文件和進(jìn)程的故事,。 成為更好的軟件工程師

Unix很美,。 請(qǐng)?jiān)试S我為您畫一些快樂(lè)的小樹(shù),。 我不會(huì)解釋很多命令,，這很無(wú)聊,，網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有上百萬(wàn)的教程可以做到這一點(diǎn)。

我將讓您能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行推理,。

您想做的每件奇特的事都只需一個(gè)Google搜索即可,。 但是，理解為什么解決方案可以實(shí)現(xiàn)您想要的功能并不相同,。這就是給您真正的力量,，而您不用害怕的力量。[1]

并且,，因?yàn)樗喉?，所以它必須是真?shí)的。

假設(shè)您是從頭開(kāi)始,，我將只放足夠的命令供我們使用,。 我們將探索概念，在外殼中實(shí)踐中查看它們,，然后尖叫：'我明白了,！'。

在此過(guò)程中,，我們還將弄清楚shell到底是什么,。

但是，我們必須首先進(jìn)入創(chuàng)造者的思想：探索Unix的哲學(xué),。

現(xiàn)在,，我們可以假設(shè)Linux是Unix。 如果您想知道為什么情況并非如此,，則可以跳到底部再返回,。 我們將一勞永逸地結(jié)束Unix與Linux的混淆。

哲學(xué)

讓我們從核心開(kāi)始-Unix背后的哲學(xué),。

· 編寫可以做一件事并且做得很好的程序,。

· 編寫程序以協(xié)同工作,。 （沒(méi)有額外的輸出,，不要堅(jiān)持使用交互式輸入,。）

· 編寫程序來(lái)處理文本流，因?yàn)檫@是一個(gè)通用接口,。

Unix也接受了越差越好的哲學(xué),。

這種想法是有力的。 在更高的層次上,，我們?cè)诤瘮?shù)式編程中看到了很多東西：構(gòu)建只關(guān)注一件事的原子函數(shù),，無(wú)需額外的輸出，然后將它們組合在一起以完成復(fù)雜的事情,。

組成中的所有功能都是純函數(shù),。 沒(méi)有全局變量可以跟蹤。

也許是直接的結(jié)果,，Unix的設(shè)計(jì)側(cè)重于兩個(gè)主要組件：進(jìn)程和文件,。 Unix中的所有內(nèi)容都是進(jìn)程或文件。 沒(méi)有其他的,。

進(jìn)程和文件之間存在周期性的依存關(guān)系-如果我們開(kāi)始深入解釋其中一個(gè),，我們將需要另一個(gè)來(lái)支持它。 為了打破這個(gè)循環(huán),，我們將先簡(jiǎn)要概述每個(gè)內(nèi)容,，然后再深入研究。我們將重復(fù)幾次以達(dá)到最低要求,。

進(jìn)程

您正在運(yùn)行的瀏覽器是一個(gè)進(jìn)程,。 如果您將其打開(kāi)，那么終端也是如此,。[2] 如果沒(méi)有,，現(xiàn)在是打開(kāi)它的好時(shí)機(jī)。 如果您使用Windows,，那么Docker也可以很好地工作,。 如果您使用的是Mac，請(qǐng)使用終端-這是Unix環(huán)境,。

用更抽象的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),，流程是運(yùn)行中的代碼實(shí)例。 操作系統(tǒng)將資源分配給進(jìn)程（例如內(nèi)存）,，然后將一些元數(shù)據(jù)附加到進(jìn)程（例如誰(shuí)是所有者）,，然后運(yùn)行代碼。

作為資源的一部分,，操作系統(tǒng)還為每個(gè)進(jìn)程提供了三個(gè)打開(kāi)文件：stdin,，stdout和stderr。

文件

不是進(jìn)程的所有內(nèi)容都是文件,。

是的,，這意味著您的打印機(jī)，掃描儀,，終端屏幕以及任何過(guò)程的代碼,！ 它們都是文件。 如果這聽(tīng)起來(lái)令人困惑,，請(qǐng)繼續(xù)閱讀,。 我們將清除此問(wèn)題,。

文件系統(tǒng)中的文件就是文件—一串字節(jié)串在一起，以創(chuàng)建有意義的東西,。 您的照片是文件,。 您的目錄也是文件！ 它們只包含當(dāng)前目錄中存在的文件/目錄的列表,，就像樹(shù)一樣,。

這樣做的好處是我可以'打開(kāi)'目錄文件來(lái)查看內(nèi)容！

例如：

$ vim .' ==================================================================== ' Netrw Directory Listing (netrw v162) ' /Users/Neil/examples ' Sorted by size ' Quick Help: <F1>:help -:go up dir D:delete R:rename s:sort-by x:special ' =================================================================== ../ ./ git-example/ unix-git/ unix-file-system-example/

我用Vim打開(kāi)了一個(gè)名為..的文件,，聽(tīng)起來(lái)很熟悉嗎,？ Unix如何存儲(chǔ)當(dāng)前目錄。 如您所見(jiàn),，它包含當(dāng)前目錄中的文件/目錄列表,。

文件只是數(shù)據(jù)流。

文件和文件系統(tǒng)

有了一切的想法,，文件就是文件,，數(shù)據(jù)就成了數(shù)據(jù)流，我們可以探索事情如何進(jìn)一步發(fā)展,。

在Unix系統(tǒng)上,，用于獲取輸入和寫入輸出的流是預(yù)定義的。 這正是標(biāo)準(zhǔn)輸入stdin,，標(biāo)準(zhǔn)輸出stdout和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤stderr的用途,。

· stdin是輸入數(shù)據(jù)源。

· stdout是輸出數(shù)據(jù)源,。

· stderr是標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出源,。

在shell [3]中，stdin是來(lái)自鍵盤的輸入數(shù)據(jù),，而stdout和stderr都是屏幕,。[4]

