Shell概念

本系列博客為MIT的《Missing in CS Class(2020)》的課程筆記。

注:<>或^在本文中指Ctrl，如c或^c指Ctrl-c

終端(命令行,CLI)

• <Alt+T>：打開終端

• <L>：清空終端內(nèi)容

流的概念

文件被視為連續(xù)的字節(jié)流進行處理。文件分為普通文件與設(shè)備文件。

• 普通文件：分為文本文件、二進制文件

• 設(shè)備文件：在Linux上，一切皆文件。操作系統(tǒng)有一組預(yù)定義的設(shè)備文件：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件。當(dāng)進程運行時，操作系統(tǒng)會為每個進程自動打開標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件。常見的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件：

  • 標(biāo)準(zhǔn)輸入流(stdin)，通常為鍵盤，文件描述符為0。

  • 標(biāo)準(zhǔn)輸出流(stdout)，通常為顯示器，文件描述符為1。

  • 標(biāo)準(zhǔn)錯誤流(stderr)，文件描述符為2。

路徑

• 路徑分隔符：\(Windows) /(Linux)
• 根目錄：最頂層的目錄。Windows：盤符:\；Linux：/。
• 絕對路徑：以根目錄起始的路徑
• 相對路徑：以當(dāng)前工作目錄起始的路徑
  • .：當(dāng)前工作目錄
  • ..：父目錄
• ~：當(dāng)前用戶的根工作目錄
• -：上次所在目錄

通配符

• *：匹配任意長度\(\ge 0\)的字符
• ?：匹配任意單個字符
• {}：表示某種集合，用于解釋器的自動展開。如*{.c,.py}表示任意擴展名為c及py的文件

環(huán)境變量

• Linux：$PATH。不同路徑采用:分隔
• Windows：%PATH%。不同路徑下采用;分隔。
• 當(dāng)輸入命令時，操作系統(tǒng)首先進入環(huán)境變量中順序遍歷尋找命令中使用的程序。

權(quán)限模型

在Linux下的權(quán)限模型中，每個文件/目錄都具有權(quán)限控制。權(quán)限屬于元信息，存儲在對象的inode節(jié)點內(nèi)。權(quán)限分為三種：

• r：讀。對于文件，代表可讀取其中內(nèi)容；對于目錄，代表可查看目錄中的內(nèi)容
• w：寫。對于文件，代表可修改其中內(nèi)容；對于目錄，代表能修改該目錄的內(nèi)容，包括新建、刪除、移動/重命名其中的文件或該目錄本身。若僅對該目錄中的文件可寫，但對該目錄不可寫，則只能修改文件本身的內(nèi)容，但無法刪除文件。
• x：執(zhí)行。對于文件，代表可執(zhí)行此文件；對于目錄，代表能否進入該目錄。注意與r權(quán)限區(qū)分，進入目錄與查看目錄內(nèi)容是不同的，進入目錄是最基本的權(quán)限。僅當(dāng)對目錄擁有x權(quán)限，才能對目錄進行其他權(quán)限的操作。

Shell提示符(PS1)

Shell解釋器配置文件位于用戶主目錄下以rc為后綴的隱藏文件。如bash則為~/.bashrc。

下面以bash為例，進入終端后：Username@Hostname:dir type

• Username：當(dāng)前賬戶名，可使用whoami程序查看

• Hostname：當(dāng)前主機名，可使用hostname程序查看

• dir：當(dāng)前工作目錄。

  • 可使用pwd程序查看當(dāng)前工作目錄。
  • 若要切換工作目錄，可使用cd dir(Change Dir)。當(dāng)對dir有執(zhí)行權(quán)限(x)時，更改當(dāng)前工作目錄至dir。

• type：當(dāng)前賬戶的類型。$：非超級管理員(superadmin)賬戶；#：superadmin賬戶，默認唯一的superadmin賬戶為root,uid=0

  • sudo command：在非superadmin賬戶下，以root身份進行執(zhí)行命令。不切換$PATH。sudo需要輸入當(dāng)前賬戶密碼

  • su [username=root]：切換其他賬戶，需要輸入對方賬戶密碼。不切換pwd、$PATH等
    su -username：切換其他賬戶。切換pwd、$PATH等

