)}
$response = Invoke-WebRequest $url -SessionVariable sv -Method POST -Body $body
Invoke-WebRequest $url -WebSession $sv

初回アクセス時に-SessionVariableパラメータに指定した変数名(sv)の変数($sv)にはWebRequestSessionオブジェクトが格納されます。この中に、サーバーから受け取ったcookie等の情報が格納されています。

次回アクセス時には、-WebSessionパラメータに、初回アクセス時に得られたWebRequestSessionオブジェクト($sv)を指定します。

さて、実際のWebアプリケーションではcookie以外にも、Formのhiddenフィールドの値などもセッション管理に用いていることがあります。その場合は、初回アクセスのレスポンスからFormに含まれるinput type="hidden"なフィールドを抽出し、次回アクセスのリクエストボディに含ませる必要が出てきます。この辺りの話は後編で述べるパースが必須になってくる(し、長くなる)ので今回は詳説しません。Invoke-WebRequestコマンドレットのリファレンスのExample2に、Facebookにログオンする例なんてのがあるので、そちらで雰囲気をつかんでください。(今でも動作するかは確認してないですが)

エラートラップ

さて、Invoke-WebRequestは、タイムアウトになった、名前解決ができなかった、ページが無かった(404エラー)等々、正常にWebページを取得できなかった場合は、System.Net.WebExceptionというエラーを出します。

コマンドレットの出すエラー(Errorストリームに出力されるErrorRecord)は、try...catchステートメントでは捕捉できない、というのが原則ですが、Invoke-WebRequestコマンドレットのエラーは一般的なコマンドレットと異なり、普通の.NETの例外(System.Net.WebException)なので、try...catchステートメントでエラートラップを行います。

とは言え、Invoke-WebRequestコマンドレットの仕様上、エラートラップをして適切な処理を行うのは非常にめんどいです。何故かというと、Invoke-WebRequestがエラーを出した時点で、HtmlWebResponseObjectオブジェクトの出力は行われないので、このオブジェクトから得られる様々な情報(レスポンス文字列、ステータスコード等々)が取得できないからです。

じゃあどうすればいいのかという話なんですけど、どうもWebExceptionオブジェクトのResponseプロパティを見るしかないようです。具体的にはこんな感じ。

try
{
    $response = Invoke-WebRequest http://存在しないページなど
}
catch [System.Net.WebException]
{
    # HTTPステータスコード取得
    $statusCode = $_.Exception.Response.StatusCode.value__

    # レスポンス文字列取得
    $stream = $_.Exception.Response.GetResponseStream()
    $reader = New-Object System.IO.StreamReader $stream
    $reader.BaseStream.Position = 0
    $reader.DiscardBufferedData()
    $responseBody = $reader.ReadToEnd()
}

せっかくInvoke-WebRequestコマンドレットは、生のレスポンスを利用しやすくHtmlWebResponseObjectという形で返してくれるのに、エラー発生時はその恩恵を受けることができず、泥臭い処理が必要になります。これはかなりいけてないですし、どうせここまで書かないといけないのであれば最初からWebClientクラスを使った方がいいと思います。

httpsで無効な証明書が使われている場合

(12/16追記)
Invoke-WebRequestコマンドレット(およびWebClient)では、httpsで始まるURLからもダウンロード可能ですが、サイトで用いられている証明書に問題がある場合(期限が切れている、暗号化形式に問題がある、いわゆるオレオレ証明書である等)には、「要求は中止されました。SSL/TLSセキュリティで保護されているチャネルを作成できませんでした」というエラーが出てしまいます。

これを回避するには、Invoke-WebRequestコマンドレット実行前に、

[System.Net.ServicePointManager]::ServerCertificateValidationCallback = {$true}

という1文を記述しておきます。

ただし、証明書に問題があるということは、その通信相手が正当かどうか、通信内容が正しく秘匿されているかどうか、保証がされなくなるということですから、その点は念頭においてください。

文字化けの問題

Invoke-WebRequestコマンドレットのもう一つの悩ましい問題、それは文字コードです。実はInvoke-WebRequestコマンドレットには、Webページの文字コードを指定する方法がありません。(多分)

ではレスポンス文字列の文字コードがどのように決まるかというと、サーバーが返すレスポンスヘッダのContent-Typeフィールドで指定されているcharsetです。具体的には、$response.Headers["Content-Type"]の値が例えば"text/html; charset=UTF-8"であれば、$response.Contentの文字コードはUTF-8になります。

このときページ(HTML)を記述している文字コードと、レスポンスヘッダで指定されている文字コードが一致すれば全く問題はないのですが、異なる場合は容赦なく文字化けします。

異なる場合だけでなく、レスポンスヘッダのContent-Typeフィールドに文字コードの指定がない場合はASCIIと見なされるので、日本語のページの場合はやはり文字化けします。

この問題を回避する方法は、私はまだ見つけていません。よって文字化けが起きる場合は、諦めてWebClientを使って文字コードを指定するようにしています…。

WebClientを用いる

以上で述べてきたとおり、Invoke-WebRequestコマンドレットは、ページをさくっと取得して、さくっとパースするのには重宝するのですが、細かい所で融通が利かない印象があります。

そこで細かい処理が必要な場合(と、PowerShell 2.0環境)は、素直にWebClientクラスを用いるのがいいと思います。今回WebClientの使い方も入れようかと思いましたが、長くなったので詳しくは省略します。

基本は以下のような感じでDownloadStringメソッドを使って文字列を取得します。文字コードも指定できます。

$client = New-Object System.Net.WebClient
$client.Encoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
$content = $client.DownloadString("http://アドレス")

なお、WebClientを用いた場合でも、Invoke-WebRequestと同等のHTMLパースを行う方法は存在するので、それは次回に。

おわりに

今回はまず、Webページから文字列データを取得する部分にフォーカスしてみました。といっても、Invoke-WebRequestの機能を全部網羅したわけではなく、使用頻度が高そうなものと個人的ハマリポイントがあるところだけです。なので詳しくはリファレンスを見て下さい。というかハマリポイントたぶんまだまだ一杯あると思います。

後編では、とってきた文字列データを「パース」して、扱いやすいデータ形式に変換する方法についてまとめようかと思います。

2015/09/07

Twitterでこんな問題を出してみました。

以下、解答になります。

@ &{}
結果

何も出力されません。

解説

空のスクリプトブロック{}を実行演算子&で実行しています。空なので何も出力はありません。

A &{process}
結果

「'process' の後にステートメント ブロックがありません。」というパーサーのエラーになります。

解説

PowerShellのスクリプトブロックは、beginブロック、processブロック、endブロックを内包します。スクリプトブロック直下にparamブロック、DynamicParamブロック、beginブロック、processブロック、endブロック(他にもあったかも)以外のステートメントを記述すると、Endブロック内に記述されたものと暗黙的に解釈されます。

この場合、スクリプトブロック直下にprocess…と書き始めたので、パーサーはprocessブロックが開始されたと判断しますが、続くステートメントブロック{}(≠スクリプトブロック)の記述がないため、構文エラーとなります。

B &{process{}}
結果

何も出力されません。

解説

パーサーはAのように解釈しますが、今回はステートメントブロック{}がきちんと記述されているので、エラーなく解釈されます。

processブロックは、パイプライン入力がない場合でも1回実行されますが、この場合、中身は空なので、@と同様、何も出力はありません。

C &{process{process}}
結果

Get-Processコマンドレットが実行され、プロセス一覧が表示されます。

解説

・パーサーの挙動

Bまでの解説の通り、&{process{…}}とすると、…の部分が1回実行されます。今回はprocessブロック内に「process」と記述しているので、Aのようなパーサーエラーは発生せず、「process」がステートメントとして実行されます。

さて、PowerShellのステートメント(文)には「For」とか「If」とかと並列して、「パイプライン」が存在します。「パイプライン」には1つの「式」もしくは複数の「コマンド」が含まれます。

たとえば、「Get-ChildItem | Select-Object Name」というパイプラインには「Get-ChildItem」と「Select-Object Name」という2つのコマンドが含まれます。

(ちなみに、「式」とは「$x+1」とかの、値を返すもののことです。PowerShellではパイプラインの最初の要素にのみ、「コマンド」ではなく「式」を記述することができます。)

今回のお題では、「process」はprocessブロック下に記述されており、ForやIf等のステートメントではないのでパイプラインとして扱われます。このパイプラインには1つの要素のみ含まれていますが、式ではないので、コマンドとして解釈されます。

・コマンド探索の挙動

PowerShellの「コマンド」は、関数、コマンドレット、ワークフロー、Configuration、ファイル(実行ファイル、スクリプトファイルを含む)、&演算子で実行するスクリプトブロック等が挙げられます。

