Linux学习笔记 #1 终端与Shell

继 Git 后贵系的另一个暑培项目，讲授 Linux 的基本用法，恰好这学期「操作系统」课程实验需要用到 Linux，而且实验室的服务器也需要学习相关用法，故学之。

本文部分内容参考了清华 ZAH 同学的教程，部分参考了 刘遄 老师的《Linux 就该这么学》，菜鸟教程-Linux。

Linux 简介

Linux，全称 GNU/Linux，是一套免费使用和自由传播的类 Unix 操作系统。相比于其他系统，Linux 更加稳定且有效率、更加安全、相对不耗资源……以至于几乎所有长期稳定运行的网站服务器上、在处理大数据的集群系统中，以及需要协同工作的服务器环境都采用 Linux 系统。

Linux 发行版

Linux 严格来说是单指操作系统的内核，因操作系统中包含了许多用户图形接口和其他实用工具。如今 Linux 常用来指「基于 Linux 的完整操作系统」，内核则改以「Linux 内核」称之。

一些组织或厂商将 Linux 内核与各种软件和文档包装起来，并提供系统安装界面和系统配置、设定与管理工具，就构成了 Linux 的发行版本。

常见的Linux发行版

命令行与终端

在学习 Linux 的过程中，有几个易混淆的概念：

• 图形用户界面（GUI）= 使用图形方式进行交互的用户界面
• 命令行界面（CLI）= 使用文本命令进行交互的用户界面
• 控制台（Console）= 物理意义的终端，电脑主机的一部分
• 终端（Terminal）= TTY (Teletypewriter，打字机) = 文本输入输出环境
• 终端模拟器（Terminal Emulator）= 套壳程序，用来模拟传统终端
• Shell = 一个程序，命令行解释器，执行用户输入的命令并返回结果

CLI

命令行界面（Command-Line Interface，CLI）是在图形用户界面得到普及之前使用最为广泛的用户界面，它通常不支持鼠标，用户通过键盘输入指令，计算机接收到指令后，予以执行。也有人称之为字符用户界面（Character User Interface，CUI）。

一般来说，在服务器中较多采用的是 CLI 界面，或许有以下几点原因：

• 服务器的功能是对外提供服务，并不需要直观的 GUI 界面来让用户日常使用，使用 GUI 界面反而浪费资源。
• 使用 CLI 界面管理服务器，本质上是直接用命令控制服务器，这允许一系列的自动化脚本（Shell 脚本）出现来节省时间。
• 方便自动化、规模化部署服务器。

Shell

Shell 是一个用 C 语言编写的程序，它是用户使用 Linux 等系统的桥梁，如同「壳」一般。它的本质是一个命令解释器，将用户输入的命令（符合 Shell 语法）处理成对应操作系统的控制命令，处理完毕后再将结果反馈给用户。

不同操作系统下面的 Shell 种类众多，常见的有：

• Windows：cmd (Command Shell)、PowerShell；
• Linux/macOS：sh、bash、zsh 等。

Ken Thompson 的 sh 是第一种 Unix Shell，本教程关注的是 Bash，也就是 Bourne Again Shell，Bash 也是大多数 Linux 系统默认的 Shell。

Terminal

终端 (Terminal)，是一种用来让用户输入数据至计算机，以及显示其计算结果的机器。早期的终端通常就是一台电子打字机（Teletypewriter, TTY），后来随着计算机的发展，打字机被键盘和显示器取代，而 GUI 界面也成了主流。

于是，这时候我们就需要一个程序来模拟传统终端的行为，即终端模拟器（Terminal Emulator），当用户打开终端模拟器时，实际上是进入一个会话进程（Session）。终端模拟器有很多，这里举几个经典的例子：

• GNU/Linux：gnome-terminal、Konsole；
• macOS：Terminal.app、iTerm2；
• Windows：Windows Terminal、Cmder 等。