現(xiàn)在，我們可以將這些流重定向到其他地方,，而我們的程序不必知道,！ 無(wú)論輸入來(lái)自何處（鍵盤或文本文件），對(duì)于任何正在運(yùn)行的進(jìn)程,，輸入均來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)輸入,。

同樣，對(duì)于stdout和stderr,。 當(dāng)我們討論與這些流一起使用的流程時(shí),，我們將詳細(xì)討論這一點(diǎn)。

索引節(jié)點(diǎn)

要安裝文件系統(tǒng)，您需要一種結(jié)構(gòu)來(lái)管理文件系統(tǒng),。 文件中不僅要處理數(shù)據(jù),，還涉及有關(guān)數(shù)據(jù)本身的信息，稱為元數(shù)據(jù),。 這包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置,，擁有者和查看者。

這就是inode-文件元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。 每個(gè)文件都有一個(gè)唯一的索引節(jié)點(diǎn)號(hào)。 當(dāng)它存在時(shí),，它將成為文件的唯一標(biāo)識(shí)符,。

$ ls -li
total 0
2015005 drwxr-xr-x 6 neil X 192 23 Oct 07:36 git-example
2514988 drwxr-xr-x 4 neil X 128 9 Oct 11:37 unix-git/
2020303 drwxr-xr-x 4 neil X 128 23 Sep 11:46 unix-file-system-example/

在第一欄中看到那些數(shù)字？ 這些是inode,！[5]

索引節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)所有元數(shù)據(jù),。 stat對(duì)于查看此元數(shù)據(jù)也很有用。

$ stat -LF .
drwxrwxrwx 7 A B 224 Oct 28 07:15:48 2018 ./

A和B是用戶名和組名,。 Unix是一個(gè)多用戶系統(tǒng),。 Unix就是這樣-用戶和組是文件的屬性。

用戶屬性設(shè)置為X的文件表示X擁有該文件,。 這就是使用Unix的用戶,。

224是文件大小，或文件中的字節(jié)數(shù),。

2018年10月28日7:15:48是最后修改的日期,。[6]

我從哪里獲得所有這些信息？ 男子ls,。

現(xiàn)在來(lái)看看我遺漏的有趣的數(shù)字和字符：drwxrwxrwx和7,。

文件權(quán)限

每個(gè)文件都具有與其關(guān)聯(lián)的權(quán)限。

還記得與文件關(guān)聯(lián)的用戶和組嗎,？ 每個(gè)文件都存儲(chǔ)誰(shuí)擁有該文件以及該文件屬于哪個(gè)組,。 同樣，每個(gè)用戶也都有一個(gè)用戶名和組,。

進(jìn)入-rwxrwxrwx字符串：這是所有者,，組和其他人的權(quán)限。

· r用于讀,。

· w是寫,。

· x用于執(zhí)行。 對(duì)于目錄,，這意味著可以搜索,。

您只需要三個(gè)位來(lái)代表每個(gè)用戶，組和其他用戶的權(quán)限。

您會(huì)注意到該字符串有10個(gè)字符,。 第一個(gè)是特殊的輸入類型字符,，用于區(qū)分目錄，符號(hào)鏈接,，字符流（stdin）和其他一些字符,。 我想知道更多。

$ stat -LF
crw--w---- 1 neil tty 16,1 Dec 12 07:45:00 2019 (stdin)

如果您想更改權(quán)限怎么辦,？ 說(shuō),，我不要任何人搜索我的個(gè)人文件夾（哎呀）。

Unix的創(chuàng)建者對(duì)此進(jìn)行了思考,。 有一個(gè)名為chmod的實(shí)用程序,，可以修改文件的權(quán)限。 在后端,，您現(xiàn)在知道chmod正在與文件的inode交互,。

由于我們需要三個(gè)位來(lái)表示每個(gè)權(quán)限，因此我們可以將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)并將其傳遞給chmod,。

例如：chmod 721,。 表示rwx-w — x表示所有者的所有權(quán)限，對(duì)該組的寫權(quán)限以及對(duì)其他人的執(zhí)行權(quán)限,。

我更喜歡詳細(xì)形式：

$ chmod u+rwx . # enable user for rwx
$ chmod g+w . # enable group for w
$ chmod o+x . # enable others for x

您在這里做的完全一樣,。 要為所有人設(shè)置權(quán)限，chmod a + x 更加簡(jiǎn)單,！ 您也可以使用-代替+刪除權(quán)限,。

為了限制對(duì)我個(gè)人文件夾的訪問(wèn)，我要做：chmod og-x none-interesting-here /,。

您還可以限制對(duì)自己的訪問(wèn),，從而刪除自己的所有讀取，寫入和執(zhí)行權(quán)限,。 如果文件元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在文件本身中,，則您將無(wú)法再次更改權(quán)限（因?yàn)槟鸁o(wú)法寫入文件）。

這就是inode很酷的另一個(gè)原因：它們總是可以由文件所有者和root修改,，因此您可以恢復(fù)權(quán)限,。 嘗試這樣做。

文件連結(jié)

有沒(méi)有想過(guò)為什么將千兆字節(jié)文件從一個(gè)目錄移動(dòng)到另一個(gè)目錄會(huì)很快,，而復(fù)制相同文件卻要花一些時(shí)間呢,？ 你能猜出現(xiàn)在為什么嗎？

這是因?yàn)楫?dāng)我們進(jìn)行MV時(shí),，我們將移動(dòng)目錄結(jié)構(gòu),，而不是實(shí)際的文件數(shù)據(jù),。 索引節(jié)點(diǎn)是文件系統(tǒng)上非常有用的抽象。

我們可以采取其他行動(dòng),。 我們可以將文件從一個(gè)位置鏈接到另一位置,，或使兩個(gè)文件名指向同一文件。

指向同一文件的兩個(gè)文件名是硬鏈接,。 將它們視為文件的別名,。 您已經(jīng)看到了兩個(gè)硬鏈接：。 和..是到系統(tǒng)中當(dāng)前目錄和父目錄的硬鏈接,。