命令、程序及常用程序

• 命令：由若干個可能帶有選項參數(shù)的程序組合而成的一組指令。在命令中使用后綴&使其在后臺運行。

程序

• 程序選項：以-或--開頭，位于程序之后。-后的選項為選項的簡寫，--后的選項為其完整寫法。

• 程序的返回值：0表示正常返回，非0代表出現(xiàn)錯誤。如C中main函數(shù)的return，實質(zhì)上是在向操作系統(tǒng)返回程序運行結(jié)果。布爾型程序true永遠返回0，false永遠返回1。

• 邏輯運算：程序返回值的可參與邏輯運算，也被稱為短路運算。

  • &&：和運算符。對于一條含有該運算符的命令，僅當(dāng)先前程序均執(zhí)行成功(返回值均為0)時，才繼續(xù)執(zhí)行之后的程序；當(dāng)某個程序執(zhí)行失敗(返回值非0)時，停止執(zhí)行該命令。

  • ||：或運算符，對于一條含有該運算符的命令，只要有程序執(zhí)行成功(返回值為0)，停止執(zhí)行該命令。

常用程序

• man program：程序幫助手冊。

• which program：打印程序所在的絕對路徑

• date：輸出系統(tǒng)日期

• echo string：打印，將string打印至stdout

• ls dir：查看某一目錄下包含的文件/目錄。若不指定dir，則默認為當(dāng)前工作目錄。
  選項：-l：查看某一目錄下文件/目錄的詳細元信息。

  例：typepermission_string link_number owner groups number update_time name

  • type：-或d。d代表其為一個目錄，-表示其為一個普通文件。
  • permission_string：長度為9的權(quán)限字符串，每3個一組。每組順次代表為該對象的所有者(Owner)、用戶組(Groups)、其他人(Others)的權(quán)限。若有權(quán)限則用權(quán)限名表示；-表示無該權(quán)限。可用chmod命令修改權(quán)限。chmod +name表示授予權(quán)限，chmod -name表示移除權(quán)限
  • number：對于普通文件，表示文件的字節(jié)數(shù)；對于目錄，表示目錄項的數(shù)量。某一目錄的目錄項=普通文件數(shù)量+\(\sum\)子目錄的目錄項數(shù)+1(表示..，父目錄)
  • update_time：表示最后的修改時間。使用touch name修改文件/目錄的更新時間，使用選項-t YYYYMMDDhhmm.ss修改為指定時間YYYY-MM-DD hh:mm:ss。若操作對象不存在，則新建空白文件。

• find：find dir options expression：從dir開始進行查找。

  • 選項：-name "string"：以對象名進行查找，可查找文件名、路徑名。可使用通配符。
  • -type type：type：f或d

• diff：Difference，將兩對象差異輸出至stdout。

  • diff file1 file2：輸出兩文件差異。僅在file1中的內(nèi)容前用表示，僅在`file2`中的內(nèi)容前用表示。
  • 選項：-r dir1 dir2：遞歸輸出兩目錄差異。
  • 選項：-u file1 file2：以人類友好的方式輸出差異。
  • 選項：-q file1 file2：只判斷是否有差異，不輸出差異內(nèi)容。

• grep：文本的模式匹配 grep "pattern" file，file可使用通配符。

  • 選項：-i：忽略模式串大小寫
  • -r：遞歸搜索目錄下所有文件

• mv：Move，移動文件/目錄

  • mv file newdir：移動文件file至新目錄newdir。file數(shù)量可不固定,且可使用通配符。若newdir不存在，則操作失敗。如：將所有擴展名為.cpp的文件移動到目錄./1中：mv *.cpp ./1

  • mv oldname newname：若newname不存在，則對操作對象重命名；若newname存在：對于文件，則操作對象會替換newname，對于目錄，則操作對象會被移動并成為newname的子目錄。

