计算机工具基础(二)——Shell概念、常用POSIX命令

Shell概念

本系列博客为MIT的《Missing in CS Class(2020)》的课程笔记。

注:<>或^在本文中指Ctrl，如c或^c指Ctrl-c

终端(命令行,CLI)

• <Alt+T>：打开终端

• <L>：清空终端内容

流的概念

文件被视为连续的字节流进行处理。文件分为普通文件与设备文件。

• 普通文件：分为文本文件、二进制文件

• 设备文件：在Linux上，一切皆文件。操作系统有一组预定义的设备文件：标准设备文件。当进程运行时，操作系统会为每个进程自动打开标准设备文件。常见的标准设备文件：

  • 标准输入流(stdin)，通常为键盘，文件描述符为0。

  • 标准输出流(stdout)，通常为显示器，文件描述符为1。

  • 标准错误流(stderr)，文件描述符为2。

路径

• 路径分隔符：\(Windows) /(Linux)
• 根目录：最顶层的目录。Windows：盘符:\；Linux：/。
• 绝对路径：以根目录起始的路径
• 相对路径：以当前工作目录起始的路径
  • .：当前工作目录
  • ..：父目录
• ~：当前用户的根工作目录
• -：上次所在目录

通配符

• *：匹配任意长度\(\ge 0\)的字符
• ?：匹配任意单个字符
• {}：表示某种集合，用于解释器的自动展开。如*{.c,.py}表示任意扩展名为c及py的文件

环境变量

• Linux：$PATH。不同路径采用:分隔
• Windows：%PATH%。不同路径下采用;分隔。
• 当输入命令时，操作系统首先进入环境变量中顺序遍历寻找命令中使用的程序。

权限模型

在Linux下的权限模型中，每个文件/目录都具有权限控制。权限属于元信息，存储在对象的inode节点内。权限分为三种：

• r：读。对于文件，代表可读取其中内容；对于目录，代表可查看目录中的内容
• w：写。对于文件，代表可修改其中内容；对于目录，代表能修改该目录的内容，包括新建、删除、移动/重命名其中的文件或该目录本身。若仅对该目录中的文件可写，但对该目录不可写，则只能修改文件本身的内容，但无法删除文件。
• x：执行。对于文件，代表可执行此文件；对于目录，代表能否进入该目录。注意与r权限区分，进入目录与查看目录内容是不同的，进入目录是最基本的权限。仅当对目录拥有x权限，才能对目录进行其他权限的操作。

Shell提示符(PS1)

Shell解释器配置文件位于用户主目录下以rc为后缀的隐藏文件。如bash则为~/.bashrc。

下面以bash为例，进入终端后：Username@Hostname:dir type

• Username：当前账户名，可使用whoami程序查看

• Hostname：当前主机名，可使用hostname程序查看

• dir：当前工作目录。

  • 可使用pwd程序查看当前工作目录。
  • 若要切换工作目录，可使用cd dir(Change Dir)。当对dir有执行权限(x)时，更改当前工作目录至dir。

• type：当前账户的类型。$：非超级管理员(superadmin)账户；#：superadmin账户，默认唯一的superadmin账户为root,uid=0

  • sudo command：在非superadmin账户下，以root身份进行执行命令。不切换$PATH。sudo需要输入当前账户密码

  • su [username=root]：切换其他账户，需要输入对方账户密码。不切换pwd、$PATH等
    su -username：切换其他账户。切换pwd、$PATH等

命令、程序及常用程序

• 命令：由若干个可能带有选项参数的程序组合而成的一组指令。在命令中使用后缀&使其在后台运行。

程序

• 程序选项：以-或--开头，位于程序之后。-后的选项为选项的简写，--后的选项为其完整写法。

• 程序的返回值：0表示正常返回，非0代表出现错误。如C中main函数的return，实质上是在向操作系统返回程序运行结果。布尔型程序true永远返回0，false永远返回1。

• 逻辑运算：程序返回值的可参与逻辑运算，也被称为短路运算。

  • &&：和运算符。对于一条含有该运算符的命令，仅当先前程序均执行成功(返回值均为0)时，才继续执行之后的程序；当某个程序执行失败(返回值非0)时，停止执行该命令。

  • ||：或运算符，对于一条含有该运算符的命令，只要有程序执行成功(返回值为0)，停止执行该命令。

常用程序

• man program：程序帮助手册。

• which program：打印程序所在的绝对路径

• date：输出系统日期

• echo string：打印，将string打印至stdout

• ls dir：查看某一目录下包含的文件/目录。若不指定dir，则默认为当前工作目录。
  选项：-l：查看某一目录下文件/目录的详细元信息。

  例：typepermission_string link_number owner groups number update_time name

  • type：-或d。d代表其为一个目录，-表示其为一个普通文件。
  • permission_string：长度为9的权限字符串，每3个一组。每组顺次代表为该对象的所有者(Owner)、用户组(Groups)、其他人(Others)的权限。若有权限则用权限名表示；-表示无该权限。可用chmod命令修改权限。chmod +name表示授予权限，chmod -name表示移除权限
  • number：对于普通文件，表示文件的字节数；对于目录，表示目录项的数量。某一目录的目录项=普通文件数量+\(\sum\)子目录的目录项数+1(表示..，父目录)
  • update_time：表示最后的修改时间。使用touch name修改文件/目录的更新时间，使用选项-t YYYYMMDDhhmm.ss修改为指定时间YYYY-MM-DD hh:mm:ss。若操作对象不存在，则新建空白文件。

