PowerShell (pwsh) 全面使用指南

引言

PowerShell 是什么？

PowerShell (pwsh) 是微软开发的一种跨平台的任务自动化和配置管理框架，由命令行 shell 和脚本语言组成。它构建在 .NET Framework / .NET Core 之上，旨在帮助 IT 专业人员和开发人员控制和自动化 Windows、Linux 和 macOS 操作系统的管理。与传统的命令行 shell（如 cmd.exe 或 Bash）不同，PowerShell 处理的是对象而不是纯文本流，这使得它在数据处理和系统管理方面更加强大和灵活。

PowerShell 的历史和发展

• Monad (2003-2006)：PowerShell 最初代号为 “Monad”，旨在提供一种更强大、更一致的命令行体验。
• Windows PowerShell 1.0 (2006)：随 Windows Vista 和 Windows Server 2008 发布，引入了核心概念，如 Cmdlet、管道和对象。
• Windows PowerShell 2.0 (2009)：随 Windows 7 和 Windows Server 2008 R2 发布，引入了远程处理 (Remoting)、后台作业 (Background Jobs)、脚本调试和模块化等重要功能。
• Windows PowerShell 3.0 (2012)：随 Windows 8 和 Windows Server 2012 发布，改进了工作流、IntelliSense、模块自动加载等。
• Windows PowerShell 4.0 (2013)：随 Windows 8.1 和 Windows Server 2012 R2 发布，引入了 Desired State Configuration (DSC)。
• Windows PowerShell 5.0/5.1 (2015/2016)：随 Windows 10 和 Windows Server 2016 发布，增强了安全性、类定义、调试和 DSC 功能。
• PowerShell Core 6.x (2016-2019)：基于 .NET Core，实现了跨平台（Windows, Linux, macOS），并开源。名称从 “Windows PowerShell” 变为 “PowerShell Core”。
• PowerShell 7.x (2020-至今)：统一了 Windows PowerShell 和 PowerShell Core 的发展路径，基于最新的 .NET 版本，继续增强跨平台兼容性、性能和功能。名称简化为 “PowerShell”。

PowerShell 的核心优势

• 面向对象：处理结构化数据（对象），而不是纯文本，便于数据提取和操作。
• 一致性：Cmdlet 遵循 动词-名词 的命名规范，易于学习和预测。
• 可扩展性：通过模块可以轻松添加新的命令和功能。
• 脚本能力：强大的脚本语言，支持函数、循环、条件判断、错误处理等。
• 远程管理：内置强大的远程处理能力，可以管理多台计算机。
• 集成性：与 .NET、WMI、CIM、COM、Active Directory、REST API 等多种技术无缝集成。
• 跨平台：PowerShell 7+ 可在 Windows、Linux 和 macOS 上运行。
• 自动化：非常适合自动化重复性任务和复杂的管理流程。

基础概念

理解 PowerShell 的核心概念是高效使用它的关键。

Cmdlet (命令)

Cmdlet（发音 “command-let”）是 PowerShell 的原生命令。它们是轻量级的 .NET 类实例，执行特定的操作。Cmdlet 的命名遵循 动词-名词 的模式，例如：

• Get-Process：获取当前运行的进程。
• Stop-Service：停止一个服务。
• New-Item：创建一个新项（如文件或目录）。
• Set-Content：设置文件内容。

这种命名规范使得命令的功能易于理解和发现。动词表示操作（Get, Set, New, Remove, Start, Stop 等），名词表示操作的对象（Process, Service, Item, Content 等）。

管道 (Pipeline)

管道 (|) 是 PowerShell 最强大的特性之一。它允许将一个 Cmdlet 的输出（对象）直接传递给另一个 Cmdlet 作为输入，形成命令链。这使得复杂任务可以通过组合简单的命令来完成。

# 获取所有名称以 "s" 开头的服务，并停止它们
Get-Service -Name s* | Stop-Service -WhatIf # -WhatIf 参数用于预览操作，不实际执行

# 获取当前目录下的所有 .log 文件，并计算它们的总大小
Get-ChildItem -Filter *.log | Measure-Object -Property Length -Sum

由于 PowerShell 传递的是对象，管道操作比传统的基于文本的管道更加灵活和可靠，无需复杂的文本解析。

对象 (Objects)

PowerShell 的核心是对象。Cmdlet 的输出是 .NET 对象，这些对象包含属性（数据）和方法（操作）。

# 获取记事本进程对象
$process = Get-Process -Name notepad

# 查看对象的类型
$process.GetType().FullName

# 查看对象的所有成员（属性和方法）
$process | Get-Member

# 访问对象的属性
Write-Host "进程 ID: $($process.Id)"
Write-Host "进程名称: $($process.ProcessName)"
Write-Host "内存使用 (MB): $($process.WorkingSet64 / 1MB)"

# 调用对象的方法 (示例：结束进程)
# $process.Kill()

使用对象使得数据处理更加精确，可以通过点 (.) 操作符访问对象的属性和方法。

变量 (Variables)

变量用于存储数据。在 PowerShell 中，变量名以美元符号 ($) 开头。

# 赋值
$name = "PowerShell User"
$count = 10
$processes = Get-Process

# 使用变量
Write-Host "Hello, $name!"
Write-Host "There are $count items."
Write-Host "Number of processes: $($processes.Count)" # 在字符串中使用表达式

# 变量类型 (PowerShell 通常会自动推断)
$number = 100       # [int]
$pi = 3.14159     # [double]
$text = "Some text" # [string]
$today = Get-Date    # [datetime]
$list = 1, 2, 3    # [object[]], 实际上是 [int[]]

# 强制类型
[string]$value = 123
Write-Host $value.GetType().Name # 输出 String

别名 (Aliases)

别名是 Cmdlet 或命令的替代名称，通常更短，便于快速输入。PowerShell 提供了许多内置别名，尤其是为了兼容 Unix/Linux 和 cmd.exe 用户。

