2013/12/05

はじめに

この記事はPowerShell Advent Calendar 2013の5日目の記事です。

突然ですが、PowerShellにはJobが完了するまで待機するWait-Jobコマンドレットというのがあります。これはその名の通り、パイプラインから入力したJobオブジェクトがすべて(あるいはどれか一つが)完了状態になるまでスクリプトの実行を待機する効果があります。

当然ながらWait-JobはJobオブジェクトにしか利用できませんが、任意の入力オブジェクトに対して待機条件を指定してやれば、その条件を満たすまで実行を停止するコマンドがあると便利なんじゃないかな?と常々思っていたので書いてみました。

Wait-State関数
function Wait-State
{
    [CmdletBinding(DefaultParameterSetName="ByProperty")]
    param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true)]
        [PSObject]$InputObject,
        [Parameter(Position=1,Mandatory=$true,ParameterSetName="ByProperty")]
        [string]$Property,
        [Parameter(Position=2,ParameterSetName="ByProperty")]
        [object]$Value,
        [Parameter(Position=1,Mandatory=$true,ParameterSetName="ScriptBlock")]
        [Alias("Script")]
        [ScriptBlock]$FilterScript,
        [Parameter()]
        [switch]
        $Any,
        [Parameter()]
        [switch]
        $IgnoreImmutable,
        [Parameter()]
        [switch]
        $PassThru,
        [Parameter()]
        [switch]
        $AllOutput,
        [Parameter()]
        [int]
        $IntervalSec=1,
        [Parameter()]
        [int]
        $TimeoutSec=60
    )

    begin
    {
        $objects = @()
        $watch = New-Object System.Diagnostics.StopWatch
        $watch.Start()
        $firstChecked = $false
    }

    process
    {
        foreach($o in $InputObject)
        {
            $objects += $o
        }
    }

    end
    {
        while($true)
        {
            $remains = @()
            foreach($o in $objects)
            {
                if($firstChecked)
                {
                    if($o.Refresh)
                    {
                        $o.Refresh()
                    }
                }

                if($null -ne $FilterScript)
                {
                    if($o|&{process{&$FilterScript}})
                    {
                        if($PassThru)
                        {
                            if((!$IgnoreImmutable -or ($IgnoreImmutable -and $firstChecked)))
                            {
                                $o
                            }
                        }
                    }
                    else
                    {
                        $remains += $o
                    }
                }
                else
                {
                    if($Value -eq $o.$Property  -and (!$IgnoreImmutable -or ($IgnoreImmutable -and $firstChecked)))
                    {
                        if($PassThru)
                        {
                            if((!$IgnoreImmutable -or ($IgnoreImmutable -and $firstChecked)))
                            {
                                $o
                            }
                        }
                    }
                    else
                    {
                        $remains += $o
                    }
                }
            }

            if($remains.Length -eq 0)
            {
                break
            }
            elseif($Any -and $remains.Length -lt $objects.Length)
            {
                if($AllOutput -and $PassThru)
                {
                    $remains
                }
                break
            }
            elseif($watch.Elapsed.TotalSeconds -ge $TimeoutSec)
            {
                if($AllOutput -and $PassThru)
                {
                    $remains
                }
                break
            }
            
            $objects = @($remains)
            $remains = @()
            
            $firstChecked = $true

            Start-Sleep -Seconds $IntervalSec
        }
    }
}
コマンド構文
Wait-State [-Property] <string> [[-Value] <Object>] [-InputObject <psobject>] [-Any] [-IgnoreImmutable] [-PassThru] [-AllOutput] [-IntervalSec <int>] [-TimeoutSec <int>]  [<CommonParameters>]

Wait-State [-FilterScript] <scriptblock> [-InputObject <psobject>] [-Any] [-IgnoreImmutable] [-PassThru] [-AllOutput] [-IntervalSec <int>] [-TimeoutSec <int>]  [<CommonParameters>]
パラメータ

