前言#

最近在学习MIT的“计算机科学教育中缺失的一课（The Missing Semester of Your CS Education）”，这篇博客既是shell常用命令的备忘，也是这门课程的学习笔记。

shell#

shell是操作系统为用户提供交互界面的命令行解释器的统称，例如Windows中的cmd就是一种shell。Bash 是其中最流行的一种。Bash 是 Bourne Again shell 的简称，其他的shell还有：zsh、fish、csh等。

你需要使用一个类Unix shell来完成文中所提到的操作。你可以：

• 使用安装了Linux的电脑
• 使用Linux虚拟机
• 使用WSL(Windows Subsystem for Linux)。

使用shell#

进入shell，可以看到这样的一行提示：

1
cyrus:~$

• cyrus代表当前用户的用户名，也可以使用echo $USER来查看；
• ~代表当前所在路径，也可以使用pwd来查看；
• $是命令提示符，提示用户现在可以输入命令了。

~是表示用户的家目录，非root用户的~代表/home/$USER/，而root用户的~代表/root。

直接输入一个程序的名称就可以运行，例如，Linux中有一个程序叫做date，直接输入程序的名字，就可以运行它，这个程序将输出当前的时间：

1
cyrus:~$ date
2
Wed Nov  1 14:07:54 CST 2023

程序可以附加参数，例如：

1
cyrus:~$ echo hello
2
hello

这里的“hello”，就是传给程序echo的参数。echo程序的功能就是输出它的参数。参数和程序名、参数与参数之间都要使用空格隔开。如果参数里包含空格，可以用'或"将参数包裹起来，或者在空格前面加上一个反斜杠转义（如My\ Photos会被转义成My Photos）

shell怎么知道这些程序在哪里呢？其实shell会在$PATH里面的路径寻找。这里的$PATH和上面的$USER都是shell中的变量，$表示引用变量，提示shell把$变量名替换成变量的值。$PATH储存了多个路径，用“:”隔开，提示了shell去哪里找这个程序。你也可以使用which来查找某一个程序的具体位置。输入程序的完整路径，也可以绕过$PATH运行程序。

想要了解更多关于PATH的内容可以查看我的另一篇博客

1
cyrus:~$ echo $PATH
2
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
3
cyrus:~$ which echo
4
/bin/echo
5
cyrus:~$ /bin/echo $PATH
6
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin

路径、pwd、cd#

在Linux和MacOS中，路径使用/分隔，而在Windows中是\。在Linux和MacOS中，路径从/开始，代表根目录（包含了所有目录）；在Windows中，路径从盘符开始，如C:\。

以/开头的路径叫绝对路径，否则就是相对路径。pwd（print working directory的缩写）可以显示当前所在的绝对路径，cd（change directory的缩写）可以改变当前所在路径。

.代表当前所在目录，..代表父目录。

1
cyrus:~$ pwd
2
/home/cyrus
3
cyrus:~$ cd /home
4
cyrus:/home$ pwd
5
/home
6
cyrus:/home$ cd ..
7
cyrus:/$ pwd
8
/
9
cyrus:/$ cd ./home
10
cyrus:/home$ pwd
11
/home

注意输入cd命令后，“cyrus:”后面的路径改变了。

输入cd -可以移动到上次所在的目录，相当于cd $OLDPWD，非常方便。

1
cyrus:/$ cd ~
2
cyrus:~$ pwd
3
/home/cyrus
4
cyrus:~$ echo $OLDPWD
5
/
6
cyrus:~$ cd -
7
/
8
cyrus:/$ pwd
9
/

常用的快捷键#

ls#

ls（list的缩写）可以列出当前目录下有什么：

1
cyrus:/$ ls
2
bin
3
boot
4
dev
5
etc
6
home
7
...

绝大多数程序都可以接受以-开头的参数来改变程序的行为。例如，-h或--help一般会输出程序的帮助文本，如：

1
cyrus:/$ ls --help
2
Usage: ls [OPTION]... [FILE]...
3
List information about the FILEs (the current directory by default).
4
Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor --sort is specified.
5
...