Shell 使用

在 Linux 系统中打开终端时，会看到一个提示符，通常类似 hewei@hewei-VirtualBox ~$。在提示符下，命令会被 Shell 环境解析并反馈到终端中。

提示符是 Shell 最主要的文本接口。它告诉你，你的主机名是 hewei-VirtualBox，你现在的身份是 hewei 并且你当前的工作目录（Current working directory）是 ~ （默认在 /home/hewei/ 用户目录）。

$ 符号表示您现在的身份不是 root，输入如下命令可以暂时切换到 root 权限：

hewei@hewei-VirtualBox ~$ sudo su  # 获取 root 权限
[sudo] hewei 的密码:  # 在此输入密码，Terminal 下密码都是不可见的

输入密码后，可以看到提示符变成了 root@hewei-VirtualBox:/home/hewei#，其中 # 符号就是超级用户权限的标志。再输入 exit 即可退回普通用户身份。

终端快捷键

在 Git学习笔记 #1 基础知识介绍 中，已经简单介绍了命令行界面的一些使用技巧，这些命令在 Linux 系统的 Bash 中同样使用。这里罗列出 Linux 常用快捷键：

• Ctrl+Shift+T：唤出一个终端窗口。
• Tab：实现对命令、参数或文件的内容补全。
• Ctrl+C：终止当前进程的运行，重获终端的控制权。
• Ctrl+Z：挂起当前进程。
• Ctrl+D：结束键盘输入，若正在使用 Shell 则退出，相当于输入 exit()。
• Ctrl+L：清空当前终端中已有的内容，相当于输入 clear。
• <上下键>：翻看使用过的命令记录。
• Shift+PgUp/PgDn：翻页终端。
• home/end：光标快速移动到当前行首或行尾。
• Ctrl/Shift+Ins ：复制粘贴文本。
• ‘’ 和 “”：命令参数中若存在空格，需要用引号括起来。

命令格式

常见的执行 Linux 命令的格式是这样的：命令名称 [命令参数] [命令对象]。其中，命令参数用于对命令进行调整，使之更好地贴近需求，参数分为长格式和短格式，如：man --help，man -h。短格式之间可以合并，合并后仅保留一个减号即可。

在 Linux 相关的手册中，我们会约定俗成地将可选择的、非必需的参数使用中括号引起来，而命令所要求的、必须有的参数或对象值，则不带中括号。

此外，要注意 Linux 系统中的命令、参数、对象都是严格区分大小写的。

Shell 脚本

Shell 除了是一个交互式（Interactive）的命令解释器，它还是一种程序设计语言（Shell Script）。它定义了各种变量和参数，并提供了许多在高级语言中才具有的控制结构，包括循环和分支。

用 Shell 编写的脚本文件即 .sh 文件，它能在 Shell 环境下运行，fork 出一个子进程，调用系统内核来执行批处理（Batch）的系统控制。在文件的第一行，通常是 #!/bin/bash，这句话约定了这个脚本需要哪种 Shell 环境来执行。

通过如下命令就可以执行一个 Shell 脚本：

# 通过将文件作为参数传递给 shell 以运行 shell 脚本
$ bash example.sh	# 这种方法不需要有 x 权限
# 通过具体指定 shell 脚本的路径来执行脚本
$ chmod u+x script.sh
$ ./example.sh		# 注意这种方法必须有 ./ z

常用命令摘要

下面罗列了部分常用指令与参数的介绍，更多功能请在帮助手册中检索。

唤出帮助界面命令

• man：代表 Manuel，查看帮助手册，格式为 man 命令名称。会进入「导航」模式，使用如下快捷键进行查阅：

按键	作用
<空格键>	向下翻一页
PaDn/PgUp	向下/上翻一页
home/end	直接前往首页/尾页
/	从上至下搜索某个关键词，如 /linux
?	从下至上搜索某个关键词，如 ?linux
q	退出帮助文档