• ls 或 dir 是 Get-ChildItem 的别名。
• cd 是 Set-Location 的别名。
• ps 是 Get-Process 的别名。
• kill 是 Stop-Process 的别名。
• cat 或 type 是 Get-Content 的别名。
• echo 是 Write-Host 或 Write-Output 的别名。
• cp 或 copy 是 Copy-Item 的别名。
• rm 或 del 是 Remove-Item 的别名。

可以使用 Get-Alias 查看所有别名，New-Alias 创建自定义别名。

注意：在编写脚本时，建议使用完整的 Cmdlet 名称以提高可读性和可维护性，避免使用别名。

提供程序 (Providers)

PowerShell Provider 允许像访问文件系统一样访问不同的数据存储。例如：

• FileSystem：访问文件和目录 (C:, D:)。
• Registry：访问 Windows 注册表 (HKLM:, HKCU:)。
• Environment：访问环境变量 (Env:)。
• Variable：访问当前会话的变量 (Variable:)。
• Function：访问当前会话的函数 (Function:)。
• Alias：访问当前会话的别名 (Alias:)。
• Certificate：访问证书存储 (Cert:)。

可以使用 Get-PSProvider 查看所有可用的提供程序。通过提供程序，可以使用标准的 Item Cmdlet（如 Get-Item, Set-Item, Get-ChildItem）来操作这些不同的数据源。

# 切换到注册表驱动器
Set-Location HKLM:\SOFTWARE\Microsoft

# 列出子项
Get-ChildItem

# 查看环境变量
Get-ChildItem Env:

# 查看 PATH 环境变量
$env:PATH

执行策略 (Execution Policy)

执行策略是 PowerShell 的一项安全功能，用于控制加载配置文件和运行脚本的条件。它有助于防止恶意脚本的执行。

可以使用 Get-ExecutionPolicy 查看当前策略，Set-ExecutionPolicy 进行设置（需要管理员权限）。

常见的策略级别：

• Restricted：默认策略（Windows 客户端）。不允许运行任何脚本。只允许交互式命令。
• AllSigned：只允许运行由受信任发布者签名的脚本。
• RemoteSigned：默认策略（Windows 服务器）。允许运行本地创建的脚本；从网络下载的脚本必须由受信任发布者签名。
• Unrestricted：允许运行所有脚本，但对来自网络的未签名脚本会提示确认。
• Bypass：不阻止任何操作，也没有警告或提示。
• Undefined：没有定义执行策略。

# 查看当前策略
Get-ExecutionPolicy -List # 查看所有作用域的策略

# 设置执行策略 (需要管理员权限)
# Set-ExecutionPolicy RemoteSigned -Scope CurrentUser

可以使用 -Scope 参数指定策略的作用范围（如 Process, CurrentUser, LocalMachine）。

常用命令 (Cmdlets)

掌握常用的 Cmdlet 是日常使用 PowerShell 的基础。

文件和目录操作

• Get-ChildItem (alias: ls, dir, gci): 列出目录内容或文件信息。

  Get-ChildItem C:\Windows
  Get-ChildItem -Path C:\Users -Directory # 只列出目录
  Get-ChildItem -Path C:\Logs -Filter *.log -Recurse # 递归查找 .log 文件
  Get-ChildItem -Path . -File | Where-Object {$_.LastWriteTime -lt (Get-Date).AddDays(-30)} # 查找30天前修改的文件

• Copy-Item (alias: cp, copy, cpi): 复制文件或目录。

  Copy-Item -Path C:\source.txt -Destination D:\backup\
  Copy-Item -Path C:\MyFolder -Destination D:\BackupFolder -Recurse # 复制目录及其内容

• Remove-Item (alias: rm, del, erase, rd, ri): 删除文件或目录。

  Remove-Item -Path C:\temp\oldfile.txt
  Remove-Item -Path C:\Temp\* -Recurse -Force # 强制递归删除 Temp 目录下所有内容

• New-Item (alias: ni, md, mkdir): 创建新项（文件、目录等）。

  New-Item -Path C:\MyNewFolder -ItemType Directory
  New-Item -Path C:\MyNewFile.txt -ItemType File -Value "Initial content"

• Set-Location (alias: cd, sl): 更改当前工作目录。

  Set-Location C:\Windows\System32
  cd .. # 返回上一级目录
  cd ~   # 返回用户主目录

• Get-Content (alias: cat, type, gc): 获取文件内容。

  Get-Content -Path C:\config.ini
  Get-Content -Path C:\log.txt -Tail 10 # 获取最后 10 行
  Get-Content -Path C:\largefile.log -TotalCount 100 # 获取前 100 行
  (Get-Content -Path C:\users.json) | ConvertFrom-Json # 读取 JSON 文件并转换为对象

• Set-Content (alias: sc): 设置（覆盖）文件内容。

  Set-Content -Path C:\status.txt -Value "Process Complete"
  Get-Process | Out-String | Set-Content -Path C:\processes.txt # 将进程列表写入文件

• Add-Content (alias: ac): 向文件追加内容。

  Add-Content -Path C:\app.log -Value "$(Get-Date): Application started."