コマンドの探索は、まずコマンドへのエイリアスを探します。ない場合は、関数名orコマンドレット名を探します。それでもない場合は、実行ファイルやスクリプトファイルの拡張子(.exe、.ps1等)を付与してパスの通ったディレクトリを探します(ちなみにカレントディレクトリにあったとしても、相対パスor絶対パス表記でない場合は実行しません)。

さて、ここからが「本当は怖い」ところなんですが、ここまで探索してコマンドがなかった場合、与えられたコマンド名に"Get-"を付与してもう一度探索します。

今回のお題では、processという名前のコマンドを探して、もしパスが通ったフォルダにprocess.exeとかがあればそれが実行されますが、ない場合はGet-Processというコマンド名を探します。

もちろん、Get-Processというコマンドレットは標準で存在するので、それが実行されてしまう、というわけでした。

(ちなみにPowerShell 3.0以降なら、Get-付与で見つからない場合、さらにCmdlet Auto Discoveryにより未ロードのモジュールを探します。)

コマンド探索の詳細な挙動は、Trace-Command -Expression {コマンド}  -Name CommandDiscovery -PSHost とすると調べられるので、見てみるのもいいかもしれません。

D &{process{process{}}}
結果

「Get-Process : パラメーター 'Name' を評価できません。その引数がスクリプト ブロックとして指定され、入力が存在しないためです。スクリプト ブロックは、入力を使用せずに評価できません。」というParameterBindingExceptionが発生します。

解説

・パーサーの挙動

Get-Processが実行され(ようとす)る理由についてはCまでの理解でOKでしょう。

さて、Get-Processコマンドレットには-Nameという、プロセス名を指定する位置パラメータが存在します。位置パラメータは、パラメータ名を指定せずパラメータ値のみを指定しても、指定順にパラメータにバインドしてくれる機能を持ちます。

たとえば、Get-Process powershell とすると、「Get-Process -Name powershell」が実行されます。

今回のお題「process{}」は、パーサーによってまず、コマンド名「process」と、パラメータ値「{}」(空のスクリプトブロック)に分割されます。

(ちなみにコマンド名に「{}」を含めることができないわけではなく、そういうコマンドを実行したい場合は、`でエスケープするか、&"command{}name"のように&演算子を用いれば可能です。)

今回の場合、パラメータ名の指定はありませんが、位置パラメータ-Nameに空のスクリプトブロックがバインドされることになるわけです。

・コマンドパラメータバインドの挙動

さて、-Nameパラメータの型は、System.String[]であり、scriptblockではありません。もちろんscriptblockからSystem.String[]への暗黙の型変換はありません。でもエラーメッセージ的には、スクリプトブロックを与えたこと自体は咎めていないように思えますね。

実はこれ、スクリプトブロックパラメータと呼ばれてる機能です。詳しくはスクリプトブロックパラメータのススメを見ていただくとして、要はコマンドへのパイプライン入力を、指定のスクリプトブロックで処理し、その出力結果をパラメータ値としてバインドする機能ですね。

今回エラーになった理由は、スクリプトブロックパラメータとして解釈しようとしたが、そもそも入力がなかったから、ということになります。

あまり意味はないですが、以下のように入力を与えてやれば、スクリプトブロックパラメータとして動作します。

"powershell" | Get-Process -Name {$_}

この場合パイプライン入力が追加されるので、-Nameパラメータの指定位置がずれることになるので、パラメータ名が必要になります。また、スクリプトブロックが空だと、「パラメーター 'Name' を評価できません。その引数の入力によって出力が作成されなかったためです。」というエラーをご丁寧に出してくれます。Trace-CommandでParameterBindingソースをトレースしてみるのも一興でしょう。

ちなみにあまり関係ない余談ですが、-NameパラメータにはValueFromPipelineByPropertyName属性が付いているので、実は以下のような指定もできます。

[PSCustomObject]@{Name="PowerShell"} | Get-Process

まとめ

PowerShellパーサーと飲むとき、話の肴にどうですかね。

See also: 本当は怖いPowerShell その1

2013/03/16

PowerShellのforループで2変数を初期化するにはどうすれば良いのかと、昨日とある方に質問されました。C#やJavaScriptなんかでは

for (int i = 0, j = 10; i < 10; i++, j--){}

のように初期化子を,で区切って複数指定できますが、PowerShellでは

for ($i = 0, $j = 10; $i -lt 10; $i++, $j--){}

という書き方ができません。初期化子部分には一つの変数しか書けないのです。

そこで考えたのが部分式を利用する方法です。部分式は一つの式に複数の文を埋め込むための書式で、

Write-Host "今日は $($d = Get-Date; $d.ToString("M/dd")) です。"

こんな感じで$()の中に複数の文を入れて変数のように実行結果の値を参照できます。なお、部分式の内部は、スクリプトブロックとは違い、外側と同じスコープとなります。

この部分式をforループの初期化子に利用してみます。

for ($($i = 0; $j = 3); $i -lt 3; $i++, $j--)
{
    "$i $j"
}

実行結果は

0 3
1 2
2 1

となりちゃんと動いてますね。

この書き方が果たして正式なものなのか、分かりませんが、forループで複数値の初期化をしたいときに使えるテクなんじゃないでしょうか。

ちなみにPowerShellのforループの初期化子宣言はループ内のスコープにおける変数とはならず、ループの外側でも参照や代入ができてしまいますので注意です。forループの中は別スコープとはならないのですね。それは部分式を使っても同じです。(それだったらforループの前で変数初期化しても同じことじゃん、となるかもしれませんが…)

また例をみていただければ分かりますが、反復式の部分は,で複数指定できるようです。ただしこの,はforステートメントの構文の一部ではなく、配列連結演算子の,だと思います。

追記。エントリ読み返して気づいたんですが、反復式を配列として記述できるのだから、初期化も配列でやっちゃえば良かったですね。このように。

for ($i, $j = 0, 3; $i -lt 3; $i++, $j--)
{
    "$i $j"
}

こっちのほうがいいですね。

2012/12/14

本記事はPowerShell Advent Calendar 2012の14日目の記事になります。

前回(アドベントカレンダー1日目)は「PowerShellらしい関数の書き方」と題して、パイプライン内でうまく他のコマンドと連携させるための関数をどう書けばいいのか、ということについて書きました。前回の関数の例では入力型と出力型がstringだったのですが、実際は自分で定義した型を入力、出力値に取るように書くのが普通かと思います。今回は、それをするためにどうやって型を定義するのか、そしてその型を関数にどう指定するのか、という話をします。

PowerShellにはクラス定義構文がない

そもそもの話になるんですが、型を定義する、つまりはクラスを記述するためのPowerShellのステートメントやコマンドレットが無いため、PowerShell単独ではできません。なので無理です以上おしまい。…というわけにはいかないので、実際はどうするのがいいのかという話をしていきます。

方法としては大きく分けて二つあると思います。

1.C#など他の.NET言語を用いてクラスを記述する

2.ユーザー定義オブジェクトを作成する

今回は1の方法を説明します。

C#を用いてクラスを記述する

つまりはPowerShellでクラスを定義できないなら、C#を使えばいいじゃない。ということです。幸いPowerShell 2.0からはAdd-Typeというコマンドレットを用いると、C#やVBなど.NET言語のソースをその場でコンパイルしてアセンブリとして現在のセッションに読み込むことが可能です。

たとえば、論理ドライブを表すDriveというクラスを定義してみます。

Add-Type -TypeDefinition @"
    namespace Winscript
    {
        public enum DriveType
        {
            Unknown, NoRootDirectory, RemovableDisk, LocalDisk, NetworkDrive, CompactDisc, RAMDisk
        }

        public class Drive
        {
            public string Name {get;set;}
            public string VolumeName {get;set;}
            public DriveType Type {get;set;}
            public long Size  {get;set;}
            public long FreeSpace  {get;set;}
            public long UsedSpace  {get;set;}
            public string RootPath {get;set;}
        }
    }
"@ -Language CSharpVersion3

このようにC#のコードを文字列として-TypeDefinitionパラメータに与えると、コンパイルされて指定のクラス(ここではWinscript.Drive)がロードされます。

ここで-Language CSharpVersion3というパラメータは指定コードをC# 3.0としてコンパイルすることを指定するため、今回使用している自動実装プロパティなどC# 3.0の構文が利用できます。なおこのパラメータはPowerShell 3.0では不要です。ただし明示しておくとPowerShell 2.0でも正しく動作します。というのも-Languageパラメータ省略時はPowerShell 2.0ではC# 2.0でコンパイルされるのですが、PowerShell 3.0ではC# 3.0でコンパイルするためです(逆にPSv3でC#2.0でコンパイルするには”CSharpVersion2”という新しく追加されたパラメータ値を指定します)

