Lec01：The Shell

本 Lec 主要内容：

  • 了解什么是 shell
  • shell 的 prompt 各部分的含义
  • shell 环境
  • 在 shell 中导航
  • shell 的权限系统
  • 管道符的使用
  • root 用户

为什么需要 shell

如今有很多交互接口可以让我们进行指令的输入，比如 GUI、语音输入甚至 AR/VR。这些交互接口可以覆盖 80% 的使用场景。但是，如果你想要完成一个操作，而这个操作恰好没有对应的按钮或语言输入，这些交互接口就捉襟见肘了。为此，使用文字接口 shell 成为了最终的选择 —— 它是全能的，任何你能在图形化接口做的事，它都能做，而且可以做的事更多。

使用 shell

初见 shell

当打开终端时，一般会看到如下内容：

missing:~$

这是 shell 最重要的文本接口。这一行内容的含义是：你的==主机名==是 missing 并且==当前的工作目录==（”current working directory”）或者说当前所在的位置是 ~ (表示 ==“home”==)。 $ 符号表示现在的身份==不是 root 用户==（稍后会介绍）。

在 shell 中执行命令

在 shell 中，最简单的命令是执行一个程序：

missing:~$ date
Fri 10 Jan 2020 11:49:31 AM EST
missing:~$

我们可以在执行命令的同时向程序传递参数：

missing:~$ echo hello
hello

这里，我们执行了一个程序 echo，并传递了一个参数 hello。

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。如果希望传递的参数中包含空格（例如一个名为 My Photos 的文件夹），则要么用使用单引号，双引号将其包裹起来，要么使用转义符号 \ 进行处理（My\ Photos）。

shell 如何知道要执行的程序在哪？

其实，类似于 Python 或 Ruby，shell 是一个==编程环境==，所以它具备变量、条件、循环和函数（下一课进行讲解）。当你在 shell 中执行命令时，你实际上是在执行一段 shell 可以==解释执行==的==简短代码==。

如果你要求 shell 执行某个指令，但是该指令并不是 shell 所了解的编程关键字，那么它会去咨询 环境变量 $PATH，它会列出当 shell 接到某条指令时，进行程序搜索的路径：

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

当我们执行 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（假定该文件是 可执行程序，后续课程将详细讲解）。

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。

我们也可以绕过 $PATH，通过直接指定需要执行的程序的路径来执行该程序

在 shell 中导航

路径是什么

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:\）。

相对路径和绝对路径

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。

一些导航的常用命令

命令名 作用 说明 标记和选项（--help 省略）
pwd 获取当前工作目录 输出到终端上 -
cd 切换目录 . 表示当前目录，.. 表示上级目录；
可以用绝对路径切换，也可以用相对路径切换。		 -
ls 查看指定目录下包含哪些文件 不带参数，则查看当前目录下包含哪些文件
带参数，则查看参数所在路径下包含哪些文件
 -l：更加详细地列出目录下文件或文件夹信息。
mv 重命名或移动文件 后跟两个参数，第一个原文件路径，后一个目的文件路径 -
cp 拷贝文件 后跟两个参数，第一个原文件路径，后一个拷贝目的文件路径
mkdir 新建文件夹 后跟多个参数，表示创建多个文件夹 -
rm 删除文件 后跟多个参数，为待删除文件路径 -
rmdir 删除文件夹 后跟多个参数，为待删除文件夹
只能删除空文件夹		 -
cat 获取一个文件中的所有内容 后跟一个参数，为文件路径；默认将内容输出到终端
tail 获取输入流内容末尾 n 行的内容 后跟一个可选参数，表示文件路径；如果输入流中已经有内容，可以不指定；默认输出到终端 -n?：-n 为选项，? 为任意一个数字，合在一起指定获取末尾内容的行数。
grep 在输入流内容中查找指定内容 默认输出到终端
man 获取某个程序的文档（用户手册） 后跟一个参数：程序名 -

文件和文件夹权限

当使用 ls -l 时，可以看到如下的结果：

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

接下来依次解释这一行输出各部分的含义：

drwxr-xr-x：文件类型和权限 1：链接数 missing：所有者 users：所有组 4096：文件大小 Jun 15 2019：最后修改时间 missing：文件名
第一个字符表示这是一个目录
接下来九个字符分成三组，每组三个字符，分别表示不同用户的访问权限：
- 第一组表示所有者的权限
- 第二组表示所有组的权限
- 第三组表示其他用户的权限
rwx 三个字母分别代表 ==读、写、执行== 权限		 这是目录的硬链接数，对于目录来说，这是其子目录（包括 . 和 ..）的数量。这里显示 1，表示该目录下没有子目录（只有 . 和 ..）。 这是该目录的所有者，即用户 missing。 这是该目录所属的组，即组 users。 这是该目录的大小，单位是==字节==。对于目录来说，大小一般是包含目录项所需的字节数。 这是该目录最后一次修改的时间。格式为 月 日 年，表示该目录在 2019 年 6 月 15 日进行了最后一次修改。 这是目录的名称，即 missing。

对于文件来说：rwx 对应的就是文件的 ==读、写、执行==；但是对于文件夹来说：rwx 对应的是该文件夹 ==是否能列出其包含的内容、是否能添加、删除、重命名其包含的内容、是否能进入该目录==。

**注意⚠️：**如果没有对一个文件夹的执行权限，相当于这个文件夹里的所有文件我都无能为力。

**因为：**不管是ls命令还是写文件还是读文件内容，都需要给出文件的路径，而如果对文件所处文件夹的没有执行权限，在路径解析到文件夹的时候就拒绝访问了，所以不能执行任何操作。

在程序间创建连接

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终端。也就是，用户键盘作为输入，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

使用 > 是覆盖内容，使用 >> 是追加内容。

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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我们会在数据清理一章中更加详细的探讨如何更好的利用管道。

root 用户

对于大多数的类 Unix 系统，有一类用户是非常特殊的，那就是：==根用户（root user）==。 你应该已经注意到了，在上面的输出结果中，根用户几乎不受任何限制，他可以创建、读取、更新和删除系统中的任何文件。

通常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，它的作用是让你可以==以 su（super user 或 root 的简写）的身份执行一些操作==。 当你遇到拒绝访问（permission denied）的错误时，通常是因为此时你必须是根用户才能操作。然而，请再次确认你是真的要执行此操作。

使用 sudo 的注意事项⚠️：在 shell 中，|、>、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。如果要向一个只有 root 用户才有权限访问的文件中写入内容，需要用 sudo 修饰可以往文件中写入内容的某程序，才能顺利写入。总的要点来说：要访问权限受限的文件时，需要用 sudo 修饰访问该文件的程序。