常用系统工作命令

• echo：输出字符串或变量提取后的值，格式为 echo [字符串] [$变量]。

样例	功能
echo 'hello world'	输出一个字符串参数，hello world
echo hello world	输出两个空格隔开的字符串参数，hello 和 world
echo hello\ world	输出一个字符串参数，\ 转义空格
echo $PATH	输出环境变量 PATH 的提取值

• date：显示或设置系统的时间与日期，格式为：date [+指定的格式]。

样例	功能
date	显示 Sat Sep 5 09:13:45 CST 2020
date "+%Y-%m-%d %H:%M:%S"	按格式显示 2020-09-05 09:14:35
date -s "20201101 8:30:00"	设置系统时间

• reboot：重启系统，无格式，需要 root 权限。
• poweroff：关闭系统，无格式，需要 root 权限。
• ps：代表 Processes，查看系统中的进程状态，格式为 ps [参数]。

参数	功能
-a	显示所有进程（包括其他用户的进程）
-u	显示用户以及其他详细信息
-x	显示没有控制终端的进程
aux	合并三个参数，ps 命令可省略 -

常用于定位 PID，例如 ps aux | grep run.py，定位后用于 kill 等操作。

• pstree：以树状图形式展示进程之间关系，无格式。
• top：动态地监视进程活动及系统负载等信息，无格式。
• htop：更加直观、友好的资源监控界面，显示系统的负载情况，包括 CPU、内存、交换分区等，按照 CPU 使用率进行排序，显示进程树形结构，无格式。
• nice：调整进程的优先级，格式为 nice -n 优先级数字 服务名称。取值为 -20 到 19，数字越小，优先级越高。
• pidof：查询指定进程的 PID，格式为 pidof [参数] 服务名称。
• kill：终止指定 PID 值的进程，格式为 kill [参数] PID。参数 -9 表示最高权限终止。
• sudo：以临时管理员身份（root）执行命令，格式为 sudo 命令，需要被授予权限。
• su：代表 Switch User，更换其他使用者，除 root 外，需要输入该使用者的密码。

系统状态检测命令

• ifconfig：代表 Interface config，获取网卡配置与网络状态等信息。
• ipaddr：代表 IP address，获取 IP 地址等信息。
• uname：代表 Unix name，查看系统内核版本与系统架构等信息。
• uptime：查看系统的负载信息（当前系统时间、已运行时间、启用终端数、平均负载值），无格式。
• free：显示当前系统中内存的使用量，格式为 free [-h]，-h 为易读模式（human readable）。
• who：查看当前登入主机的用户终端信息，无格式。
• ping：测试主机之间的网络连通性，格式为 ping [参数] 主机地址。
• history：显示执行过的命令历史，格式为 history [-c]，-c 为清空（clear）。

查找定位文件命令

• pwd：代表 Print working directory，显示用户当前所处的工作目录，无格式。
• cd：代表 Change directory，切换当前的工作路径，格式为 cd [参数] [目录]。

样例	功能
cd -	返回到上一次所处的目录
cd .	进入目录（无变化）
cd ..	进入上级目录
cd /	切换到根目录
cd ~	切换到当前用户的 /home/ 目录
cd ~ <username>	切换到其他用户的 /home/ 目录
cd /bin	切换到绝对路径 /bin 下

• ls：代表 List，显示目录中的文件信息，格式为 ls [参数] [文件名称]。

样例	功能
ls -a	查看全部文件（包括隐藏文件）
ls -l	列表形式，查看文件的属性、大小等详细信息
ls -al	合并以上两个参数
ls -alh	易读显示（human readable）
ls -ld	查看当前路径文件夹的属性、大小等详细信息

• tree：以树状图的形式列出目录内容及结构，无格式。
• find：指定条件查找文件所对应的位置，格式为 find [查找范围] 寻找条件。

样例	功能
find /etc -name "host*"	查找 /etc 路径下 host 开头的文件
find / -perm -4000	整个系统中搜索权限包括 SUID 的文件