-InputObject:入力オブジェクト。パイプライン入力可。
-Property:変更を確認するプロパティ名。
-Value:-Propertyで指定のプロパティ値が、このパラメータに指定する値になるまで待機する。
-FilterScript:プロパティを指定する代わりに待機条件をスクリプトブロックで指定する。
-Any:入力のどれか一つが条件を満たすまで待機するようにする。(省略時は入力が全部条件を満たすまで待機)
-PassThru:入力オブジェクトが待機条件を満たした時点で、そのオブジェクトを出力する。省略時は出力なし。
-IgnoreImmutable:最初から条件を満たしている場合は出力しない。-PassThruと併用。
-AllOutput:タイムアウトした場合や-Any指定時に一部のオブジェクトしか出力していない場合でも、最終的に未出力のすべてのオブジェクトを出力してから終了する。-PassThruと併用。
-IntervalSec:プロパティ値のチェック、もしくは待機条件スクリプトの実行の間隔秒数を指定。デフォルト1秒。
-TimeoutSec:最大待機秒数。デフォルト60秒。この時間を過ぎると条件を満たしていなくても待機を終了する。

使用例
# 停止しているサービスがすべて開始するまで待機する。
Get-Service |? Status -eq Stopped | Wait-State -Property Status -Value Running

# 上記と同じだが、開始したサービスを逐次表示する。
Get-Service |? Status -eq Stopped | Wait-State -Property Status -Value Running -PassThru

# 停止しているサービスが少なくとも1つ開始するまで待機する。
Get-Service |? Status -eq Stopped | Wait-State -Property Status -Value Running -Any

# プロセスのワーキングセットが100MBを超えた段階で逐次表示する。
Get-Process | Wait-State {$_.WorkingSet -ge 100MB} -PassThru

# 上記と同じだが、最初から100MBを超えてるものは出力しない。
Get-Process | Wait-State {$_.WorkingSet -ge 100MB} -PassThru -IgnoreImmutable

# ディレクトリ内のファイル容量がすべて50KBを超えるまで待機し、出力のFileInfo配列を変数に代入。
$files = Get-ChildItem | Wait-State {$_.Length -ge 50KB} -PassThru -AllOutput -TimeoutSec 3600
問題点

プロパティ値を取得するときにリアルタイムに値が反映されないオブジェクト(要するにGetした時点のプロパティ値がずっと固定されてるもの)に対しては正しく動作しません。というか、PowerShellで扱うオブジェクトはほとんどそうなんじゃないかと思います(汗

ServiceControllerオブジェクト、Processオブジェクト、FileInfoオブジェクト、DirectoryInfoオブジェクトについては、Refreshメソッドを実行すると、プロパティ値を現在の値に更新してくれるので、それを利用してプロパティ値を監視できるようにはしています。

それ以外についても監視できるようにするには、たぶんそれぞれのオブジェクトに応じた監視方法を地道に調査して実装していくしかないんじゃないかなあと思います。

INotifyPropertyChangedインターフェースを実装したクラスについては、PropertyChangedイベントをSubscribeしてプロパティ値の変更を追跡できるようにしてみようとちょっと思ったんですが、PowerShellで扱うオブジェクトにINotifyPropertyChangedを実装したクラスのものってそんなにあるんだろうか?と疑問を覚えたのでやめました。

WMIオブジェクトについては何か共通の方法でプロパティ値変更を監視できないかなあと思ったんですが、結局IntervalSec間隔でクエリを発行する方法になってしまい、低コストで行う方法がちょっと思いつきませんでした。

ただ、-FilterScriptパラメータをサポートしているので、ここに書くことでいかようにも待機条件をカスタマイズできるので、極端な話、条件スクリプトブロックに{(Get-Hoge -Name $_.Name).Property -eq “ほげ”}みたいなコードを書いてゴリ押しすることもできるかと思います。

感想

というわけで、なんだか微妙な成果になって恐縮ですが、なんで無いんだろうと思っていた関数を実際に書いてみると、無い理由が分かったりするものなんだなあ、と思ったりした次第です。

スクリプトの解説を何もしてないですが、あえて解説する程のものでもないこともないですが、まあ長くなるのでやめときます。

ただ、入力オブジェクトを一旦全部取得してから、後続パイプラインに流し込む例としていくらか参考になるかもしれません。(beginで入れ物を用意して、processで詰めて、endでメインの処理を書くだけですけど)

