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深入理解linux操作系统---第3讲基本操作与基本管理

news 来源：原创 2025/5/22 14:29:13

3.1 shell基本功能与基本概念

3.1.1 shell基本功能

Shell是Linux系统的核心交互工具，主要功能包括：

程序启动与进程管理：通过命令行将程序名传递给内核执行，支持进程的后台运行与监控（如ps、kill命令）
文件系统操作：提供cp、mv、rm等内置命令实现文件复制、移动、删除等操作
输入输出控制：支持标准流重定向（>、>>、<）与管道（|）实现数据流转

3.1.2 字符与保留字

Shell保留字是具备特殊语义的关键字符：

流程控制类：if/then/fi、for/while/case等用于脚本逻辑控制
命令分隔符：;（顺序执行）、&&（逻辑与）、||（逻辑或）
查看方式：type命令可验证保留字身份，例如type if显示"if is a shell keyword"

3.1.3 文件命名及文件类型

Linux文件系统核心特征：

命名规则：最大长度255字符，避免使用/、*等特殊符号，.开头的文件为隐藏文件
文件类型：
- 普通文件：文本文件（ASCII）、二进制文件（ELF格式）、数据文件（如CSV）
- 目录文件：存储子目录和文件的元数据
- 设备文件：字符设备（如终端/dev/tty）、块设备（如磁盘/dev/sda）

3.1.4 目录结构与路径

Linux文件系统层级标准（FHS）核心目录：

/bin：基础命令二进制文件（ls、cat等）
/etc：系统配置文件（如网络配置/etc/sysconfig/network-scripts）
/var：动态数据（日志文件/var/log、数据库文件等）
特殊目录：/proc（进程信息虚拟文件系统）、/sys（内核参数接口）

3.1.5 shell命令格式与命令行

命令语法规范：

标准格式：command [options] [arguments]
选项类型：
- 短格式：-l（等价于--list）
- 长格式：--all（支持更直观的语义）
参数传递：read -n 1中-n选项后接读取字符数参数

3.1.6 标准流与I/O重定向

输入输出控制技术：

标准流：stdin（0）、stdout（1）、stderr（2）
重定向操作：
- 输出覆盖：ls > filelist.txt
- 错误追加：gcc test.c 2>> error.log
- 输入重定向：sort < data.txt

3.1.7 管道与三通

数据流处理机制：

管道符|：ps -ef | grep java | wc -l统计Java进程数
三通tee：ls -l | tee dirlist.txt | grep .log同时输出到文件和筛选
xargs优化：find . -name "*.txt" | xargs rm处理大量文件参数

3.1.8 变量与环境变量

变量管理要点：

作用域：
- 局部变量：var=value（仅当前shell有效）
- 全局变量：export VAR=value（子进程继承）
查看工具：
- env：显示所有环境变量
- printenv PATH：查看特定变量

3.1.9 引号机制与替换

语义解析规则：

单引号：完全抑制变量扩展，echo '$PATH'输出字面量
双引号：允许变量扩展，echo "Current path: $PATH"
反引号：命令替换，current_dir=\pwd`等价于$(pwd)`

3.1.10 shell命令执行

执行流程详解：

词法解析：拆分命令为token序列
命令查找：优先检查内置命令，其次搜索PATH路径
进程创建：fork()创建子进程，exec()加载程序

3.1.11 shell种类

主流Shell对比：

Bash：默认Shell，兼容sh并支持命令行编辑
Zsh：增强交互功能（自动补全、主题系统）
Fish：语法高亮、智能提示等现代化特性

3.2 Linux系统基本命令

3.2.1 目录操作

核心命令集：

层次导航：pushd/popd维护目录栈实现快速跳转
路径处理：realpath file.txt显示绝对路径
目录分析：tree -L 2显示二级目录树结构

3.2.2 文件操作

关键操作命令：

批量处理：find . -name "*.log" -exec rm {} \;
链接管理：ln -s target linkname创建符号链接
安全删除：rm -i交互式确认防止误删

3.2.3 文件属性

权限与属性管理：

权限修改：chmod 755 script.sh设置可执行权限
属主变更：chown user:group file修改所有者
时间戳更新：touch -t 202504131200 file指定修改时间

