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[SAFE-ID: JIWO-2020-2768]   作者: hudie 发表于: [2020-10-20]

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Linux 简介[出自:jiwo.org]

UNIX 是一个交互式系统,用于同时处理多进程和多用户同时在线。为什么要说 UNIX,那是因为 Linux 是由 UNIX 发展而来的,UNIX 是由程序员设计,它的主要服务对象也是程序员。Linux 继承了 UNIX 的设计目标。从智能手机到汽车,超级计算机和家用电器,从家用台式机到企业服务器,Linux 操作系统无处不在。

大多数程序员都喜欢让系统尽量简单,优雅并具有一致性。举个例子,从最底层的角度来讲,一个文件应该只是一个字节集合。为了实现顺序存取、随机存取、按键存取、远程存取只能是妨碍你的工作。相同的,如果命令

ls A*


意味着只列出以 A 为开头的所有文件,那么命令

rm A*

应该会移除所有以 A 为开头的文件而不是只删除文件名是 A* 的文件。

一些有经验的程序员通常希望系统具有较强的功能性和灵活性。设计 Linux 的一个基本目标是每个应用程序只做一件事情并把他做好。所以编译器只负责编译的工作,编译器不会产生列表,因为有其他应用比编译器做的更好。

很多人都不喜欢冗余,为什么在 cp 就能描述清楚你想干什么时候还使用 copy?这完全是在浪费宝贵的 hacking time。为了从文件中提取所有包含字符串 ard的行,Linux 程序员应该输入

grep ard f



Linux 接口

Linux 系统是一种金字塔模型的系统,如下所示



应用程序发起系统调用把参数放在寄存器中(有时候放在栈中),并发出 trap 系统陷入指令切换用户态至内核态。因为不能直接在 C 中编写 trap 指令,因此 C 提供了一个库,库中的函数对应着系统调用。有些函数是使用汇编编写的,但是能够从 C 中调用。每个函数首先把参数放在合适的位置然后执行系统调用指令。因此如果你想要执行 read 系统调用的话,C 程序会调用 read 函数库来执行。这里顺便提一下,是由 POSIX 指定的库接口而不是系统调用接口。也就是说,POSIX 会告诉一个标准系统应该提供哪些库过程,它们的参数是什么,它们必须做什么以及它们必须返回什么结果。

除了操作系统和系统调用库外,Linux 操作系统还要提供一些标准程序,比如文本编辑器、编译器、文件操作工具等。直接和用户打交道的是上面这些应用程序。因此我们可以说 Linux 具有三种不同的接口:「系统调用接口、库函数接口和应用程序接口」

Linux 中的 GUI(Graphical User Interface) 和 UNIX 中的非常相似,这种 GUI 创建一个桌面环境,包括窗口、目标和文件夹、工具栏和文件拖拽功能。一个完整的 GUI 还包括窗口管理器以及各种应用程序。


Linux 上的 GUI 由 X 窗口支持,主要组成部分是 X 服务器、控制键盘、鼠标、显示器等。当在 Linux 上使用图形界面时,用户可以通过鼠标点击运行程序或者打开文件,通过拖拽将文件进行复制等。

Linux 组成部分

事实上,Linux 操作系统可以由下面这几部分构成

  • 引导程序(Bootloader):引导程序是管理计算机启动过程的软件,对于大多数用户而言,只是弹出一个屏幕,但其实内部操作系统做了很多事情
  • 内核(Kernel):内核是操作系统的核心,负责管理 CPU、内存和外围设备等。
  • 初始化系统(Init System):这是一个引导用户空间并负责控制守护程序的子系统。一旦从引导加载程序移交了初始引导,它就是用于管理引导过程的初始化系统。
  • 后台进程(Daemon):后台进程顾名思义就是在后台运行的程序,比如打印、声音、调度等,它们可以在引导过程中启动,也可以在登录桌面后启动
  • 图形服务器(Graphical server):这是在监视器上显示图形的子系统。通常将其称为 X 服务器或 X。
  • 桌面环境(Desktop environment):这是用户与之实际交互的部分,有很多桌面环境可供选择,每个桌面环境都包含内置应用程序,比如文件管理器、Web 浏览器、游戏等
  • 应用程序(Applications):桌面环境不提供完整的应用程序,就像 Windows 和 macOS 一样,Linux 提供了成千上万个可以轻松找到并安装的高质量软件。


