43、深入探索Linux系统控制与BASH shell使用

深入探索Linux系统控制与BASH shell使用

1. 系统调整与进程优先级

在对系统进行调整后，系统的响应能力通常会有所恢复，但恢复程度取决于所运行程序的性质。有时，你可能会尝试提高某个进程的优先级，以使其运行得更快，但由于Linux内核的复杂性，这可能无法达到预期效果，甚至可能引发严重问题。因此，调整进程优先级（renice）时要谨慎，仅在必要时进行操作。

调整优先级可以通过在命令提示符下使用 renice 命令来实现，这样就无需使用 top 工具。此外， nice 命令也很有用，它可以在进程启动前设置其初始优先级。若要了解更多信息，可以查看 renice 和 nice 的手册页。

2. 进程控制

在Linux系统中，尽管运行的进程通常是隐藏的，但用户可以对其进行全面且不受限制的控制。用户能够终止进程、更改其属性，并获取关于进程的所有信息。

普通用户对自己启动的进程拥有完全控制权（僵尸进程除外），而根用户（或拥有超级用户权限的用户）则可以控制所有普通用户创建的进程以及系统自身启动的进程。这种控制能力的赋予，是为了在出现问题（如程序崩溃且无法正常终止）时进行修复。普通用户在进行此类操作时，虽然不会损坏当前运行的系统，但可能会给自己带来一些问题。这种对进程的控制能力正是Linux系统如此可靠的原因之一，因为任何用户都可以深入内核的工作机制，终止单个进程，从而在对系统其他部分影响极小的情况下清理崩溃的程序。

3. 终止进程

当你退出程序或程序完成任务时，它会自动终止自身进程以及为运行而创建的其他子进程。主进程称为父进程，其创建的进程称为子进程。

你可以使用 pstree 命令查看进程的父子关系，添加 -p 选项可以显示进程的PID。为了方便浏览结果，可以将输出通过管道传递给 less 命令，例如： pstree -p | less 。

然而，有些行为异常的程序可能不会自动终止，或者程序崩溃后无法自行结束进程。在极少数情况下，一些看似正常的程序可能会过度占用系统资源，导致系统无故变慢。

对于这些问题进程，有时可以通过注销并立即重新登录来解决，但这种方法仅适用于登录后启动的进程，对系统进程无效。另一种方法是手动终止进程，使用 top 工具可以轻松实现。具体步骤如下：
1. 在 top 中找到与问题程序名称匹配的进程。例如，Mozilla Firefox浏览器通常以 firefox-bin 进程运行。
2. 由于 top 不会显示所有进程，为了更方便地找到问题进程，可以在 top 中输入 u ，然后输入当前登录的用户名，这样可以只显示该用户创建的进程。
3. 找到崩溃的进程后，记录其PID（位于列表最左侧）。
4. 输入 k ，然后输入PID，再按 Enter 键（默认信号值为15，表示要求程序终止）。

如果进程没有消失，可能有无法终止的原因。此时，可以重复上述步骤，但当 top 询问信号值时，不接受默认的15，而是输入9并按 Enter 键，这将强制终止进程。不过，只有在确实需要终止进程时才使用此方法，因为强制终止可能会导致程序无法正常释放资源，从而造成数据丢失。

4. 控制僵尸进程

僵尸进程是指其父进程已无法访问（例如已终止），但由于某些原因未能带走其子进程的进程。僵尸进程偶尔会出现，通常它们是无害的，但在某些情况下可能会导致混淆，使进程重启失败，因此有时需要手动终止它们。

在 top 的右上角可以看到系统中正在运行的僵尸进程数量。僵尸进程在 top 的进程列表中，其状态（S）列会显示为 Z 。要终止僵尸进程，输入 k ，然后输入其PID，接着输入9（而非接受默认信号值15）。