进程管理

• Get-Process (alias: ps, gps): 获取正在运行的进程。

  Get-Process
  Get-Process -Name notepad, chrome
  Get-Process | Sort-Object -Property CPU -Descending | Select-Object -First 5 # CPU 占用最高的 5 个进程

• Stop-Process (alias: kill, spps): 停止一个或多个进程。

  Stop-Process -Name notepad
  Get-Process -Name "badapp*" | Stop-Process -Force -WhatIf
  Stop-Process -Id 1234

• Start-Process (alias: start, saps): 启动一个新进程。

  Start-Process notepad.exe
  Start-Process C:\MyApp\run.bat
  Start-Process https://www.microsoft.com # 打开默认浏览器访问 URL
  Start-Process powershell -Verb RunAs # 以管理员身份启动 PowerShell

服务管理

• Get-Service (alias: gsv): 获取系统服务。

  Get-Service
  Get-Service -Name WinRM, Spooler
  Get-Service -DisplayName "*Network*" # 按显示名称查找
  Get-Service | Where-Object {$_.Status -eq 'Running'} # 获取正在运行的服务

• Start-Service (alias: sasv): 启动服务。

  Start-Service -Name Spooler
  Get-Service -Name BITS | Start-Service

• Stop-Service (alias: spsv): 停止服务。

  Stop-Service -Name Spooler -Force
  Get-Service -Name "MyCustomService" | Stop-Service -WhatIf

• Restart-Service (alias: rsv): 重启服务。

  Restart-Service -Name WinRM -Force

• Set-Service: 修改服务属性（如启动类型）。

  Set-Service -Name MyService -StartupType Automatic
  Get-Service -Name UnwantedSvc | Set-Service -StartupType Disabled

网络操作

• Test-Connection (alias: ping, tcon): 向远程计算机发送 ICMP Echo 请求。

  Test-Connection -ComputerName google.com
  Test-Connection -ComputerName server01, server02 -Count 1 -Quiet # 只返回 True/False

• Resolve-DnsName: 执行 DNS 查询。

  Resolve-DnsName -Name www.google.com
  Resolve-DnsName -Name 8.8.8.8 # 反向查询
  Resolve-DnsName -Name _sip._tcp.example.com -Type SRV # 查询 SRV 记录

• Invoke-WebRequest (alias: iwr, wget, curl): 向 Web 服务发送 HTTP/HTTPS 请求（返回详细响应对象）。

  Invoke-WebRequest -Uri https://api.github.com
  $response = Invoke-WebRequest -Uri http://example.com/login -Method Post -Body @{user='admin'; pass='password'} -SessionVariable websession
  Invoke-WebRequest -Uri http://example.com/data -WebSession $websession
  Invoke-WebRequest -Uri ftp://example.com/file.zip -OutFile C:\downloads\file.zip

• Invoke-RestMethod (alias: irm): 向 RESTful Web 服务发送 HTTP/HTTPS 请求（自动处理响应，如 JSON/XML）。

  $weather = Invoke-RestMethod -Uri "https://api.weatherapi.com/v1/current.json?key=YOUR_API_KEY&q=London"
  Write-Host "Current temperature in London: $($weather.current.temp_c)°C"
  
  $data = @{ name = "New Item"; value = 123 } | ConvertTo-Json
  Invoke-RestMethod -Uri "https://myapi.com/items" -Method Post -Body $data -ContentType "application/json"

系统信息

• Get-ComputerInfo: 获取本地计算机的详细系统信息。

  Get-ComputerInfo
  Get-ComputerInfo -Property OsName, OsVersion, CsProcessors, PhysiscalMemorySize

• Get-WmiObject (alias: gwmi): (旧版) 使用 WMI 获取管理信息。

  Get-WmiObject -Class Win32_OperatingSystem | Select-Object -Property Caption, Version, OSArchitecture
  Get-WmiObject -Class Win32_LogicalDisk -Filter "DriveType=3" # 获取本地硬盘
  Get-WmiObject -Class Win32_Product | Where-Object {$_.Name -like "*Office*"} # 查找已安装的 Office 产品 (可能较慢)

• Get-CimInstance (alias: gcim): (新版, 推荐) 使用 CIM (基于 WS-Management) 获取管理信息，更现代且支持远程。

  Get-CimInstance -ClassName Win32_OperatingSystem | Select-Object -Property Caption, Version, OSArchitecture
  Get-CimInstance -ClassName Win32_LogicalDisk -Filter "DriveType=3"
  Get-CimInstance -ClassName Win32_BIOS -ComputerName server01 # 获取远程计算机的 BIOS 信息

帮助系统

• Get-Help (alias: help, man): 显示 Cmdlet 或概念的帮助信息。

  Get-Help Get-Process
  Get-Help Get-Process -Examples # 查看示例
  Get-Help Get-Process -Full # 查看完整帮助
  Get-Help Get-Process -Parameter Name # 查看特定参数的帮助
  Get-Help about_Operators # 查看关于运算符的概念性帮助
  help Copy-Item # 简写形式
  Copy-Item -? # 另一种获取帮助的方式

• Update-Help: 下载并安装最新的帮助文件（需要管理员权限和网络连接）。

  Update-Help
  Update-Help -Module ActiveDirectory -Force # 更新特定模块的帮助

格式化输出

PowerShell 默认会根据对象类型选择合适的格式化方式，但你也可以手动控制。

• Format-Table (alias: ft): 将输出格式化为表格。

  Get-Process | Format-Table -Property ProcessName, Id, CPU, WorkingSet -AutoSize
  Get-Service | Format-Table -GroupBy Status

• Format-List (alias: fl): 将输出的每个对象的属性格式化为列表。

  Get-Process -Name powershell | Format-List -Property * # 显示所有属性
  Get-Service -Name WinRM | fl *

• Out-GridView (alias: ogv): 将输出发送到一个可交互的网格视图窗口（支持排序和筛选）。

  Get-Process | Out-GridView -Title "Running Processes"
  Get-Service | Where-Object {$_.Status -eq 'Stopped'} | Out-GridView

• Out-File: 将输出发送到文件。

  Get-Process | Out-File -FilePath C:\processes.txt

• Out-String: 将对象转换为字符串。

  $processInfo = Get-Process -Name explorer | Out-String
  Write-Host $processInfo

对象操作

这些 Cmdlet 通常用于管道中，对传递的对象进行筛选、选择、排序等操作。

• Select-Object (alias: select): 选择对象的特定属性，或从对象集合中选择特定数量的对象。

  Get-Process | Select-Object -Property ProcessName, Id, MainWindowTitle
  Get-ChildItem | Select-Object -First 5 # 获取前 5 个项
  Get-ChildItem | Select-Object -Last 5 # 获取后 5 个项
  Get-Process | Select-Object -Property Name, @{Name='MemoryMB';Expression={$_.WorkingSet64 / 1MB}} # 计算属性
  Get-Content file.txt | Select-Object -Unique # 获取唯一行