Shell

尽管 Linux 应用程序提供了 GUI ,但是大部分程序员仍偏好于使用命令行(command-line interface),称为shell。用户通常在 GUI 中启动一个 shell 窗口然后就在 shell 窗口下进行工作。

shell 命令行使用速度快、功能更强大、而且易于扩展、并且不会带来肢体重复性劳损(RSI)。

下面会介绍一些最简单的 bash shell。当 shell 启动时,它首先进行初始化,在屏幕上输出一个 提示符(prompt),通常是一个百分号或者美元符号,等待用户输入


等用户输入一个命令后,shell 提取其中的第一个词,这里的词指的是被空格或制表符分隔开的一连串字符。假定这个词是将要运行程序的程序名,那么就会搜索这个程序,如果找到了这个程序就会运行它。然后 shell 会将自己挂起直到程序运行完毕,之后再尝试读入下一条指令。shell 也是一个普通的用户程序。它的主要功能就是读取用户的输入和显示计算的输出。shell 命令中可以包含参数,它们作为字符串传递给所调用的程序。比如 
cp src dest



会调用 cp 应用程序并包含两个参数 src  dest。这个程序会解释第一个参数是一个已经存在的文件名,然后创建一个该文件的副本,名称为 dest。

并不是所有的参数都是文件名,比如下面

head -20 file



是一个完全合法的命令,它会告诉 head 程序输出文件名为 20 的文件的前 10 行,然后输出文件名为 file 文件的前 10 行。Linux 操作系统可以接受一个或多个参数。

为了更容易的指定多个文件名,shell 支持 魔法字符(magic character),也被称为通配符(wild cards)。比如,* 可以匹配一个或者多个可能的字符串

ls *.c



告诉 ls 列举出所有文件名以 .c 结束的文件。如果同时存在多个文件,则会在后面进行并列。

另一个通配符是问号,负责匹配任意一个字符。一组在中括号中的字符可以表示其中任意一个,因此

ls [abc]*



会列举出所有以 a、b 或者 c 开头的文件。

shell 应用程序不一定通过终端进行输入和输出。shell 启动时,就会获取「标准输入、标准输出、标准错误」文件进行访问的能力。

标准输出是从键盘输入的,标准输出或者标准错误是输出到显示器的。许多 Linux 程序默认是从标准输入进行输入并从标准输出进行输出。比如

sort 



会调用 sort 程序,会从终端读取数据(直到用户输入 ctrl-d 结束),根据字母顺序进行排序,然后将结果输出到屏幕上。

通常还可以重定向标准输入和标准输出,重定向标准输入使用 < 后面跟文件名。标准输出可以通过一个大于号 > 进行重定向。允许一个命令中重定向标准输入和输出。例如命令

sort <in >out

会使 sort 从文件 in 中得到输入,并把结果输出到 out 文件中。由于标准错误没有重定向,所以错误信息会直接打印到屏幕上。从标准输入读入,对其进行处理并将其写入到标准输出的程序称为 过滤器。

考虑下面由三个分开的命令组成的指令

sort <in >temp;head -30 <temp;rm temp



首先会调用 sort 应用程序,从标准输入 in 中进行读取,并通过标准输出到 temp。当程序运行完毕后,shell 会运行 head ,告诉它打印前 30 行,并在标准输出(默认为终端)上打印。最后,temp 临时文件被删除。「轻轻的,你走了,你挥一挥衣袖,不带走一片云彩」

命令行中的第一个程序通常会产生输出,在上面的例子中,产生的输出都不 temp 文件接收。然而,Linux 还提供了一个简单的命令来做这件事,例如下面

sort <in | head -30

上面 | 称为竖线符号,它的意思是从 sort 应用程序产生的排序输出会直接作为输入显示,无需创建、使用和移除临时文件。由管道符号连接的命令集合称为管道(pipeline)。例如如下

grep cxuan *.c | sort | head -30 | tail -5 >f00

对任意以 .c 结尾的文件中包含 cxuan 的行被写到标准输出中,然后进行排序。这些内容中的前 30 行被 head 出来并传给 tail ,它又将最后 5 行传递给 foo。这个例子提供了一个管道将多个命令连接起来。

可以把一系列 shell 命令放在一个文件中,然后将此文件作为输入来运行。shell 会按照顺序对他们进行处理,就像在键盘上键入命令一样。包含 shell 命令的文件被称为 shell 脚本(shell scripts)。

推荐一个 shell 命令的学习网站:https://www.shellscript.sh/

shell 脚本其实也是一段程序,shell 脚本中可以对变量进行赋值,也包含循环控制语句比如 「if、for、while」 等,shell 的设计目标是让其看起来和 C 相似(There is no doubt that C is father)。由于 shell 也是一个用户程序,所以用户可以选择不同的 shell。

...未完待续


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