あとはフィルタースクリプトブロックの実装方法の一例としても参考になるかも? スクリプトブロックを二重にして$_に対象オブジェクトがきちんと格納されるようにする方法、若干トリッキーな気もしますが正式にはどう書くのが良いのか不明なのでこうしてみました。

2011/12/13

はじめに

この記事はPowerShell Advent Calendar 2011の13日目、そして私の2回目の記事となります。

今日のテーマは前回の続きで、PowerShellのバックグラウンドジョブの結果を読み取ったり、バックグラウンドジョブに値を与えたりして、ジョブと通信を行う方法を解説します。

ジョブから呼び出し元に値を返却する

ジョブの結果を取得するにはReceive-Jobコマンドレットを使用すれば良いと前回書きましたが、今回はジョブ側から結果を返す実際の方法を示します。

基本的にPowerShellのスクリプトやスクリプトブロックが呼び出し元に返却する値というのは、そのスクリプト(or ブロック)でパイプラインを通じて最終的にデフォルト出力に渡されたすべての値です。複数行に渡って出力されている場合は、呼び出し元にはその配列(object[])として返却されます。

ジョブにおいてもそれは同様で、基本的にStart-Jobなどで生成したスクリプトやスクリプトブロックが出力したすべての値がジョブの出力となり、呼び出し元からはReceive-Jobコマンドレットで受け取ることができます。

以下に現在の日付時刻を出力するサンプルを示します。サンプルなのでジョブなのに同期的な処理になってますがご了承を。

$job=Start-Job {
    Start-Sleep -sec 5
    Get-Date
}
Wait-Job $job|Receive-Job

複数だと以下のようになります。

$job=Start-Job {
    Start-Sleep -sec 1
    "Give me job."
    Get-Date
    1+1
}
Wait-Job $job|Receive-Job

この場合だと文字列、日付時刻、数値の3種類のオブジェクトが出力されますので、結果は長さ3のobject配列になります。そのためこれらの値を個別に取り出す場合は次のようにします。

$job=Start-Job {
    Start-Sleep -sec 1
    "Give me job."
    Get-Date
    1+1
}
$result=Wait-Job $job|Receive-Job
Write-Host $result[0]
Write-Host $result[1].ToString("yyyyMMdd")
Write-Host $result[2]

このように配列のインデックスで各値にアクセスできますが、これだと受け取り側での処理が分かりにくいと思われるかもしれませんね。

そこでお勧めなのが、このように複数値を返却するのではなく、カスタムオブジェクトを1つだけ返却するようにする方法です。

$job = Start-Job {
    Start-Sleep -sec 1
    $ret = New-Object PSObject -property @{
        String = "Give me job.";
        Date = Get-Date;
        Number = 1+1
    }
    $ret
}
$result = Wait-Job $job|Receive-Job
Write-Host $result.String
Write-Host $result.Date.ToString("yyyyMMdd")
Write-Host $result.Number

この方法ではジョブの中でNew-Objectコマンドレットでカスタムオブジェクトを作成し、それを返却しています。返却値は1つのオブジェクトでそのプロパティに値が格納されているのでドット演算子で値を参照できるようになりました。

ただしこの方法にも欠点があって、Receive-Objectで結果を参照するとき、ジョブが終了するまですべての値が参照できません。実はジョブが完了してない段階でも、Receive-Objectを実行するとジョブがそこまで出力した値を逐次取得することができるのです。よって

$job=Start-Job {
    Start-Sleep -sec 3
    "Give me job."
    Start-Sleep -sec 3
    Get-Date
    Start-Sleep -sec 3
    1+1
}

のようにしてジョブを走らせた後、適当な間隔で

$job|Receive-Job

を実行すると、それまでに出力した部分までを取得して書き出します。先程の例のように出力をカスタムオブジェクトでまとめてしまうとこの手法が使えなくなってしまいます。

どちらもメリット、デメリットがあるのでうまく使い分けると良いかと思います。具体的にはジョブの実行途中では結果を取得せず、ジョブ完了後の最終的な結果のみまとめて参照したい場合はカスタムオブジェクトで返却し、それ以外はそのまま随時値を返却するようにすればいいと思います。