3.2.4 文本处理

编辑器与处理工具：

流式编辑：sed 's/foo/bar/g' input.txt全局替换
列处理：awk '{print $1,$3}' data.csv提取指定列
差异比较：diff -u old.c new.c生成补丁文件

3.3 Linux系统基本管理

3.3.1 环境变量管理

配置策略：

临时设置：export TZ='Asia/Shanghai'
永久生效：写入\~/.bashrc或/etc/profile
安全实践：敏感信息通过环境变量传递而非硬编码

3.3.2 别名管理

高效命令配置：

快捷指令：alias ll='ls -alh'
持久化存储：将别名定义写入\~/.bash_aliases

3.3.3 主机名管理

修改步骤：

临时修改：hostnamectl set-hostname newhost
永久生效：修改/etc/hostname和/etc/hosts

3.3.4 网络管理

基础配置工具：

地址配置：nmcli con mod eth0 ipv4.addresses 192.168.1.10/24
连通性测试：mtr -rw google.com显示实时路由质量

3.3.5 时间管理

时区与时钟设置：

时区切换：timedatectl set-timezone America/New_York
时钟同步：chronyc sources -v检查NTP源状态

3.3.6 软件包管理

包管理器对比：

APT：apt-get install -y nginx（Debian系）
DNF：dnf groupinstall 'Development Tools'（RHEL系）