• find：find dir options expression：从dir开始进行查找。

  • 选项：-name "string"：以对象名进行查找，可查找文件名、路径名。可使用通配符。
  • -type type：type：f或d

• diff：Difference，将两对象差异输出至stdout。

  • diff file1 file2：输出两文件差异。仅在file1中的内容前用表示，仅在`file2`中的内容前用表示。
  • 选项：-r dir1 dir2：递归输出两目录差异。
  • 选项：-u file1 file2：以人类友好的方式输出差异。
  • 选项：-q file1 file2：只判断是否有差异，不输出差异内容。

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

  • 选项：-i：忽略模式串大小写
  • -r：递归搜索目录下所有文件

• mv：Move，移动文件/目录

  • mv file newdir：移动文件file至新目录newdir。file数量可不固定,且可使用通配符。若newdir不存在，则操作失败。如：将所有扩展名为.cpp的文件移动到目录./1中：mv *.cpp ./1

  • mv oldname newname：若newname不存在，则对操作对象重命名；若newname存在：对于文件，则操作对象会替换newname，对于目录，则操作对象会被移动并成为newname的子目录。

• cp：Copy，复制文件/目录

  • cp file1 file2 ：复制文件。若file2已存在，则其将被替换

  • 选项：-r dir1 dir2：递归复制文件夹内所有文件。若dir2已存在，则dir1被复制成为dir2的子目录。

• mkdir dir：Make Dir，新建空文件夹

  • 选项：-p：逐级创建目录，若不存在就创建它

• rm：Remove，删除操作对象

  • rm file：删除文件
  • 选项：-r dir：递归删除文件夹下的所有内容

• rmdir dir：当该文件夹为空时，则删除

• cat file：打印文件全部内容至stdout

• tail file：打印文件末尾内容。默认查看最后\(10\)行
  选项：-n number：打印文件末尾number行

• tee file：将stdin同时写入stdout与file中

• journalctl：打印系统日志

• alias newname="oldname"：为命令设置别名

• jobs：工作管理指令

• ssh Username@RemoteHost：ssh登录主机RemoteHost，默认端口22。默认以密码登录。

  • 选项：
    -p port:指定主机端口

• scp options SourceFile TargetPath：主机间复制文件。仅支持本地与远程，不支持远程与远程。

  • 接受远程地址：Username@RemoteHost:Path
  • 选项：
    -r：递归复制文件夹内所有文件
    -P port:指定主机端口

• ftp：文件传输协议(File Transport Protool)

  • ftp RemoteHost：连接到远程主机，默认端口21。若支持匿名则直接登录，否则以交互式询问账户密码。
  • ls:列出远程目录
  • pwd:打印远程所在目录 lpwd:打印本地所在目录
  • cd:切换远程目录 lcd:切换本地目录
  • mkdir:在远程新建文件夹 rmdir:在远程删除文件夹
  • delete:删除远程单个文件 mdelete:删除远程多个文件
  • rename:重命名远程文件
  • chmod:设置远程文件权限
  • ascii、binary：设置传输模式为ACSII或二进制。
  • get:下载文件 mget:批量下载文件，常与通配符结合使用。
  • put:上传文件 mput:批量上传文件，常与通配符结合使用。
  • bye/quit:退出
  • 不支持移动和复制文件。

• sftp：基于SSH的文件传输协议，为SSH的子系统，与FTP是两种截然不同的协议。下面仅列出与ftp不同的命令：

  • sftp Username@RemoteHost：连接到远程主机，默认端口22。需显式指定用户名。
  • rm：删除文件。
  • get:下载单个文件，可使用-r选项递归下载文件。不支持mget。
  • put:上传单个文件，使用-r选项递归上传文件。不支持mput。
  • bye/exit:退出
  • 不支持移动和复制文件。

流的重定向、连接

• 重定向输出流：>、>>

  • <command> > file：覆盖地重定向输出流至文件
  • <command> >> file：追加地重定向输出流至文件
    例：echo命令通过重定向输出流的方式，可将字符串打印进文件中：echo string > file
  • n > file：将文件描述符为n的文件覆盖地重定向到文件。
    如1 > file：将stdout重定向到file
  • n >> file：将文件描述符为n的文件追加地重定向到文件。
  • n >& m ：将文件描述符 n 的输出重定向到文件描述符 m。如command 2>&1：将stderr重定向到stdout

• 重定向输入流：<

  • < file：重定向输入流自文件，输入来自文件。
    例：cat file命令的本质即为cat < file，通过重定向输入流以读取某文件内容并打印。
  • n <& m：将文件描述符 m 的输入重定向到文件描述符 n。

• 例：使用cat命令实现文件复制：cat < file1 > file2，cat起到作为中转站的作用。

  • cat的输入流被重定向至file1，其内容被读入cat中

  • cat的输出流被重定向自file2，其内容被打印进file2中

• 管道符：|，位于两程序之间，用于连接它们的流。用法：program1 | program2，将program1的stdout作为program2的stdin。

进程通信

进程间通过信号进行通信。信号从1开始编号。

信号可由进程发出，也可用户手动发出：kill -SIGid PID

常用信号：

信号编号	信号名称	信号含义
1	SIGHUP	终端挂起/控制进程结束br/若要忽略该信号，在运行程序的命令前使用nohup，或对已运行的程序使用disown
2	SIGINT	中断(Ctrl-C)
3	SIGQUIT	终止(Ctrl-\)
9	SIGKILL	强制终止
11	SIGSEGV	段错误
15	SIGTERM	终止信号，通常为kill命令发送的信号
18	SIGCONT	继续执行暂停进程
19	SIGSTOP	暂停进程
20	SIGTSTP	终端挂起(Terminal Stop,CTRL-Z)br/之后可通过fg或bg分别在前台/后台继续进程