Linux入门教程

以下内容引用自yzh的PA实验课程网站，并有少量修改和补充。

探索命令行

Linux命令行中的命令使用格式都是相同的:

命令名称 参数1 参数2 参数3 ...

参数之间用任意数量的空白字符分开。关于命令行，可以先阅读一些基本常识。然后我们介绍最常用的一些命令:

• ls用于列出当前目录(即"文件夹")下的所有文件(或目录)。目录会用蓝色显示。ls -l可以显示详细信息。

• pwd能够列出当前所在的目录。

• cd DIR可以切换到DIR目录。在Linux中，每个目录中都至少包含两个目录: .指向该目录自身，..指向它的上级目录。文件系统的根是/。

• touch NEWFILE可以创建一个内容为空的新文件NEWFILE，若NEWFILE已存在，其内容不会丢失。

• cp SOURCE DEST可以将SOURCE文件复制为DEST文件; 如果DEST是一个目录，则将SOURCE文件复制到该目录下。

• mv SOURCE DEST可以将SOURCE文件重命名为DEST文件; 如果DEST是一个目录，则将SOURCE文件移动到该目录下。

• mkdir DIR能够创建一个DIR目录。

• rm FILE能够删除FILE文件; 如果使用-r选项则可以递归删除一个目录。删除后的文件无法恢复，使用时请谨慎!

• man可以查看命令的帮助。例如man ls可以查看ls命令的使用方法。灵活应用man和互联网搜索，可以快速学习新的命令。

man的功能不仅限于此。man后可以跟两个参数，可以查看不同类型的帮助(请在互联网上搜索)。例如当你不知道C标准库函数freopen如何使用时，可以键入命令。

思考： 上述各个命令除了cd之外都能找到它们的manpage，这是为什么? 如果你思考后仍然感到困惑，试着到互联网上寻找答案。

下面给出一些常用命令使用的例子，你可以键入每条命令之后使用ls查看命令执行的结果:

mkdir temp      # 创建一个目录temp
cd temp         # 切换到目录temp
touch newfile   # 创建一个空文件newfile
mkdir newdir    # 创建一个目录newdir
cd newdir       # 切换到目录newdir
cp ../newfile . # 将上级目录中的文件newfile复制到当前目录下
cp newfile aaa  # 将文件newfile复制为新文件aaa
mv aaa bbb      # 将文件aaa重命名为bbb
mv bbb ..       # 将文件bbb移动到上级目录
cd ..           # 切换到上级目录
rm bbb          # 删除文件bbb
cd ..           # 切换到上级目录
rm -r temp      # 递归删除目录temp

提示： 仅仅了解这些最基础的命令行知识是不够的。通常，我们可以抱着如下的信条: 只要我们能想到的，就一定有方便的办法能够办到。因此当你想要完成某件事却又不知道应该做什么的时候，请向Google求助。如果你想以Linux作为未来的事业，那就可以去图书馆或互联网上找一些相关的书籍来阅读。

统计代码行数

第一个例子是统计一个目录中(包含子目录)中的代码行数。如果想知道当前目录下究竟有多少行的代码，就可以在命令行中键入如下命令:

find . | grep '\.c$\|\.h$' | xargs wc -l

如果用man find查看find操作的功能，可以看到find是搜索目录中的文件。Linux中一个点。始终表示Shell当前所在的目录，因此find .实际能够列出当前目录下的所有文件。如果在文件很多的地方键入find .，将会看到过多的文件，此时可以按CTRL + c退出。

同样，用man查看grep的功能——"print lines matching a pattern"。grep实现了输入的过滤，我们的grep有一个参数，它能够匹配以.c或.h结束的文件。正则表达式是处理字符串非常强大的工具之一，每一个程序员都应该掌握其相关的知识。有兴趣的同学可以首先阅读一个基础的教程。 上述的grep命令能够提取所有.c和.h结尾的文件。