從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的鏈接是符號(hào)鏈接,。 符號(hào)鏈接是與原始文件分開(kāi)的新文件，該文件鏈接到原始文件,。

當(dāng)您要修復(fù)需要在新環(huán)境中運(yùn)行的腳本或制作文件副本,，以滿足希望該文件位于另一個(gè)位置的新程序的安裝要求時(shí)，這些選項(xiàng)很有用,。

我已經(jīng)在評(píng)論中解釋了上面的情況。

現(xiàn)在,，如果刪除y指向的文件,，該怎么辦？

$ rm a$ cat ycat: y: No such file or directory# y becomes useless$ ls -li25280489 -rw-r--r--  1 neil  X  12  8 Dec 08:56 x25280699 lrwxr-xr-x  1 neil  X   1  8 Dec 08:54 y -> a

這是一個(gè)懸掛的符號(hào)鏈接,。 沒(méi)用的,。

讀寫許可權(quán)后的數(shù)字，即執(zhí)行stat -LF時(shí)的7,。 是文件的硬鏈接數(shù),。

當(dāng)我創(chuàng)建x時(shí)，數(shù)字增加到兩個(gè),。 當(dāng)我刪除a時(shí),，數(shù)字回落到1。

我們也可以確認(rèn),。 和..確實(shí)是硬鏈接,。 你能怎么想？

檢查索引節(jié)點(diǎn)號(hào),。 ..在sample_dir中是25280488,，與..相同 在父目錄中。 另外,，父目錄中的sample_dir是25390377,，與相同。 在sample_dir中,。

文件結(jié)構(gòu)

它可以幫助我想象文件系統(tǒng)像樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（實(shí)際上就是這樣）,。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)（索引節(jié)點(diǎn)）都有一個(gè)指向其父節(jié)點(diǎn)，自身及其所有子節(jié)點(diǎn)的指針。 這形成目錄結(jié)構(gòu),。

/根目錄的父目錄是什么,？

您已有足夠的知識(shí)來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。 我做的第一件事是vim /看看是否有一個(gè)父指針,。 是的 然后,，我做了ls -ail來(lái)查看父級(jí)的索引節(jié)點(diǎn)。 它指向,。,，即/。

綜上所述,，

· 文件系統(tǒng)是使用inode和目錄文件構(gòu)建的,。

· 用戶是文件和進(jìn)程的屬性。 此信息存儲(chǔ)在inode中,。

· 索引節(jié)點(diǎn)在文件系統(tǒng)中是唯一的,。

· 可以掛載多個(gè)文件系統(tǒng)并將其抽象為一個(gè)邏輯樹(shù)。

進(jìn)程

首先,，讓我們擺脫這些定義,。 關(guān)于進(jìn)程，要記住三個(gè)組件：

· 程序文件：代碼和數(shù)據(jù),。

· 過(guò)程映像：這將存儲(chǔ)堆棧,，當(dāng)前定義的變量，數(shù)據(jù),，地址空間等,。 在運(yùn)行時(shí)，操作系統(tǒng)完全知道如何使用此映像重新創(chuàng)建過(guò)程,。

· 進(jìn)程：內(nèi)存中正在運(yùn)行的程序,。

進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，它將從父進(jìn)程繼承用戶ID和組ID,。 此信息控制對(duì)該進(jìn)程的訪問(wèn)級(jí)別,。

注意：訪問(wèn)控制對(duì)于安全系統(tǒng)至關(guān)重要。 這就是為什么在生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行裸Docker容器可能會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題的原因之一：它需要以root身份運(yùn)行,，這意味著可能會(huì)發(fā)生不好的事情,。

我們可以使用setuid或setgid來(lái)使進(jìn)程繼承文件所有者權(quán)限。 setuid允許進(jìn)程繼承相關(guān)文件的用戶ID,。

例如,，要在Linux上更改密碼（請(qǐng)參閱Mac的此鏈接）-我們需要修改文件/ etc / passwd。 但是,，在檢查權(quán)限時(shí),，我們看到只有root有權(quán)訪問(wèn)此文件,。[7]

$ ls -ail /etc/passwd
3541354 -rw-r--r-- 1 root root 681 Nov 28 08:47 /etc/passwd

因此，當(dāng)我們調(diào)用幫助更改密碼的實(shí)用程序/ usr / bin / passwd時(shí),，它將繼承我們的用戶ID,，該用戶ID將導(dǎo)致對(duì)/ etc / passwd的訪問(wèn)被拒絕。 這是setuid有用的地方-它允許我們以root身份啟動(dòng)usr / bin / passwd,。

$ ls -al /usr/bin/passwd
-rwsr-xr-x 1 root root 27936 Mar 22 2019 /usr/bin/passwd

執(zhí)行權(quán)限中的s而不是x表示此過(guò)程將以root用戶身份運(yùn)行,。

要設(shè)置和刪除該位，我們可以再次使用chmod,。

$ chmod u-s /usr/bin/passwd
$ ls -al /usr/bin/passwd
-rwxr-xr-x 1 root root 27936 Mar 22 2019 /usr/bin/passwd

我是在Docker上完成的,，因此我真正的文件系統(tǒng)是安全的。

屬性

就像文件系統(tǒng)上的所有文件都具有唯一的索引節(jié)點(diǎn)一樣,，進(jìn)程也具有稱為進(jìn)程ID或pid的唯一標(biāo)識(shí)符,。

就像所有文件都具有指向其父目錄的鏈接一樣，每個(gè)進(jìn)程都具有指向生成它的父進(jìn)程的鏈接,。

就像文件系統(tǒng)根的存在方式（/）一樣,，有一個(gè)特殊的根父進(jìn)程稱為init。 它通常具有pid 1,。

與父目錄本身為（/）的文件系統(tǒng)的根目錄不同,，init的ppid為0，這通常意味著它沒(méi)有父目錄,。 pid 0對(duì)應(yīng)于內(nèi)核調(diào)度程序，它不是用戶進(jìn)程,。