なお、ここでは-TypeDefinitionパラメータを用いてクラス全体を記述しましたが、この例のように列挙体も定義してそれをプロパティの型にするなどせず、すべて基本型のプロパティで完結するのならば、-MemberDefinitionパラメータを使ってメンバ定義だけを行う方が記述が短くなります。以下はWinscript.Manというクラスを定義する例です。

Add-Type -Namespace Winscript -Name Man -MemberDefinition @"
    public int Age {get;set;}
    public string Name {get;set;}
"@ -Language CSharpVersion3

例のようにC#のコード内には特にロジックを記述せず、単にデータの入れ物となるクラスにとどめておくのが良いかと思います。別にロジックを書いてもいいのですが、ISEで記述する限りはC#の編集に関してはただのテキストエディタレベルの恩恵しか受けないですし、それなら最初からVisual Studio使ってC#で全部コマンドレットとして書けばいいのに、ともなりかねないので。PowerShellでは実現困難な処理などがあればそれをメソッドとして書く程度ならいいかもしれません。ただしメソッドを記述してもそれをユーザーに直接使わせるというよりも、関数でラップして使わせる形が望ましいでしょう。

さて、次はこのクラスのオブジェクトを扱う関数を記述していきます。

定義した型のオブジェクトを扱う関数の記述

ここでは3つの関数を定義しています。Get-Drive関数はシステムに含まれるすべての論理ドライブを取得、Show-Drive関数は指定のDriveオブジェクトをエクスプローラで開く、Set-Drive関数は指定のDriveオブジェクトのボリューム名(VolumeNameプロパティ)を変更するものです。

ちなみに関数の動詞部分(ここではGet, Show, Set)は、Get-Verb関数で取得できるリスト以外のものは基本的に使わないようにします。モジュールに組み込んだ場合、インポートのたびに警告が出てしまうので。

関数の基本については前回に書いているので、今回のコードはそれを踏まえて読んでみてください。

function Get-Drive
{
    [OutputType([Winscript.Drive])]
    param(
        [string[]]$Name,
        [Winscript.DriveType]$Type
    )

    Get-WmiObject -Class Win32_LogicalDisk | ForEach-Object {
        if($null -ne $Name -and $Name -notcontains $_.Name)
        {
        }
        elseif($Type -ne $null -and $_.DriveType -ne $Type)
        {   
        }
        else
        {
            New-Object Winscript.Drive -Property @{
                Name = $_.Name
                VolumeName = $_.VolumeName
                Type = [enum]::Parse([Winscript.DriveType],$_.DriveType)
                RootPath = if($_.ProviderName -ne $null){$_.ProviderName}else{$_.Name + "\"}
                Size = $_.Size
                FreeSpace = $_.FreeSpace
                UsedSpace = $_.Size - $_.FreeSpace
            }
        }
    }
}

(↑10:33 foreachステートメントではなくForEach-Objectコマンドレットを使うように修正。Get-*な関数のようにパイプラインの先頭で実行する関数でも、内部でPowerShellのコマンドレットや関数の出力を利用する場合は、配列化してforeachするよりも、ForEach-Objectで出力を逐次処理した方が良いですね。内部関数の出力がすべて完了してから一気に出力するのではなく、内部関数が1個オブジェクトを出力するたびに出力するようにできるので。)

function Show-Drive
{
    [OutputType([Winscript.Drive])]
    param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true,Mandatory=$true)]
        [Winscript.Drive[]]
        $Drive,
        
        [switch]
        $PassThru
    )

    process
    {
        foreach($d in $Drive)
        {
            Start-Process $d.Name
            if($PassThru)
            {
                $d
            }
        }
    }
}
function Set-Drive
{
      param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true,Mandatory=$true)]
        [Winscript.Drive]
        $Drive,
        
        [Parameter(Mandatory=$true)] 
        [string]
        $VolumeName
    )

    process
    {
        Get-WmiObject Win32_LogicalDisk -Filter "DeviceID='$($Drive.Name)'" |
            Set-WmiInstance -Arguments @{VolumeName=$VolumeName} | Out-Null
    }
}

細かい説明は省きますが、前回説明した関数の基本フォーマットに、自分で定義した型を適用してロジックを書くとこうなる、という参考例としてとらえてください。

一つだけ前回に説明し忘れてたことがあります。それは[OutputType]属性です。これは文字通り、関数の出力型を指定するものです。この属性を指定しておくと何が嬉しいかというと、関数の出力を変数に代入したりWhere-Objectコマンドレットでフィルタをかけるコードを記述する際、関数の実行「前」にもプロパティ名をちゃんとタブ補完してくれるようになります。残念ながらこの静的解析機能はPowerShell 3.0からのものなので2.0だとできませんが、OutputType属性自体は2.0でも定義可能なので、定義しておくことを推奨します。

さて、型の定義と関数の定義をしたので実際に関数を実行してみます。

PS> Get-Drive # 全ドライブ取得

Name       : C:
VolumeName :
Type       : LocalDisk
Size       : 119926681600
FreeSpace  : 12262494208
UsedSpace  : 107664187392
RootPath   : C:\

Name       : D:
VolumeName :
Type       : LocalDisk
Size       : 500086886400
FreeSpace  : 198589583360
UsedSpace  : 301497303040
RootPath   : D:\

Name       : Q:
VolumeName :
Type       : CompactDisc
Size       : 0
FreeSpace  : 0
UsedSpace  : 0
RootPath   : Q:\

Name       : V:
VolumeName : 
Type       : NetworkDrive
Size       : 1500299390976
FreeSpace  : 571001868288
UsedSpace  : 929297522688
RootPath   : \\server\D

PS> Get-Drive | where {$_.Size -gt 1TB} # Where-Objectでフィルタ

Name       : V:
VolumeName : 
Type       : NetworkDrive
Size       : 1500299390976
FreeSpace  : 571001868288
UsedSpace  : 929297522688
RootPath   : \\server\D

PS> Get-Drive -Type NetworkDrive | Show-Drive -PassThru | ConvertTo-Csv #ネットワークドライブのみエクスプローラーで開く。取得結果はCSVとして出力。
#TYPE Winscript.Drive
"Name","VolumeName","Type","Size","FreeSpace","UsedSpace","RootPath"
"V:","","NetworkDrive","1500299390976","571001868288","929297522688","\\server\D"
PS> Get-Drive -Name D: | Set-Drive -VolumeName 新しいドライブ # D:ドライブのボリューム名を指定。(管理者権限で)

関数をきちんとPowerShellの流儀に従って記述したおかげで、このようにPowerShellの他の標準コマンドレットと同様の呼び出し方ができ、自作関数やそれ以外のコマンド同士をうまくパイプラインで繋げて実行することができています。

さて、おそらく一つ気になる点があるとすれば、ドライブの容量表示が見づらいということでしょう。容量であればGBとかの単位で表示してほしいですし、大きい数字は,で桁を区切ってほしいですよね。じゃあそういう値を文字列で返すプロパティを定義してやる必要があるというかと言えばそんなことはなく、PowerShellには型に応じた表示フォーマットを指定する方法が用意されています。次回はそのあたりを解説しようと思います。

また、C#とかめんどくさいしもうちょっと楽な方法はないのか?ということで、最初の方でちょっと触れた、ユーザー定義オブジェクトを利用する方法も、余裕があれば次回に。

さて、PSアドベントカレンダー、明日はsunnyoneさんです。よろしくお願いします!

2011/12/25

はじめに

PowerShell Advent Calendar 2011の25日目最終日の記事、そしてこれが私の記事では4回目となります。今回もバックグラウンドジョブについての話題です。今回はバックグラウンドジョブを使って並列処理をやってみようという試みです。

これまでの記事は以下になります。

2日目:バックグラウンドジョブの使い方・基本編

13日目:バックグラウンドジョブとの通信

19日目:PowerShell 3.0で追加されるバックグラウンドジョブ関係の新機能

ところでつい2日前、WMF3 CTP2 Windows PowerShell Workflow.pdfというpdfファイルが公開されました。これは19日目に書いたPS workflowについての詳しい説明(英語)です。構文だけでなくPSスクリプトとの違いやWFとの関係などが詳しく書かれています。ぜひ目を通しておくことをお勧めします。23日目のAhfさんの記事と併せて読むと理解が深まると思いますよ!

