2017/12/10

この記事はPowerShell Advent Calendar 2017の10日目です。

PowerShellはオブジェクトを扱うシェルですが、別にテキストデータを扱えない訳ではありません。むしろ、PowerShellで取得したデータをテキストファイルとして保存したり、スクリプトで用いるデータをテキストファイルで保存しておくことは日常的に行われることだと思います。

ただし、PowerShellで扱うデータはオブジェクトであり、テキストファイルは文字通り文字列であることから、コマンドレットを用いる等、何らかの手段で変換が必要になります。また、テキストデータ形式にも様々な種類があり、それぞれメリット、デメリットが存在します。今回の記事では、PowerShellで用いるデータを保持しておく際のテキストデータ形式について比較をしてみます。

プレーンテキスト

プレーンテキスト、すなわち書式なしのテキストファイルです。もっともシンプルな使い方をする場合、文字列配列の各要素に含まれる文字列が、テキストファイルの1行と対応します。

書き出し
$lines | Set-Content -LiteralPath file.txt -Encoding UTF8

$linesは文字列変数です。

特に理由がなければ文字コードはUTF-8で良いと思います。

追記
$lines | Add-Content -LiteralPath file.txt -Encoding UTF8

Add-Contentは実行のたびにファイルを開いて、書き込んでから閉じるという動作をするので、1行ずつforeachで実行するのはNGです。

読み込み
$lines = @(Get-Content -LiteralPath file.txt -Encoding UTF8)
メリット
  • 文字列配列をテキストファイルに書き出すのは多分これが一番楽だと思います。
  • 書き出したデータは人間にも読みやすい。 編集もしやすい。
デメリット
  • 文字列だけを保存しておきたいというケースがそもそも少ない。
CSV

コンマ等の特別な文字で区切り、1行あたりに複数のデータを保存できる形式です。

PowerShellのコマンドレットで扱う場合、オブジェクトが持つプロパティがヘッダ列名に対応します。各行にオブジェクト配列1要素のプロパティ値が、カンマ区切りで保持されます。

書き出し
$objects | Export-Csv -LiteralPath file.csv -NoTypeInformation -Encoding Default

$objectsは任意のオブジェクト配列です。必要であればSelect-Objectコマンドレットを併用して、プロパティを絞り込みます。

文字コードはExcelでそのまま読み込み/書き出しができるDefault(日本語環境ではShift_JIS)がお勧めです。(最近のExcel2016ならUTF8も一応読めますが)

追記
$objects | Export-Csv -LiteralPath file.csv -Append -NoTypeInformation -Encoding Default
読み込み
$objects = Import-Csv -LiteralPath file.csv -Encoding Default
メリット
  • オブジェクトのプロパティ値が、すべて数値あるいは文字列で表現できる値を持つ場合に最も適合する。
  • 人間にも読みやすく、ある程度は編集もできる。
  • Excelで開ける。
デメリット
  • オブジェクトのプロパティが、数値と文字列以外のオブジェクトである場合、すなわち、階層構造を持つデータの保存には適さない。
  • 数値も文字列として読み込まれてしまうので、数値として扱いたい場合は変換が必要になる。
  • Export-CsvとImport-Csvで扱うCSVファイルはヘッダが必須。つまり、ヘッダなしのCSVファイルが既にあって、それを読み書きするという用途には適さない。(できなくはないが)
  • 書き出し時の列順を制御することができない。つまり、PowerShellで書き出したCSVを、列順が固定であるとの想定である他のプログラムで読み込むことは基本NG。
  • 書き出し時、1つ目の要素に存在しないプロパティは、2つ目以降では存在しないものとして扱われる。同種のオブジェクトで構成される配列なら通常は問題ないのだが、要素によって動的に追加されるプロパティがあったりなかったりすると厄介。(ADでありがち)
JSON

JavaScriptのような表記でデータを保持するデータ形式です。データの受け渡しに様々な言語で利用できます。Web APIでもよく利用されます。

PowerShellではv3からJSONを扱うコマンドレットが提供されています。

書き出し
$objects | ConvertTo-Json | Set-Content -LiteralPath file.json -Encoding UTF8
読み込み
$objects = Get-Content -LiteralPath file.json -Encoding UTF8 -Raw | ConvertFrom-Json
メリット
  • CSVと異なり、階層構造を持ったデータでも扱える。
  • CSVと異なり、数値は数値型のまま読み書き可能。 (整数値はint、小数値はdecimal)
  • 人間にもまぁまぁ読めるし、頑張れば編集できなくもない。
デメリット
  • -Depthパラメータによりプロパティを展開する階層の深さを指定はできるが、プロパティに応じて深さ指定を変化させるというようなことはできない。基本的には、自分で構築したPSCustomObjectを使うか、JSON化する前に自分で元オブジェクトを整形しておく必要がある。
  • 直接ファイルに書き出し、追記、ファイルから読み込みするコマンドレットはない。
  • 実は細かい話をしだすと色々と罠があります…。
CLIXML

