Linux(一) shell基础 什么叫shell 为什么用sh

2023-08-30  本文已影响0人  石志不渝

概要

本文主要内容：

  1. linux的shell基础内容，包括为什么有shell、为什么学shell。
  2. bash的优势，包括history的原理、Tab补全的具体功能、环境变量概念的介绍。
  3. shell语法，及基本指令的使用。
  4. 介绍重定向的使用方法。
    文末附录中，包含了本文所用到的指令

一 认识shell

1.1 为什么叫shell

shell 翻译为壳 。从操作系统结构来讲，系统从底层向上，依次为：硬件、内核、应用系统。其中硬件和内核对使用者而言，均无法直接使用；可直接使用的是位于最外层的应用系统，在最外层，就像是外壳，所以叫做shell，也就是下图红色区域。

shell

广义上来说，可以把所有用户使用的软件都叫做shell，它们都具有一定的与内核交互的能力。但一般而言，shell是指的命令窗口。某种意义上讲，命令窗口是真正的最外层，它可以启动所有应用。

1.2 为什么要有shell

其实应该问另一个问题，怎么能没有shell。我们说shell是系统的外壳，是用户界面。如果一个系统，没有用户界面，就像是我把一台主机放在你面前，插上电，不给你任何按钮，没任何对外的接口。我告诉你：“快用吧，抓紧用。” 请问你什么感觉？对于系统而言，也是一个道理，没有shell就没有了入口，就无法使用，所以说不能没有shell。

1.3 这个时代shell还有什么用？

我们此处先抛出AI的情况不谈，在如今具有界面的APP统一世界，很多人都不知道有命令窗这个东西的背景下，为什么还要用shell？这个答案其实很简单，有些情况下shell比界面操作方便的多。一个极端的例子，比如一个很简单的操作，帮我把文件夹里的jpeg(图像文件后缀之一)文件列个清单；如果文件夹里只有一个文件，那觉不出什么；如果里面有100个、1000个、100000个呢？随着量级的增加，在界面上去操作成了让人绝望的事情。然而量级的变化，对于使用shell的人来说，只是程序运行时间长短而已，对个人真正的工作量并不产生实质性的影响。

for filename in `ls *.jpeg`
do
echo $filename >> ../list.txt
done

1.4 shell的版本

序号 版本 描述
1 sh sh是UNIX最初使用的shell，它在shell编程方面相当优秀，但在处理与用户的交互方面不如其他几种shell
2 csh csh最初由Bill Joy编写，其更多地考虑了用户界面的友好性，支持命令补齐等一些sh所不支持的特性，但其编程接口不如sh
3 ksh ksh集合了sh和csh的优点，并且与sh完全兼容
4 bash bash是大多数Linux操作系统默认使用的shell，有灵活和强大的编程接口，同时又有很友好的用户界面
5 tcsh tcsh是csh的一个扩展版本，与csh完全向后兼容
6 pdksh pdksh是ksh的一个扩展版本。ksh是一个商用shell，不免费提供，而pdksh是免费的

主流linux系统均选用bash作为shell终端

二 bash的优势

  1. 使用\color{red}{上下方向键}的history功能
    历史执行过的命令，是存储在硬盘上的，电脑重启后依然有效。这个功能在bash处在运行状态时，是区分session的，也就是每个bash窗口都有它独立的history。当我们关闭bash窗口时，本窗口的history会被写入~/.bash_history，也就是说当再次启动bash窗口时，它调用的，是你\color{red}{最后一次关闭的}窗口的history
  2. 对命令、选项或文件名的\color{red}{Tab}键补全功能
    Tab补全功能，是根据你当前输入的情况，去做匹配补全的。如果你当前输入的内容，已经可以唯一性的匹配某一条指令(或者某一个选项、某一个参数)那么会给你自动补全，否则点击\color{red}{第一次}Tab时，不会有反应，说有要么\color{red}{没有}匹配、要么\color{red}{有多个}匹配结果
  3. 强大的环境变量功能
  4. shell编程方面较为优秀

2.1 环境变量

2.1.1 环境变量的解释

环境变量可以理解为：软件运行环境中的变量。

  1. 变量
    首先我们需要知道什么叫变量，什么是变量的值。联想数学中，设:x=2那么x是变量，2是变量的值。
  2. 常量
    编程中，与变量对应的概念叫常量，在程序编译后、运行过程中变量的值是可以改变的；但常量的值是无法改变的。

为什么需要无法改变值的常量呢?
常量大多是需要重复使用的，在编译后无法改变，并不代表在开发阶段不会需要改变。有常量后，如果需要改变，只需要在声明常量的地方改一下就可以了。

  1. 软件运行的环境
    软件需要运行在系统(以及其自身)为其构建的环境中，就像学生学习是在教室中，教室中有白板、多媒体屏幕、桌椅，这些都是学生上课环境中的东西。