• Where-Object (alias: where, ?): 根据指定的条件筛选对象。

  Get-Process | Where-Object {$_.CPU -gt 100} # CPU 时间大于 100 的进程
  Get-Service | Where-Object {$_.Status -eq 'Running' -and $_.DisplayName -like '*SQL*'} # 运行中且名称包含 SQL 的服务
  Get-ChildItem -Recurse | Where-Object {$_.Length -gt 1GB} # 大于 1GB 的文件
  # 简化语法 (PowerShell 3.0+)
  Get-Process | Where CPU -gt 100
  Get-Service | Where Status -eq 'Running'

• Sort-Object (alias: sort): 对对象进行排序。

  Get-Process | Sort-Object -Property CPU -Descending # 按 CPU 降序排序
  Get-ChildItem | Sort-Object -Property Length # 按文件大小升序排序
  Get-Service | Sort-Object -Property Status, DisplayName # 先按状态，再按名称排序

• Measure-Object (alias: measure): 计算对象的数值属性（计数、总和、平均值、最大值、最小值）。

  Get-ChildItem -Filter *.exe | Measure-Object -Property Length -Sum -Average -Maximum
  Get-Content C:\log.txt | Measure-Object -Line -Word -Character # 统计行数、单词数、字符数

• Group-Object (alias: group): 根据指定的属性对对象进行分组。

  Get-Process | Group-Object -Property Company
  Get-ChildItem | Group-Object -Property Extension # 按文件扩展名分组
  Get-Service | Group-Object -Property Status # 按服务状态分组

脚本编写

PowerShell 不仅仅是一个 shell，还是一种强大的脚本语言。PowerShell 脚本文件通常以 .ps1 为扩展名。

创建和运行脚本 (.ps1 文件)

1. 创建脚本：使用文本编辑器（如 VS Code、Notepad++ 或 ISE）创建一个文件，例如 MyScript.ps1。
2. 编写代码：在文件中写入 PowerShell 命令和逻辑。

   # MyScript.ps1
   param(
       [string]$Name = "World"
   )
   
   Write-Host "Hello, $Name!"
   $date = Get-Date
   Write-Host "The current date and time is: $date"

3. 运行脚本：
   • 确保执行策略允许运行脚本（例如 RemoteSigned 或 Unrestricted）。
   • 在 PowerShell 控制台中，使用完整路径或相对路径执行脚本：

     # 使用相对路径 (如果脚本在当前目录)
     .\MyScript.ps1
     
     # 使用绝对路径
     C:\Scripts\MyScript.ps1
     
     # 传递参数
     .\MyScript.ps1 -Name "PowerShell User"

变量和数据类型

PowerShell 支持多种数据类型：

• 基本类型: [string], [int], [long], [double], [bool] ($true, $false), [datetime], [char]
• 集合类型: [array], [hashtable] (哈希表/字典)
• 特殊类型: [null], [scriptblock], [type], [xml], [adsi]

# 字符串
$message = "Hello"

# 整数
$count = 42

# 布尔值
$isEnabled = $true

# 日期时间
$now = Get-Date

# 数组
$colors = "Red", "Green", "Blue"
$numbers = @(1, 2, 3, 4, 5)
Write-Host $colors[0] # 输出 Red
$colors += "Yellow" # 添加元素

# 哈希表 (键值对)
$user = @{
    Name = "Alice"
    Age = 30
    City = "New York"
}
Write-Host $user.Name # 输出 Alice
Write-Host $user["Age"] # 输出 30
$user.Email = "[email protected]" # 添加键值对

运算符

PowerShell 提供了丰富的运算符：

• 算术: +, -, *, /, % (取模)
• 赋值: =, +=, -=, *=, /=, %=
• 比较:
  • -eq (等于), -ne (不等于)
  • -gt (大于), -ge (大于等于)
  • -lt (小于), -le (小于等于)
  • -like (通配符匹配, *, ?), -notlike
  • -match (正则表达式匹配), -notmatch
  • -contains (集合包含某值), -notcontains
  • -in (某值在集合中), -notin
  • 注意: 比较运算符默认不区分大小写。使用区分大小写的版本，在前面加 c (e.g., -ceq, -clike, -cmatch)。使用不区分大小写的版本（默认），可以在前面加 i (e.g., -ieq, -ilike, -imatch)。
• 逻辑: -and, -or, -xor, -not (!)
• 类型: -is, -isnot
• 位: -band, -bor, -bxor, -bnot, -shl (左移), -shr (右移)
• 其他: . (成员访问), :: (静态成员访问), .. (范围), -join (连接数组元素), -split (分割字符串), -replace (替换字符串), -f (格式化)

$a = 10
$b = 5
if (($a -gt $b) -and ($a -lt 100)) { Write-Host "a is between 5 and 100" }

$name = "PowerShell"
if ($name -like "Power*") { Write-Host "Name starts with Power" }

$list = "apple", "banana", "cherry"
if ("banana" -in $list) { Write-Host "Found banana" }

$text = "The quick brown fox"
$words = $text -split " " # 按空格分割
Write-Host ($words -join ", ") # 用逗号连接

"Value is {0:N2}" -f 1234.567 # 格式化输出: Value is 1,234.57

控制流

• if / elseif / else: 条件执行。

  $score = 75
  if ($score -ge 90) {
      Write-Host "Grade A"
  } elseif ($score -ge 80) {
      Write-Host "Grade B"
  } elseif ($score -ge 70) {
      Write-Host "Grade C"
  } else {
      Write-Host "Grade D or F"
  }

