Linux入门教程

以下内容引用自jyy的操作系统实验课程网站(http://cslab.nju.edu.cn/opsystem), 并有少量修改和补充. 如果你是第一次使用Linux, 请你一边仔细阅读教程, 一边尝试运行教程中提到的命令.

探索命令行

Linux命令行中的命令使用格式都是相同的:

命令名称 参数1 参数2 参数3 ...

参数之间用任意数量的空白字符分开. 关于命令行, 可以先阅读一些基本常识. 然后我们介绍最常用的一些命令:

  • ls 用于列出当前目录(即"文件夹")下的所有文件(或目录). 目录会用蓝色显示. ls -l 可以显示详细信息.
  • pwd 能够列出当前所在的目录.
  • cd DIR 可以切换到 DIR 目录. 在Linux中, 每个目录中都至少包含两个目录: . 指向该目录自身, .. 指向它的上级目录. 文件系统的根是 / .
  • touch NEWFILE 可以创建一个内容为空的新文件 NEWFILE , 若 NEWFILE 已存在, 其内容不会丢失.
  • cp SOURCE DEST 可以将 SOURCE 文件复制为 DEST 文件; 如果 DEST 是一个目录, 则将 SOURCE 文件复制到该目录下.
  • mv SOURCE DEST 可以将 SOURCE 文件重命名为 DEST 文件; 如果 DEST 是一个目录, 则将 SOURCE 文件移动到该目录下.
  • mkdir DIR 能够创建一个 DIR 目录.
  • rm FILE 能够删除 FILE 文件; 如果使用 -r 选项则可以递归删除一个目录. 删除后的文件无法恢复, 使用时请谨慎!
  • man 可以查看命令的帮助. 例如 man ls 可以查看 ls 命令的使用方法. 灵活应用 man 和互联网搜索, 可以快速学习新的命令.

下面给出一些常用命令使用的例子, 你可以键入每条命令之后使用 ls 查看命令执行的结果:

$ mkdir temp        # 创建一个目录temp
$ cd temp            # 切换到目录temp
$ touch newfile        # 创建一个空文件newfile
$ mkdir newdir        # 创建一个目录newdir
$ cd newdir            # 切换到目录newdir
$ cp ../newfile .    # 将上级目录中的文件newfile复制到当前目录下
$ cp newfile aaa    # 将文件newfile复制为新文件aaa
$ mv aaa bbb        # 将文件aaa重命名为bbb
$ mv bbb ..            # 将文件bbb移动到上级目录
$ cd ..                # 切换到上级目录
$ rm bbb            # 删除文件bbb
$ cd ..                # 切换到上级目录
$ rm -r temp        # 递归删除目录temp

消失的cd

上述各个命令除了 cd 之外都能找到它们的manpage. 这是为什么? 如果你思考后仍然感到困惑, 试着到互联网上寻找答案.

man 的功能不仅限于此. man 后可以跟两个参数, 可以查看不同类型的帮助(请在互联网上搜索). 例如当你不知道C标准库函数 freopen 如何使用时, 可以键入命令

man 3 freopen

学会使用man

如果你是第一次使用 man , 请阅读这里. 这个教程除了说明如何使用 man 之外, 还会教你在使用一款新的命令行工具时如何获得帮助.

更多的命令行知识

仅仅了解这些最基础的命令行知识是不够的. 通常, 我们可以抱着如下的信条: 只要我们能想到的, 就一定有方便的办法能够办到. 因此当你想要完成某件事却又不知道应该做什么的时候, 请向Google求助.

如果你想以Linux作为未来的事业, 那就可以去图书馆或互联网上找一些相关的书籍来阅读.

统计代码行数

第一个例子是统计一个目录中(包含子目录)中的代码行数. 如果想知道当前目录下究竟有多少行的代码, 就可以在命令行中键入如下命令:

find . | grep '\.c$\|\.h$' | xargs wc -l

如果用 man find 查看 find 操作的功能, 可以看到 find 是搜索目录中的文件. Linux中一个点 . 始终表示Shell当前所在的目录, 因此 find . 实际能够列出当前目录下的所有文件. 如果在文件很多的地方键入 find . ,将会看到过多的文件, 此时可以按 CTRL + c 退出.

同样, 用 man 查看 grep 的功能——"print lines matching a pattern". grep 实现了输入的过滤, 我们的 grep 有一个参数, 它能够匹配以 .c 或 .h 结束的文件. 正则表达式是处理字符串非常强大的工具之一, 每一个程序员都应该掌握其相关的知识. 有兴趣的同学可以首先阅读一个基础的教程, 然后看一个有趣的小例子: 如何用正则表达式判定素数. 正则表达式还可以用来编写一个30行的java表达式求值程序(传统方法几乎不可能), 聪明的你能想到是怎么完成的吗? 上述的 grep 命令能够提取所有 .c 和 .h 结尾的文件.