並列処理スクリプト

C#をご存知の方なら、PowerShellのバックグラウンドジョブ機能はC#4.0から使えるTaskオブジェクトとちょっと似てるかなーと思われるかもしれません。ではC#4.0でコレクションに対して並列処理でループを回すParallel.For()やParallel.Invoke()みたいなことはPowerShellでできないのか、という疑問が出てくるかと思います。

前回述べたようにPowerShell 3.0ならworkflowを使えば並列処理が可能で、for -parallelステートメントやparallelブロックでParallel.For()やParallel.Invoke()みたいなことが可能になります。しかしPowerShell 3.0がリリースされるのはまだ先ですし制限事項も多いので、なんとかPowerShell 2.0で、しかもworkflowのような制限なしで、並列処理のスクリプトは書けないものかと考えてみました。

function ParallelForEach-Object
{    
    [CmdletBinding()]
    param(
        [Parameter(Mandatory=$true,Position=1)][scriptblock]$process,
        [scriptblock]$begin={},
        [scriptblock]$end={},
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true)][psobject]$inputObject
    )
    begin
    {
        &$begin
        $jobs=@()
    }
    
    process
    {    
        $jobs|Receive-Job
        while(@($jobs|?{$_.State -eq "Running"}).Length -ge 5)
        {
            $jobs|Receive-Job
            start-sleep -Milliseconds 100
        }       
        
        $jobs += Start-Job $process -argumentList $inputObject
    }

    end
    {
        while(@($jobs |?{$_.State -eq "Running"}).Length -gt 0)
        {
            $jobs|Receive-Job
            start-sleep -Milliseconds 100
        }
        $jobs|Receive-Job
        $jobs|remove-job
        &$end
    }
}




$watch=new-object System.Diagnostics.Stopwatch

"ForEach-Object 開始"

$watch.Start()
1..10|ForEach-Object {
    "start: " + $_
    Start-Sleep -sec 5
    "end: " + $_
    
}
$watch.Stop()

"ForEach-Objectの場合:" + $watch.Elapsed.TotalSeconds + " sec"

$watch.Reset()

"ParallelForEach-Object 開始"

$watch.Start()
1..10|ParallelForEach-Object {
    "start: " + $args[0]
    Start-Sleep -sec 5
    "end: " + $args[0]
}
$watch.Stop()

"ParallelForEach-Objectの場合:" + $watch.Elapsed.TotalSeconds + " sec"

ParallelForEach-Object関数はパイプラインから渡されたコレクションの各要素について、並列にスクリプトブロックを実行させるものです。同等の処理をForEach-Objectを使って同期的に逐次処理した場合とかかる時間を比較しています。10個の要素があり、各要素につき5秒かかる処理なので、逐次的に処理すると当然50秒以上かかりますが、ParallelForEach-Object関数を使って並列処理させると環境にもよりますが20秒以内に完了します。

この関数では渡されたコレクション1要素に対し1つのジョブを割り当て、同時に5ジョブまで(呼び出し元を含めて同時稼働が6プロセスまで)を並列実行するようにしています。

ただこれはあくまでなんちゃって並列処理なので、並列化することで本当に処理が高速になるかどうかは環境次第かと思います。一応、うちのCore2Duo (2コアCPU)な環境だと、足し算を3万回ほどする処理を10回行う場合、逐次処理とこの関数を使った並列処理では54秒が39秒に短縮され、有意な実行時間差が出ました。

またジョブを開始するのに新しくプロセスを起動させるので、1ループあたりの実行時間がプロセス起動にかかる時間より短ければ、この関数による並列化で処理時間の短縮は見込めません。

処理の対象が複数のリモートPCである場合などは割と有効なのかなと思います。たとえば複数サーバーから別々のファイルを同時にダウンロードするときなど。

ここではParallel.For()やParallel.ForEach()相当の関数を書きましたが、Parallel.Invoke()のような関数も書けるかと思います。スクリプトブロックの配列をStart-Jobで順に走らせ、Wait-Job, Receive-Jobする感じですね。

あとここではやりませんでしたが、Start-Jobの代わりにInvoke-Commandを使い複数のリモートPCに処理を振り分ければ、なんちゃって分散処理もできるのかなあと思いました。

おわりに

実はこのスクリプトを書いたのはPS Workflowの調査前のことで、Workflowで同様のことが可能になることを知って少々愕然としたのですが、それなりに面白いスクリプトかと思ったので公開することにしました。ともあれ、これからのマルチコア、メニーコアの時代、非同期処理や並列処理はますます重要になるかと思います。管理スクリプトにおいてもこれらの概念を意識しないわけにはいかなくなるでしょう。全4回にわたってPowerShellのバックグラウンド機能を解説してきましたが、これらがあなたの非同期&並列スクリプトライフ(?)の一助になれば幸いです。

さてさて、これでPSアドベントカレンダー2011もおしまいです。楽しんでいただけたでしょうか? 私自身も自分で記事を書いていて楽しかったですし、他の方の記事を読むのも色々な発見があり、とても有意義な25日間でした。記事を書いて参加していただいた方々、そして読者の方々に厚く御礼申し上げます。これからもぜひ、PowerShellを活用し、楽しんでくださいませ。

それでは皆様、良いクリスマスをお過ごしください!

2011/12/19

はじめに

PowerShell Advent Calendar 2011の19日目の記事、そしてこれが私の記事では3回目となります。今回も前々回前回からの引き続きでバックグラウンドジョブについての話題です。前回までは現行バージョンであるPowerShell 2.0におけるバックグラウンドジョブの機能の使い方を解説してきましたが、今回はPowerShellの次期バージョンである3.0に追加される予定の機能のうち、ジョブ関係のものをピックアップしてみます。現在PowerShell 3.0を含むWindows Management Framework(WMF)3.0のCTP2が公開されています。またWindows 8 Developer Preview / Windows Server 8 Developer PreviewにはWMF3.0 CTP1相当のPowerShell 3.0が含まれています。

注意:本記事で取り上げた内容は製品のプレビュー版をもとに記述しています。そのためリリース版では内容が一致しない可能性があることをご承知おきください。

using:ラベル

前回、ジョブに値を渡す方法について解説しましたが、-argumentListに引数として渡すというのは正直めんどうです。呼び出し元のグローバル変数を直接ジョブ側から参照したいですよね。そこでPowerShell v3では新たに変数に付けるusing:ラベルというのが追加されました。このラベルをジョブのスクリプトブロック内で使うと、呼び出し元の変数を参照することができます。具体例。

$test="PowerShell 3.0"
Start-Job {$using:test}|Wait-Job|Receive-Job

とすると、「PowerShell 3.0」と表示され、たしかにジョブのスクリプトブロックから呼び出し元の変数を参照できていることがわかります。これは便利ですね。ただし残念ながらこの方法を使ってもスクリプトブロックをジョブに渡すことはできないようです。相変わらず文字列にキャストされてしまいました。

Receive-Jobコマンドレットの変更点

前々回に、Invoke-Command -asJobで複数リモートコンピュータに対してジョブを走らせた場合、そのジョブに対して$job|Receive-Jobがなぜか機能しない、と書きましたがこの問題が解決されています。そもそもなんでこの問題が発生していたのか、面白いのでちょっと解説します。

実はReceive-Jobコマンドレットの-locationパラメータに「パイプライン入力を許可する   true (ByPropertyName)」フラグがついていたのが原因でした。複数コンピュータに対して実行したジョブは子ジョブを複数持ちますが、親ジョブ自体は配列ではありません。そしてそのLocationプロパティには子ジョブが実行されているコンピュータ名が"remote01,remote02,remote03"のようなカンマ区切りの文字列として格納されています。よってこのジョブオブジェクトをパイプラインを通じてReceive-Jobコマンドレットに渡すと、ValueFromPipelineByPropertyName属性が付いている-locationパラメータにジョブオブジェクトのLocationプロパティの値が渡されますが、その値はカンマ区切りの文字列なので正しく解釈されず、結果として期待の動作をしなかったわけです。

v3ではReceive-Job -locationのValueFromPipelineByPropertyName属性が取り除かれ、問題なく動作するようになりました。

他の変更点としてはReceive-Jobにジョブが完了するまで待つための-waitパラメータが追加されました。が、$job|Wait-Job|Receive-Jobと違いが分からないかも…。