生命周期

在Unix中,，有一個(gè)常見(jiàn)的模式說(shuō)明進(jìn)程如何工作。

通過(guò)克隆現(xiàn)有的父進(jìn)程（fork（））,，可以創(chuàng)建一個(gè)新的子進(jìn)程,。 這個(gè)新的子進(jìn)程調(diào)用（exec（））將子進(jìn)程中運(yùn)行的父進(jìn)程替換為該子進(jìn)程想要運(yùn)行的進(jìn)程。

接下來(lái),，子進(jìn)程調(diào)用exit（）終止自身,。 它只會(huì)傳遞退出代碼。 0表示成功,，其他所有都是錯(cuò)誤代碼,。

父進(jìn)程需要調(diào)用wait（）系統(tǒng)調(diào)用才能訪問(wèn)此退出代碼。 對(duì)于產(chǎn)生的每個(gè)過(guò)程都重復(fù)此循環(huán),。

這里有些事情可能會(huì)出錯(cuò),。

如果父母不致電wait（）怎么辦？ 這會(huì)導(dǎo)致僵尸進(jìn)程,，這是資源泄漏,，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)無(wú)法在父進(jìn)程消耗退出代碼之前清理進(jìn)程,。

如果父母在子進(jìn)程之前去世怎么辦？ 這將導(dǎo)致一個(gè)孤立的過(guò)程（我保證我不會(huì)對(duì)此進(jìn)行彌補(bǔ)）,。 初始化進(jìn)程（特殊的根父進(jìn)程）采用了孤立進(jìn)程,，然后等待子進(jìn)程完成。

在計(jì)算機(jī)世界的自然秩序中,，孩子死于父母之前,。

父母如何從孩子那里獲得更多信息？ 它不能通過(guò)退出代碼,，因?yàn)檫@是進(jìn)程唯一可以返回到父級(jí)的東西,。

流程與常規(guī)函數(shù)不同，在常規(guī)函數(shù)中,，您只需將響應(yīng)返回給調(diào)用函數(shù)即可,。 但是，還有其他方法可以進(jìn)行進(jìn)程間通信

我們將通過(guò)一個(gè)示例來(lái)詳細(xì)介紹事物的工作方式,。 在此之前,，我們需要更多信息。

文件重定向

還記得操作系統(tǒng)如何為每個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程提供三個(gè)打開(kāi)的文件嗎,？ 我們有權(quán)將這些文件重定向到我們想要的任何文件,。

重定向stdout，2>重定向stderr,，和<重定向stdin,。

例如，someBinary 2>＆1將stderr重定向到stdout,。

0,、1和2分別是stdin，stdout和stderr文件的簡(jiǎn)寫,。

注意：./someBinary 2> 1不會(huì)像您期望的那樣工作,，因?yàn)檎Z(yǔ)法是file-descriptor> file。 2> 1表示stderr將被重定向到名為1的文件,。＆運(yùn)算符提供文件中的文件描述符,。

文件重定向發(fā)生在命令運(yùn)行之前。 操作系統(tǒng)打開(kāi)新文件（通過(guò)>）時(shí),，它已經(jīng)刪除了這些文件中的所有內(nèi)容,。

因此，無(wú)法對(duì)res.txt> res.txt進(jìn)行排序,。

$ cat res.txt # check contents of resdcba$ sort res.txt # sort resabcd$ sort res.txt > res.txt$ cat res# empty

提示：通過(guò)在外殼程序中設(shè)置noclobber選項(xiàng),，可以確保沒(méi)有任何重定向破壞現(xiàn)有文件。

$ set -o noclobber
$ sort res.txt > res.txt
-bash: res.txt: cannot overwrite existing file

但是,，它將與>>一起使用,，因?yàn)樵谶@種情況下,，您將附加到文件中。

$ sort res.txt >> res.txt
$ cat res.txt
d
c
b
a
a
b
c
d

閱讀有關(guān)重定向的更多信息,。

Unix中的層

我們可以將Unix視為洋蔥,。 核心是硬件-主板，CPU和許多我不太了解的晶體管,。 一層是內(nèi)核,。

內(nèi)核

內(nèi)核是負(fù)責(zé)與文件系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行交互的核心。 它還處理流程調(diào)度,，任務(wù)執(zhí)行,，內(nèi)存管理和訪問(wèn)控制。

內(nèi)核公開(kāi)了API調(diào)用,，以構(gòu)建任何可以利用的東西,。 最受歡迎的是exec（），fork（）和wait（）,。

Unix實(shí)用程序

另一層是Unix實(shí)用程序,。 這些是超級(jí)有用的進(jìn)程，可以幫助我們與內(nèi)核進(jìn)行交互,。 他們通過(guò)內(nèi)核提供的exec（）和fork（）之類的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)執(zhí)行此操作,。

您可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)許多實(shí)用程序。 您可能使用了最著名的一種：Shell,。

其他包括：python,，gcc，vi,，sh,，ls，cp,，mv,，cat,，awk,。

您可以從shell調(diào)用其中的大多數(shù)。 bash,，zsh,，ksh只是shell的不同變體。 他們做同樣的事情,。

人們發(fā)現(xiàn)令人望而生畏的另一個(gè)實(shí)用工具是文本編輯器Vim,。 Vim值得擁有自己的職位，這就是我在這里創(chuàng)建的

有趣的事實(shí)：Shell之所以稱為Shell,，是因?yàn)樗莾?nèi)核之外最近的一層,。 它在保護(hù)性…外殼中覆蓋了內(nèi)核,。

Shell如何工作

還記得shell是一個(gè)過(guò)程嗎？ 這意味著操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)提供三個(gè)文件供其使用：stdin,，stdout和stderr,。