• switch: 多条件分支。

  $day = (Get-Date).DayOfWeek
  switch ($day) {
      "Monday" { Write-Host "Start of the week" }
      "Friday" { Write-Host "Almost weekend!" }
      "Saturday"
      "Sunday" { Write-Host "Weekend!" }
      Default { Write-Host "Weekday" }
  }
  # switch 支持通配符和正则表达式
  switch -Wildcard ("apple") {
      "a*" { Write-Host "Starts with a" }
      "b*" { Write-Host "Starts with b" }
  }

• for: 固定次数循环。

  for ($i = 1; $i -le 5; $i++) {
      Write-Host "Iteration $i"
  }

• foreach: 遍历集合中的每个元素。

  $colors = "Red", "Green", "Blue"
  foreach ($color in $colors) {
      Write-Host "Color: $color"
  }
  # 也可以用于管道
  Get-Process | foreach { Write-Host "Process $($_.Name) has ID $($_.Id)" }
  # 简化写法 (ForEach-Object alias: foreach, %)
  Get-Process | % { Write-Host "Process $($_.Name) has ID $($_.Id)" }

• while: 当条件为真时循环。

  $count = 0
  while ($count -lt 3) {
      Write-Host "Count is $count"
      $count++
  }

• do / while: 先执行一次，然后当条件为真时循环。

  $num = 0
  do {
      $input = Read-Host "Enter a number (0 to exit)"
      $num = [int]$input
      Write-Host "You entered $num"
  } while ($num -ne 0)

• do / until: 先执行一次，然后当条件为假时循环。

  $response = ""
  do {
      $response = Read-Host "Do you want to continue? (yes/no)"
  } until ($response -eq "no")

• break: 跳出当前循环 (for, foreach, while, do, switch)。
• continue: 跳过当前循环的剩余部分，进入下一次迭代。

函数

函数用于封装可重用的代码块。

# 简单函数
function Show-Greeting {
    Write-Host "Hello from the function!"
}
Show-Greeting # 调用函数

# 带参数的函数
function Get-Square {
    param(
        [Parameter(Mandatory=$true, Position=0)] # 定义参数属性
        [int]$Number
    )
    $result = $Number * $Number
    return $result # 返回值
}
$sq = Get-Square -Number 5
Write-Host "5 squared is $sq"
Get-Square 10 # 位置参数

# 高级函数 (CmdletBinding) - 使函数行为更像 Cmdlet
function Send-Notification {
    [CmdletBinding(SupportsShouldProcess=$true)] # 支持 -WhatIf 和 -Confirm
    param(
        [Parameter(Mandatory=$true)]
        [string]$Message,

        [Parameter()]
        [string]$Recipient = "DefaultUser"
    )

    # 如果用户使用了 -WhatIf 或需要确认
    if ($PSCmdlet.ShouldProcess($Recipient, "Send Notification: $Message")) {
        Write-Host "Sending notification to $Recipient: '$Message'"
        # ... 实际发送逻辑 ...
        Write-Verbose "Notification sent successfully." # 详细输出
    }
}

Send-Notification -Message "System update complete" -Recipient "Admin" -Verbose
Send-Notification -Message "Rebooting server" -Recipient "All Users" -WhatIf # 预览操作

作用域 (Scope)

作用域决定了变量、函数、别名等的可访问性。

• Global: PowerShell 启动时创建，会话结束时销毁。全局变量在任何地方都可访问。
• Local: 当前作用域。可以是全局作用域、脚本作用域或函数作用域。默认情况下，变量在此作用域创建。
• Script: 脚本文件运行时创建的作用域。脚本中的代码默认在此作用域运行。
• Private: 变量仅在当前作用域可见，子作用域不可见。

可以使用作用域修饰符访问或修改不同作用域的变量：$global:var, $script:var, $local:var。

$global:appVersion = "1.0"

function Test-Scope {
    $localVariable = "I am local"
    Write-Host "Inside function: Global variable is $global:appVersion"
    Write-Host "Inside function: Local variable is $localVariable"
    # $script:scriptVar = "Set in function" # 如果在脚本中调用，会设置脚本变量
}

Test-Scope
Write-Host "Outside function: Global variable is $global:appVersion"
# Write-Host $localVariable # 错误，局部变量在函数外不可见

注释

• 单行注释：# This is a comment
• 多行注释：

  <#
  This is a
  multi-line comment block.
  It can span multiple lines.
  #>

• 基于块的注释通常用于函数或脚本的帮助文档（Comment-Based Help）。

模块管理

模块是包含 PowerShell 成员（如 Cmdlet、函数、变量、提供程序等）的可重用单元。它们是组织和共享 PowerShell 代码的主要方式。

什么是模块？

模块通常是一个包含 .psm1 (脚本模块)、.psd1 (模块清单) 或二进制程序集 (.dll) 的目录。PowerShell 会在 $env:PSModulePath 指定的路径下查找模块。

查找模块 (Find-Module)

从 PowerShell Gallery (官方在线模块仓库) 查找模块。

# 查找名称包含 "Azure" 的模块
Find-Module -Name *Azure*

# 查找特定模块
Find-Module -Name Pester # Pester 是一个流行的测试框架

# 查看模块信息
Find-Module -Name Az | Format-List

安装模块 (Install-Module)

从 PowerShell Gallery 安装模块（通常需要管理员权限）。

# 安装最新的 Az (Azure) 模块 (为当前用户)
Install-Module -Name Az -Scope CurrentUser -Repository PSGallery -Force

# 安装特定版本的模块
Install-Module -Name Pester -RequiredVersion 4.10.1

# 更新已安装的模块
Update-Module -Name Az

导入模块 (Import-Module)

将模块加载到当前会话中，使其命令可用。PowerShell 3.0+ 支持模块自动加载，当你首次使用模块中的命令时，它会自动导入。但有时需要显式导入。

# 显式导入模块
Import-Module -Name ActiveDirectory

# 查看模块支持的命令
Get-Command -Module ActiveDirectory

# 强制重新导入模块
Import-Module -Name MyCustomModule -Force

获取已加载模块 (Get-Module)