• updatedb：生成文件索引库，无格式。和以下命令配合使用，快于 find。

• locate：按照名称快速搜索文件所对应的位置，格式为 locate 文件名称。

• whereis：按照名称快速搜索命令、源代码及帮助文件的位置，格式为 whereis 命令名称。

• which：按照名称检索命令的位置，格式为 which 命令名称，默认在 PATH 变量所指定的路径中检索。

文本统计编辑命令

• cat：代表 Concatenate，查看内容较少的纯文本文件，格式为 cat [参数] 文件名称。

样例	功能
cat a.txt	查看当前目录下文件内容
cat -n a.txt	查看时显示行号
cat /etc/os-release	查看操作系统信息

• more：查看内容较多的纯文本文件，格式为 more [参数] 文件名称。用空格键或回车键向下滚动查看。
• head：查看纯文本文件的前 N 行，格式为 head -n [行数] 文件名称。
• tail：查看纯文本文件的后 N 行，格式为 tail [参数] 文件名称。

样例	功能
tail -n 10 a.txt	显示文件的后 10 行
tail -f /var/log/messages	查看并实时刷新，常用于日志文件

• tr：代表 Translate，替换文本内容中的字符，格式为 tr [原始字符] [目标字符]。

样例	功能
cat a.txt丨tr [a-z] [A-Z]	把文本中的英文以全大写输出（经过管道运算符）

• wc：统计指定文本文件的行数 -l、字数 -w 或字节数 -c，格式为 wc [参数] 文件名称。

样例	功能
wc -l /etc/passwd	统计 passwd 行数，等价于求用户数
wc 1.txt	不加参数，默认三个值都返回

• stat：查看文件的具体存储细节和时间等信息，格式为 stat 文件名称。
• grep：代表 Global Regular Expression Print，按行提取文本内容，格式为 grep [参数] 查询内容 文件名称。

参数	功能
-b	将可执行文件 (bin) 当作文本文件 (txt) 来搜索
-c	仅显示找到的行数
-i	忽略查询内容的大小写
-n	同时显示行号
-v	反向选择，列出不包含查询内容的行

• diff：比较多个文件之间内容的差异，格式为 diff [参数] 文件名称A 文件名称B。

样例	功能
diff --brief diff_A.txt diff_B.txt	仅显示判断结果
diff -c diff_A.txt diff_B.txt	描述不同的行

• uniq：代表 Unique，去除文本中连续的重复行，格式为 uniq [参数] 文件名称。
• sort：对文本内容进行再排序，格式为 sort [参数] 文件名称。

参数	功能
-f	忽略大小写
-b	忽略缩进与空格
-n	以数值型排序
-r	反向排序
-u	去除重复行
-t	指定间隔符
-k	按照间隔符，指定第几列值

• less：快速浏览文件，仅阅读模式，防止误修改，格式为 less 文件名称，常用参数有 -S 表示不自动换行。快捷键为：

滚屏	向上滚屏	向下滚屏
一页	b（back）	空格
半页	u（undo）	d（down）
一行	y	回车
跳跃	g	G

搜索	说明
/pattern	向后搜索 pattern
?pattern	向前搜索 pattern
n	跳跃到下一个 pattern
N	跳跃到上一个 pattern
&pattern	Display only matching lines
!/pattern	Search for NON-matching lines

文件目录管理命令

• touch：创建空白文件或设置文件的时间，格式为 touch [参数] 文件名称。

样例	功能
touch 1.txt	创建一个空白文件
touch -d "2020-05-04 15:44" 1.txt	设置文件上次修改时间

• mkdir：代表 Make directory，创建空白的目录，格式为 mkdir [参数] 目录名称。

样例	功能
mkdir mydir	在当前路径下新建文件夹
mkdir -p a/b/c/d/e	创建层叠目录

• cp：代表 Copy，复制文件或目录，格式为 cp [参数] 源文件名称 目标文件名称。

源文件	目标文件	功能
文件	目录	把源文件复制到该目录中
文件	文件	询问是否要覆盖它（需要 -i）
文件	不存在	执行正常的复制操作（如备份）
目录	目录	递归持续复制（需要 -r 或 -a）