Get-Jobコマンドレットの変更点

Get-Jobに-filterパラメータが追加されました。連想配列でジョブにフィルタをかけられるものです。

Get-Job -filter @{State="Completed";Location="localhost"}

where-objectを使わずともフィルタできるので便利、かも。しかし個人的には-filterパラメータはいろんなコマンドレットで定義されているものの、使い方がそれぞれ異なるのがとてもとてもイヤです。まず覚えられないのでヘルプを引くところから始まっちゃいますので。パフォーマンスの関係上、Where-Objectを使うよりコマンドレット内部でフィルタしたほうが速くなるというのはわかるのですが、もう少しフィルタ方式に統一性を持たせられなかったんだろうかとか思いますね。

Get-Jobにはほかに-afterと-beforeというパラメータが追加されています。これは後述するPSScheduledJobの完了時刻をDateTimeで範囲指定し、フィルタするものです。

PowerShell Workflow

PowerShell3.0というかWMF3.0のおそらく目玉機能の一つがPowerShell Workflowです。文字通り、PowerShellでワークフローが記述できるようになります。

Workflowは関数の一種なのですが、長時間を要するタスクやリモート実行や並列実行などで使うことを主目的としているようです。functionキーワードの代わりにworkflowキーワードでワークフローを定義すると、自動的に実行対象コンピュータ名や資格情報といったパラメータが複数定義されるので、これらのパラメータを特に定義なしで利用することができます。またworkflow内ではparallelブロックを定義でき、その中に記述された各行は並列に実行されます。またfor/foreachステートメントで-parallelパラメータが利用可能になり、繰り返し処理やコレクションの列挙を並列して行うことができるようになります。

自動定義されるパラメータに-asJobがあり、これを利用するとworkflowをジョブとして実行できます。このジョブは通常のジョブとは違い、新たに追加されたSuspend-JobコマンドレットとResume-Jobを使うことによって、ジョブの一時中断と再開ができます。このジョブの中断と再開は、リモートコンピュータ上でワークフローを走らせてるときでも可能ですし、中断後リモートセッションが切断されたあとに再開することもできますし、リモートコンピュータがシャットダウンしても再起動後にジョブを再開することまでできてしまいます。これらはWMFにおけるリモート基盤を支えているWinRMの最新バージョン、WinRM3.0が実現している機能です。このようにセッションを再接続してもタスクを継続できるような接続をrobust(堅牢な), resilient(弾力性のある、障害から容易に回復する) connectionと称しているようです。

PowerShell WorkflowはWindows Workflow Foundation(WF)と密接な関係があり、WFのデザイナで作ったxamlをPS Workflowに変換したり(逆もできる?)、Invoke-Expressionでxamlを実行したりできるらしいです。WF側でもPowerShellの多くの機能がアクティビティとして使用できたりして、WFとPowerShellがWMFというシステム管理フレームワークの主要なパーツとして密に連携していくようです。このあたりの話はWFの専門家であるAhfさんがPSアドベントカレンダーの23日目にしてくださる予定なので、楽しみですね!

なおPS Workflowは従来のPSスクリプトとは異なった利用状況を想定しているため、あるいはWFの機能と合わせるため、PSスクリプトではできるのにPS Workflowではできないことがとてもたくさんあります。forの中でbreakやcontinueステートメントが使えないとかStart-Sleepは-Secondパラメータしか指定できない(ミリ秒単位でスリープかけられない)とか色々あります。そのうちPS WorkflowとPSスクリプトの違いというドキュメントが公開されるんじゃないかと思います。

ちなみにWinRM3.0のおかげでワークフローではない通常のリモートジョブでも、New-PSSessionで作成したセッションの中でジョブを実行した場合、そのジョブが動作しているコンピュータへのセッションを切断(Disconnect-PSSession)したあと、セッションに再接続(Connect-PSSessionやReceive-PSSession)すればジョブの結果を取得したりすることができます。またセッションを作製したインスタンス(powershell.exe)でそのセッションを切断すると、それ以降は別のインスタンスやコンピュータからそのセッションにConnect-PSSessionで接続することができます。

ScheduledTasksモジュール

PowerShell3.0が含まれる次期Windowsでは大量のモジュールが追加され、それらのモジュールに含まれるコマンドレットの総数はWindows 8でも2000を超える膨大な量になります。これはWindows 8やWindows Server 8では従来のコマンドプロンプトから実行するコンソールexeコマンドのほとんどすべてをPowerShellコマンドレットに置き換える措置のためです。もちろん従来のコマンドは互換性のために残されますが、netsh.exeなど一部のコマンドではPowerShellへの移行を促すメッセージが表示されたりするようになるようです。参考:Window 8の機能の概要 − @IT

ScheduledTasksモジュールというタスクスケジューラを扱うモジュールもWindows 8 / Windows Server 8に新しく追加されるモジュールの一つで、schtasks.exeを置き換えるものとなります。これまでPowerShellでタスクスケジューラを扱うにはschtasks.exeを使うか、WMIのWin32_ScheduledJobを使う必要があり面倒でしたが、このモジュールに含まれるコマンドレットを用いるとそれが容易に行えるようになります。たとえば「notepad.exeを毎日朝10:00に起動する。バッテリ駆動のときでも実行」というタスクを「test」という名前で登録するには、

$action = New-ScheduledTaskAction -Execute "notepad.exe"
$trigger = New-ScheduledTaskTrigger -At "10AM" -Daily
$setting = New-ScheduledTaskSettings -AllowStartIfOnBatteries 
New-ScheduledTask -action $action -trigger $trigger -setting $setting|Register-ScheduledTask -TaskName test

とすれば可能であるはずです。実はServer 8 Developer Preview版ではこのコードは機能しません。タスクのトリガを作成するNew-ScheduledTaskTriggerコマンドレットが正しいオブジェクトを作ってくれないのです。これは将来のバージョンできっと修正されるかと思います。ただトリガを定義する部分をはずせば(あんまり意味はないですが)このコードは動作するので、やり方はたぶんあってると思います。

Register-ScheduledTaskコマンドレットには-asJobパラメータがあり、タスクスケジューラへの登録をジョブとしてバックグラウンドで行うことができます。ScheduledTasksモジュールはWMIを利用してタスクスケジューラを操作するので、ほかのWMI関係のコマンドレットと同様ですね。

なおScheduledTasksモジュールはデフォルトでは読み込まれていないので、使用するには本来Import-Moduleコマンドレットを使用しなければならないところですが、PowerShell3.0のCmdlet Discoveryという機能によりImport-Moduleは実行しなくてもScheduledTasksモジュールに含まれるコマンドレットを利用することができます。Cmdlet Discoveryとは現在読み込まれていて実行可能なコマンドレットの中にない、未知のコマンドレットを実行しようとしたとき、Modulesフォルダに存在するモジュールから同名のコマンドレットが定義されているものを探し出し、発見できたらそのモジュールを読み込んだうえでコマンドレットを実行するという優れた機能です。初回だけモジュールの検索とロードの手順が実行されるので待たされますが、一度Cmdlet Discoveryによってモジュールがシェルに読み込まれればあとは快適にコマンドレットを実行できるようになります。

PSScheduledJobモジュール

ScheduledTasksモジュールは-asJobパラメータが定義されているくらいで実はそれほどPowerShellのジョブとは関係ないのですが、ScheduledTasksモジュールが内包しているPSScheduledJobモジュールはPowerShellのジョブ機能と大いに関係があります。

従来PowerShellスクリプトをタスクスケジューラに登録するにはコマンドラインに"powershell.exe"を、引数に"-file hoge.ps1"を指定して、みたいなまわりくどいことをする必要がありました。しかし新しく追加されるPSScheduledJobモジュールに含まれるコマンドレット群はこの問題を解消します。PowerShellスクリプト(.ps1)あるいはスクリプトブロックをPSScheduledJobとして直接タスクスケジューラに登録できるようになり、PowerShellとタスクスケジューラのシームレスな連携を実現します。こちらはWindows 8/Server 8に付属のモジュールではなく、PowerShell 3.0に付属のモジュールなので、Win7などでも使用可能になる予定です。

使用例を見ていきましょう。

$triggers = @()
$triggers += New-JobTrigger -at "2012/01/01 11:11:10" -Once
$triggers += New-JobTrigger -at "10:00" -Daily

$sb = {
    "This is Scheduled Job."
    Get-Date
}

Register-ScheduledJob -ScriptBlock $sb -Trigger $triggers -Name ScheduledJobTest1

まずNew-JobTriggerコマンドレットによってトリガー(具体的には実行時刻など)を定義します。ここでは決められた時刻に1回実行するものと、毎日同じ時刻に実行するものの2つを定義してみました。そしてこれらの時刻に実行したい内容をスクリプトブロックに記述し、これらをRegister-ScheduledJobコマンドレットで登録してやります。