列出当前会话中已加载或可用的模块。

# 列出已加载的模块
Get-Module

# 列出所有可用（包括未加载）的模块
Get-Module -ListAvailable

创建自定义模块

1. 创建目录: 例如 C:\Users\YourUser\Documents\PowerShell\Modules\MyCustomModule
2. 创建脚本模块文件 (.psm1): MyCustomModule.psm1

   # MyCustomModule.psm1
   function Get-MyData {
       param([string]$Source)
       Write-Host "Getting data from $Source..."
       # ... 实际逻辑 ...
       return @{ Data = "Sample"; Timestamp = Get-Date }
   }
   
   function Set-MyConfig {
       param([string]$Key, [string]$Value)
       Write-Host "Setting config $Key = $Value"
       # ... 实际逻辑 ...
   }
   
   # 导出希望公开的函数
   Export-ModuleMember -Function Get-MyData, Set-MyConfig

3. (可选) 创建模块清单文件 (.psd1): MyCustomModule.psd1。清单文件包含模块的元数据（版本、作者、依赖项、要导出的成员等）。使用 New-ModuleManifest 创建。

   New-ModuleManifest -Path .\MyCustomModule.psd1 -RootModule MyCustomModule.psm1 -Author "Your Name" -Description "My custom utility module." -FunctionsToExport 'Get-MyData', 'Set-MyConfig'

4. 使用模块: PowerShell 会自动在 $env:PSModulePath 中找到你的模块。

   Import-Module MyCustomModule # 或者让它自动加载
   Get-MyData -Source "Database"
   Set-MyConfig -Key "Timeout" -Value "300"

远程管理 (Remoting)

PowerShell Remoting 允许你在远程计算机上运行命令，就像在本地一样。它主要基于 Windows Remote Management (WinRM) 服务，该服务是 WS-Management 协议的微软实现。

启用和配置 WinRM

• 服务器端: 在要管理的远程计算机上，以管理员身份运行 PowerShell 并执行：

  Enable-PSRemoting -Force

  此命令会：
  • 启动 WinRM 服务并设置为自动启动。
  • 创建防火墙规则以允许入站连接。
  • 创建用于接受远程连接的监听器。
• 客户端: 通常无需特殊配置，但需要确保网络连接正常，并且防火墙允许出站连接。客户端和服务器需要能够相互认证（通常通过 Active Directory 或提供凭据）。

可以使用 Test-WSMan 测试连接：

Test-WSMan -ComputerName RemoteServerName

建立远程会话

• Enter-PSSession: 启动一个交互式远程会话。你的提示符会改变，之后输入的命令将在远程计算机上执行。

  Enter-PSSession -ComputerName Server01
  # [Server01]: PS C:\Users\Admin\Documents> hostname  # 命令在 Server01 上执行
  # [Server01]: PS C:\Users\Admin\Documents> Get-Process -Name explorer
  # [Server01]: PS C:\Users\Admin\Documents> exit      # 退出远程会话

• New-PSSession: 创建一个持久的 PSSession 对象，可以在后续命令中重用。适用于需要多次连接或管理多个会话的场景。

  # 创建到一台服务器的会话
  $session = New-PSSession -ComputerName Server01
  
  # 创建到多台服务器的会话
  $servers = "Server01", "Server02", "WebSrv03"
  $sessions = New-PSSession -ComputerName $servers
  
  # 查看会话
  Get-PSSession
  
  # 使用会话 (见 Invoke-Command)
  
  # 关闭会话
  Remove-PSSession -Session $session
  Get-PSSession | Remove-PSSession # 关闭所有会话

在远程计算机上执行命令 (Invoke-Command)

这是最常用的远程处理 Cmdlet，用于在一台或多台远程计算机上运行命令或脚本块。

# 在单台远程计算机上运行命令
Invoke-Command -ComputerName Server01 -ScriptBlock { Get-Service -Name WinRM }

# 在多台远程计算机上运行命令
$servers = "Server01", "Server02"
Invoke-Command -ComputerName $servers -ScriptBlock { Get-EventLog -LogName System -Newest 5 }

# 使用预先创建的会话 (更高效，避免重复认证)
$sessions = New-PSSession -ComputerName Server01, Server02
Invoke-Command -Session $sessions -ScriptBlock { Restart-Service -Name Spooler -Force }

# 传递本地变量到远程脚本块
$localPath = "C:\Logs"
Invoke-Command -ComputerName Server01 -ScriptBlock {
    param($path) # 接收参数
    Get-ChildItem -Path $path
} -ArgumentList $localPath # 传递参数

# 使用 $using: 作用域修饰符 (PowerShell 3.0+) 访问本地变量
$threshold = 100MB
Invoke-Command -ComputerName Server01 -ScriptBlock {
    Get-Process | Where-Object {$_.WorkingSet64 -gt $using:threshold}
}

# 运行本地脚本文件在远程计算机上
Invoke-Command -ComputerName Server01, Server02 -FilePath C:\Scripts\CheckDiskSpace.ps1

隐式远程处理 (Implicit Remoting)

将远程模块的命令导入到本地会话，使得远程命令看起来像本地命令一样运行。

# 1. 创建到远程服务器的会话 (例如 Exchange 服务器)
$session = New-PSSession -ConfigurationName Microsoft.Exchange -ConnectionUri http://ExchServer/PowerShell/ -Authentication Kerberos

# 2. 将远程模块的命令导入本地
Import-PSSession -Session $session -Module ExchangeOnlineManagement # 假设模块名

# 3. 像本地命令一样使用远程命令 (实际仍在远程执行)
Get-Mailbox -Identity [email protected]
New-DistributionGroup -Name "Sales Team"

# 4. 完成后断开会话
Remove-PSSession -Session $session

与其他技术的集成

PowerShell 的强大之处在于它能与多种现有技术无缝集成。

.NET Framework/Core

PowerShell 构建在 .NET 之上，可以直接访问和使用 .NET 类库。

# 创建 .NET 对象
$sb = New-Object System.Text.StringBuilder
$sb.Append("Hello, ")
$sb.Append(".NET!")
$sb.ToString()

# 调用静态方法
[System.Math]::Sqrt(144) # 计算平方根
[System.IO.File]::Exists("C:\Windows\notepad.exe")
[System.Guid]::NewGuid() # 生成 GUID