• mv：移动文件，格式为 mv [参数] 源文件名称 目标文件名称。不同于复制操作，默认会把源文件删除，只保留剪切后的文件。

样例	功能
mv 1.txt 2.txt	相当于重命名文件
mv 1.txt mydir	剪切到新目录下

• rm：删除文件或目录，格式为 rm [参数] 文件名称。

参数	功能
-f	强制执行，不询问
-i	删除前询问（默认）
-r	递归删除目录
-v	显示正在删除过程

• rmdir：删除空目录，格式为 rmdir [参数] 目录名称。

样例	功能
rmdir mydir	删除当前路径的空目录
rmdir -p a/b/c	删除层叠空目录

• file：查看文件的类型，常用于无后缀文件，格式为 file 文件名称。

Linux 中一切皆文件，而许多文件都是没有后缀的。

不像 Windows，用户双击鼠标打开文件，此时系统会自行判断用户双击的文件是什么类型，因此需要有后缀进行区别。

而 Linux 系统则是根据用户执行的命令来调用文件，例如执行 cat 命令查看文本等，所以也就不需要强制让用户给文件设置后缀了。

• tar：tar 文件进行打包压缩或解压，格式为 tar 参数 压缩包名称 要压缩的文件或目录。

参数	功能
-c	创建压缩文件
-x	解开压缩文件
-t	查看压缩包内有哪些文件
-v	显示真正压缩或解压的过程
-C	指定解压到的目录
-f	指定压缩包名称
-z	真正的「压缩」命令

需要注意的是 tar 命令只是将文件或目录打包，并不具有压缩功能，因此压缩后的大小与源文件相同。常用的命令如下：

样例	功能
tar -cvf data.tar file	创建一个压缩包，压缩文件
tar -czvf data.tar.gz file1 file2 file3	创建一个真正的压缩包，压缩多个文件
tar -xvf data.tar	解压缩到当前目录
tar -Cxvf data.tar.gz ./data/	解压缩到指定目录

• zip/unzip：zip 文件进行压缩、解压缩，格式为 zip/unzip [参数] 压缩包名称 [要压缩的文件或目录]。

参数	功能
-d 目标目录	解压到指定目录下，默认当前目录
-v	查看压缩文件的详细信息，但并不解压
-t	测试压缩文件有无损坏，但并不解压
-o	解压时覆盖已经存在的文件，并且无需用户确认
-n	解压时并不覆盖已经存在的文件
-r	递归地压缩目录及其内容（仅适用于 .zip 格式）
-z	使用 gzip 进行压缩（仅适用于 .tar 或 .tar.gz 格式）

常用命令如下：

样例	功能
zip data.zip file1 file2 file3	创建一个压缩包，压缩多个文件
zip -r data.zip ./data/*	递归压缩目录及内容
unzip data.zip	解压缩到当前目录
unzip data.zip -d ./data/	解压缩到目标目录

• tee：读取标准输入的数据，并将其内容输出成文件，格式为 tee [参数] 目标文件。

默认新建、覆盖目标文件，使用参数 -a 可以附加到已有文件的后方，参数 -i 忽略中断信号。目标文件可以是多个，用空格隔开。

使用命令后会提示用户输入数据，此时键入终端的内容将被读取。也可以结合管道运算符，将上一个任务的输出保存到目标文件：python test.py | tee -a test.log。

tee 实现的是复制标准输出，如果想要直接重定向所有输出，可以使用 python test.py &> test.log。

注意，有时候输出内容并不会实时显示到文件中，这是因为 Python 程序中的 print() 带有输出缓冲区，需要加上参数 flush=True。