刚才的find和grep命令，都从标准输入中读取数据，并输出到标准输出。关于什么是标准输入输出，请参考这里。连接起这两个命令的关键就是管道符号|。这一符号的左右都是Shell命令，A | B的含义是创建两个进程A和B，并将A进程的标准输出连接到B进程的标准输入。这样，将find和grep连接起来就能够筛选出当前目录(.)下所有以.c或.h结尾的文件。

我们最后的任务是统计这些文件所占用的总行数，此时可以用man查看wc命令。wc命令的-l选项能够计算代码的行数。xargs命令十分特殊，它能够将标准输入转换为参数，传送给第一个参数所指定的程序。所以，代码中的xargs wc -l就等价于执行wc -l aaa.c bbb.c include/ccc.h ...，最终完成代码行数统计。

思考： 如果要统计python项目的代码量，应该如何修改上述命名？

统计磁盘使用情况

以下命令统计/usr/share目录下各个目录所占用的磁盘空间:

du -sc /usr/share/* | sort -nr

du是磁盘空间分析工具，du -sc将目录的大小顺次输出到标准输出，继而通过管道传送给sort。sort是数据排序工具，其中的选项-n表示按照数值进行排序，而-r则表示从大到小输出。sort可以将这些参数连写在一起。

然而我们发现，/usr/share中的目录过多，无法在一个屏幕内显示。此时，我们可以再使用一个命令: more或less。

du -sc /usr/share/* | sort -nr | more

此时将会看到输出的前几行结果。more工具使用空格翻页，并可以用q键在中途退出。less工具则更为强大，不仅可以向下翻页，还可以向上翻页，同样使用q键退出。

在Linux下编写Hello World程序

Linux中用户的主目录是/home/用户名称，如果你的用户名是user，你的主目录就是/home/user。用户的home目录可以用波浪符号~替代，例如临时文件目录/home/user/Templates可以简写为~/Templates。现在我们就可以进入主目录并编辑文件了。如果Templates目录不存在，可以通过mkdir命令创建它:

cd ~
mkdir Templates

创建成功后，键入

cd Templates

可以完成目录的切换。注意在输入目录名时，tab键可以提供联想。

你感到键入困难吗? 你可能会经常要在终端里输入类似于 cd AVeryVeryLongFileName的命令，你一定觉得非常烦躁。回顾上面所说的原则之一: 如果你感到有什么地方不对，就一定有什么好办法来解决。试试tab键吧。 Shell中有很多这样的小技巧，你也可以使用其他的Shell例如zsh，提供更丰富好用的功能。总之，尝试和改变是最重要的。

进入了正确的目录后，输入相应的命令就能够开始编辑文件。例如输入

vim hello.c

就能开启一个文件编辑。例如可以键入如下代码(对于首次使用vi或vim的同学，键入代码可能会花去一些时间，在编辑的同时要大量查看网络上的资料):

#include <stdio.h>
int main(void) {
  printf("Hello，Linux World!\n");
  return 0;
}

保存后就能够看到hello.c的内容了。终端中可以用cat hello.c查看代码的内容。如果要将它编译，可以使用gcc命令:

gcc hello.c -o hello

gcc的-o选项指定了输出文件的名称，如果将-o hello改为-o hi，将会生成名为hi的可执行文件。如果不使用-o选项，则会默认生成名为a.out的文件，它的含义是assembler output。在命令行输入

./hello

就能够运行改程序。命令中的./是不能少的，点代表了当前目录，而./hello则表示当前目录下的hello文件。与Windows不同，Linux系统默认情况下并不查找当前目录，这是因为Linux下有大量的标准工具(如test等)，很容易与用户自己编写的程序重名，不搜索当前目录消除了命令访问的歧义。