# 加载自定义程序集
Add-Type -Path "C:\MyLibs\MyLibrary.dll"
$myObject = New-Object MyNamespace.MyClass
$myObject.MyMethod()

WMI (Windows Management Instrumentation)

WMI 是访问 Windows 系统管理信息的传统接口。

# 使用 Get-WmiObject (旧版)
Get-WmiObject -Class Win32_ComputerSystem | Select-Object -Property Manufacturer, Model
Get-WmiObject -Namespace root\SecurityCenter2 -Class AntiVirusProduct # 获取杀毒软件信息

# 调用 WMI 方法
$service = Get-WmiObject -Class Win32_Service -Filter "Name='Spooler'"
$service.StopService()
$service.StartService()

CIM (Common Information Model)

CIM 是 WMI 的现代替代方案，基于 WS-Management 协议，更标准化且跨平台友好。Get-CimInstance 是推荐使用的 Cmdlet。

# 使用 Get-CimInstance
Get-CimInstance -ClassName Win32_ComputerSystem | Select-Object -Property Manufacturer, Model
Get-CimInstance -Namespace root\SecurityCenter2 -ClassName AntiVirusProduct

# 调用 CIM 方法
$service = Get-CimInstance -ClassName Win32_Service -Filter "Name='Spooler'"
Invoke-CimMethod -InputObject $service -MethodName StopService
Invoke-CimMethod -InputObject $service -MethodName StartService

# 远程 CIM 操作
Get-CimInstance -ClassName Win32_Process -ComputerName Server01 | Where-Object Name -like "sql*"

COM (Component Object Model)

PowerShell 可以与 COM 对象交互，例如自动化 Office 应用程序。

# 自动化 Excel 示例
$excel = New-Object -ComObject Excel.Application
$excel.Visible = $true # 使 Excel 可见
$workbook = $excel.Workbooks.Add()
$sheet = $workbook.Worksheets.Item(1)
$sheet.Cells.Item(1, 1) = "Hello from PowerShell"
# $workbook.SaveAs("C:\Temp\Test.xlsx")
# $excel.Quit()

# 清理 COM 对象 (重要!)
[System.Runtime.InteropServices.Marshal]::ReleaseComObject($sheet) | Out-Null
[System.Runtime.InteropServices.Marshal]::ReleaseComObject($workbook) | Out-Null
[System.Runtime.InteropServices.Marshal]::ReleaseComObject($excel) | Out-Null
Remove-Variable excel, workbook, sheet
[GC]::Collect()
[GC]::WaitForPendingFinalizers()

注意: COM 自动化可能比较复杂且容易出错，尤其是在资源释放方面。

Active Directory

通过安装 ActiveDirectory 模块（通常在域控制器或安装了 RSAT 的机器上可用），可以管理 AD 对象。

# 需要先 Import-Module ActiveDirectory (如果未自动加载)
# 或在安装了 RSAT 的机器上运行

# 查找用户
Get-AdUser -Filter 'Name -like "John*"' -Properties EmailAddress, Department
Get-AdUser -Identity jdoe

# 创建新用户
# New-ADUser -Name "Jane Doe" -SamAccountName "jdoe" -GivenName "Jane" -Surname "Doe" -Enabled $true -Path "OU=Users,DC=example,DC=com" -AccountPassword (Read-Host -AsSecureString "Enter password")

# 修改用户属性
Set-ADUser -Identity jdoe -Department "Sales" -Office "New York"

# 获取组成员
Get-AdGroupMember -Identity "Domain Admins"

# 添加用户到组
# Add-ADGroupMember -Identity "Sales Group" -Members jdoe

# 查找计算机
Get-AdComputer -Filter * -SearchBase "OU=Servers,DC=example,DC=com"

REST API

使用 Invoke-RestMethod 可以轻松地与 Web API 交互。

# 获取 GitHub 用户信息
$user = "microsoft"
$uri = "https://api.github.com/users/$user"
$response = Invoke-RestMethod -Uri $uri
Write-Host "$($response.name) has $($response.public_repos) public repositories."

# 调用需要认证的 API (示例：Bearer Token)
$token = "YOUR_API_TOKEN"
$headers = @{ Authorization = "Bearer $token" }
$apiUri = "https://mysecureapi.com/data"
$data = Invoke-RestMethod -Uri $apiUri -Headers $headers

错误处理

健壮的脚本需要有效的错误处理机制。

错误记录 ($Error 变量)

PowerShell 自动将错误记录在 $Error 变量中，这是一个包含错误对象的集合（数组）。最新的错误在索引 0 处 ($Error[0])。

# 故意产生错误
Get-ChildItem -Path C:\NonExistentFolder

# 查看最近的错误
$Error[0]

# 查看错误详细信息
$Error[0] | Format-List -Force

# 清空错误记录
$Error.Clear()

错误对象包含详细信息，如异常类型、错误消息、目标对象、堆栈跟踪等。

错误操作首选项 ($ErrorActionPreference)

这个变量决定了 PowerShell 遇到非终止性错误时的默认行为。

• Continue: (默认值) 显示错误消息并继续执行。
• SilentlyContinue: 不显示错误消息，继续执行。错误仍会添加到 $Error。
• Stop: 显示错误消息并停止执行脚本（将非终止性错误提升为终止性错误）。这是 Try/Catch 块捕获错误所必需的。
• Inquire: 显示错误消息并提示用户是否继续。
• Ignore: (PowerShell 3.0+) 不显示错误消息，不添加到 $Error，继续执行。应谨慎使用。

可以在脚本或函数级别设置，或在单个命令上使用 -ErrorAction ( -EA ) 通用参数。

$ErrorActionPreference = 'Stop' # 全局设置
Get-ChildItem -Path C:\NonExistentFolder # 这会停止脚本

# 单个命令覆盖
Get-ChildItem -Path C:\NonExistentFolder -ErrorAction SilentlyContinue
Write-Host "This line will execute even if the above command fails."