刚才的 find 和 grep 命令, 都从标准输入中读取数据, 并输出到标准输出. 关于什么是标准输入输出, 请参考这里. 连接起这两个命令的关键就是管道符号 | . 这一符号的左右都是Shell命令, A | B 的含义是创建两个进程 A 和 B , 并将 A 进程的标准输出连接到 B 进程的标准输入. 这样, 将 find 和 grep 连接起来就能够筛选出当前目录( . )下所有以 .c 或 .h 结尾的文件.

我们最后的任务是统计这些文件所占用的总行数, 此时可以用 man 查看 wc 命令. wc 命令的 -l 选项能够计算代码的行数. xargs 命令十分特殊, 它能够将标准输入转换为参数, 传送给第一个参数所指定的程序. 所以, 代码中的 xargs wc -l 就等价于执行 wc -l aaa.c bbb.c include/ccc.h ... , 最终完成代码行数统计.

统计磁盘使用情况

以下命令统计 /usr/share 目录下各个目录所占用的磁盘空间: 

du -sc /usr/share/* | sort -nr

du 是磁盘空间分析工具, du -sc 将目录的大小顺次输出到标准输出, 继而通过管道传送给 sort . sort 是数据排序工具. 其中的选项 -n 表示按照数值进行排序, 而 -r 则表示从大到小输出. sort 可以将这些参数连写在一起.

然而我们发现, /usr/share 中的目录过多, 无法在一个屏幕内显示. 此时, 我们可以再使用一个命令: more 或 less .

du -sc /usr/share/* | sort -nr | more

此时将会看到输出的前几行结果. more 工具使用空格翻页, 并可以用 q 键在中途退出. less 工具则更为强大, 不仅可以向下翻页, 还可以向上翻页, 同样使用 q 键退出. 这里还有一个关于less的小故事.

在Linux下编写Hello World程序

Linux中用户的主目录是 /home/用户名称 , 如果你的用户名是 user , 你的主目录就是 /home/user . 用户的 home 目录可以用波浪符号 ~ 替代, 例如临时文件目录 /home/user/Templates 可以简写为 ~/Templates . 现在我们就可以进入主目录并编辑文件了. 如果 Templates 目录不存在, 可以通过 mkdir 命令创建它:

cd ~
mkdir Templates

创建成功后, 键入

cd Templates

可以完成目录的切换. 注意在输入目录名时, tab 键可以提供联想.

你感到键入困难吗

你可能会经常要在终端里输入类似于

cd AVeryVeryLongFileName

的命令, 你一定觉得非常烦躁. 回顾上面所说的原则之一: 如果你感到有什么地方不对, 就一定有什么好办法来解决. 试试 tab 键吧.

Shell中有很多这样的小技巧, 你也可以使用其他的Shell例如zsh, 提供更丰富好用的功能. 总之, 尝试和改变是最重要的.

进入正确的目录后就可以编辑文件了, 开源世界中主流的两大编辑器是 vi(m) 和 emacs , 你可以使用其中的任何一种. 如果你打算使用 emacs , 你还需要安装它

apt-get install emacs

vi 和 emacs 这两款编辑器都需要一定的时间才能上手, 它们共同的特点是需要花较多的时间才能适应基本操作方式(命令或快捷键), 但一旦熟练运用, 编辑效率就比传统的编辑器快很多.

进入了正确的目录后, 输入相应的命令就能够开始编辑文件. 例如输入

vi hello.c
或emacs hello.c

就能开启一个文件编辑. 例如可以键入如下代码(对于首次使用 vi 或 emacs 的同学, 键入代码可能会花去一些时间, 在编辑的同时要大量查看网络上的资料):

#include <stdio.h> int main(void) { printf("Hello, Linux World!\n"); return 0; }

保存后就能够看到 hello.c 的内容了. 终端中可以用 cat hello.c 查看代码的内容. 如果要将它编译, 可以使用 gcc 命令:

gcc hello.c -o hello

gcc 的 -o 选项指定了输出文件的名称, 如果将 -o hello 改为 -o hi , 将会生成名为 hi 的可执行文件. 如果不使用 -o 选项, 则会默认生成名为 a.out 的文件, 它的含义是assembler output. 在命令行输入

./hello

就能够运行改程序. 命令中的 ./ 是不能少的, 点代表了当前目录, 而 ./hello 则表示当前目录下的 hello 文件. 与Windows不同, Linux系统默认情况下并不查找当前目录, 这是因为Linux下有大量的标准工具(如 test 等), 很容易与用户自己编写的程序重名, 不搜索当前目录消除了命令访问的歧义.