3.3.7 进程管理

监控与信号处理：

实时监控：htop -d 10每10秒刷新进程列表
信号发送：kill -SIGHUP $(pidof nginx)重载配置

3.3.8 服务管理

Systemd核心操作：

服务启停：systemctl restart sshd
开机控制：systemctl enable docker

3.3.9 防火墙管理

工具选择：

iptables：传统包过滤规则
firewalld：动态管理区域与服务

3.3.10 SELinux管理

模式切换命令：

查看状态：sestatus
临时禁用：setenforce 0

3.4 练习题

3.4.1 思考题

（1）shell的基本功能有哪些？

（2）Linux系统中的主要目录有哪些？各有什么作用？

（3）工作目录及其父目录可分别用什么表示？

（4）在如图3-1所示的目录结构中，若处在usr1目录中的用户要访问include目录中的stdio.h，可以采用什么样的路径，对应的带有路径的文件名是什么？

（5）Linux系统中用于文件中的通配符有哪些？试举例说明它们的作用。

（6）常用的shell环境变量有哪些？怎么查询和设置环境变量？

（7）什么是输入/输出重定向？管道的功能是什么？试举例说明如何使用它们。

（8）shell中的引号有哪几种？各有什么作用？试举例说明之。

（9）什么是参数替换？什么是命令替换？试举例说明如何使用它们。

（10）shell的种类有哪些？

（11）什么是别名？如何定义和取消别名？

（12）什么是主机名？如何进行主机名规划，如何设置主机？

3.4.2 选择题

（1）下列设备属于块设备的是（）。

A．键盘 B．终端 C．鼠标 D．硬盘

（2）cd命令可以改变用户的当前目录，当用户输入命令“cd”并按Enter键后，（）。

A．当前目录改为根目录 B．当前目录不变，屏幕显示当前目录

C．当前目录改为用户主目录 D．当前目录改为上一级目录

（3）命令echo -en '\a'的输出为（）。

A．响铃 B．\a C．'\a' D．a

（4）超级用户的用户主目录是（）。

A．/ B．/root C．/home D．/home/root

（5）一般情况下，普通用户zh3的家目录是（）。

A．/zh3 B．/root/zh3 C．/home/zh3 D．/usr/zh3

（6）要删除目录/home/user1/subdir连同其下级目录和文件，不需要交互确认，正确的命令是（）。

A．rm -rf /home/user1/subdir B．rm -df /home/user1/subdir

C．rmdir -pf /home/user1/subdir D．rmdir -P /home/user1/subdir

（7）在红帽系统中，查询已安装软件包tcsh内所含文件列表信息的命令是（）。

A．rpm -qa tcsh B．rpm -ql tcsh

C．rpm -qp tcsh D．rpm -qf tcsh

（8）在Ubuntu系统中，查询已安装软件包tcsh内所含文件列表信息的命令是（）。

A．dpkg -l tcsh B．dpkg -L tcsh C．dpkg -S tcsh D．dpkg -s tcsh

（9）在红帽系统中，查询/usr/bin/shred文件归属某个已安装软件包的命令是（）。

A．rpm -qa /usr/bin/shred B．rpm -ql /usr/bin/shred

C．rpm -qp /usr/bin/shred D．rpm -qf /usr/bin/shred

（10）在Ubuntu系统中，查询/usr/bin/shred文件归属某个已安装软件包的命令是（）。

A．dpkg -l /usr/bin/shred B．dpkg -L /usr/bin/shred

C．dpkg -S /usr/bin/shred D．dpkg -s /usr/bin/shred

3.4.3 综合题

（1）什么是时区？中国的标准时区是什么？如何正确设置系统时区？

（2）试述在Linux系统中如何进行日期和时间管理。在图形界面下可以实现时间和日期管理吗？若能，如何做？

（3）在UNIX/Linux系统中有些操作是有副作用的，如cp、mv和rm等，应该如何避免？

（4）文件的属性和类型有哪些？如何确定某文件的类型？如何获得文件的属性？

（5）试简述Linux系统的信号通信机制。如何查询可用信号？如何实现信号通信？如何捕获信号？

3.4.4 答案

1．思考题

（1）shell的基本功能有哪些？

解：

shell功能有六：命令解释执行、文件名及各种替换、I/O重定向、通信管道建立、系统环境设置和shell编程。

（2）Linux系统中的主要目录有哪些？各有什么作用？

解：

/：系统的根目录。/dev：系统的设备目录。/etc：存放Linux系统和大部分应用软件的配置文件。/home：用户家目录所在的目录。/root：root用户的家目录。/lost+found：丢失文件的存放目录。/mnt：外部设备的挂装点，用于挂载设备文件。/boot：Linux的启动目录。系统内核文件，引导器Grub等存放在这里。/proc，/sys：伪文件系统目录。/usr：用户级目录。/tmp，/usr/tmp：临时目录。/sbin，/usr/sbin：系统级的命令与工具目录。/bin，/usr/bin：用户级的命令与工具目录。/usr/include：C语言，内核编译所需要的头文件存放目录。/lib，/usr/lib：库文件存放目录，其中有表态库和动态库。/lib64，/usr/lib64：64位库文件存放目录。/usr/src：Linux源代码目录，编译内核时使用。/var：通常用来存放一些经常变化的内容，比如各种网络服务的工作目录都在这里。/var/log：系统日志目录。/var/spool：存放邮件、新闻、打印队列任务等。/usr/share：存放共享使用的，比如各种共享或在线帮助等。

（3）工作目录及其父目录可分别用什么表示？

解：

一个目录文件内至少要有两个文件项：“.”-当前目录；“..”-上级目录。当前目录也叫工作目录。

（4）在如图3-1所示的目录结构中，若处在usr1目录中的用户要访问include目录中的stdio.h，可以采用什么样的路径，对应的带有路径的文件名是什么？

解：

相对路径：../../usr/include/stdio.h

绝对路径：/usr/include/stdio.h

从这个例子中，好像看到：相对路径与绝对路径复杂，其实并非如此。如果，要访问usr2目录中的file1，相对路径可表示为../usr2/file1，绝对路径表示为/home/usr2/file1。

（5）Linux系统中用于文件中的通配符有哪些？试举例说明它们的作用。

解：

这里所说的通配符主要是指shell用于文件名、路径匹配与搜索的通配符，与正则表达式中通配符不同。常用的通配符有“*”、“?”和括在方括号“[]”中的字符序列。

*：代表从它所在位置开始的任何字符串。默认情况下，“.”和路经名中的斜线“/”必须显式匹配。
?：代表它所在位置上的任何单个字符。
[ ]：每次只匹配“[]”中字符的一个，若[]中的首字符是“!”或“^”，则表示非运算。[]中还可使用-表示范围。

（6）常用的shell环境变量有哪些？怎么查询和设置环境变量？

解：

常用的shell环境变量可参见3.1.8之“2.环境变量”。环境变量可用命令env、export或set来查询或设置环境变量的值。比如，可用不带有任何参数和选项执行env、export和set，来显示所有的环境变量。还可以使用管道命令查询指定环境变量（比如PATH）的及其值，方法是

