Course & Shell

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提示：这里可以添加系列文章的所有文章的目录，目录需要自己手动添加
例如：第一章 Python 机器学习入门之pandas的使用

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提示：写完文章后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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前言

本系列文章是关于MIT课程: The Missing Semester of Your CS Education。

本系列文章主要内容：

shell
shell 工具
编辑器 (vim)
数据整理(data wrangling）
命令行环境(command line)
版本控制 (git)
调试与配置(debugging-profiling)
元编程(metaprogramming)
安全(security)
其他

本文主要内容为shell。

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一、shell 是什么？

shell是计算机上的文本接口，几乎所有平台都支持某种形式的shell。虽然它们之间的细节有所差异，但是核心功能相同：允许操作者执行程序，输入并获取某种半结构化的输出。
本节课我们会使用 Bourne Again Shell, 简称 bash 。 这是被最广泛使用的一种 shell，它的语法和其他的 shell 都是类似的。

二、使用 shell

1.命令解析

$符号表示当前用户不是 root 用户（稍后会介绍）。在这个提示符中，用户可以输入命令 ，命令最终会被 shell 解析。
shell基于空格分割命令并进行解析，然后执行第一个单词代表的程序，并将后续的单词作为程序可以访问的参数。
若希望传递的参数中包含空格，则有两种方式：

1. 单引号或者双引号包裹参数；
2. 在空格前使用转义符\。

2.echo命令

当执行 echo 命令时，shell 了解到需要执行 echo 这个程序，随后它便会在 $PATH 中搜索由 :所分割的一系列目录，基于名字搜索该程序，当找到该程序时便执行。
确定某个程序名代表的是哪个具体的程序，可以使用 which 程序。
也可以绕过 $PATH，通过直接指定需要执行的程序的路径来执行该程序

missing:~$ echo $PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
missing:~$ which echo
/bin/echo
missing:~$ /bin/echo $PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin

3.在shell中导航

shell 中的路径是一组被分割的目录，在 Linux 和 macOS 上使用 /分割，而在Windows上是\。路径/代表的是系统的根目录，所有的文件夹都包括在这个路径之下，在Windows上每个盘都有一个根目录（例如： C:\）。
在Linux中，如果某个路径以 / 开头，那么它是一个 绝对路径，其他的都是 相对路径 。相对路径是指相对于当前工作目录的路径，当前工作目录可以使用 pwd 命令来获取。此外，切换目录需要使用 cd 命令。在路径中，.表示的是当前目录，而 .. 表示上级目录：

missing:~$ pwd
/home/missing
missing:~$ cd /home
missing:/home$ pwd
/home
missing:/home$ cd ..
missing:/$ pwd
/
missing:/$ cd ./home
missing:/home$ pwd
/home
missing:/home$ cd missing
missing:~$ pwd
/home/missing
missing:~$ ../../bin/echo hello
hello

为了查看指定目录下的文件，使用ls命令；查看文件的详细信息可采用ls -l：

missing:~$ ls -l /home
drwxr-xr-x 1 missing  users  4096 Jun 15  2019 missing

这个参数可以打印出更加详细地列出目录下文件或文件夹的信息。首先，本行第一个字符 d 表示 missing 是一个目录。
然后接下来的九个字符，每三个字符构成一组，分别代表了文件所有者（missing），用户组（users） 以及其他所有人具有的权限。
其中w代表可以修改，如添加或者删除文件；
r代表可以读取，如列出文件夹的内容；
'x代表执行，如为了进入某个文件夹，用户需要搜索权限；
- 表示该用户不具备相应的权限。
对于文件来说，权限的意义也是类似的。注意，/bin 目录下的程序在最后一组，即表示所有人的用户组中，均包含 x权限，也就是说任何人都可以执行这些程序。

常用的文件命令：mv用于重命名或移动文件、 cp用于拷贝文件以及 mkdir用于新建文件夹。

如果想要知道关于程序参数、输入输出的信息，亦或是想要了解它们的工作方式，利用man这个程序。它会接受一个程序名作为参数，然后显示用户文档。注意，使用 q 可以退出该程序。