使用重定向

有时我们希望将程序的输出信息保存到文件中, 方便以后查看. 例如你编译了一个程序 myprog , 你可以使用以下命令对 myprog 进行反汇编, 并将反汇编的结果保存到 output 文件中:

objdump -d myprog > output

> 是标准输出重定向符号, 可以将前一命令的输出重定向到文件 output 中. 这样, 你就可以使用文本编辑工具查看 output 了.

但你会发现, 使用了输出重定向之后, 屏幕上就不会显示 myprog 输出的任何信息. 如果你希望输出到文件的同时也输出到屏幕上, 你可以使用 tee 命令:

objdump -d myprog | tee output

使用输出重定向还能很方便地实现一些常用的功能, 例如

> empty            # 创建一个名为empty的空文件
cat old_file > new_file    # 将文件old_file复制一份, 新文件名为new_file

如果 myprog 需要从键盘上读入大量数据(例如一个图的拓扑结构), 当你需要反复对 myprog 进行测试的时候, 你需要多次键入大量相同的数据. 为了避免这种无意义的重复键入, 你可以使用以下命令:

./myprog < data

< 是标准输入重定向符号, 可以将前一命令的输入重定向到文件 data 中. 这样, 你只需要将 myprog 读入的数据一次性输入到文件 data 中, myprog 就会从文件 data 中读入数据, 节省了大量的时间.

下面给出了一个综合使用重定向的例子:

time ./myprog < data | tee output

这个命令在运行 myprog 的同时, 指定其从文件 data 中读入数据, 并将其输出信息打印到屏幕和文件 output 中. time 工具记录了这一过程所消耗的时间, 最后你会在屏幕上看到 myprog 运行所需要的时间. 如果你只关心 myprog 的运行时间, 你可以使用以下命令将 myprog 的输出过滤掉:

time ./myprog < data > /dev/null

/dev/null 是一个特殊的文件, 任何试图输出到它的信息都会被丢弃, 你能想到这是怎么实现的吗? 总之, 上面的命令将 myprog 的输出过滤掉, 保留了 time 的计时结果, 方便又整洁.

使用Makefile管理工程

大规模的工程中通常含有几十甚至成百上千个源文件(Linux内核源码有25000+的源文件), 分别键入命令对它们进行编译是十分低效的. Linux提供了一个高效管理工程文件的工具: GNU Make. 我们首先从一个简单的例子开始, 考虑上文提到的Hello World的例子, 在 hello.c 所在目录下新建一个文件 Makefile , 输入以下内容并保存:

hello:hello.c gcc hello.c -o hello # 注意开头的tab, 而不是空格 .PHONY: clean clean: rm hello # 注意开头的tab, 而不是空格

返回命令行, 键入 make , 你会发现 make 程序调用了 gcc 进行编译. Makefile 文件由若干规则组成, 规则的格式一般如下:

目标文件名:依赖文件列表
    用于生成目标文件的命令序列    # 注意开头的tab, 而不是空格

我们来解释一下上文中的 hello 规则. 这条规则告诉 make 程序, 需要生成的目标文件是 hello , 它依赖于文件 hello.c , 通过执行命令 gcc hello.c -o hello 来生成 hello 文件.

如果你连续多次执行 make , 你会得到"文件已经是最新版本"的提示信息, 这是 make 程序智能管理的功能. 如果目标文件已经存在, 并且它比所有依赖文件都要"新", 用于生成目标的命令就不会被执行. 你能想到 make 程序是如何进行"新"和"旧"的判断的吗?

上面例子中的 clean 规则比较特殊, 它并不是用来生成一个名为 clean 的文件, 而是用于清除编译结果, 并且它不依赖于其它任何文件. make 程序总是希望通过执行命令来生成目标, 但我们给出的命令 rm hello 并不是用来生成 clean 文件, 因此这样的命令总是会被执行. 你需要键入 make clean 命令来告诉 make 程序执行 clean 规则, 这是因为 make 默认执行在 Makefile 中文本序排在最前面的规则. 但如果很不幸地, 目录下已经存在了一个名为 clean 的文件, 执行 make clean 会得到"文件已经是最新版本"的提示. 解决这个问题的方法是在 Makefile 中加入一行 PHONY: clean , 用于指示" clean 是一个伪目标", 这样以后, make 程序就不会判断目标文件的新旧, 伪目标相应的命令序列总是会被执行.

对于一个规模稍大一点的工程, Makefile 文件还会使用变量, 函数, 调用Shell命令, 隐含规则等功能. 如果你希望学习如何更好地编写一个 Makefile , 请到互联网上搜索相关资料.