從終端運(yùn)行時(shí)，stdin連接到鍵盤輸入,。 您編寫的內(nèi)容將傳遞到終端中,。 這是通過(guò)稱為電話打字機(jī)或tty的文件發(fā)生的。

stdout和stderr也連接到tty,，這就是為什么您運(yùn)行的任何命令的輸出和錯(cuò)誤都顯示在終端上的原因,。

您打開(kāi)的每個(gè)終端都會(huì)通過(guò)tty分配一個(gè)新文件，以使來(lái)自一個(gè)終端的命令不會(huì)破壞另一個(gè)終端,。 您可以通過(guò)tty命令找到終端連接到的文件,。

$ tty
/dev/ttys001 # on linux, this looks like: /dev/pts/0

現(xiàn)在，您可以做一些時(shí)髦的事情：由于Shell從該文件讀取,，因此您也可以讓另一個(gè)Shell寫入該文件,，或者將Shell一起破壞。 我們?cè)囋嚢伞?（還記得如何從上面的過(guò)程部分重定向文件嗎,？）

打開(kāi)第二個(gè)終端,。 輸入：

$ echo 'Echhi' > /dev/ttys001 # replace /dev/ttys001 with your tty output

注意在第一個(gè)終端中發(fā)生的事情。

嘗試回顯ls,，這次是列出文件的命令,。 為什么第一個(gè)終端不運(yùn)行命令？

它不會(huì)運(yùn)行該命令,，因?yàn)閷懭虢K端的流是第二終端的標(biāo)準(zhǔn)輸出,，而不是第一終端的stdin流。

請(qǐng)記住,，只有通過(guò)stdin輸入的輸入才作為輸入傳遞到shell,。 其他所有內(nèi)容僅顯示在屏幕上。 在這種情況下,，即使碰巧是同一文件,，也無(wú)需擔(dān)心該過(guò)程。

上面內(nèi)容的自然擴(kuò)展是,，當(dāng)您重定向標(biāo)準(zhǔn)輸入時(shí),，命令應(yīng)該運(yùn)行。 聽(tīng)起來(lái)很合理,，請(qǐng)嘗試一下,。

警告：執(zhí)行此操作的一種方法是bash </ dev / ttys001。 這不太好用,，因?yàn)楝F(xiàn)在有兩個(gè)進(jìn)程希望從該文件輸入信息,。

這是一個(gè)未定義的狀態(tài),，但是在我的Mac上，一個(gè)字符轉(zhuǎn)到一個(gè)終端,，另一個(gè)字符轉(zhuǎn)到第二個(gè)終端,，然后繼續(xù)。 這很有趣,，因?yàn)橐顺鲂峦鈿?，我必須鍵入eexxiitt。 然后我丟了兩個(gè)炮彈,。

有一種更好的方法可以做到這一點(diǎn),，我們將在稍后介紹。

這里有些微妙的事情,。 這個(gè)新的bash流程（我們從現(xiàn)有的bash流程開(kāi)始）如何知道在哪里輸出內(nèi)容,？

我們從不指定輸出流，僅指定輸入流,。 發(fā)生這種情況是因?yàn)檫M(jìn)程從其父進(jìn)程繼承,。

每次在終端上編寫命令時(shí)，shell都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)重復(fù)進(jìn)程（通過(guò)fork（））,。

從man2叉：

子進(jìn)程具有其父描述符的副本,。 這些描述符引用相同的基礎(chǔ)對(duì)象，例如,，子對(duì)象和父對(duì)象之間共享文件對(duì)象中的文件指針,，以便子進(jìn)程中的描述符上的lseek（2）可以影響后續(xù)的讀寫操作。 父母,。

Shell還使用此描述符復(fù)制為新創(chuàng)建的進(jìn)程建立標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出,，以及建立管道。

分叉后,，這個(gè)新的子進(jìn)程將從父級(jí)繼承文件描述符,，然后調(diào)用exec（execve（））執(zhí)行命令。 這將替換過(guò)程映像,。

來(lái)自man 3 exec：

本手冊(cè)頁(yè)中描述的功能是功能execve（2）的前端,。

來(lái)自man 2 execve [8]：

在調(diào)用過(guò)程映像中打開(kāi)的文件描述符在新過(guò)程映像中保持打開(kāi)狀態(tài)，但已設(shè)置close-on-exec標(biāo)志的文件描述符除外

因此,，我們的文件描述符與原始bash進(jìn)程相同,，除非我們通過(guò)重定向?qū)ζ溥M(jìn)行更改,。

在執(zhí)行此子進(jìn)程時(shí),，父進(jìn)程等待子進(jìn)程完成。 發(fā)生這種情況時(shí),，控制權(quán)將返回給父進(jìn)程,。

請(qǐng)記住,，子進(jìn)程不是bash，而是代替bash的進(jìn)程,。 使用ls,，該過(guò)程將文件列表輸出到stdout后立即返回。

注意：并非Shell上的所有命令都會(huì)產(chǎn)生fork和exec,。 那些不被稱為內(nèi)置命令的命令,。 有些是出于必要內(nèi)置的。 由于子進(jìn)程無(wú)法將信息傳遞回父母,，因此其他進(jìn)程可以使事情更快,。

例如，設(shè)置環(huán)境變量在子Shell中不起作用,，它無(wú)法將值傳遞回父Shell,。 您可以在此處找到列表。

這是我喜歡的示范,。

您是否曾經(jīng)想過(guò),，當(dāng)某事正在運(yùn)行并將東西輸出到終端時(shí)，您可以編寫下一條命令并在現(xiàn)有過(guò)程完成后立即使它們起作用,，這有多奇怪,？

$ sleep 10;lscat b.txtbrrr# I stop typing here$ lsbcy$ cat b.txtdefbjehb$ brrr-bash: brrr: command not found

只是被阻止的進(jìn)程，輸入流仍在接受數(shù)據(jù),。 由于我們要讀取/寫入的文件是相同的（tty）,，因此我們可以看到鍵入的內(nèi)容以及睡眠的時(shí)間10； 返回時(shí),，shell為ls創(chuàng)建另一個(gè)進(jìn)程,，再次等待，然后對(duì)cat b.txt相同,，然后再次對(duì)brrr,。