するとこのスクリプトブロックはタスクスケジューラに登録され、指定時刻になると指定したスクリプトブロックの内容が実行されます。このタスクは「タスクスケジューラ― ライブラリ\Microsoft\Windows\PowerShell\ScheduledJobs」に登録されています。

このタスクのアクションは具体的には次のようになっています。

powershell.exe -NoLogo -NonInteractive -WindowStyle Hidden -Command "Import-Module PSScheduledJob; Start-Job -DefinitionName 'ScheduledJobTest2' -DefinitionPath 'C:\Users\Administrator\AppData\Local\WindowsPowerShell\ScheduledJobs' -WriteToStore | Wait-Job"

これによると、指定時刻に実際にタスクスケジューラによって実行されるのはpowershell.exeであり、Start-Jobコマンドレットを使って登録したスケジュールをPowerShellのジョブとして実行していることがわかります。Start-Jobコマンドレットの-DefinitionNameパラメータなどはPSScheduledJobのために追加されたもので、これによりRegister-ScheduledJobが出力したPSScheduledJob定義をファイルから読み込んでジョブとして実行できるようになっています。PSScheduledJob定義とジョブの出力は-DefinitionPathで指定されているフォルダの下にxmlファイルとして保存されているので興味がある方は覗いてみるといいかもしれません。

さて、スケジュールしたジョブの実行結果はどうやって受け取ればいいのでしょうか。実はこれはすごく簡単で、PSScheduledJob(ここではScheduledJobTest1という名前で定義しました)がタスクスケジューラによって一度以上実行された後は、

$job=Get-Job -name ScheduledJobTest1

とすることでJobオブジェクトとして取得することができるようになります。あとは通常のジョブと同じ取り扱いができるので、

$job|Receive-Job

などで実行結果を取得できます。

ちなみにPSScheduledJobはそれを定義したインスタンス以外でも参照することができます。具体的にはpowershell.exeでジョブをスケジューリングして終了→また別のpowershell.exeを立ち上げてimport-module PSScheduledJobしたあとGet-Job|Receive-JobしてPSScheduledJobの結果を参照、みたいなことができます。

ここで紹介した一連の操作ではスクリプトブロックをPSScheduledJobにしましたが、Register-ScheduledJobコマンドレットの-FilePathパラメータを用いれば.ps1ファイルをPSScheduledJobとして登録することも可能です。

現行バージョンのPowerShellはとにかく起動が遅いため、タスクスケジューラにスクリプトを登録しても実行が始まるまで何十秒も待たされるなどはざらでしたが、PSv3は起動がずいぶん速くなり、スペックや状況にもよるとは思いますがpowershell.exeの起動後ほんの数秒でスクリプトが走り始めます。この速度のおかげもあってPSScheduledJobはきっととても有効に機能するんじゃないかと思います。

おわりに

今回はPowerShell 3.0で増強されるバックグラウンドジョブ関係の機能をまとめてみました。これらの新機能のおかげで、時間のかかる処理や定期実行する処理を扱うのが飛躍的にやりやすくなりそうです。PowerShell 3.0で追加される機能は他にもたくさんあって、このブログでもいつか全部紹介したいと思ってるのですが、今回取り上げたジョブ関係はその中でもかなり重要な機能増加を多く含んでいると言えるでしょう。PowerShell 3.0やWindows 8/Server 8のリリースに備えてジョブ関係から予習しておくのは悪くないと思いますよ。

なんか25日のアドベントカレンダーのうち3回もバックグラウンドジョブネタをやって、PSアドベントカレンダーというより私だけ一人でPSジョブアドベントカレンダーをやってる感じでちょっと申し訳ないんですが、どうか許してください。そして前回は今回で終了するって言ってたんですが、実はまだジョブ関係の小ネタが残ってるので最終日25日にさせてください。では今日のところはこのへんで。明日はwaritohutsuさんの登場です。よろしくお願いします。

2011/05/04

配列変数がnullかそうでないかを調べることはたまにあるかと思います。しかし、

if($array -eq $null)
{
	'$arrayはnull!'
}
else
{
	'$arrayはnullじゃない!'
}

とするのはダメです。たとえば$array=@($null,$null,121,123)というような配列を渡すと「$arrayはnull!」と表示されてしまいます。

なぜこんなことが起きてしまうかというと、-eq演算子は比較演算子であると同時に、配列をフィルタする演算子でもあるからです。たとえば、1,2,2,3,3,3,4,5という要素を持つ配列のうち、2と一致する要素を持つ配列だけを抽出するのはこんな感じです。

PS > $array=@(1,2,2,3,3,3,4,5)
PS > $array -eq 2
2
2

-eq以外にも各種比較演算子が同様に使えます。3以上の要素のみ返すなら$array -ge 3となります。

つまり最初に挙げた例の場合、左辺の$arrayが配列であれば、TrueかFalseを返すのではなく、右辺の値(ここでは$null)と一致するものを抽出して配列として返すのです。よってもし$arrayに複数の$nullが要素として含まれていると、

if($array -eq $null)

if(@($null,$null))

と解釈され、2要素を持つ配列なのでこれは条件文中でTrueに評価されて結果、ifステートメントの中が実行されてしまうわけです。

$nullが一要素しか含まれない配列、すなわち$array=@($null,121,123)のような配列ではまた挙動が変わり、「$arrayはnullじゃない!」と表示されます。これはなぜかというと、

if($array -eq $null)

if(@($null))

と解釈されるためです。@($null)はFalseと解釈されるので、結果elseが実行されるわけです。

$nullを要素に含まない配列$array=@(1,2,3)とかだと問題が起きないのは、$array -eq $nullが長さ0の配列@()を返し、これはFalseと評価されるからです。(これも良く考えると理由がよくわかりませんが)

このように-eq演算子が配列フィルタとして働いてしまうのを防ぎつつ、配列変数が$nullではないかを確認するには次のようにすると良いでしょう

if($null -eq $array)
{
	'$arrayはnull!'
}
else
{
	'$arrayはnullじゃない!'
}

右辺と左辺を入れ替えただけですが、問題なく動きます。

これが気持ち悪いならば

if($array -isnot [array] -and $array -eq $null)

のようにして変数が配列かどうかまず判断するのでもいいかもです。

これ、案外ハマりどころだと思います。「配列要素に二つ以上nullが含まれるときだけ結果がおかしくなる」のも気づきにくい原因。ぜひ気を付けてください。

ちなみに

if($array)
{
    '$arrayはnullじゃない!'
}
else
{
    '$arrayはnull!'
}

なんてのも駄目です。$array=@($false)や$array=@(0)など、要するに、要素数1でその要素がFalseと解釈される配列が来ると「$arrayはnull!」と表示されてしまいます。

元記事:http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2011/05/04/198780.aspx

2010/02/13

PowerShellは.NET Framework 2.0を利用するWindowsのシステム管理用シェルである。シェルであるためコンソールで対話的にコマンドを実行することができるのはもちろん、スクリプトファイル(*.ps1)を記述しバッチ的に実行することも可能である。ここではPowerShellスクリプトで(コンソールでも使用は可能だが)用いることのできる基礎文法を紹介する。なお、PowerShellでは文法上、大文字小文字を区別しない。

※(★2.0)の注釈があるものはPowerShell 2.0で新たに追加された要素である。

1.基礎

表示

コンソールに文字列を表示。

"Hello world" 

コマンドレット(後述)を使用した場合。

Write-Host "Hello world" 

コマンドレット

PowerShellはコマンドレットと呼ばれる100種類以上のコマンドライン・ツール群を単独で、あるいはパイプライン(後述)で連結して使用するのが基本となる。コマンドレットは原則verb-nounという命名規則にしたがっている。パラメータをつける場合は「-パラメータ名」あるいは「-パラメータ名 パラメータ値」を指定する。

# コマンドレットの一覧表示
Get-Command 

# サービスの一覧を表示
Get-Service 

# アプリケーション イベントログの最新15個のエントリを表示
Get-EventLog -logName Application -newest 15

パイプライン

コマンドレットが値を返却する場合、.NET Frameworkのオブジェクトが含まれる配列であることが多い。このオブジェクト配列がパイプラインを渡って後続のコマンドレットに入力される。

# プロセスのリスト(System.Diagnostics.Processオブジェクトの配列)を取得し、
# Where-Objectコマンドレットでハンドル数(handlesプロパティ)の値が500より大きいものだけを取り出し
# Select-Objectコマンドレットで最初の5つのオブジェクトだけを切りだして表示
Get-Process | Where-Object {$_.handles -gt 500} | Select-Object -first 5