综合示例: 教务刷分脚本

使用编辑器编辑文件 jw.sh 为如下内容(如果显示不正常, 可以复制到文本编辑器中查看. 另外由于教务网站的升级改版, 目前此脚本可能不能实现正确的功能):

#!/bin/bash save_file="score" # 临时文件 semester=20102 # 刷分的学期, 20102代表2010年第二学期 jw_home="http://jwas3.nju.edu.cn:8080/jiaowu" # 教务网站首页地址 jw_login="http://jwas3.nju.edu.cn:8080/jiaowu/login.do" # 登录页面地址 jw_query="http://jwas3.nju.edu.cn:8080/jiaowu/student/studentinfo/achievementinfo.do?method=searchTermList&termCode=$semester" # 分数查询页面地址 name="09xxxxxxx" # 你的学号 passwd="xxxxxxxx" # 你的密码 # 请求jw_home地址, 并从中找到返回的cookie. cookie信息在http头中的JSESSIONID字段中 cookie=`wget -q -O - $jw_home --save-headers | \ sed -n 's/Set-Cookie: JSESSIONID=\([0-9A-Z]\+\);.*$/\1/p'` # 用户登录, 使用POST方法请求jw_login地址, 并在POST请求中加入userName和password wget -q -O - --header="Cookie:JSESSIONID=$cookie" --post-data \ "userName=${name}&password=${passwd}" "$jw_login" &> /dev/null # 登录完毕后, 请求分数查询页面. 此时会返回html页面并输出到标准输出. 我们将输出重定向到文件"tmp"中. wget -q -O - --header="Cookie:JSESSIONID=$cookie" "$jw_query" > tmp # 获取分数列表. 因为教务网站的代码实在是实现得不太规整, 我们又想保留shell的风味, 所以用了比较繁琐的sed和awk处理. list变量中会包含课程名称的列表. list=`cat tmp | sed -n '/<table.*TABLE_BODY.*>/,/<\/table>/p' \ | sed '/<--/,/-->/d' | grep td \ | awk 'NR%11==3' | sed 's/^.*>\(.*\)<.*$/\1/g'` # 对list中的每一门课程, 都得到它的分数 for item in $list; do score= `cat tmp | grep -A 20 $item | awk "NR==18" | sed -n '/^.*\..*$/p'` score= `echo $score` if [[ ${#score} != 0 ]]; then # 如果存在成绩 grep $item $save_file &>/dev/null # 查找分数是否显示过 if [[ $? != 0 ]]; then # 如果没有显示过 # 考虑到尝试的同学可能没有安装notify-send工具, 这里改成echo -- yzh # notify-send "新成绩：$item $score" # 弹出窗口显示新成绩 echo "新成绩：$item $score" # 在终端里输出新成绩 echo $item >> $save_file # 将课程标记为已显示 fi fi done

运行这个例子需要在命令行中输入 bash jw.sh , 用bash解释器执行这一脚本. 如果希望定期运行这一脚本, 可以使用Linux的标准工具之一: cron . 将命令添加到crontab就能实现定期自动刷新.

为了理解这个例子, 首先需要一些HTTP协议的基础知识. HTTP请求实际就是来回传送的文本流——浏览器(或我们例子中的爬虫)生成一个文本格式的HTTP请求, 包括header和content, 以文本的形式通过网络传送给服务器. 服务器根据请求内容(header中包含请求的URL以及浏览器等其他信息), 生成页面并返回.

用户登录的实现, 就是通过HTTP头中header中的cookie实现的. 当浏览器第一次请求页面时, 服务器会返回一串字符, 用来标识浏览器的这次访问. 从此以后, 所有与该网站交互时, 浏览器都会在HTTP请求的header中加入这个字符串, 这样服务器就"记住"了浏览器的访问. 当完成登录操作(将用户名和密码发送到服务器)后, 服务器就知道这个cookie隐含了一个合法登录的帐号, 从而能够根据帐号信息发送成绩.

得到包含了成绩信息的html文档之后, 剩下的事情就是解析它了. 我们用了大量的 sed 和 awk 完成这件事情, 同学们不用去深究其中的细节, 只需知道我们从文本中提取出了课程名和成绩, 并且将没有显示过的成绩显示出来.

我们讲解这个例子主要是为了说明新环境下的工作方式, 以及实践Unix哲学:

  • 每个程序只做一件事, 但做到极致
  • 用程序之间的相互协作来解决复杂问题
  • 每个程序都采用文本作为输入和输出, 这会使程序更易于使用

一个Linux老手可以用脚本完成各式各样的任务: 在日志中筛选想要的内容, 搭建一个临时HTTP服务器(核心是使用 nc 工具)等等. 功能齐全的标准工具使Linux成为工程师, 研究员和科学家的最佳搭档.

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