Shell

什么是Shell

在图形界面出现之前, 与 Unix 系统进行交互的唯一方式是使用 Shell 提供的文本命令行界面(Command Line Interface, CLI), CLI 只允许文本输入, 也只能进行文本输出.

如今图像用户界面(GUI)已经被大规模使用, 用户可以更方便的与计算机进行交互. 但 Shell 在现今也有很大作用: 利用 Shell 脚本(Shell Scripts)进行自动化、利用高效率的命令行工具快速处理任务、通过 SSH 远程连接服务器进行操作(这个时候可不会有 GUI 让你用)等. 相对于 GUI, Shell 往往可以占用更少的资源，完成相同的任务.

Unix 工具是由 Unix 下的开发人员参照标准进行设计的(现今流行的标准之一 POSIX ), 遵循标准的好处是你基本可以在任何 Unix-like 系统下使用相同的工具而没有使用成本. 同时小而精的软件设计哲学让每个工具只负责一件事, 你可以通过组合各种工具完成整个任务.

你也可以设计自己的命令行工具或设计脚本来完成任务, 想一想, 只是完成一个小任务的话, 又何必花费大力气做 GUI 界面呢?

使用Shell

如今的系统大部分都提供了 GUI, 不过他们也都提供了终端模拟来进行 Shell 操作. 你可以参考你的系统找到如何启动终端.

常见的 Shell 教程在互联网上可以快速检索到, 你可以很容易通过他们掌握Shell的一些基本用法, 因此我们在这里不会过多介绍. 接下来我们将会介绍几个能够提升你Shell使用的功能, 以及一些实用的命令行工具.

帮助文档

这里我们介绍三种你能掌握一种命令行工具用法的方式：

  • man
    man 命令是官方的权威的手册文档, 是英文 manual 的缩写, 你可以通过 man [参数] 对象的方式查找对象的使用说明文档, 但他一般是十分详细的, 你可能需要仔细阅读才能掌握.

  • -h/--help
    命令行工具通常也会内置帮助文档, 一般通过 命令 -h/--help 的方式进行查询, 相比man命令, 他要更简洁和难以掌握.

  • tldr
    tldr(too long don't read) 简化了繁琐的 man 指令文档, 通过简短明确的示例让你能够快速上手命令行工具, 相比 man 要更亲民一些.

tldr本身也是命令行工具, 第一次使用时需要从github上下载数据库, 因此可能会慢一些.

管道

用 | 建立管道, 如 program1 | program2 可以将 program1 的输出变成 program2 的标准输入, 利用管道, 可以将多个命令行程序放在一起使用, 如可以通过多个 grep 逐渐过滤检索, 相对于写入到临时文件, 管道的速度要更快.

还记得说过的Unix工具只负责一件事吗, 通过管道, 你可以让这些工具结合起来, 共同完成一项任务.

标准I/O重定向

标准输入输出是 Unix 中的重要概念之一, 所有的Unix程序都从标准输出读入, 并将数据写入到标准输出中, 一般的标准输入输出目的都是终端, 你可以通过 Shell 语法对标准输入输出进行重定向, 一般是从定向到文件.

用 < 改变标准输出, 使用 program < file可以将 program 程序的输入重定向到 file 文件中.
用 > 改变标准输出, 使用 program > file可以将 program 程序的输出重定向到 file 文件中.

program < file1 > file2 program 会从 file1 中读取文件, 并将处理好的输出写入到file2中.

I/O重定向也可以搭配管道一起使用.

/dev/null

/dev/null 是一个垃圾桶, 任何传输到此文件的数据都会被系统丢弃掉, 并返回一个成功完成写入数据的返回值. 他在你想丢弃文件, 或你只想知道命令的退出状态时非常有用.

关于退出状态, 这里以 grep 为例, 他在匹配到时返回相应行, 但在匹配失败时会返回1, 通过将 grep 的输出重定向到 /dev/null 你可以只关系是否匹配而不关系匹配到的相应行.