# 恢复默认值
$ErrorActionPreference = 'Continue'

Try/Catch/Finally 块

用于捕获和处理 终止性错误（或通过 $ErrorActionPreference = 'Stop' 或 -ErrorAction Stop 提升的非终止性错误）。

try {
    # 代码块，可能会产生错误
    $content = Get-Content -Path C:\NonExistentFile.txt -ErrorAction Stop # 确保错误是终止性的
    Write-Host "File content: $content"
}
catch [System.Management.Automation.ItemNotFoundException] {
    # 捕获特定类型的异常
    Write-Warning "File not found: $($_.Exception.Message)"
    # $_ 或 $PSItem 在 catch 块中代表当前的错误记录
}
catch {
    # 捕获所有其他类型的异常 (通用 catch)
    Write-Error "An unexpected error occurred: $($_.Exception.Message)"
    # 可以重新抛出异常: throw $_
}
finally {
    # 无论是否发生错误，总会执行的代码块 (用于清理资源等)
    Write-Host "Cleanup operations here."
}

Throw 语句

用于手动引发一个终止性错误。

function Validate-Input {
    param([int]$Value)
    if ($Value -lt 0) {
        throw "Input value cannot be negative. Received: $Value"
    }
    Write-Host "Input $Value is valid."
}

try {
    Validate-Input -Value 10
    Validate-Input -Value -5
}
catch {
    Write-Error "Validation failed: $($_.Exception.Message)"
}

Trap 语句 (较少使用)

Trap 是一种较旧的错误处理机制，可以在脚本或函数级别定义一个代码块，用于处理特定类型或所有类型的终止性错误。当错误发生时，控制权转移到 Trap 块。

function Test-Trap {
    trap [System.DivideByZeroException] {
        Write-Warning "Caught division by zero!"
        continue # 可以使用 continue 或 break 控制 Trap 后的行为
    }
    trap {
        Write-Error "Caught an error: $($_.Exception.Message)"
        # 默认行为类似 break
    }

    Write-Host "Starting calculation..."
    $result = 10 / 0
    Write-Host "This won't be reached if trap doesn't use 'continue'."
    throw "Another error"
}

Test-Trap

Try/Catch 通常是更推荐的现代错误处理方式，因为它提供了更结构化和灵活的控制。

最佳实践

遵循最佳实践可以使你的 PowerShell 脚本更可靠、可读、可维护和安全。

• 命名规范:
  • 函数/脚本使用批准的动词 (Get, Set, New, Remove, Invoke, Test 等) 和清晰的名词，遵循 动词-名词 模式。
  • 变量使用清晰、描述性的名称，通常采用驼峰式 ($userName, $logFilePath) 或帕斯卡式 ($UserName, $LogFilePath)。
  • 参数名称使用帕斯卡式 (-ComputerName, -FilePath)。
• 代码注释和文档:
  • 使用 # 添加行内注释解释复杂逻辑。
  • 使用 <# ... #> 块注释提供脚本或函数的摘要、描述、参数说明、示例等（Comment-Based Help），以便 Get-Help 可以读取。
• 错误处理策略:
  • 使用 Try/Catch/Finally 处理预期可能发生的错误。
  • 设置合适的 $ErrorActionPreference 或使用 -ErrorAction。
  • 提供有意义的错误消息。
  • 考虑脚本失败时的回滚或清理操作。
• 模块化设计:
  • 将可重用的函数组织到模块中。
  • 保持函数和脚本的单一职责。
• 使用详细输出 (Write-Verbose):
  • 在脚本中添加 Write-Verbose 语句来提供执行过程中的详细信息。用户可以通过 -Verbose 参数启用这些消息，便于调试和理解脚本行为。
  • 函数需要添加 [CmdletBinding()] 才能响应 -Verbose。
• 避免使用别名 (在脚本中):
  • 在交互式 shell 中使用别名可以提高效率，但在脚本中应使用完整的 Cmdlet 名称，以提高清晰度和可维护性。ls 不如 Get-ChildItem 清晰。
• 安全性考虑:
  • 不要在脚本中硬编码凭据。使用 Get-Credential 或安全的方式（如 Windows Credential Manager、Azure Key Vault）来处理敏感信息。
  • 注意执行策略，对来自不可信来源的脚本保持警惕。
  • 使用 SupportsShouldProcess (-WhatIf, -Confirm) 来实现可能产生破坏性更改的操作，给用户预览和确认的机会。
  • 验证和清理外部输入。
• 代码格式化: 保持一致的缩进和代码风格。
• 参数验证: 使用参数属性 ([Parameter(Mandatory=$true)], [ValidateSet(...)], [ValidateRange(...)], [ValidatePattern(...)]) 来验证函数或脚本的输入。
• 管道支持: 设计函数以接受管道输入 (ValueFromPipeline, ValueFromPipelineByPropertyName) 并产生可供管道使用的对象输出。

总结

PowerShell 是一个功能极其丰富的自动化框架和脚本语言。从简单的命令行任务到复杂的系统管理和跨平台自动化，PowerShell 提供了强大的工具集。通过理解其核心概念（对象、管道、Cmdlet）、掌握常用命令、学习脚本编写技巧、利用模块和远程处理能力，并结合与其他技术的集成，你可以极大地提高工作效率。遵循最佳实践将确保你的脚本健壮、安全且易于维护。随着 PowerShell 的不断发展，它将继续在 IT 自动化和 DevOps 领域扮演关键角色。