面试题：Bash脚本中资源消耗监控及优化

Question

假设你有一个复杂的Bash脚本，其中包含多个循环、函数调用以及外部命令执行。现在需要监控该脚本执行过程中的CPU和内存消耗情况，并根据监控数据对脚本进行优化，以减少资源占用。请描述具体的监控方法和可能的优化思路，并提供关键代码片段。

Answer 1

监控方法

1. 使用time命令：可以简单获取脚本执行的总时间。在脚本开头和结尾分别记录时间点，计算差值，能知道脚本整体执行耗时，但不能实时监控CPU和内存。

start_time=$(date +%s.%N)
# 这里是你的复杂Bash脚本内容
end_time=$(date +%s.%N)
elapsed_time=$(echo "$end_time - $start_time" | bc)
echo "脚本执行时间: $elapsed_time 秒"

2. 使用ps命令：结合while循环实时获取脚本进程的CPU和内存使用情况。假设脚本运行的进程ID为$pid。

while true; do
    cpu_usage=$(ps -p $pid -o %cpu | tail -n 1)
    mem_usage=$(ps -p $pid -o %mem | tail -n 1)
    echo "CPU使用率: $cpu_usage%, 内存使用率: $mem_usage%"
    sleep 1 # 每秒监控一次
done

3. 使用top或htop：在另一个终端窗口中使用top（标准Linux工具）或htop（更友好的界面），通过按P（top中）根据CPU使用率排序，按M根据内存使用率排序，找到脚本对应的进程观察其资源占用情况。

优化思路

1. 减少循环次数：检查循环中是否有不必要的迭代，尽量提前结束循环。例如，在查找满足条件的元素时，一旦找到就退出循环。

for i in {1..100}; do
    if [ $i -eq 50 ]; then
        break
    fi
    # 其他操作
done

2. 优化函数调用：避免在循环中频繁调用复杂函数。可以将函数计算结果缓存起来，在循环内直接使用缓存值。

function complex_function() {
    # 复杂计算
    result=$(echo "一些复杂运算" | bc)
    echo $result
}
cached_result=$(complex_function)
for i in {1..10}; do
    # 使用缓存结果
    echo "使用缓存结果: $cached_result"
done

3. 优化外部命令执行：尽量减少外部命令的调用次数。如果多个外部命令有类似功能，可以选择功能最全且资源消耗少的命令，或者合并多个外部命令为一个。例如，使用xargs将多个文件操作合并。

# 优化前
for file in *.txt; do
    cat $file | grep "关键词"
done
# 优化后
find . -name "*.txt" -exec grep "关键词" {} +

4. 释放内存：如果脚本中创建了大数组或变量占用大量内存，在使用完后及时释放。例如，将大数组设置为空。

big_array=(1 2 3 ... 100000)
# 使用数组
unset big_array