在很多情况下，僵尸进程会自行消失，但有时不会。此时，你有两种选择：一是注销并重新登录，二是重启计算机。

5. 使用其他命令控制进程

除了 top 工具，还有一些快速便捷的shell命令可以用于诊断和处理进程问题。
- ps 命令 ：用于显示系统中当前运行的进程列表，通常与 aux 选项一起使用，例如： ps aux 。该命令的输出与 top 类似。如果你能在输出中找到问题进程，记录其PID，然后使用 kill 命令终止它，例如： kill 5122 。如果进程未被终止，可以使用 top 进行更深入的调查。
- killall 命令 ：如果你知道程序的进程名，可以使用该命令终止进程。例如，要终止Firefox浏览器的主进程 firefox-bin ，可以使用命令： killall firefox-bin 。使用 killall 命令时要尽可能具体，因为像 killall bin 这样的命令会终止所有进程名中包含 bin 的进程。

6. 清理崩溃程序

当程序崩溃时，可能会导致正在使用的shell停止工作，或者整个GUI出现问题。在这种情况下，要记住可以同时运行多个命令行shell实例。例如，如果一个进程崩溃导致GNOME Terminal锁定，你可以通过 Ctrl + Alt + t 启动一个新的GNOME Terminal窗口，然后在新窗口中使用 top 工具终止导致问题的进程。

如果崩溃的程序影响了整个GUI，可以通过按下 Ctrl + Alt + F1 切换到虚拟控制台。此时GUI会隐藏，但不会被终止，所有程序仍在运行。你可以在虚拟控制台中使用 top 工具尝试终止问题进程。完成后，按下 Ctrl + Alt + F7 可以切换回GUI。

如果你知道崩溃程序的名称，可以使用 pgrep 命令快速找到其PID，然后使用 kill 命令终止它。例如，如果Nautilus文件管理器冻结，可以使用命令 pgrep nautilus 获取其PID，然后使用 kill 命令结合该PID终止进程。

7. 作业控制

在shell中启动程序时，会为其分配一个作业号。作业与进程是不同的概念，主要用于帮助用户了解系统中当前正在运行的程序。

你可以在shell提示符下输入 jobs 命令查看当前正在运行的作业。当运行一个程序时，它通常会占用shell，直到任务完成。但你可以在命令后添加 & 符号，使程序在后台运行。不过，对于需要用户输入的命令（如 vim 或 top ），这种方法不太适用，但对于一些长时间运行的命令很方便。

例如，要解压一个大的Zip文件，可以使用 unzip 命令。在Windows中，解压大文件可能会使shell长时间无法使用，但在Linux中，你可以使用以下命令在后台解压文件，同时继续使用shell： unzip myfile.zip & 。执行该命令后，会显示类似 [1] 7483 的信息，这表示 unzip 命令正在后台运行，作业号为1，进程号为7483（需要注意的是，有些程序启动时会立即启动其他进程并终止当前进程，因此进程号可能不准确）。

如果你启动了多个后台作业，可以使用作业号切换到相应的作业。例如，输入 %3 可以切换到作业号为3的后台作业。按下 Ctrl + Z 可以暂停当前运行的作业，使其进入休眠状态。要重新启动作业，可以切换回该作业，或者使用命令 %2 & 在后台重新启动作业号为2的作业。输入 fg 可以将后台作业切换到前台运行。

当后台作业完成时，shell会显示类似 [1]+ Done unzip myfile.zip 的信息。使用作业控制可以有效地管理工作负载。例如，在使用 vim 编辑文件时，可以按下 Ctrl + Z 暂停 vim ，返回shell执行其他命令，之后可以使用 fg 或 % 加上作业号恢复 vim 。你还可以使用 kill %<jobnumber> 命令根据作业号终止作业，例如 kill %2 可以终止作业号为2的作业。另外， Ctrl + C 可以立即终止当前正在运行的作业，对于意外启动的长时间运行的命令很有用。