さて、ジョブの結果を受け取る際にもう一点注意しなければならないことがあります。それはジョブが返すオブジェクトの型です。PowerShellのジョブ機能はリモーティング機構の上に構築されているというのは前回も書きましたが、その関係上、呼び出し元とジョブとの間でオブジェクトを受け渡しする場合は一度シリアル化され、受け取り側でデシリアライズされます。

オブジェクトのクラスもしくは構造体がシリアライズ可能(Serializable属性がついている)なら、PowerShellによりシリアル化→デシリアライズされたオブジェクトはシリアル化される前のオブジェクトと同一のものです。しかしそうではないオブジェクトの場合だと完全に元と同じオブジェクトには復元されません。

たとえば(Get-Process)[0]をジョブで実行するとSystem.Diagnostics.Processオブジェクトが得られますが、それをジョブの呼び出し元に返却するとDeserialized.System.Diagnostics.Processというカスタムオブジェクトに変換されます。このオブジェクトは各プロパティ値は(シリアル化可能なものだけ)保持しているものの、メソッド定義などは消失しているのでこのオブジェクトのメソッドを実行することはできません。

ちなみにSystem.StringクラスやSystem.Int32やSystem.DateTime構造体はSerializable属性がついているのでジョブの結果として取得しても元のオブジェクトと同一なので、メソッドなどが呼び出し可能です。

ジョブに呼び出し元の値を渡す

今度は逆の場合です。ジョブを走らせるとき、呼び出し元からジョブに値を渡す方法です。

$job = Start-Job {
    param($date,$value)
    Start-Sleep -sec 1
    "${date}の${value}日後の日付は" + $date.AddDays($value).ToString("yyyy/MM/dd") + "です。"
} -argumentList @((Get-Date),1)
Wait-Job $job|Receive-Job

このようにStart-Jobコマンドレットの-argumentListパラメータに、ジョブに渡したい値を指定すればOKです。複数ある場合はこのように配列指定も可能です。

ジョブ側ではparamキーワードで仮引数を指定しておけば、スクリプトブロック内で呼び出し元の値が格納された変数を使用できます。ここではparamを使いましたが、paramを使用しない場合は$argsに実引数が配列として格納されているので、これを利用するのでもOKです。

値を渡す場合でもシリアライズとデシリアライズが行われるので、その点だけは注意が必要です。

ジョブは呼び出し元と別インスタンスなので、呼び出し元に読み込まれた関数を参照することはできません。よってジョブでも呼び出し元で定義した関数を実行したい場合は同様に-argumentListで関数の実体であるスクリプトブロックを送ってやる必要があります。

function Get-Test
{
    "テスト!" + (1+1)
}

$job = Start-Job {
    param($sb)
    &([scriptblock]::Create($sb))
} -argumentList (Get-Item Function:\Get-Test).ScriptBlock

Wait-Job $job|Receive-Job

-argumentListでスクリプトブロックを渡すとStringにキャストされてしまうので、ジョブ内でそれをCreateメソッドでスクリプトブロックに戻してから実行演算子&で実行するという回りくどいことになってしまいました。関数にこだわらなければ呼び出し側でスクリプトブロックを作って変数に入れ、それを-argumentListに入れてやると少しだけ記述がシンプルになりますが、ジョブ内でスクリプトブロックを復元しなければならないのは同様です。

いずれにせよあんまり美しくないのでお勧めしません。こんなことをやるくらいならジョブの中あるいは -InitializationScriptパラメータの中で関数やスクリプトブロックを定義してやるか、関数を別スクリプトファイルに切り出して、そのスクリプトファイルをジョブ内で読み込むほうが良いかと思います。前者の場合だと呼び出し元とジョブ内で関数を共有することはできませんが、後者の方法だとファイルとしては分割してしまいますが可能です。

おわりに

今回はジョブと通信する方法として、ジョブから結果を出力したり、ジョブに値を渡したりする方法をまとめました。意外と落とし穴が多いので注意してください。

このシリーズはあと1回だけ続く予定です。お楽しみに。


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