Shell 工具

在这里介绍几个常见的 Shell 工具，选择好用的 Shell 工具可以极大提升你的工作效率，避免重复工作。

查找文件

查找是文件或目录是每个人（尤其是程序员）最常见的重复任务之一。在类 Unix 系统中包含一个名为 find 的工具，提供了在 Shell 环境下强大的搜索能力，find 会在指定位置下递归的搜索符合条件的文件：

#查找当前目录下的.txt文件
find . -name "*.txt" -type f 
#查找当前目录下命名为 test 的目录
find . -name test -type d 
#查找当前目录下修改时间5日以内的文件
find . -mtime -5 -type f
#查找当前目录下大小在100k到1M内的文件
find . -size +100k -size -1M -type f

你可能在查找到文件后对查找到的文件进行一些操作（比如删除），find 命令提供了 -exec 解决这个问题。

#查找并删除当前目录下扩展名为 .txt 的文件
find . -name "*.txt" -exec rm {} \;

虽然 find 功能强大，但他的语法却十分复杂，这个时候你可能需要 fd ，fd 是一种简单又快速和用户友好地 find 替代品，他为需要 find 基本功能但并不需求强大功能的用户提供了一个好的替代方案。

查找代码

另一个常用的功能是搜索代码，你可能需要在文件中查找到某一代码片段是否存在，并找到他们的位置。

大部分类 Unix 系统中都提供了 grep 工具，他是一个强大的文本搜索工具，他会对输入文本进行匹配的深入工具，这里我们只讨论他的简单使用和一些好用的选项，关于如何使用 grep 搭配正则表达式，你可以在学过正则表达式后掌握他。

#在 /etc/passwd 文件下查找匹配 root 的文本
grep root /etc/passwd
#搜索多个文件中包含 root 的内容
grep root 'file1' 'file2'
#在 /etc/passwd 文件下查找匹配 root 的文本，并输出上下文前后两行
grep -C 2 root /etc/passwd
#在/etc/ 目录下递归搜索匹配 root 的文本
grep root /etc/
#反查功能：搜索不包含 root 的所有行
grep -v root /etc/passwd
#展示满足条件的文本在第几行
grep -n root /etc/passwd
#展示有几行满足成功搜索到
grep -c root /etc/passwd

grep，egrep 和 fgrep 常常被称为是文本搜索的三剑客，感兴趣的可以上网查找他们的区别，现代 grep 已经可以解决掉全部的需求了。

和 find 一样，现代也出现了很多替代 grep 的替代品，如 ack，ag 和 rg。

现在，你可以选取一个你喜欢的工具并开始使用它了。

更多工具

因为好用的 shell 工具太多了，我们无法一一列举并教你如何使用（事实上也不应该）。这里列举出一些我在日常使用中觉得有用的工具（ cp，mv等工具太多常用则不在阐述 ）你可以使用 man 或 tldr 查找他们的用法。

远程登陆

  • scp: 在不同 Linux 之间提供传送文件的功能
  • ping: 确定网络和各外部主机的状态；跟踪和隔离硬件和软件问题；测试、评估和管理网络。
  • ifconfig: 查看和配置网络设备。

性能监控和优化命令

  • top: 显示当前系统正在执行的进程的相关信息，包括进程ID、内存占用率、CPU占用率等。
  • free: 显示系统使用和空闲的内存情况，包括物理内存、交互区内存(swap)和内核缓冲区内存。
  • ps: 用于显示当前进程的状态，类似于 windows 的任务管理器。

我经常使用 ps 与 grep 结合（利用管道）来查看某个进程是否在运行中。

reference:

鸟哥的Linux私房菜
Linux命令行和shell脚本编程宝典[Richard Blum]
The missing semester of your cs education
Shell 脚本学习指南[Arnold Robbins & Nelson H.F. Beebe]
Linux 命令行与 Shell 脚本教程(WIP)