8. NOHUP命令

当你在终端窗口中启动一个命令，然后想关闭该窗口时，窗口内启动的进程通常也会随之关闭。这是因为关闭窗口时，父进程会向其启动的进程发送挂起信号。虽然有些进程可以忽略该信号，但大多数进程会终止。

为了解决这个问题，可以使用 nohup 命令。 nohup 表示不挂起，它可以让指定的命令在启动它的进程结束后继续运行（技术上是让命令忽略 SIGHUP 信号）。不过，通过 nohup 运行的命令仍然可以像普通命令一样被终止。

使用 nohup 命令时，只需在命令前添加 nohup 即可，例如： nohup unzip myfile.zip 。如果命令需要 sudo 或 gksu 权限，在 nohup 命令后添加相应的权限。命令的输出（包括错误信息）会被发送到 nohup.out 文件中，你可以使用文本编辑器查看该文件。需要注意的是，如果使用 sudo 或 gksu 通过 nohup 运行命令， nohup.out 文件将具有root权限。在这种情况下，普通用户再次使用 nohup 之前，需要使用 sudo 删除 nohup.out 文件，否则 nohup 无法覆盖该文件。

9. 认识BASH shell

严格来说，Linux指的只是内核，它是运行计算机并让一切功能得以实现的基础程序。但内核本身是无用的，它需要程序让用户与计算机进行交互，还需要大量的系统文件（也称为库）来提供重要功能。

GNU项目提供了许多底层代码和程序，这就是为什么很多人将Linux操作系统称为GNU/Linux，因为没有GNU组件，Linux可能无法起步。GNU项目还提供了各种shell程序。shell是用户日常与系统交互的界面，可以通过鼠标或键盘操作。这个词源于shell是操作系统的外层，它封装了内核（在某些情况下，通过过滤不良用户命令来保护内核）。有些shell提供图形功能，但一般而言，shell指的是纯文本界面，这些文本shell程序也被称为终端程序，通常被通俗地称为命令行提示符。这种shell可以让你快速有效地控制系统。

虽然现在使用shell不是必需的，因为在Ubuntu中几乎所有操作都可以通过图形界面完成，但使用shell能让你真正成为系统的主人。BASH shell是Ubuntu系统的默认shell。对于Windows用户来说，最好的解释方式是将其与DOS命令提示符进行比较。BASH shell可以让你通过键盘直接向操作系统发出命令，而无需使用鼠标和窗口（尽管有时可以在BASH shell中使用鼠标进行文本复制和粘贴，以及控制简单的基于文本的菜单）。两者的主要区别在于，BASH shell几乎涵盖了系统上所有操作的命令，而DOS命令提示符主要局限于文件和目录的操作和查看工具。

过去，DOS命令提示符是整个操作系统的可见层，DOS程序就是在这个环境中运行的。而BASH shell只是访问Linux内核和子系统的众多方式之一。虽然很多程序是通过BASH shell运行的，但实际上大多数程序是在Linux操作系统上运行的，只是通过BASH shell获取输入并显示输出。长期使用Windows的用户可能会对BASH shell感到谨慎，因为它代表了一种全新的工作方式和需要学习的新概念。不可否认，对于新手来说，shell确实带来了很多挑战，但它也带来了巨大的回报。

以下是一些关键命令的总结表格：
| 命令 | 作用 | 示例 |
| — | — | — |
| renice | 调整进程优先级 | renice -n 10 <PID> |
| nice | 设置进程初始优先级 | nice -n 5 command |
| pstree | 显示进程树 | pstree -p |
| ps aux | 显示当前运行的进程列表 | ps aux |
| kill | 终止进程 | kill 5122 |
| killall | 根据进程名终止进程 | killall firefox-bin |
| pgrep | 根据程序名查找PID | pgrep nautilus |
| jobs | 显示当前作业 | jobs |
| nohup | 让命令在后台持续运行 | nohup unzip myfile.zip |