显示ls的帮助只能使用--help而不能使用-h，因为-h已经被其他功能占用了

其中有一行

1
  -l                         use a long listing format

根据这个内容，我们给ls命令附加上-l参数，有：

1
cyrus:/home$ ls -l
2
drwxr-x--- 20 cyrus cyrus 4096 Oct 26 19:09 cyrus

-l参数非常有用，可以列出详细信息。

第一列的第一个字符是d代表这是一个文件夹，下面列出了可能的类型：

然后是九个字符描述了使用此文件的权限，三个字符为一组分成三组，分别表示文件持有者、文件持有组、和其他用户的权限。每组的三个字符中，r、w、x分别代表read读、write写、execute执行权限，-代表没有权限。

例如rwxr-xr--代表文件持有者可以读、写、运行此文件，文件持有组可以读、运行此文件，其他用户只能读此文件。

第二列是有多少“ 硬链接 ”指向这个文件。

第三列和第四列，分别是文件持有者和文件持有组的名称

第五列是文件大小，默认以byte为单位，如果想要显示成“8M”,“13K”这种形式，只需要为ls命令附加上-h参数。

第六列就是文件的修改时间，即mtime。

最后一列就是文件名

man#

man可以显示一个命令的详细帮助文档，输入man ls，会显示比ls --help更加详细的命令使用帮助。

<、>、>>、|

”< 文件”可以使用文件作为程序的输入，”> 文件”可以将程序的输出保存到文件中（不存在就会被创建）

1
cyrus:~$ echo hello > hello.txt
2
cyrus:~$ cat hello.txt
3
hello
4
cyrus:~$ cat < hello.txt
5
hello
6
cyrus:~$ cat < hello.txt > hello2.txt
7
cyrus:~$ cat hello2.txt
8
hello

上面cat的作用是将文件的内容展示到命令行输出。

“>”会覆盖原来存在的文件，如果文件不存在，会创建一个新文件并写入。

如果不想原来存在的文件被覆盖，而是想将新的内容加在文件末尾，可以使用“>>”

“|”长得像一个管道，它的作用就是像管道一样连接两个程序的输入与输出，它会把前面的程序的输出作为后面的程序的输入。

1
cyrus:~$ ls -l / | tail -n1
2
drwxr-xr-x  13 root root    4096 May  2  2023 var

这里的tail -n1表示将取输入的最后一行并输出。

touch、mkdir、mv、cp、rm#

touch 文件名有两个作用：

• 若文件不存在，创建这个文件
• 若文件存在，将文件的atime和mtime设置为现在的时间。

mkdir 目录名（make directory）可以创建新的文件夹，例：

1
cyrus:~$ mkdir new_dir
2
cyrus:~$ ls -l
3
...
4
drwxr-xr-x 2 cyrus cyrus 4096 Nov  1 15:55 new_dir
5
...

mv 源 目标（move），可以用来移动文件/文件夹，也可以用来重命名文件/文件夹。

根据“源”和“目标”的不同，mv会做出以下不同的行为：

• 移动：如果目标是一个存在的路径，则源会被移动到此目录下，名称不变。
• 重命名：否则，则源文件名会变为此目标文件名，如果存在同名文件，则会覆盖己存在的同名文件。

cp（copy）的使用和mv很像，会在目标目录下生成一个副本，如果需要复制一个文件夹，需要附加-r参数（recursive 递归的缩写），来递归地拷贝文件夹下所有文件。

rm 目标（remove）可以删除文件或目录，如果要删除的是一个目录，也需要附加-r参数，来执行递归地删除。默认情况下，rm命令需要你逐个确认你是否确定删除这个文件，附加-f参数可以无需再次确认， 使用-f时请保证你真的要删除，没有再次确定的机会了

##

#表示注释，#后的文本会被忽略。

1
cyrus:~$ echo hello
2
hello
3
cyrus:~$ echo #hello
4

5
cyrus:~$ touch hello
6
cyrus:~$ touch #hello
7
touch: missing file operand
8
Try 'touch --help' for more information.

\、'、"#

在shell中，有一些字符不能直接作为参数的一部分传递，例如!、$、空格、#、\。

使用反斜杠\可以转义单个字符，使其正常输出：

1
cyrus:~$ echo hello$world
2
hello
3
cyrus:~$ echo hello\$world
4
hello$world
5
cyrus:~$ echo hello     world
6
hello world
7
cyrus:~$ echo hello\ \ \ \ \ world
8
hello     world
9
cyrus:~$ echo hello\world
10
helloworld
11
cyrus:~$ echo hello\\world
12
hello\world

使用单引号'括起来，可以让字符串原样输出，不进行转义和替换

1
cyrus:~$ echo 'hello\\world'
2
hello\\world

使用双引号"括起来的字符串仍然会被转义，参见Quoting。

1
cyrus:~$ echo '$SHELL'
2
$SHELL
3
cyrus:~$ echo "$SHELL"
4
/bin/bash
5
cyrus:~$ echo "hello world"
6
hello world

sudo#

Linux系统中有一个用户的身份是特殊的，那就是 root 用户，root用户拥有最高的权限，可以做几乎任何事情，直接登录到root用户是很危险的，因为你可能一不小心就利用root权限做出了一些破环性的操作（例如：误删除数据、全局修改了关键系统设置），因此，常常使用sudo 命令（意思是 do as superuser），来使用超级用户权限执行命令，这样可以让你能再次确认你的操作无误。