我用了10點(diǎn)睡眠； 進(jìn)行演示,，因?yàn)槠渌畎l(fā)生得太快,，我無(wú)法在控件返回到父bash進(jìn)程之前鍵入任何內(nèi)容。

現(xiàn)在是嘗試exec內(nèi)置命令的好時(shí)機(jī)（它將替換當(dāng)前進(jìn)程,，因此它將終止您的shell會(huì)話）,。

exec echo Bye

echo也是內(nèi)置命令。

如果您想用C自己實(shí)現(xiàn)Shell,，我建議您使用以下資源,。

管道

掌握了外殼如何工作的知識(shí)后，我們便可以冒險(xiǎn)進(jìn)入管道的世界：|。

它把兩個(gè)過(guò)程聯(lián)系在一起,，并且它的工作方式很有趣,。

還記得我們開(kāi)始時(shí)的哲學(xué)嗎？ 做一件事,，并做好,。 現(xiàn)在，我們所有的公用程序都可以正常工作,，我們?nèi)绾问顾鼈円黄鸸ぷ鳎?/p>

這是管道|進(jìn)入管道的地方,。它表示對(duì)pipe（）的系統(tǒng)調(diào)用，它所做的只是重定向進(jìn)程的stdin和stdout,。

由于事情的設(shè)計(jì)是如此出色,，因此原本就很復(fù)雜的功能可以簡(jiǎn)化為這一點(diǎn)。 每當(dāng)您使用管道或終端上的任何東西時(shí),，只要想象一下輸入和輸出文件的設(shè)置方式,，就不會(huì)有問(wèn)題。[9]

讓我們從一種更好的方法將輸入直接定向到bash開(kāi)始,，而不是像以前那樣使用臨時(shí)文件（ls.txt）,。

$ echo ls | bash
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該圖有點(diǎn)簡(jiǎn)化了管道的重定向。 您知道外殼現(xiàn)在是如何工作的,，因此您知道頂部bash分叉了另一個(gè)與tty連接的bash,，后者生成了ls的輸出。

您還知道頂部bash是從底部bash派生的,，這就是為什么它繼承了底部bash的文件描述符的原因,。 您還知道較低的bash并沒(méi)有進(jìn)行新的處理，因?yàn)閑cho是內(nèi)置命令,。

讓我們以一個(gè)更復(fù)雜的示例結(jié)束本節(jié)：

$ ls -ail | sort -nr -k 6 | head -n 1 | cut -f 9 -d ' '2656

該管道找出當(dāng)前目錄中最大的文件并輸出其大小,。

這樣做可能是一種更優(yōu)雅的方法，僅需一次Google搜索即可,，但這很好地舉例說(shuō)明了,。 誰(shuí)知道這已經(jīng)內(nèi)置到ls中了？

注意,，stderr是如何始終直接路由到tty的嗎,？ 如果要重定向stderr而不是stdout到管道怎么辦？ 您可以在管道之前切換流,。

$ error-prone-command 2>&1 >/dev/null

關(guān)于PATH的一切

局部變量是可以在shell中創(chuàng)建的變量,。 它們位于外殼的本地，因此不會(huì)傳遞給子級(jí),。 （請(qǐng)記住,，每個(gè)非內(nèi)置命令都在沒(méi)有這些局部變量的新外殼中,。）

環(huán)境變量（環(huán)境變量）類似于全局變量。 他們被傳遞給孩子,。 但是，子進(jìn)程中對(duì)環(huán)境變量的更改無(wú)法傳遞給父進(jìn)程,。 請(qǐng)記住,，除了退出代碼，孩子與父母之間沒(méi)有任何聯(lián)系,。

試試這個(gè)：從bash調(diào)用bash,。 第一個(gè)bash正在等待第二個(gè)bash退出，而第二個(gè)bash正在等待第三個(gè)bash,。

當(dāng)您調(diào)用exec時(shí),，退出會(huì)自動(dòng)發(fā)生。 如果不是,，則您要自己鍵入exit,，以將退出代碼發(fā)送給父級(jí)。 退出兩次,，即可恢復(fù)原始狀態(tài),。

現(xiàn)在，進(jìn)行思想實(shí)驗(yàn)：當(dāng)將ls輸入到shell中時(shí)會(huì)發(fā)生什么,？ 您知道與tty一起發(fā)生的fork（）,，exec（）和wait（）循環(huán)。

但是,，即使在這種情況發(fā)生之前,，ls只是另一個(gè)實(shí)用程序功能，對(duì)嗎,？ 這意味著某個(gè)地方有一個(gè)程序文件,，其中包含執(zhí)行fork（）和其他所有功能的C代碼。

該二進(jìn)制文件不在當(dāng)前目錄中（您可以使用ls -a檢查）,。 對(duì)我來(lái)說(shuō),，如果這些文件在我的當(dāng)前目錄中，我可以通過(guò)在外殼中鍵入它們的名稱來(lái)執(zhí)行它們,。 它們是可執(zhí)行文件,。

ls程序文件在哪里？

還記得文件系統(tǒng)樹(shù)是如何分層的嗎,？ 這是瘋狂的命令,。

所有基本級(jí)別目錄都具有特定功能。 例如,，所有Unix實(shí)用程序和一些其他程序都進(jìn)入/ bin目錄,。 Bin代表二進(jìn)制文件,。 如果您想了解更多信息，則有一百萬(wàn)本教程,。

這對(duì)我們來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了,。 我住在/ bin。 因此,，您可以這樣做：