4.程序中创建连接

在 shell 中，程序有两个主要的“流”：它们的输入流和输出流。 当程序尝试读取信息时，它们会从输入流中进行读取，当程序打印信息时，它们会将信息输出到输出流中。 通常，一个程序的输入输出流都是您的终端。也就是，您的键盘作为输入，显示器作为输出。 但是，我们也可以重定向这些流！
最简单的重定向是 < file 和 > file。这两个命令可以将程序的输入输出流分别重定向到文件：

missing:~$ echo hello > hello.txt
missing:~$ cat hello.txt
hello
missing:~$ cat < hello.txt
hello
missing:~$ cat < hello.txt > hello2.txt
missing:~$ cat hello2.txt
hello

还可以使用 >> 来向一个文件追加内容。使用管道（ pipes ），我们能够更好的利用文件重定向。|操作符允许我们将一个程序的输出和另外一个程序的输入连接起来：

missing:~$ ls -l / | tail -n1
drwxr-xr-x 1 root  root  4096 Jun 20  2019 var
missing:~$ curl --head --silent google.com | grep --ignore-case content-length | cut --delimiter=' ' -f2
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注：head函数用于取数据头行，tail函数用于取数据尾行。

5.用户权限

对于大多数的类 Unix 系统，有一类用户是非常特殊的，那就是：超级用户（root user）。
超级用户几乎不受任何限制，可以创建、读取、更新和删除系统中的任何文件。 通常在我们并不会以根用户的身份直接登录系统，因为这样可能会因为某些错误的操作而破坏系统。 取而代之的是我们会在需要的时候使用 sudo 命令。顾名思义，它的作用是让您可以以 su（super user 或 root 的简写）的身份执行一些操作。 当您遇到拒绝访问（permission denied）的错误时，通常是因为此时您必须是超级用户才能操作。
只有超级用户可以向 sysfs 文件写入内容。系统被挂载在 /sys 下，sysfs 文件则暴露了一些内核参数。 因此，您不需要借助任何专用的工具，就可以轻松地在运行期间配置系统内核。注意 Windows 和 macOS 没有这个文件。
例如，改变屏幕亮度：

$ sudo find -L /sys/class/backlight -maxdepth 2 -name '*brightness*'
/sys/class/backlight/thinkpad_screen/brightness
$ cd /sys/class/backlight/thinkpad_screen
$ sudo echo 3 > brightness
An error occurred while redirecting file 'brightness'
open: Permission denied

由上可见，采用sudo依然无权限访问该目录下的文件。
|、>、和<是通过 shell 执行的，而不是被各个程序单独执行。 echo 等程序并不知道 | 的存在，它们只知道从自己的输入输出流中进行读写。 对于上面这种情况， shell (权限为您的当前用户) 在设置sudo echo 前尝试打开 brightness 文件并写入，但是系统拒绝了 shell 的操作因为此时 shell 不是根用户。
因此，采用如下操作：

$ echo 3 | sudo tee brightness

其中，tee函数在两个管道文件之间复制数据，是零拷贝操作，它不消耗数据，因此源文件上的数据仍然可以用于后续操作；tee命令既可以把输出保存到文件，又可以在屏幕显示。

三、课后练习

1. 在 /tmp 下新建一个名为 missing 的文件夹。

2. 用 man 查看程序 touch 的使用手册。

3. 用 touch 在 missing 文件夹中新建一个叫 semester 的文件。

4. 将以下内容一行一行地写入 semester 文件：
   第一行可能有点棘手， # 在Bash中表示注释，而! 即使被双引号"包裹也具有特殊的含义。 单引号'则不一样，此处利用这一点解决输入问题。

#!/bin/sh
curl --head --silent https://missing.csail.mit.edu

6. 尝试执行这个文件。例如，将该脚本的路径（./semester）输入到您的shell中并回车。如果程序无法执行，请使用 ls 命令来获取信息并理解其不能执行的原因。

7. 查看 chmod 的手册(例如，使用 man chmod 命令)

8. 使用 chmod 命令改变权限，使 ./semester 能够成功执行，不要使用 sh semester 来执行该程序。您的 shell 是如何知晓这个文件需要使用 sh 来解析呢？更多信息请参考：shebang

9. 使用 | 和 > ，将 semester 文件输出的最后更改日期信息，写入主目录下的 last-modified.txt 的文件中

10. 写一段命令来从 /sys 中获取笔记本的电量信息，或者台式机 CPU 的温度。

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# 总结 本文主要是关于shell的基本概念和简单命令。