下面是一个简单的mermaid流程图，展示了处理问题进程的基本流程：

graph TD;
    A[发现系统变慢或程序异常] --> B{是否知道问题程序名};
    B -- 是 --> C[使用pgrep查找PID];
    B -- 否 --> D[使用top查找进程];
    C --> E[使用kill命令终止进程];
    D --> E;
    E --> F{进程是否终止};
    F -- 是 --> G[问题解决];
    F -- 否 --> H[使用top强制终止进程];
    H --> I{进程是否终止};
    I -- 是 --> G;
    I -- 否 --> J[考虑注销或重启];

通过掌握这些系统控制和BASH shell的使用方法，你可以更好地管理和维护Linux系统，提高工作效率。

深入探索Linux系统控制与BASH shell使用

10. BASH shell的优势与特点

BASH shell之所以成为Ubuntu系统的默认shell，有其独特的优势和特点。

• 命令丰富性 ：如前文所述，BASH shell拥有几乎涵盖系统所有操作的命令。无论是文件管理、进程控制，还是系统配置，都能找到对应的命令来完成任务。例如，在文件管理方面， ls 用于列出文件和目录， cp 用于复制文件， mv 用于移动或重命名文件等。
• 脚本编程能力 ：BASH shell支持脚本编程，用户可以编写一系列命令组合成一个脚本文件，实现自动化任务。比如，编写一个脚本用于定期备份重要文件：

#!/bin/bash
# 定义备份源目录和目标目录
source_dir="/home/user/documents"
backup_dir="/home/user/backup"
# 创建备份目录（如果不存在）
mkdir -p $backup_dir
# 执行备份操作
cp -r $source_dir $backup_dir

将上述代码保存为一个 .sh 文件，如 backup.sh ，然后赋予执行权限 chmod +x backup.sh ，就可以运行该脚本来完成备份任务。
- 历史命令管理 ：BASH shell会记录用户输入的命令历史，用户可以通过上下箭头键快速访问之前输入过的命令，还可以使用 history 命令查看所有历史命令。此外，使用 ! 符号可以快速重复执行上一个命令，如 !! ，或者执行历史命令中指定编号的命令，如 !10 表示执行历史命令列表中编号为 10 的命令。

11. 高级进程管理技巧

除了前面提到的基本进程控制方法，还有一些高级技巧可以帮助你更精细地管理进程。

• 进程优先级调整策略 ：在实际应用中，合理调整进程优先级可以优化系统资源分配。例如，对于一些对实时性要求较高的进程，如视频编码、游戏等，可以适当提高其优先级；而对于一些后台任务，如系统更新、数据备份等，可以降低其优先级，以免影响前台程序的运行。在使用 renice 命令调整优先级时，优先级范围通常是 -20 到 19，数值越小优先级越高。例如，将进程 PID 为 1234 的优先级提高到 -10，可以使用命令 renice -n -10 1234 。
• 进程监控工具 ：除了 top 工具，还有一些其他的进程监控工具可以提供更详细的信息。例如， htop 是一个交互式的进程监控工具，它提供了比 top 更直观的界面，支持鼠标操作，并且可以实时显示进程的详细信息，如 CPU 使用率、内存使用率、线程数等。安装 htop 可以使用命令 sudo apt-get install htop ，安装完成后直接在终端输入 htop 即可启动。

12. 作业管理的高级应用

作业管理不仅可以提高工作效率，还可以实现一些复杂的任务调度。

• 作业链的创建 ：你可以通过 && 和 || 符号将多个命令组合成一个作业链。 && 表示前一个命令执行成功后才执行下一个命令， || 表示前一个命令执行失败后才执行下一个命令。例如， command1 && command2 表示只有当 command1 执行成功后，才会执行 command2 ； command1 || command2 表示如果 command1 执行失败，才会执行 command2 。
• 作业定时执行 ：使用 at 和 cron 工具可以实现作业的定时执行。 at 用于在指定的时间执行一次作业，例如，要在明天下午 3 点执行一个备份脚本 backup.sh ，可以使用命令 at 3pm tomorrow <<< "bash /path/to/backup.sh" 。 cron 则用于定期执行作业，你可以编辑 /etc/crontab 文件或使用 crontab -e 命令来设置定时任务。例如，要每天凌晨 2 点执行一次系统更新，可以在 crontab 文件中添加一行 0 2 * * * sudo apt-get update 。