• cp：Copy，復(fù)制文件/目錄

  • cp file1 file2 ：復(fù)制文件。若file2已存在，則其將被替換

  • 選項：-r dir1 dir2：遞歸復(fù)制文件夾內(nèi)所有文件。若dir2已存在，則dir1被復(fù)制成為dir2的子目錄。

• mkdir dir：Make Dir，新建空文件夾

  • 選項：-p：逐級創(chuàng)建目錄，若不存在就創(chuàng)建它

• rm：Remove，刪除操作對象

  • rm file：刪除文件
  • 選項：-r dir：遞歸刪除文件夾下的所有內(nèi)容

• rmdir dir：當(dāng)該文件夾為空時，則刪除

• cat file：打印文件全部內(nèi)容至stdout

• tail file：打印文件末尾內(nèi)容。默認查看最后\(10\)行
  選項：-n number：打印文件末尾number行

• tee file：將stdin同時寫入stdout與file中

• journalctl：打印系統(tǒng)日志

• alias newname="oldname"：為命令設(shè)置別名

• jobs：工作管理指令

• ssh Username@RemoteHost：ssh登錄主機RemoteHost，默認端口22。默認以密碼登錄。

  • 選項：
    -p port:指定主機端口

• scp options SourceFile TargetPath：主機間復(fù)制文件。僅支持本地與遠程，不支持遠程與遠程。

  • 接受遠程地址：Username@RemoteHost:Path
  • 選項：
    -r：遞歸復(fù)制文件夾內(nèi)所有文件
    -P port:指定主機端口

• ftp：文件傳輸協(xié)議(File Transport Protool)

  • ftp RemoteHost：連接到遠程主機，默認端口21。若支持匿名則直接登錄，否則以交互式詢問賬戶密碼。
  • ls:列出遠程目錄
  • pwd:打印遠程所在目錄 lpwd:打印本地所在目錄
  • cd:切換遠程目錄 lcd:切換本地目錄
  • mkdir:在遠程新建文件夾 rmdir:在遠程刪除文件夾
  • delete:刪除遠程單個文件 mdelete:刪除遠程多個文件
  • rename:重命名遠程文件
  • chmod:設(shè)置遠程文件權(quán)限
  • ascii、binary：設(shè)置傳輸模式為ACSII或二進制。
  • get:下載文件 mget:批量下載文件，常與通配符結(jié)合使用。
  • put:上傳文件 mput:批量上傳文件，常與通配符結(jié)合使用。
  • bye/quit:退出
  • 不支持移動和復(fù)制文件。

• sftp：基于SSH的文件傳輸協(xié)議，為SSH的子系統(tǒng)，與FTP是兩種截然不同的協(xié)議。下面僅列出與ftp不同的命令：

  • sftp Username@RemoteHost：連接到遠程主機，默認端口22。需顯式指定用戶名。
  • rm：刪除文件。
  • get:下載單個文件，可使用-r選項遞歸下載文件。不支持mget。
  • put:上傳單個文件，使用-r選項遞歸上傳文件。不支持mput。
  • bye/exit:退出
  • 不支持移動和復(fù)制文件。

流的重定向、連接

• 重定向輸出流：>、>>

  • <command> > file：覆蓋地重定向輸出流至文件
  • <command> >> file：追加地重定向輸出流至文件
    例：echo命令通過重定向輸出流的方式，可將字符串打印進文件中：echo string > file
  • n > file：將文件描述符為n的文件覆蓋地重定向到文件。
    如1 > file：將stdout重定向到file
  • n >> file：將文件描述符為n的文件追加地重定向到文件。
  • n >& m ：將文件描述符 n 的輸出重定向到文件描述符 m。如command 2>&1：將stderr重定向到stdout

• 重定向輸入流：<

  • < file：重定向輸入流自文件，輸入來自文件。
    例：cat file命令的本質(zhì)即為cat < file，通過重定向輸入流以讀取某文件內(nèi)容并打印。
  • n <& m：將文件描述符 m 的輸入重定向到文件描述符 n。

• 例：使用cat命令實現(xiàn)文件復(fù)制：cat < file1 > file2，cat起到作為中轉(zhuǎn)站的作用。

  • cat的輸入流被重定向至file1，其內(nèi)容被讀入cat中

  • cat的輸出流被重定向自file2，其內(nèi)容被打印進file2中

• 管道符：|，位于兩程序之間，用于連接它們的流。用法：program1 | program2，將program1的stdout作為program2的stdin。

進程通信

進程間通過信號進行通信。信號從1開始編號。

信號可由進程發(fā)出，也可用戶手動發(fā)出：kill -SIGid PID

常用信號：