$ /bin/ls

a b c

與運(yùn)行l(wèi)s相同,。

但是，shell如何知道要在bin中查找ls,？

這就是神奇的環(huán)境變量PATH出現(xiàn)的地方,。讓我們首先來(lái)看它。

$ echo

$PATH/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin

并且,，要查看所有環(huán)境變量,，我們可以執(zhí)行以下操作：

$ env
HOSTNAME=12345XXXX
TERM=xterm
TMPDIR=/tmp
PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
PWD=/test
LANG=en_US.UTF-8
SHLVL=1
HOME=/root
LANGUAGE=en_US:en
LESSOPEN=||/usr/bin/lesspipe.sh %s
container=oci
_=/bin/env

PATH是用冒號(hào)分隔的目錄列表。 當(dāng)shell看到?jīng)]有絕對(duì)路徑的命令時(shí),，它將在$ PATH環(huán)境變量中查找,，依次進(jìn)入每個(gè)目錄，并嘗試在其中查找文件,。 它執(zhí)行找到的第一個(gè)文件,。

注意/ bin在PATH中的方式，這就是ls起作用的原因,。

如果我從PATH中刪除所有內(nèi)容,，會(huì)發(fā)生什么？ 沒(méi)有絕對(duì)的路徑,，任何事情都不應(yīng)該工作,。

$ PATH=''

ls-bash: ls: No such file or directory

上面的語(yǔ)法僅用于設(shè)置一個(gè)命令的環(huán)境變量。 舊的PATH值仍然存在于外殼中,。

$ echo $PATH

/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin

注意：由于echo是內(nèi)置的shell,，因此無(wú)法執(zhí)行PATH ='''echo $ PATH。 但是,，如果您使用PATH =''啟動(dòng)了一個(gè)新的shell進(jìn)程,，然后執(zhí)行了echo操作，那么它將起作用,。

PATH）

（）是新子shell的語(yǔ)法,。 我知道，我首先不解釋很多信息,，但這全是語(yǔ)法級(jí)別,，僅需一次Google搜索。 從正面來(lái)看,，它可以確保該博客文章不會(huì)變成一本書,。

您是否聽(tīng)說(shuō)過(guò)./是運(yùn)行所創(chuàng)建文件的方式,？ 您為什么不能像bash一樣運(yùn)行它們？ 現(xiàn)在你知道了,。 當(dāng)您執(zhí)行./時(shí),，這就是您要執(zhí)行的文件的確切路徑。 bash有效,，因?yàn)樗挥赑ATH上,。

因此，有意義的是,，如果當(dāng)前目錄始終位于PATH上,，則腳本將按名稱運(yùn)行,。

讓我們嘗試一下,。

現(xiàn)在，將其添加到當(dāng)前PATH中,。 然后只運(yùn)行script.sh,。

$ PATH=${PATH}:. script.sh # this appends . to PATH, only for this commandI can work from everywhere?$ export PATH=${PATH}:. # this sets the PATH variable permanently to include .$ script.sh # calling script.sh without the ./I can work from everywhere?$ cd .. # go one directory up$ script.sh # this shows that PATH directories aren't searched recursively-bash: script.sh: command not found # so script doesn't run anymore

警告：不正確的做法是將當(dāng)前目錄包含在PATH中。 有幾個(gè)問(wèn)題,。 您永遠(yuǎn)不能確保任何命令的執(zhí)行都按預(yù)期進(jìn)行,。

如果您有一個(gè)名為ls的二進(jìn)制文件，它是當(dāng)前目錄中的一種病毒（可從Internet下載）,，但您打算執(zhí)行/ bin / ls怎么辦,？

閱讀更多

下次當(dāng)您看到'沒(méi)有這樣的文件或目錄'錯(cuò)誤時(shí)，當(dāng)您知道該文件存在（也許您剛剛安裝了該文件）時(shí),，便知道問(wèn)題出在哪里,。 路徑被破壞！

它安裝在PATH以外的位置,，因此只能從安裝它的位置進(jìn)行調(diào)用,。 要解決此問(wèn)題，您現(xiàn)在知道可以將該目錄添加到PATH,，也可以通過(guò)其絕對(duì)路徑調(diào)用該文件,。

有趣的事實(shí)：Python在搜索導(dǎo)入時(shí)具有類似的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用PYTHONPATH env變量,。

編寫Shell腳本

這篇文章的長(zhǎng)度已經(jīng)超出了我的預(yù)期,。 此外，使用Shell進(jìn)行編程已經(jīng)在網(wǎng)上廣泛討論了,。 但是為了完整起見(jiàn),，這里是手冊(cè)的鏈接和不錯(cuò)的教程。

包管理

假設(shè)您編寫了一個(gè)新工具,。 它在您的計(jì)算機(jī)上確實(shí)運(yùn)行良好,，現(xiàn)在您想將其出售給其他用戶,。 等等，我的意思是,，本著開(kāi)源的精神,，您想將其提供給他人使用。

您還希望節(jié)省他們的PATH麻煩,。 更妙的是,，您希望將文件安裝在正確的位置：二進(jìn)制文件進(jìn)入/ usr / bin /（它已經(jīng)在PATH中），而依賴項(xiàng)則位于主二進(jìn)制文件可以找到它的地方,。

包管理器正好解決了這個(gè)問(wèn)題,。 他們沒(méi)有讓您頭疼，而是使事情正常進(jìn)行,。

我知道三個(gè)主要的軟件包管理器：dpkg,，rpm和自制軟件。 它們每個(gè)都在不同的Linux發(fā)行版上工作（如果您不確定這是什么意思,，請(qǐng)參見(jiàn)下一節(jié)）,。

但是，就像分發(fā)的數(shù)量一樣,，它們中有數(shù)百種在野外,。

dpkg是Debian軟件包管理器，但是您可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)在它之上構(gòu)建的用于管理軟件包的非常有用的工具：apt,。