使用重定向

有时我们希望将程序的输出信息保存到文件中，方便以后查看。例如你编译了一个程序myprog，你可以使用以下命令对myprog进行反汇编，并将反汇编的结果保存到output文件中:

objdump -d myprog > output

>是标准输出重定向符号，可以将前一命令的输出重定向到文件output中。这样，你就可以使用文本编辑工具查看output了。

但你会发现，使用了输出重定向之后，屏幕上就不会显示myprog输出的任何信息。如果你希望输出到文件的同时也输出到屏幕上，你可以使用tee命令:

objdump -d myprog | tee output

使用输出重定向还能很方便地实现一些常用的功能，例如

> empty                  # 创建一个名为empty的空文件
cat old_file > new_file  # 将文件old_file复制一份，新文件名为new_file

如果myprog需要从键盘上读入大量数据(例如一个图的拓扑结构)，当你需要反复对myprog进行测试的时候，你需要多次键入大量相同的数据。为了避免这种无意义的重复键入，你可以使用以下命令:

./myprog < data

<是标准输入重定向符号，可以将前一命令的输入重定向到文件data中。这样，你只需要将myprog读入的数据一次性输入到文件data中，myprog就会从文件data中读入数据，节省了大量的时间。

下面给出了一个综合使用重定向的例子:

time ./myprog < data | tee output

这个命令在运行myprog的同时，指定其从文件data中读入数据，并将其输出信息打印到屏幕和文件output中。time工具记录了这一过程所消耗的时间，最后你会在屏幕上看到myprog运行所需要的时间。如果你只关心myprog的运行时间，你可以使用以下命令将myprog的输出过滤掉:

time ./myprog < data > /dev/null

/dev/null是一个特殊的文件，任何试图输出到它的信息都会被丢弃，你能想到这是怎么实现的吗? 总之，上面的命令将myprog的输出过滤掉，保留了time的计时结果，方便又整洁。

使用Makefile管理工程

大规模的工程中通常含有几十甚至成百上千个源文件(Linux内核源码有25000+的源文件)，分别键入命令对它们进行编译是十分低效的。Linux提供了一个高效管理工程文件的工具: GNU Make。我们首先从一个简单的例子开始，考虑上文提到的Hello World的例子，在hello.c所在目录下新建一个文件Makefile，输入以下内容并保存:

hello:hello.c
    gcc hello.c -o hello    # 注意开头的tab，而不是空格

.PHONY: clean

clean:
    rm hello    # 注意开头的tab，而不是空格

返回命令行，键入make，你会发现make程序调用了gcc进行编译。Makefile文件由若干规则组成，规则的格式一般如下:

目标文件名:依赖文件列表
    用于生成目标文件的命令序列   # 注意开头的tab，而不是空格

我们来解释一下上文中的hello规则。这条规则告诉make程序，需要生成的目标文件是hello，它依赖于文件hello.c，通过执行命令gcc hello.c -o hello来生成hello文件。

如果你连续多次执行make，你会得到"文件已经是最新版本"的提示信息，这是make程序智能管理的功能。如果目标文件已经存在，并且它比所有依赖文件都要"新"，用于生成目标的命令就不会被执行。你能想到make程序是如何进行"新"和"旧"的判断的吗?

上面例子中的clean规则比较特殊，它并不是用来生成一个名为clean的文件，而是用于清除编译结果，并且它不依赖于其它任何文件。make程序总是希望通过执行命令来生成目标，但我们给出的命令rm hello并不是用来生成clean文件，因此这样的命令总是会被执行。你需要键入make clean命令来告诉make程序执行clean规则，这是因为make默认执行在Makefile中文本序排在最前面的规则。但如果很不幸地，目录下已经存在了一个名为clean的文件，执行make clean会得到"文件已经是最新版本"的提示。解决这个问题的方法是在Makefile中加入一行PHONY: clean，用于指示"clean是一个伪目标"。这样以后，make程序就不会判断目标文件的新旧，伪目标相应的命令序列总是会被执行。

对于一个规模稍大一点的工程，Makefile文件还会使用变量，函数，调用Shell命令，隐含规则等功能。如果你希望学习如何更好地编写一个Makefile，请到互联网上搜索相关资料。