$ env | grep PATH

$ set | grep PATH

$ export | grep PATH

$ echo grep $PATH

（7）什么是 I/O 重定向？管道的功能是什么？试举例说明如何使用它们。

解：

当执行一个命令时，shell通常会自动为其打开三个标准流（文件）：标准输入流、标准输出流和标准错误流。

I/O重定向（也称作改道）是指通过文件的形式实现标准I/O流。通过I/O重定向可以实现：输入重定向；标准输出重定向；标准错误的重定向和标准输出和标准错误同时重定向。示例如下：

$ wc /etc/passwd # 统计文件/etc/passwd的行、词和字符信息。或

$ wc < /etc/passwd # 标准输入重定向

$ ls > /tmp/dir.out # 覆盖方式。将当前目录信息重定向到文件/tmp/dir.out

$ ls /usr >> /tmp/dir.out # 追加方式，将/usr信息重定向追加到/tmp/dir.out

$ ls -l /home/w-w-w 2> /tmp/err.out # 将标准错误重定向到文件/tmp/err.out

$ cat /home/w-w-w 2>> /tmp/err.out # 将标准错误追加到文件/tmp/err.out

$ cat /tmp/err.out # 查看文件/tmp/err.out内容

$ ls -l -d / /home/w-w-w &> /tmp/err.out # 将标准输出和标准错误同时重定向到/tmp/err.out

$ ls -l -d /boot /home/w-w-w &>> /tmp/err.out # 将标准输出和标准错误同时追加到/tmp/err.out

$ cat /tmp/err.out # 查看文件/tmp/err.out内容

管道机制是在两个或多个进程之间建立一种连接，使得前一个命令的输出作为后一个命令的输入。管道机制常用于进程间的通信。示例如下：

$ ls -l /dev | wc -l # 统计设备目录/dev内有多少文件或子目录

$ cat /etc/passwd | grep "^root:" # 显示/etc/passwd行首root:的行

$ cat /etc/passwd | grep "root:" # 显示/etc/passwd内有包含root:的行

$ cat /etc/passwd | grep "root:"|wc -l # 统计/etc/passwd内有多少行包含root:

（8）shell中的引号有哪几种？各有什么作用？试举例说明之。

解：

在shell中有三种引号：单引号（'），双引号（＂）和反单引号（`），前两者用于变量定义，后者用于命令替换。

①单引号

由单引号括起来的字符都作为普通字符。特殊字符用单引号括起来以后，也会失去原有意义。例如：

# string='$PATH' # 定义string变量，其值为'$PATH'

# echo $string # 显示变量的值：$PATH

②反单引号

反单引号的作用是命令替换。例如：

# x=`pwd` # 通过命令pwd替换定义变量x。pwd的功能是显示用户工作目录

# y=`whoami` # 通过命令whoami替换定义变量y。whoami的功能是显示用户名

# echo $x $y # 显示变量x和y的内容

③双引号

双引号的作用与单引号的功能基本一样，可用来定义变量，所不同的是在双引号内可进行变量替换和命令替换。示例如下：

$ myname=`whoami` # 通过命令替换定义变量myname

# #定义变量myself。注意使用了变量替换和命令替换

$ myself="I am a student, my uname is $myname and my work dir is `pwd`."

# #定义变量myself1。注意使用了继续行和转义字符

$ myself1="I am a student my uname is \"$myname\" and my work dir is \"`pwd`\""

$ echo $myself # 显示变量myself的值

$ echo $myself1 # 显示变量myself1的值

（9）什么是参数替换？什么是命令替换？试举例说明如何使用它们。

解：

参数替换主要是指命令行参数中的变量和命令等各种替换。设当前目录下有命令DispAllVar用于显示它自己的所有的命令行参数，变量x的值为“test parm”，则命令