每次使用apt install來(lái)安裝新軟件包時(shí),，您都在利用此軟件包管理器的功能，以確保一切都在需要的地方進(jìn)行,。

在開(kāi)發(fā)方面,，這意味著確保要?jiǎng)?chuàng)建的工具與程序包管理器兼容。 例如,，以下是在C和Python中執(zhí)行此操作的方法,。

rpm是Red Hat軟件包管理器，它在頂部還有一個(gè)有用的工具：yum,，它也處理依賴項(xiàng),。

homebrew是macOS上的軟件包管理器，每次醞釀安裝某些軟件時(shí)都在使用它,。

它們使生活變得輕松,。

它們是如此方便，以至于編程語(yǔ)言也有自己的軟件包管理器,！ 例如,，pip是流行的Python工具安裝程序。 有用于Ruby的捆綁器,，用于Swift / iOS的可可和其他幾種捆綁器,。

Unix的簡(jiǎn)要?dú)v史

Unix是第一個(gè)允許多個(gè)用戶使用它的操作系統(tǒng),，每個(gè)用戶可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。

現(xiàn)在這聽(tīng)起來(lái)似乎很瑣碎,，因?yàn)閹缀趺總€(gè)操作系統(tǒng)都具有此功能,，但是它首次問(wèn)世時(shí)是革命性的。 在大型主機(jī)上租賃時(shí)間的日子已經(jīng)過(guò)去,。 您可以讓程序在后臺(tái)運(yùn)行,，而其他人來(lái)做。

顧名思義,，Unix是一個(gè)多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng),。

這是專有的，AT＆T是唯一可以出售它的公司,。 （貝爾實(shí)驗(yàn)室在1970年代開(kāi)發(fā)了它）,。 他們選擇了許可模型，并很快提出了一個(gè)規(guī)范,，稱為'單一UNIX規(guī)范',。

這些是一組準(zhǔn)則,，遵循它們的任何系統(tǒng)都可以被認(rèn)證為Unix系統(tǒng),。

大約在同一時(shí)間，一些人對(duì)Unix的專有性不滿意,，并提出了另一個(gè)名為L(zhǎng)inux的開(kāi)源操作系統(tǒng)內(nèi)核,。

這些系統(tǒng)受到Unix哲學(xué)的啟發(fā)并實(shí)現(xiàn)了可移植性，因此遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn),，該標(biāo)準(zhǔn)是Unix的一個(gè)子集,。 這些系統(tǒng)因此也被稱為類Unix。[10]

事情變得有些混亂,。 Linux是基于Linux內(nèi)核的一系列操作系統(tǒng),。 沒(méi)有稱為L(zhǎng)inux的單一操作系統(tǒng)。

相反,，我們所擁有的是Debian,，Ubuntu，F(xiàn)edora,，CentOS,，Red Hat，Gentoo等,。這些是Linux內(nèi)核的發(fā)行版（通常稱為發(fā)行版）,。 完善的操作系統(tǒng)。

有什么不同,？ 有些是為特定目的而構(gòu)建的（例如：Kali Linux附帶了安全測(cè)試工具）,。

包管理,，包更新頻率和安全性方面的大多數(shù)差異。

如果您想了解更多,，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)opensource.com,。

有趣的事實(shí)：Mac OS X經(jīng)過(guò)Unix認(rèn)證。

結(jié)論

我們已經(jīng)介紹了很多,。 讓我們花一點(diǎn)時(shí)間將它們放在一起,。

Unix是成熟的操作系統(tǒng)，Linux是受Unix啟發(fā)的內(nèi)核（操作系統(tǒng)的核心）,。 他們專注于做一件事情,，并做好。

一切都是過(guò)程或文件,。 內(nèi)核是核心,，它公開(kāi)了系統(tǒng)調(diào)用，這些實(shí)用程序可以利用它們,。 進(jìn)程使用文件作為輸入和輸出,。 我們可以控制這些文件，可以重定向它們,，這對(duì)過(guò)程沒(méi)有影響,。

管道可以將輸出從一個(gè)過(guò)程重定向到另一個(gè)過(guò)程的輸入中。 Shell中的每個(gè)命令首先派生,，然后執(zhí)行,，然后將退出代碼返回給等待的父對(duì)象。

還有很多,。 如果有可能進(jìn)行無(wú)損壓縮,，那么我會(huì)在后期進(jìn)行。

因此,，歡迎來(lái)到野外,，您很好。

出口

感謝Vatika Harlalka,，Nishit Asnani,，Hemanth K. Veeranki和Hung Hoang閱讀了此草稿。

腳注

· 這只是一首詩(shī)嗎,？

· 終端也像外殼一樣運(yùn)行著子進(jìn)程,。 您可以通過(guò)ps -ef查看所有正在運(yùn)行的進(jìn)程。

· Shell是用于與操作系統(tǒng)交互的接口,。 它既可以是命令行界面（CLI）,，也可以是圖形用戶界面（GUI）。 在本文中，我們僅關(guān)注CLI,。 打開(kāi)終端時(shí),，歡迎您的默認(rèn)程序是外殼程序。 閱讀更多

· 這不是100％正確的,，還有更多細(xì)微差別,，我們將盡快解決。

· 我花了太多時(shí)間在iPhone和iOS上,。 它是一個(gè)索引節(jié)點(diǎn),，而不是一個(gè)iNode。

· 另外,，這是我開(kāi)始編寫本指南的時(shí)間,。 大概我完成了。 注意年份,。

· 我從man 5 passwd獲得了所有這些信息,。

· 本手冊(cè)分為八個(gè)部分，每個(gè)部分用于特定目的,。 閱讀更多,。

· 這是一個(gè)強(qiáng)大的想法，只有在Unix設(shè)計(jì)上說(shuō)：'一切都是文件',，這才是正確的,。

· 有趣的事實(shí)-由于它們未經(jīng)認(rèn)證，因此不能稱為Unix,，并且Unix是商標(biāo),。

(本文翻譯自Neil Kakkar的文章《How Unix Works: Everything You Were Too Afraid to Ask》,，參考：
https:///better-programming/how-unix-works-everything-you-were-too-afraid-to-ask-f8396aeb2763)