13. BASH shell的快捷键与别名

掌握 BASH shell 的快捷键和别名可以大大提高操作效率。

• 常用快捷键 ：
• Ctrl + A ：将光标移动到命令行的开头。
• Ctrl + E ：将光标移动到命令行的结尾。
• Ctrl + U ：删除从光标位置到命令行开头的所有字符。
• Ctrl + K ：删除从光标位置到命令行结尾的所有字符。
• Tab ：自动补全命令或文件名。
• 别名设置 ：别名可以为常用的长命令设置一个简短的名称。例如，将 ls -l 设置为别名 ll ，可以在 ~/.bashrc 文件中添加一行 alias ll='ls -l' ，然后执行 source ~/.bashrc 使设置生效。之后，在终端输入 ll 就相当于输入 ls -l 。

14. 系统安全与进程控制

在进行进程控制和使用 BASH shell 时，需要注意系统安全问题。

• 权限管理 ：普通用户只能控制自己启动的进程，而根用户可以控制所有进程。因此，在使用 sudo 或获取超级用户权限时要谨慎，避免误操作导致系统安全问题。例如，在使用 kill 命令终止进程时，要确保输入的 PID 正确，避免误杀其他重要进程。
• 防范恶意进程 ：定期使用进程监控工具检查系统中是否存在异常进程。如果发现某个进程占用过高的 CPU 或内存资源，并且无法确定其来源和用途，要及时终止该进程。同时，要注意从正规渠道下载和安装软件，避免安装带有恶意代码的程序。

15. 总结与展望

通过对 Linux 系统控制和 BASH shell 使用的深入学习，我们了解了如何调整系统进程优先级、控制进程和作业、清理崩溃程序，以及使用 BASH shell 进行高效操作。掌握这些知识和技能可以让我们更好地管理和维护 Linux 系统，提高工作效率。

在未来，随着 Linux 系统的不断发展和应用场景的不断拓展，系统控制和 BASH shell 的使用将变得更加重要。例如，在云计算、大数据、人工智能等领域，Linux 系统作为服务器操作系统的主流选择，对系统管理和自动化运维的要求越来越高。因此，不断学习和掌握 Linux 系统控制和 BASH shell 的高级技巧，将有助于我们在这些领域取得更好的发展。

以下是一个关于 BASH shell 快捷键和别名的总结表格：
| 类型 | 操作 | 说明 |
| — | — | — |
| 快捷键 | Ctrl + A | 光标移动到命令行开头 |
| 快捷键 | Ctrl + E | 光标移动到命令行结尾 |
| 快捷键 | Ctrl + U | 删除光标到命令行开头字符 |
| 快捷键 | Ctrl + K | 删除光标到命令行结尾字符 |
| 快捷键 | Tab | 自动补全命令或文件名 |
| 别名 | alias ll='ls -l' | 将 ls -l 设为 ll |

下面是一个 mermaid 流程图，展示了使用 BASH shell 进行文件备份的流程：

graph TD;
    A[开始] --> B{是否需要备份文件};
    B -- 是 --> C[定义源目录和目标目录];
    B -- 否 --> D[结束];
    C --> E[创建目标目录（如果不存在）];
    E --> F[执行备份操作];
    F --> G{备份是否成功};
    G -- 是 --> H[输出备份成功信息];
    G -- 否 --> I[输出备份失败信息];
    H --> D;
    I --> D;

希望通过本文的介绍，你能够更加深入地了解 Linux 系统控制和 BASH shell 的使用，提升自己在 Linux 系统上的操作能力。