当你输入一个命令，发现命令行输出了“Permission denied”，很可能就是你没有合适的权限执行这个命令，只要在原命令前加上sudo就可以解决。

第一次sudo时，会输出一段这样的提示：

1
We trust you have received the usual lecture from the local System
2
Administrator. It usually boils down to these three things:
3

4
    #1) Respect the privacy of others.
5
    #2) Think before you type.
6
    #3) With great power comes great responsibility.

翻译如下：

1
我们确信您已经收到了本地系统管理员的例行讲解。
2
通常可以归结为以下三点：
3

4
    #1) 尊重他人隐私。
5
    #2) 打字前先思考。
6
    #3) 权力越大，责任越大。

“With great power comes great responsibility.”，使用root权限时要时刻提醒自己，谨慎对待每一个命令。

下面有一个来自 MIT Missing Semester 的例子，指出了使用sudo的一个常见误区：

例如，您笔记本电脑的屏幕亮度写在 brightness 文件中，它位于

1
/sys/class/backlight

通过将数值写入该文件，我们可以改变屏幕的亮度。现在，蹦到您脑袋里的第一个想法可能是：

1
$ sudo find -L /sys/class/backlight -maxdepth 2 -name '*brightness*'
2
/sys/class/backlight/thinkpad_screen/brightness
3
$ cd /sys/class/backlight/thinkpad_screen
4
$ sudo echo 3 > brightness
5
An error occurred while redirecting file 'brightness'
6
open: Permission denied

出乎意料的是，我们还是得到了一个错误信息。毕竟，我们已经使用了 sudo 命令！关于 shell，有件事我们必须要知道。|、>、和 < 是通过 shell 执行的，而不是被各个程序单独执行。 echo 等程序并不知道 | 的存在，它们只知道从自己的输入输出流中进行读写。 对于上面这种情况， shell (权限为您的当前用户) 在设置 sudo echo 前尝试打开 brightness 文件并写入，但是系统拒绝了 shell 的操作因为此时 shell 不是根用户。

明白这一点后，我们可以这样操作：

1
echo 3 | sudo tee brightness

因为打开 /sys 文件的是 tee 这个程序，并且该程序以 root 权限在运行，因此操作可以进行。 这样您就可以在 /sys 中愉快地玩耍了，例如修改系统中各种LED的状态（路径可能会有所不同）：

1
echo 1 | sudo tee /sys/class/leds/input6::scrolllock/brightness

chmod#

前面我们提到了文件的三种权限rwx，使用chmod可以调整这些权限。

chmod可以使用两种语法，字符串语法和数字语法。

脚本#

bash不仅可以直接输入到命令行执行，也可以作为一种脚本语言。作为一种脚本语言，Bash也拥有变量、分支语句、循环语句等。

可以在某个文件里写bash脚本，然后运行它，不必每次都在命令行里输入。将以下代码保存到hello.sh里，.sh后缀代表这是一个bash脚本，当然，使用其他后缀也不影响脚本正常运行。

1
#!/bin/bash
2
echo "Hello World!"

文件的第一行是#!/bin/bash，以#开始的内容是注释，意味着不会被运行。但是在文件的最开始，以#!开头的注释有个特别的名字，它被称作“shebang”，可以提示系统，使用什么程序来解析下面的代码。这里的#!/bin/bash，告诉操作系统使用/bin/bash解释下面的代码，也可以写作#!/bin/sh，因为/bin/sh是一个指向bin/bash的软链接。

在执行之前，请先向这个文件添加执行的权限，因为Linux默认的新文件权限是644，即rw-r--r--，任何人都无法执行。使用chmod +x hello.sh来添加执行权限。

然后，有两种方式可以运行脚本，第一种是输入./hello.sh，这里不能写成hello.sh，因为对于这样的命令，Linux会在PATH变量中查找，而不从当前文件夹中查找。这种方式没有指定运行脚本的解释器，因此系统会读取Shebang，然后使用/bin/bash解释代码

第二种方式就是指定解释器，将文件作为参数传入，输入sh hello.sh，就可以看到一行Hello World!。这种情况显式指定了使用sh解释运行，因此shebang不会生效