# C:\Windows 配下のフォルダ、ファイルの一覧(System.IO.DirectoryInfo,System.IO.FileInfoオブジェクトの配列)を取得し、
# ForEach-Objectコマンドレットで配列を列挙しすべてのオブジェクトのFullNameプロパティ(フルパス)の値を表示
Get-ChildItem C:\Windows | ForEach-Object {$_.FullName} 

# 通常の配列に関してもパイプラインを使用可能。
# 重複を取り除き、ソートをかける
@(3,5,10,1,2,1,1,1,2,6,4,4)|Sort-Object|Get-Unique 

コメント

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マルチラインコメント(★2.0)

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複数行に渡る
コメントです
#> 

変数の宣言

PowerShellは変数の宣言をしなくても変数を使用可能。以下のようにするとどのような型でも代入可能な変数が作られる。

$a = 1
$a = $b = $c = 1 #複数変数に一度に同じ値を代入する場合
$items = Get-ChildItem # コマンドレットの戻り値を格納 

変数の型を指定することは可能。以下のようにするとint型のみ格納可能な変数が作られる。

[int]$a = 1 

あるいは、コマンドレットを用いて$aという変数を宣言することもできる。この場合変数の型は指定できない。

New-Variable -name a 

変数のスコープ

# どのスコープからも読み書き可能
$global:a = 1

# 現在のスコープからのみ読み書き可能
$private:a = 1 

# 現在のスクリプトからのみ読み書き可能
$script:a = 1 

文法チェック

以下を実行することで未定義の変数を参照するとエラーが出るようになる。

Set-PSDebug -strict 

スクリプトの実行

デフォルトの実行ポリシーではスクリプトの実行は不許可であるため、以下のようにポリシーを変更しておく。(RemoteSignedはローカルにあるスクリプトファイルは無条件で実行可、リモートにあるスクリプトファイルは署名付きのもののみ実行可)

Set-ExecutionPolicy RemoteSigned 

スクリプト/コマンドを実行するにはコマンドラインで次のようにする。

コマンドを実行する

powershell -command {Get-ChildItem C:\} 

ファイルを実行する

powershell  .\script.ps1 

ドットソース(スクリプトの内容をグローバルスコープに読み込む)

powershell  . .\script.ps1 

ファイルを実行する(★2.0)

powershell -file script.ps1 

PowerShellスクリプトから別のスクリプトを実行する場合(関数のインクルードにも用いられる)

.\script.ps1
. .\script.ps1 # ドットソース 

デバッガの起動

Set-PSDebug -trace 2 

ステップ実行

Set-PSDebug -step 

2.数値

数値の表現

PowerShellにおける数値は.NET Frameworkの数値を表す構造体のインスタンスである。数値には整数、浮動小数点があり、変数に代入した段階で適切な型が設定される。

# int型(System.Int32型)
$int = 1

# System.Double型
$double = 1.001

四則演算

# 足し算
$i = 1 + 1

# 引き算
$i = 1 - 1 

# 掛け算
$i = 1 * 1 

# 割り算
$i = 1 / 1 

余りと商の求め方

# 割り算の余り
$mod = 7 % 3 

# 上記の場合の商
$div = (7 - 7 % 3) / 3 

べき乗

# 2の8乗
$i = [math]::Pow(2,8) 

インクリメントとデクリメント

# インクリメント
$i++ 

# デクリメント
$i-- 

3.文字列

PowerShellにおける文字列は.NET Frameworkの System.Stringクラスのインスタンスである。

文字列の表現

文字列はシングルクォーテーションかダブルクォーテーションで囲む。ダブルクォーテーションの中では`t(タブ)や`r`n(改行)などの特殊文字が使用でき、変数が展開される。

$str1 = 'abc'
$str2 = "def"
$str3 = "a`tbc`r`n" 

#変数展開(結果は abc def)
$str4 = "$str1 def" 

文字列操作

各種文字列操作

# 結合
$join1 = "aaa" + "bbb"
$join2 = [string]::Join(",",@("aaa","bbb","ccc") )

# 結合(★2.0)
$join2 = @("aaa","bbb","ccc") -join "," 

# 分割
$record1 = "aaa,bbb,ccc".Split(",") 

# 分割(★2.0)
$record2 = "aaa,bbb,ccc" -split "," 

# 長さ
$length = "abcdef".Length 

# 切り出し
$substr = "abcd".SubString(0,2) # ab

正規表現検索

# hitした場合はTrue,しなかった場合はFalse
$result = "abcd" -match "cd"

# 最初に見つかった文字列。添え字の1,2…には()内のサブ式にhitした文字列が格納。
$matches[0] 

正規表現置換

$result = "abc" -replace "c","d" 

4.配列

PowerShellにおける配列は.NET Frameworkの System.Arrayクラスのインスタンスである。

配列の参照と代入

# 5個の要素を持つ配列宣言と代入
$arr1 = @(1,3,5,7,9)
 
# 以下のようにも記述できる
$arr1 = 1,3,5,7,9 

# 型指定する場合
[int[]]$arr1 = @(1,3,5,7,9) 

# 1〜10までの要素を持つ配列宣言と代入
$arr2 = @(1..10) 

# 1要素の配列宣言と代入
$arr3 = @(1) 
$arr3 = ,1 

# 空の配列宣言と代入
$arr4 = @() 

配列の要素の参照と代入

# 4番目の要素を参照 
$ret = $arr2[3] 

# 6〜9番目の要素を含んだ配列を参照
$ret = $arr2[5..8] 

# 1〜4番目と8番目の要素を含んだ配列を参照
$ret = $arr2[0..3+7] 

# 配列の末尾の要素を取り出す
$ret = $arr2[-1] 

# 5番目の要素に値を代入
$arr2[4] = 11 

# 3より小さな要素を含んだ配列を返す
$ret = $arr2 -lt 3 

配列の個数

$arr1_num = $arr1.Length 

配列の操作

$arr1 = @(1,3,5,7,9) 
$arr2 = @(1..10) 

# 配列の末尾に要素を加える(push)
$arr2 += 50 

# 配列を結合し新しい配列を作成
$arr5 = $arr1 + $arr2 

# 配列にある要素が含まれるかどうか(ここではTrue)
$arr2 -contains 2 

5.ハッシュ

PowerShellにおけるハッシュは.NET Frameworkの System.Collections.Hashtableクラスのインスタンスである。

ハッシュ変数の宣言と代入

# 3つの要素を持つハッシュの宣言と代入
$hash1 = @{a=1;b=2;c=3}
 
# 空のハッシュの宣言と代入
$hash2 = @{} 

ハッシュの要素の参照と代入

# 要素の参照
$hash1.a 
$hash1["a"] 

#要素の代入
$hash1.b = 5
$hash1["b"] = 5 

ハッシュの操作

# ハッシュに要素を追加
$hash1.d = 4 
$hash1.Add("e",5)
 
# ハッシュの要素の削除
$hash1.Remove("a") 

# ハッシュのキーの取得
$keys = $hash1.Keys 

# ハッシュの値の取得
$values = $hash1.Values 

# ハッシュの要素を列挙
foreach ($key in $hash1.Keys)
{
    $key + ":" + $hash1[$key]
} 

# キーの存在確認
$hash1.Contains("b") 

6.制御文

if文

if (条件) {

}

if 〜 else文

if (条件) {

}
else{

}

if 〜 elsif 文

if (条件) {

}
elseif (条件) { 

} 

while/do文

while (条件) {

}

do {

} while (条件)

for文

for ($i = 0; $i -lt 5; $i++) {

} 

foreach文

foreach ($item in $items) {

} 

switch文

case を書かないのが特徴的。またスクリプトブロックを条件文に記述できる。

switch ($i) {
    1 {"1";break}
    2 {"2";break}
    {$_ -lt 5} {"5より小さい";break}
    default {"default句";break}
}
# ここで$iに配列を指定すると配列要素すべてに対してswitch文が実行される。 

比較演算子

比較演算子の一覧。PowerShellではPerlの文字列比較演算子のような記述をおこなうが、Perlとは異なり文字列も数値も同じ書式である。

$num1 -eq $num2 # $num1は$num2と等しい
$num1 -ne $num2 # $num1は$num2は等しくない
$num1 -lt $num2 # $num1は$num2より小さい
$num1 -gt $num2 # $num1は$num2より大きい
$num1 -le $num2 # $num1は$num2以下
$num1 -ge $num2 # $num1は$num2以上 