PowerShellではPSリモーティング等、プロセス間でオブジェクトのやり取りを行う際に、CLIXML形式を介してシリアライズ/デシリアライズが実行されます。シリアライズ対象によっては、完全に元のクラスのオブジェクトに復元されます。(復元されないオブジェクトにはクラス名にDeserialized.との接頭辞が付与され、プロパティ値のみ復元される)

ユーザーもコマンドレットを用いて、任意のデータをCLIXML形式でシリアライズし、XMLファイルとして保存することができます。

書き出し
$objects | Export-Clixml -LiteralPath file.xml
読み込み
$objects = Import-Clixml -LiteralPath file.xml
メリット
  • 元のオブジェクトの構造、プロパティ値と型情報を含めてほぼ完全にテキストファイルに保存できる。
  • 復元したオブジェクトはプロパティ値を参照できるのはもちろん、オブジェクト全体が完全にデシリアライズされ、元の型に戻った場合には、メソッドを実行することも可能。
  • 例え元の型に戻らず、Deserialized.との接頭辞が付いた状態でも、コンソールに表示する場合は元の型のフォーマットが使われるので見やすい。
デメリット
  • すべてのオブジェクトが元の型に戻せるわけではない。戻せるかどうかは確認が必要。
  • 人間が読み書きするようなものではない。

ちなみに、ConvertTo-Xmlという似たようなコマンドレットがありますが、出力形式はCLIXMLではない上、復元の手段もなく、かといって別に読みやすいXMLというわけでもなく、正直何のために使うのかよく分かりません(適切なxsltでも用意すればいいのかな?)。まだConvertTo-Htmlの方が使えそうです。

psd1

psd1は「PowerShellデータファイル」で、モジュールマニフェストやローカライズデータに使われるファイル形式です。スクリプトファイルの1種ですが、数値や文字列リテラル、配列、連想配列、コメントなど基本的な言語要素のみ使用可能です。PowerShell 5.0以降ではImport-PowerShellDataFileコマンドレットを用いて、任意のpsd1ファイルのデータを読み込み、変数に格納することが可能です。

書き出し

書き出し用のコマンドレットはありません。

読み込み

例えば以下のような内容をbackup_setting.psd1として保存しておきます。ルート要素は必ず連想配列にします。

@{
	Directories = @(
		@{
			From = "C:\test1"       # コピー元
			To = "D:\backup\test1"  # コピー先
			Exclude = @("*.exe", "*.dll")
			Recurse = $true
		},
		@{
			From = "C:\test2"
			To = "D:\backup\test2"
			Exclude = @("*.exe")
			LimitSize = 50MB
		},
		@{
			From = "C:\test3"
			To = "D:\backup\test4"
		}
	)
	Start = "0:00"
}

なお、dataセクションで全体を括ってもいいですが、psd1で許容される言語要素はdataセクションより更に制限がきついので、敢えてしなくてもいいんじゃないかと思います。

このファイルは以下のように読み込めます。

$setting = Import-PowerShellDataFile -LiteralPath backup_setting.psd1

$settingには連想配列が格納され、以下のように値が参照できます。

$setting.Directories | foreach {Copy-Item -Path $_.From -Destination $_.To}
メリット
  • PowerShellの構文でデータを記述できる。
  • 通常のps1ファイルを呼び出すのとは異なり、式の評価やコマンド実行などはされない分、セキュアである。
  • 配列と連想配列の組み合わせにより、JSONライクな階層構造を持てる。型情報も保持される。
  • JSONとは違い、コメントが入れられる。
デメリット
まとめ

PowerShellで扱うデータをテキストファイルとして保存する際には、各テキストデータ形式の特性を理解し、メリット、デメリットを踏まえて選定する必要があります。

また、当然ながらテキストファイルに保持することが不適切なデータもありますので、そこは注意してください。(画像データを敢えてBase64とかでエンコードしてテキストファイル化する意味があるのか、とかですね)

個人的には…

ちょっとした作業ログ等を記録しておきたい→プレーンテキスト

.NETオブジェクトの一部のプロパティだけ抜き出してファイル化したい→CSV

自分で構築したPSCustomObjectをファイル化したい→JSON

.NETオブジェクト全体をファイル化したい→CLIXML

スクリプトで使う設定データを用意したい→psd1

みたいな感じでなんとなく使い分けていると思います。psd1はまだ採用例はないですが…。

今回はビルトインのコマンドレットで扱えるもののみ取り上げましたが、他にもyaml等のテキストデータ形式が存在し、有志によるモジュールを用いて扱うことが可能です。

2012/08/01

シェル操作課題 (cut, sort, uniq などで集計を行う) 設問編 - Yamashiro0217の日記

ログファイルをコマンド使って解析するというこの課題。

え。Windows?まさか???cygwin入れたり、vmでやってみたり、開発サーバーで作業すればいいんじゃないっすか(ホジホジ)