变量#

在bash中，给变量赋值使用foo=bar，请注意，这里的等号前后不能加上任何空格，这是因为bash脚本会用空格来分割命令和命令的参数，如果输入foo = bar，解释器会调用foo命令，并传递=和bar

在上一节中已经提到过了，bash中的字符串使用'或"包裹，但这两个记号的含义并不相同，前者会保留原始字符串，而后者会进行转义。

1
cyrus:~$ foo=bar
2
cyrus:~$ echo "$foo"
3
bar
4
cyrus:~$ echo '$foo'
5
$foo

这里的$代表引用相应的变量，但是在'字符串内部并不会生效。

引用变量也可以写成${foo}，和$foo并无不同，但是${foo}的写法可以更精确地界定变量名的范围，防止歧义。

数组#

bash也支持定义数组，下标和其他大多数编程语言一样是从0开始的

1
cyrus:~$ array=(a o e i u)
2
cyrus:~$ echo ${array[2]}
3
e

(())#

bash为了方便作为命令行使用，变量都是字符串类型的，因此命令foo=1+1只会将字符串1+1赋值给foo，而不会计算出2，要进行数学运算，应使用(())双括号包裹，在双括号里引用变量是不需要加$的。

1
cyrus:~$ foo=1+1
2
cyrus:~$ echo $foo
3
1+1
4
cyrus:~$ echo $((1+2))
5
3
6
cyrus:~$ foo=$((1+2))
7
cyrus:~$ echo $foo
8
3
9
cyrus:~$ ((foo=1+3))
10
cyrus:~$ echo $foo
11
4
12
cyrue:~$ echo $((foo*2))
13
8

可以使用的运算和C语言的语法是一致的：+、-、*、/（注意是整除，不支持小数）、%、=（、==、!=、<、>、foo++、++foo、foo--、--foo、!、||、&&、~、|、&、<<、>>、

另外还有一个符号#，可以用来进制转换

1
cyrus:~$ echo $((8#123))
2
83
3
cyrus:~$ echo $((16#abc))
4
2748

两条命令分别计算出了 $(123)_8$ 和 $(abc)_{16}$ 的10进制表示。

定义函数#

在bash中定义一个函数，它的作用是创建一个文件夹并进入，可以这样写：

1
mcd () {
2
    mkdir -p "$1"
3
    cd "$1"
4
}

这里的$1是一个特殊的变量，代表传入的第一个参数，例如我们定义以上函数后，输入mcd example，就会有以下效果：

1
cyrus:~$ mcd () {
2
    mkdir -p "$1"
3
    cd "$1"
4
}
5
cyrus:~$ mcd example
6
cyrus:~/example$

像这样的特殊变量还有很多，以下是常用的一些：

• $0：脚本名
• $1到$9：脚本的参数。$1是第一个参数，依此类推，超过第9个时，应该加上大括号，如${14}是第14个参数。
• $@：所有参数
• $#：参数个数
• $?：前一个命令的返回值
• `$$ ：当前脚本的进程ID（Process Identification, PID）
• !! - 完整的上一条命令，包括参数。常见应用：当你因为权限不足执行命令失败（会出现Permission denied）时，可以使用 sudo !!再尝试一次。
• $_ - 上一条命令的最后一个参数。

更多请参见这里

上面需要特殊解释的是$?，它给出上一个命令的返回值，如果为0，就意味着程序正常退出，如果非0，就代表程序异常退出。true和false，也是两个程序，其中true永远返回0，false永远返回1

这个返回码可以搭配&&、||这两个运算符使用，它们都是短路运算符。

• &&其实是逻辑与运算，也可以用来连接两条命令，当前面的命令执行成功时才执行后面的命令。用&&连接多个命令，假如中间发生了错误，就不会继续执行，引发一连串的错误。
• ||相应的，逻辑或运算是当前面的命令执行失败时才执行后面的命令。可以用于设置一个“Plan B”，当前面的命令执行失败，就执行“Plan B”。
• ;就是单纯的先后执行两条命令，无论成功与否，两条命令都会执行。

1
false || echo "Oops, fail"
2
# Oops, fail
3

4
true || echo "Will not be printed"
5
#
6

7
true && echo "Things went well"
8
# Things went well
9

10
false && echo "Will not be printed"
11
#
12

13
false ; echo "This will always run"
14
# This will always run

?、*、{}#

?和*分别可以匹配一个任意字符和多个任意字符，而{}可以展开一个字符串列表，如：

1
rm foo? # 会删除foo1、foo2、foob，不会删除foo、foo12
2
rm foo* # 会删除foo1、foo2、foob、foo、foo12，不会删除bar
3