# ./DispAllVar I am `whoami` the value of x is $x

的输出为：

I am root the value of x is test parm

甚至，还可以定义一个变量

D=DispAllVar

之后，程序的执行可简写为

# ./$D I am `whoami` the value of x is $x

在这里，程序名也可以是变量。

说明：程序DispAllVar可以由如下命令产生：

# echo 'echo $*' > DispAllVar; chmod +x DispAllVar

所谓命令替换，是指反单引号或$()内的内容将作为命令首先被执行，然后将命令的标准输出替换反单引号及其括号位置的信息。

$ x=`pwd` #通过命令pwd替换定义变量x。pwd的功能是显示用户的工作目录

$ y=`whoami` #通过命令whoami替换定义变量y。whoami的功能是显示用户名

$ MyVar=$(whoami) #通过命令whoami替换定义变量MyVar

# ./$D I am `whoami` the value of x is $x

（10）shell的种类有哪些？

解：

UNIX/Linux中的shell有多种类型，其中最常用的几种是Bourne shell（sh或bsh）、Bourne again shell（bash），C shell（csh）、tc shell（tcsh）、Korn shell（ksh）和Z shell（zsh）等

（11）什么是别名？如何定义和取消别名？

解：

别名可描述为是定义的用来替换命令名的字符串（的值）。可分别用alias和unalias定义和取消别名。示例如下：

$ alias li='ls -l -i ' #定义别名li，其功能为ls -l -i

$ alias l='ls -l ' #定义别名l，其功能为ls -l

$ unalias li #取消别名li

$ unalias -a #取消所有别名

（12）什么是主机名？如何进行主机名规划，如何设置主机？

解：

主机名就是计算机的名字（计算机名），网络上就是根据主机名来识别主机。主机名有本地主机名和网络主机名之分。主机名本地主机名与网络主机名可以一致，也可以不一致。本地主机名可以自己设定，网络主机名必须统筹规划，一经定下，网络主机就不能随意改变，否则其它主机可能就找不到你了。比如河南需要学院的网络主机名具有如下形式：

门户网站：www.hncj.edu.cn 图书馆：lib.hncj.edu.cn 移动门户：app.hncj.edu.cn

修改或设置主机名可以使用命令hostname和hostnamectl。也可以直接修改/etc/hostname，然后重启系统。

比如，若将主机名设置为app.hncj.edu.cn，可分别使用命令：

# hostname app.hncj.edu.cn #临时设置：重启后丢失

# hostnamectl set-hostname app.hncj.edu.cn #永久设置：重启后仍有效

2．选择题

（1）D；（2）C；（3）A；（4）B；（5）C；（6）A；（7）B；（8）B；（9）D；（10）C

3．综合题

（1）什么是时区？中国的标准时区是什么？如何正确设置系统时区？

解：

时区（Time zone）实际上是一个地理的概念，与一个国家或地区所处的经度有关。全球的时区划分包括24个时区，规定英国（格林尼治天文台旧址）为中时区（零时区GMT 00:00）。中国位于东8区，中国标准时区为CST，在设置时区使用的是Asia/Shanghai。可以使用命令

# timedatectl list-timezones

查询所有的时区。

时区是日期和时间的基础，必须设置正确，否则系统时间与手表的时间就可能不一致。系统的时区控制文件为/etc/localtime，它是/usr/share/zoninfo/内某个文件的复制品或链接，在中国，这个文件是/usr/share/zoninfo/Asia/Shanghai。

因此，设置中国时区的正确方法之一是执行命令

# timedatectl set-timezone Asia/Shanghai # 将时区设为Asia/Shanghai

当然，也可使用以下命令设置时区

# ln -f -s /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

日期和时间的设置与显示受时区环境变量TZ的影响，在Linux下，格林威治标准时区是TZ=UTC（Universal time），中国的标准时区是TZ=CST（Chinese Standard Time）。

（2）试述在Linux系统中如何进行日期和时间管理。在图形界面下可以实现时间和日期管理吗？若能，如何做？

解：

Unix/Linux提供有date、hwclock、timedatectl等命令用于日期和时间的管理，除此之外，桌面或工作站系统还可在图形界面下对日期和时间进行管理。在第13章还要介绍通过NTP实现系统时间的自动校正。

关于时区的设置可参见（1）。

在Linux所在的硬件系统中，同时使用着系统时间和硬件两个时间，且两者可以不一致。

date主要用来管理系统时间；timedatectl也是用来控制系统时间的，且可以设置时区；hwclock可访问硬件时间，且可将系统时间同步到硬件时间或将硬件时间设为系统时间。时间和时区管理，还可在图形界面下进行。

系统的时区、日期和时间，必须设置正确，对于与时间相关的业务系统更是如此，系统时间不能随意改变。为了保持系统时间“经常”正确，可能使用NTP协议校正时间（参见第13章）。