論理演算子

# 論理否定
$ret = -not $true
$ret = !$true

# 論理積
$ret = $true -and $false 

# 論理和
$ret = $true -or $false 

# 排他的論理和
$ret = $true -xor $false 

ビット演算子

# ビット単位の否定
$ret = -bnot 0x14F4

# ビット単位の積
$ret = 0x14F4 -band 0xFF00 

# 上記結果を16進数で表示する場合
$ret = (0x14F4 -band 0xFF00).ToString("X") 

# ビット単位の和
$ret = 0x14F4 -bor 0xFF00 

# ビット単位の排他的論理和
$ret = 0x14F4 -bxor 0xFF00 

7.サブルーチン

PowerShellのサブルーチンには関数とフィルタがある。関数とフィルタは呼び出し行の前で宣言する必要がある。 filter構文もfunction構文と並んで独自関数を記述するものだが、filter構文はパイプラインに渡されたオブジェクトをフィルタするのに用いる。 functionとの違いは、パイプラインに渡した配列を一度に処理するか(function)個別に処理するか(filter)

# 関数宣言の基本
function Get-Test {
    return "test"
}
# 注:returnを付けなくても関数内で出力された値はすべて呼び出し元に返却される。返却したくない場合は出力値をを[void]にキャストするか|Out-Nullに渡す。

# 引数を指定する場合
function Get-Test {
    param($param1,$param2)
    return $param1 + $param2
}
 
# 引数を指定する場合の簡易的な記述法
function Get-Test($param1,$param2) {
    return $param1 + $param2
} 

# 引数の型を指定する場合
function Get-Test {
    param([string]$param1,[string]$param2)
    return $param1 + $param2
} 

# 関数の呼び出し方(,区切りではなくスペース区切りであることに注意)
Get-Test "引数1" "引数2"

# 引数の順序はパラメータ名(引数名)を指定すると自由に指定可能
Get-Test -param2 "引数2" -param1 "引数1" 

# フィルタ宣言の基本
filter Get-Odd {
    if($_ % 2 -eq 1){
        return $_ 
    }else{
        return
    }
} 

# フィルタの使用
@(1..10) | Get-Odd

8.テキストファイル入出力

コマンドレットで可能。エンコーディングは日本語環境のデフォルトではShift-JIS。コマンドレット出力のテキストファイルへの書き出しに関してはリダイレクトも可能。この場合エンコーディングはUnicode。

$str1 = "testテスト"
Set-Content test.txt $str1 # 書き込み
Add-Content test.txt "追記" # 追記
$str2 = Get-Content test.txt # 読み込み

Set-Content test.txt $str1 -encoding UTF8 # UTF-8で書き込み

# リダイレクト
Get-Process > test.txt # 書き込み
Get-Process >> test.txt # 追記
Get-Process | Out-File test.txt -encoding UTF8 # エンコーディングを指定する場合

9.例外

PowerShellで例外が発生すると、デフォルトではエラーメッセージを表示し次の行を実行する(シェル変数$ErrorActionPreferenceの設定により挙動の変更可能)。VBでいうとOn Error Resume Nextに近い。エラーが発生すると$Errorにエラー情報の配列が格納され、$?にFalseが格納される。エラーをトラップするには次の構文を使用する。VBでいうとOn Error Goto lineに近い。

# すべてのエラーをトラップ
trap {

}

# エラーの型名を指定してトラップ
trap [System.Management.Automation.CommandNotFoundException] {

} 

# エラーを発生させる
throw "エラー"
throw New-Object NullReferenceException 

構造化例外処理(★2.0)

# 基本
try{

}
catch{

}
finally{

} 

# エラーの型を指定してcatch
try{

}
catch [System.Net.WebException],[System.IO.IOException]{

}

10.知っておいたほうがよい文法

行継続文字

1行にすると長いコードを複数行に書くには行継続文字`を用いる。VBの_。

$items = Get-ChildItem a*,b*,c*,d*,e* `
-force -recurce 

ただし以下のような場合は`を使用しなくてもよい

$items =
    Get-ChildItem a*,b*,c*,d*,e* -force –recurse
    
Get-Process | 
    Where-Object {$_.handles -gt 500} |
    Select-Object -first 5 

ステートメント分割

ステートメントを分割するには改行コードもしくは;を使用する。VBの:。JavaScriptと同様、文末に;はつけてもつけなくてもよい。

$i = 1; $j = 5; $k = $i + $j 

ヒア文字列

複数行の文字列を記述する方法。

$str = @"
aaaaaa
bbbbb
cccc
ddd
ee
"@ 

.NET Frameworkクラスの利用

.NET Frameworkに含まれているクラスのプロパティやメソッドを使用できる。基本的に完全修飾名を指定しなければいけないが、"System."は省略可能。また、intなど型エイリアスがいくつか定義されている。

# スタティックメンバの使用
[System.Math]::Pow(2,8) 

# インスタンスの生成とメソッドの実行
$arrayList = New-Object System.Collections.ArrayList
$arrayList.Add("a") 

# コンストラクタがある場合。複数ある場合は配列として指定
$message = New-Object System.Net.Mail.Message from@example.com,to@example.com

# COMオブジェクトの生成
$wshShell = New-Object -com WScript.Shell 

# デフォルトで読み込まれていないアセンブリを読み込む
[void] [System.Reflection.Assembly]::LoadWithPartialName("System.Windows.Forms")
[System.Windows.Forms.MessageBox]::Show("hello!") 

# クラスにどんなメンバがあるかの確認
# インスタンスメンバ
Get-ChildItem | Get-Member 

# スタティックメンバ
[math] | Get-Member -static 

キャスト

-asを使った場合はキャスト失敗時もエラーにならずNullが格納される。

$dt = [System.DateTime]"2010/02/13"
$dt = "2010/02/13" -as [System.DateTime] 

ユーザー定義オブジェクト

PowerShellにはクラスを定義する構文はないが、空のオブジェクト(PSObject)を生成し、任意のプロパティ(ノートプロパティ)を付加することができる。

$obj = New-Object PSObject
$property = New-Object System.Management.Automation.PSNoteProperty "Name","名前"
$obj.PSObject.Members.Add($property) 

シェル変数

あらかじめ定義されている変数。シェル変数には自動変数(変更不可能)とユーザー定義変数(変更すると挙動を変更することができる)がある。自動変数の例を挙げる。

$_ :現在パイプラインにわたっているオブジェクト
$args :関数やスクリプトに与えられたパラメータの配列
$pshome :PowerShellがインストールされているフォルダのフルパス
$MyInvocation :スクリプトの実行情報。$myInvocation.ScriptNameでスクリプトのフルパス取得(★2.0)。$myInvocation.MyCommand.Path(1.0の場合)
$true :true。
$false :false。
$null :null。

 

サブ式

$()内には複数行のコードが記述できる。

$arr = $(1;2;1+4)

式モードとコマンドモード

PowerShellの構文解析は式モードとコマンドモードがある。式モードは通常のモード。コマンドモードは引用符がなくても文字列を文字列として扱う。コマンドレットのパラメータなどはコマンドモードで扱われる。ただしコマンドモードになるところでも()もしくは$()もしくは@()をつけるとその中身は式モードとして解釈、実行される。

$i = 1 + 1 # 式モード
Write-Host aaa # コマンドモード(表示:aaa)
Write-Host aaa bbb # コマンドモード(表示:aaa bbb)
Write-Host 1+1 # コマンドモード(表示:1+1)
Write-Host (1+1) # 式モード(表示:2)
$itemCount = @(Get-ChildItem).Length # 式モード

実行演算子とスクリプトブロック

&演算子を用いるとスクリプトブロック{}の内容を実行できる。この場合、スクリプトブロック内のコードは別スコープになる。

$script = {$i = 1+6; Write-Host $i}
&$script
& 'C:\Program Files\Internet Explorer\iexplore.exe' # パスにスペースの含まれるファイルを実行したりするのにも使える

フォーマット演算子

-f演算子を使うと、.NET Frameworkのカスタム書式が使用可能。

"{0:#,##0}Bytes" -f 38731362 # 表示:38,731,362Bytes

バイト数の簡易表記

$i = 1KB # 1024が代入される
$i = 1MB # 1048576が代入される
$i = 1GB # 1073741824が代入される

そのほかの基礎文法最速マスターへのリンク

プログラミング基礎文法最速マスターまとめ - ネットサービス研究室
http://d.hatena.ne.jp/seikenn/20100203/programmingMaster

PowerShellの詳しい機能解説についてはこちらの記事を参照してください。
PowerShell的システム管理入門 ―― PowerShell 2.0で始める、これからのWindowsシステム管理術 ―― ─ @IT
進化したPowerShell 2.0 ─ @IT

文法や機能について詳しく学びたい方には書籍もあります
Windows PowerShellポケットリファレンス
PowerShellによるWindowsサーバ管理術

元記事:http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2010/02/13/186034.aspx

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