いやいやWindowsでシェルと言えばPowerShellでしょう!というわけでやってみました。出力形式に関しては本筋とは関係ないと思うので、PowerShellのデフォルトのままです。

準備
$logs = Import-Csv hoge.log -Header ServerName,UnixTime,UserId,AccessUrl
問1 このファイルを表示しろ
$logs
問2 このファイルからサーバー名とアクセス先だけ表示しろ
$logs|select ServerName,AccessUrl
問3 このファイルからserver4の行だけ表示しろ
$logs|where {$_.ServerName -eq "server4"}
問4 このファイルの行数を表示しろ
$logs|measure
問5 このファイルをサーバー名、ユーザーIDの昇順で5行だけ表示しろ
$logs|sort ServerName,{[int]$_.UserId}|select -First 5
問6 このファイルには重複行がある。重複行はまとめて数え行数を表示しろ
$logs|sort * -Unique|measure
問7 このログのUU(ユニークユーザー)数を表示しろ
$logs|sort UserId -Unique|measure
問8 このログのアクセス先ごとにアクセス数を数え上位1つを表示しろ
$logs|group AccessUrl -NoElement|sort Count -Descending|select -First 1
問9 このログのserverという文字列をxxxという文字列に変え、サーバー毎のアクセス数を表示しろ
$logs|group {$_.ServerName -replace "server","xxx"} -NoElement|sort Count -Descending
問10 このログのユーザーIDが10以上の人のユニークなユーザーIDをユーザーIDでソートして表示しろ
$logs|where {[int]$_.UserId -ge 10}|select -Expand UserId|sort -Unique

PowerShellはテキスト情報をテキストのまま扱うのではなく、オブジェクトとして扱うところが特徴で、CSVファイルもImport-Csvコマンドレットを用いることで、ヘッダ文字列をプロパティ名として各行をオブジェクトとして読み込んでくれます。

あとは各種オブジェクト処理のコマンドレットに、パイプライン経由でオブジェクトを渡していくだけです。コマンドが何をやっているのかも、列番号ではなくプロパティ名を指定してやるので分かりやすいと思います。この課題に寄せられた回答の中では、シェル操作課題 SQLによる解答例が近いかと思います。

今回はCSVから情報を読み込んでいますが、ソースは別になんであってもいいわけです。たとえばGet-EventLogコマンドレットだとイベントログから持ってくることもできますし、XMLなら$xml=[xml](Get-Content file.xml)みたいな感じです。一旦オブジェクトとして取得できてしまえば、あとの処理方法は基本的に同じなので悩む必要がないのが良いところです。

そしてPowerShellの良いところはやはり、外部処理コマンドを使わずとも、シェル言語と組み込みコマンド(コマンドレット)のみで処理が完結するところです。たとえばbashだけでやるとtsekine's miscellaneous thoughts: シェル操作課題への回答のような大変なことになるようです。sortなど基本的なコマンドは使用するにしても、複雑なフィルタ処理などはawkを組みあわせる等しないと、特に後半の処理は辛いでしょう。PowerShellなら異なる処理系を持ち出す必要がなく、PowerShellのみですべて行えます。

もちろん問題点も色々あります。まず第一に、今回の課題のように、ヘッダ文字列がないCSVの場合は例のようにヘッダー文字列(=プロパティ名)を自分で定義してやる必要が出てきます。そのため可読性はともかく、若干、冗長なところがでてきてます。まあ例のように一旦オブジェクトを作って変数に入れてしまえばあとは使いまわせますが、そこはちょっと厳しい点かもしれません。

あとImport-CsvコマンドレットはCSVの各エントリをすべて文字列型のプロパティとしてオブジェクトに格納するところがちょっと微妙な気がしました。数値は数値型で入れてほしいですよね。おかげで何か所か、[int]にキャストせざるを得ない部分が出てきました。

そして処理速度の問題。おそらくログファイルが巨大だとかなりリソースを食って時間もかかると思います。処理を分ける、バックグラウンドジョブやワークフローで動かす、そもそもログファイルを分割保存するようにしておく、等、実運用上では工夫が必要かと思います。

(5:14追記)
既出でした>< [Power Shell] シェル操作課題への回答 - Pastebin.com(by @usamin5885さん)



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