在图形界面下可以实现时间和日期管理，方法是：

“Settings（设置中心）”→“Details（细节）”→“Date & Time（日期和时间）”

（3）在UNIX/Linux系统中有些操作是有副作用的，比方cp，mv和rm等，应该如何避免？

解：

可以采用删除或覆盖前提醒（-i或--interactive选项），或在删除或覆盖前备份（cp和mv的-b或--backup选项）的办法。为避免命令与选项输入错误或麻烦，可以使用别名。比如

alias cp='cp -i'

alias mv='mv -i'

alias rm='rm -i'

（4）文件的属性和类型有哪些？如何确定某文件的类型？如何获得文件的属性？

解：

可以通过命令stat获得文件的大部分属性（包括文件的类型），可以通过命令file确定文件的类型。当然，命令ls -li也可以得到文件的属性。

可以参考命令stat /usr/bin/wc的输出

  File: '/usr/bin/wc'

  Size: 48832      Blocks: 96         IO Block: 4096   regular file

Device: fd00h/64768d Inode: 1522        Links: 1

Access: （0755/-rwxr-xr-x） Uid: （    0/    root） Gid: （    0/    root)

Context: system_u:object_r:bin_t:s0

Access: 2017-03-07 22:32:33.811018027 +0800

Modify: 2016-11-01 01:21:49.000000000 +0800

Change: 2017-03-04 11:57:02.192098765 +0800

它几乎包括了Linux文件的属性全部。其中的“File”：项为文件名；“Size”：为文件大小；“Blocks”：为文件所占512字节的块数；“IO Block：”为文件系统IO块大小；“regular file”表明这是一个普通文件（“block special file”：块设备文件；“character special file”：字符设备文件；“fifo”：命令管道设备文件；“directory”：目录文件）；“Device”文件所在设备ID；“Inode”：I节点号；“Links”为硬链接数；“Access”为文件访问权限；“Uid”为用户标识；“Gid”为组标识；“Context”：为SELinux上下文；“Access”访问时间；“Modify”：修改时间；“Change”：属性修改时间。当然，也可参考ls -li的输出。

虽然stat和ls -li的输出中都包含了文件的类型，但file为确定文件的类型的专用工具。

（5）试简述Linux系统的信号通讯机制。如何查询可用信号？如何实现信号通讯？如何捕获信号？

解：

进程之间可以通过信号进行通信，以实现进程间的一定程序的控制，用于进程间信号通信的命令是kill和trap。

查询系统可用信号，可以使用命令kill -l，trap -l或fuser -l。

在Unix/Linux的众多信号中，有的是硬件产生的，有的是软件产生的，还有一些是人工可以制造的。这些人工可以制造的信号简称为人工信号，它们是SIGHUP、SIGINT、SIGQUIT、SIGKILL、SIGTERM、SIGUSR1和SIGUSR2等，或简写为HUP、INT、QUIT、KILL、TERM、USR1和USR2等。

若要实现进行间的信号通讯，可以先为使用trap为信号定义一个处理方法。对一个信号的处理方法有三：1是系统默认（一般是终止当前进程的执行）；2是忽略；3是定义一个新动作。

定义对信号的处理办法，也叫捕获信号，捕获命令为trap。trap捕获信号的示例如下：

# trap 'echo -e "You pressed ^C!\n"' 2 # 捕获2，并指定处理方法

# trap -p 2 # 显示INT信号动作

## 按一下组合键^C（相当于收到2号信号INT），观察一下效果

# trap # 列当前信号动作

# trap '' 2 3 15 USR1 # 捕获并忽略它们。''为两个单引号，中间无内容

## 再按组合键^C，观察一下效果

命令

# ps | awk '/bash/{ print $1 }'

的输出为当前bash的PID，比如23456。可在本终端或其它终端（建议其它终端）上，使用

# kill -2 23456 # 向23456发信号2

# kill -USR1 23456 # 向23456发信号USR1

观察情况，此时，可能是没有反应（因为信号被忽略）。

在执行以下命令，恢复系统默认后

# trap 2 3 15 USR1 # 恢复信号2，3，15的之前动作

再向23456发送信号2或USR1，以观察具体反应。