2.1.2 ubuntu的部分环境变量

环境变量，并不只有一个，而是有一组，很多。软件可以定义其本身需要的环境变量，比如我自己开发的软件名字是abc,我需要知道b软件包含的媒体文件的地址，那么我可以自己定义一个我需要的环境变量，比如b_media_path，用户想使用abc，则需要在环境变量中，设置b_media_path,并将其值设置为正确的b软件的地址。
查看环境变量，可以直接执行命令env，简单摘录几个如下

ubuntu@ubuntu2204:~$ env
SHELL=/bin/bash
LANGUAGE=en_US:
HOME=/home/ubuntu
USERNAME=ubuntu
LANG=en_US.UTF-8
PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin
  1. SHELL=/bin/bash 代表linux 系统所使用的shell是/bin/bash
  2. HOME=/home/ubuntu 代表系统的主目录，当你直接在bash中输入指令cd,不添加其他参数时，会调用HOME变量的值
  3. USERNAME=ubuntu 代表用户名
  4. PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin 表示路径匹配，当你在任意位置输入指令时，bash之所以可以调用到不在本目录下的可执行文件，就是使用了这个PATH的值，可以包含多个目录，目录和目录之间使用:进行分割。

三 语法

3.1 命令格式

命令名 [参数] [对象1] [对象2]

其中:

  1. 命令名 是一个可执行文件的文件名。比如ls指令，一般就是/usr/bin/目录下的可执行文件ls
  2. 命令格式中的[](中括号)，代表此项是可选的，也就是说被中括号包围的内容，可以有也可以没有
    参见下述命令的比对
  3. 参数 表示将以何种功能执行命令名;选项均以-作为开始，参数和命令名之间，需要有\color{red}{空格}，多个参数可以连起来，也可以分开，分开始需要有\color{red}{空格}。
  4. 对象 表示命令的操作对象，可以是文件、目录等等，与前面的内容之间需要有\color{red}{空格}
  5. 基础命令
    5.1. cd 用于切换目录。其英语全称是change directory
    5.2. ls 用于列出目录(文件夹)下包含的内容。其英语全称是 list directory content 
ls     # 仅显示【非隐藏】文件或文件夹的名称
ls -l  # 显示【非隐藏】文件或文件夹详细的信息
ls -l -h # 显示【非隐藏】文件或文件夹的详细信息，文件大小是人类可读的
ls -lh # 与上面的命令相同
ls -lh ./test.txt #仅显示 test.txt的信息

3.2 输入和输出的概念

这里讲输入和输出的概念，因为下面的指令需要用到。
输入输出，在计算机中是一组配对的概念，一般叫做IO(Input Output)；input即输入，output即输出
输入： 可以简单的理解为，从键盘敲进去的。以一个软件程序为主体去理解，比如自己就是一个程序，自己揣到兜里的，都是自己的输入。一个软件程序，它从文件里读到的内容、从键盘里接收到的内容，都是输入。
输出： 可以简单的理解为在输入完命令，按下Enter后，shell显示出来的内容。以一个软件程序为主体去理解，自己从兜里掏出来给别人的，都是输出。一个软件程序，它显示到屏幕上的结果，存放到文件中的，都是输出。

四 命令的高级操作

4.1 重定向

重定向，可以想象河流，自东向西的河流，中间挡了太行山脉，就要改变流动方向，这就是重定向。
在系统中，一系列的输入、输出，构成了信息流，每个应用程序，都可以对信息流的方向产生影响，比如本来是要输出到屏幕上显示的信息，经过应用"A"后，变成了保存到某个文件中，"A"就对这个信息流进行了重定向。

4.1.1 cat 指令简介

cat指令，英文全称为concatenate,意思为“连接”。用于连接文件，并输出到标准设备(屏幕)上。
cat [参数] filename

cat cat_txt.txt test.txt #会把这两个文件的内容都显示出来

4.1.2 输出重定向

将本来要显示在\color{red}{屏幕上}的内容，写入某个文件中，有四种

序号 指令符号 描述
1 > 写入文件并覆盖原来的内容
2 >> 在文件末尾添加写入
3 2> 将错误输出覆盖写入文件
4 2>> 将错误输出增量写入文件

以> 为例，其前需要是一个可以执行的指令，这个指令的输出，会作为>的输入。后部为输出到的文件地址。
比如echo a > ./test.txt:

  1. > 前部为 echo a,以a作为输出，如果单独执行echo a 则会在屏幕上显示出信息 a
    echo a
  2. 理解了上面的信息，在这条指令中，>的输入信息其实就是a
  3. >后部的 ./test.txt 是要输入的地址，是当前目录下的test.txt文件，也就是要把信息a 写入test.txt 
echo a > ./test.txt #在当前目录下创建一个test.txt，并写入内容a
ls ./test.txt  # 输出test.txt的简要信息
ls ./test.txt > ./ls_echo.txt # 把test.txt的简要信息写入ls_echo.txt，如果没有这个文件，会自动生成；如果有，则会覆盖原有内容
cat ./ls_echo.txt # 输出ls_echo.txt里面的内容
ls -lh ./test.txt > ./ls_echo.txt # 把test.txt的详细信息写入ls_echo.txt，会覆盖原有内容
cat ./ls_echo.txt # 输出ls_echo.txt里面的内容
ls -lh ./test.txt 2> ./ls_echo.txt # 因为目录下有test.txt文件，所以 ls -lh ./test.txt 不会产生错误信息，所以写入ls_echo.txt的是空白信息，ls_echo.txt被覆盖掉
# 在确保当前目录下没有 test.none.txt文件的情况下，执行下面的语句
ls test.none.txt #指令报错，无相关文件或目录
ls test.none.txt 2> ./ls_echo.txt # 错误信息会写入并覆盖ls_echo.txt文件的原始信息
cat ./ls_echo.txt # 显示的是之前的错误信息
ls test.none.txt 2>> ./ls_echo.txt # 错误信息会增量写入ls_echo.txt文件
cat ./ls_echo.txt # 显示两条错误信息

# 对cat重定向
cat > cat_file.txt # 此命令，cat后面没有接文件，则代表要从标准输入(键盘)上读取输入，然后覆盖写入到cat_file.txt。此命令需要Ctrl+D来结束

4.1.3 输入重定向

输入重定向，是把文件输入到命令中，可以想象为读取文件，有两个

序号 指令符号 描述
1 < 把文件输入到命令中
2 << 从标准输入中读取，直到遇到分界符 
cat > cat_file.txt < ./ls_echo.txt #本来是以键盘作为输入，通过<符号，将输入重定向为ls_echo.txt
cat cat_file.txt #查看cat_file中的内容，与ls_echo相同

cat > cat_file.txt << 'eof' #将键盘输入的东西，覆盖存入cat_file.txt，当键入eof并回车后，输入结束

附：文档使用的指令整理

# 将当前文件夹下的 jpeg结尾的文件，拉一个清单到上级目录的 list.txt文件中
for filename in `ls *.jpeg`
do
echo $filename >> ../list.txt
done

# 查看环境变量
env

# 命令的语法
ls     # 仅显示【非隐藏】文件或文件夹的名称
ls -l  # 显示【非隐藏】文件或文件夹详细的信息
ls -l -h # 显示【非隐藏】文件或文件夹的详细信息，文件大小是人类可读的
ls -lh # 与上面的命令相同
ls -lh ./test.txt #仅显示 test.txt的信息

# cat 测试
cat cat_txt.txt test.txt #会把这两个文件的内容都显示出来

# 输出重定向测试
echo a > ./test.txt #在当前目录下创建一个test.txt，并写入内容a
ls ./test.txt  # 输出test.txt的简要信息
ls ./test.txt > ./ls_echo.txt # 把test.txt的简要信息写入ls_echo.txt，如果没有这个文件，会自动生成；如果有，则会覆盖原有内容
cat ./ls_echo.txt # 输出ls_echo.txt里面的内容
ls -lh ./test.txt > ./ls_echo.txt # 把test.txt的详细信息写入ls_echo.txt，会覆盖原有内容
cat ./ls_echo.txt # 输出ls_echo.txt里面的内容
ls -lh ./test.txt 2> ./ls_echo.txt # 因为目录下有test.txt文件，所以 ls -lh ./test.txt 不会产生错误信息，所以写入ls_echo.txt的是空白信息，ls_echo.txt被覆盖掉
# 在确保当前目录下没有 test.none.txt文件的情况下，执行下面的语句
ls test.none.txt #指令报错，无相关文件或目录
ls test.none.txt 2> ./ls_echo.txt # 错误信息会写入并覆盖ls_echo.txt文件的原始信息
cat ./ls_echo.txt # 显示的是之前的错误信息
ls test.none.txt 2>> ./ls_echo.txt # 错误信息会增量写入ls_echo.txt文件
cat ./ls_echo.txt # 显示两条错误信息
# 对cat重定向
cat > cat_file.txt # 此命令，cat后面没有接文件，则代表要从标准输入(键盘)上读取输入，然后覆盖写入到cat_file.txt。此命令需要Ctrl+D来结束


# 输入重定向
cat > cat_file.txt < ./ls_echo.txt #本来是以键盘作为输入，通过<符号，将输入重定向为ls_echo.txt
cat cat_file.txt #查看cat_file中的内容，与ls_echo相同

cat > cat_file.txt << 'eof' #将键盘输入的东西，覆盖存入cat_file.txt，当键入eof并回车后，输入结束
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