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。

2016/01/03

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。

2011/04/20

PowerShell 2.0の文法、仕様などが詳しく書かれたドキュメント(英文)がMicrosoftから公開されました。

Download details: Windows PowerShell Language Specification Version 2.0
http://www.microsoft.com/downloads/en/details.aspx?FamilyID=509b77d0-5e5f-4194-a2d0-61648abfd093

320ページのWordファイルです。私はさっそくダウンロードしてpdfで保存しました。(定義済みフィールドプロパティのローカライズの関係上、ヘッダの文字列にエラーが出ているので修正すると良いです。「Heading 1」を「見出し 1」にすればOK)

PowerShellの文法については公式ドキュメントが長らく公開されていませんでした。私が知るかぎり、5年前にPowerShell 1.0のbeta版が公開されたときに付属していたのが公式から出された唯一のものだと思います(RC版からは現行ドキュメントに置き換え)。今回ようやく公式ドキュメントが公開されたのには、PowerShell言語に「Community Promise」が適用されたことと関係があります。

PowerShell Language now licensed under the Community Promise - Windows PowerShell Blog - Site Home - MSDN Blogs
http://blogs.msdn.com/b/powershell/archive/2011/04/16/powershell-language-now-licensed-under-the-community-promise.aspx

Community Promiseとは、Microsoftが自社開発のプログラミング言語などの特許権を行使しないという宣言で、すでにC#とCLIに適用されているものです。今回、PowerShell言語でもCommunity Promiseが適用され、サードパーティがPowerShell言語の実装を自由に行うことができるようになります。もちろんWindows以外のプラットフォーム上で動作するPowerShellを合法的に開発することも可能になります。すでにPashというオープンソースでマルチプラットフォーム対応のPowerShell実行環境のプロジェクトが存在しますが、このプロジェクトの進行を後押しする決定になると思われます。

元記事:http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2011/04/20/198525.aspx

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