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。

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!


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