4
cp *.png folder # 会复制所有.png后缀的文件
5

6
mv {dog,cat}.png folder # 会移动dog.png和cat.png
7
mv dog.png cat.png folder # 上面那句等价于这个
8

9
mkdir *.{png,jpg,jpeg,gif} # 将两种语法组合起来使用
10

11
touch {foo,bar}/{a..h} # 会创建foo/a, foo/b, ... foo/h, bar/a, bar/b, ... bar/h这些文件

流程控制语句#

1
if 条件
2
then
3
    命令1
4
    命令2
5
    ...
6
    命令n
7
fi

1
if 条件; then 命令1; 命令2; ...; 命令n; fi

1
if 条件
2
then
3
    命令1
4
    命令2
5
else
6
    命令3
7
    命令4
8

9
fi

1
if 条件; then 命令1; 命令2; else 命令3; 命令4; fi

1
if 条件1
2
then
3
    命令1
4
elif 条件2
5
then
6
    命令2
7
else
8
    命令3
9
fi

1
if 条件1; then 命令1; elif 条件2; then 命令2; else 命令3; fi

1
compare() {
2
    if (($1 > $2)); then
3
        echo "$1 大于 $2"
4
    elif (($1 < $2)); then
5
        echo "$1 小于 $2"
6
    else
7
        echo "$1 等于 $2"
8
    fi
9
}
10
compare 282 14
11
compare 28 214
12
compare 123 123

1
282 大于 14
2
28 小于 214
3
123 等于 123

1
for i in 列表项1 列表项2 ... 列表项n
2
do
3
    命令1
4
    命令2
5
    ...
6
    命令n
7
done

1
for i in 列表项1 列表项2 ... 列表项n; do 命令1; 命令2; ...; 命令n done

1
foo=bar
2
for i in 1 "2" '3' apple 5 $foo
3
do
4
    echo "i is $i now."
5
done

1
i is 1 now.
2
i is 2 now.
3
i is 3 now.
4
i is apple now.
5
i is 5 now.
6
i is bar now.

1
while 条件
2
do
3
    命令
4
done

1
echo '请选择 a~e 之间的一个英文字母'
2
read letter
3
case $letter in
4
    a)
5
        echo ALPHA
6
    ;;
7
    b)
8
        echo BRAVO
9
    ;;
10
    c)
11
        echo CHARLIE
12
    ;;
13
    d)
14
        echo DELTA
15
    ;;
16
    e)
17
        echo ECHO
18
    ;;
19
    *)
20
        echo 您的输入不是 a~e 之间的一个英文字母
21
    ;;
22
esac

用$()组合命令#

$()可以获得一个命令的输出并用它替换，例如

1
for i in $(ls); do
2
    echo "我有一个文件，它叫做$i"
3
done

输出

1
我有一个文件，它叫做Downloads
2
我有一个文件，它叫做temp
3
...

find#

find指令可以用来查找文件，示例如下

1
# 查找所有名称为src的文件夹
2
find . -name src -type d
3
# 查找所有文件夹路径中包含test的python文件
4
find . -path '*/test/*.py' -type f
5
# 查找前一天修改的所有文件
6
find . -mtime -1
7
# 查找所有大小在500k至10M的tar.gz文件
8
find . -size +500k -size -10M -name '*.tar.gz'
9
# 删除全部扩展名为.tmp 的文件
10
find . -name '*.tmp' -exec rm {} \;
11
# 查找全部的 PNG 文件并将其转换为 JPG
12
find . -name '*.png' -exec convert {} {}.jpg \;

grep#

grep命令可以用来从一段文本里面查找想要的字符串，比如

1
cyrus:~$ cat poem.txt
2
Do not go gentle into that good night
3

4
Dylan Thomas
5

6
Do not go gentle into that good night,
7
Old age should burn and rave at close of day;
8
Rage, rage against the dying of the light.
9
...
10

11
cyrus:~$ grep light < poem.txt # 获取所有含有“light”的行
12
Rage, rage against the dying of the light.
13
Because their words had forked no lightning they
14
Rage, rage against the dying of the light.
15
...
16

17
cyrus:~$ grep eye -C 1 < poem.txt # 获取含有“eye”的行，并同时打印出上下文（Context），往上往下各一行
18
Grave men, near death, who see with blinding sight
19
Blind eyes could blaze like meteors and be gay,
20
Rage, rage against the dying of the light.
21

22
cyrus:~$ grep the -v < poem.txt # -v代表反选，获得所有不含“the”的行
23
Do not go gentle into that good night
24

25
Dylan Thomas
26

27
Do not go gentle into that good night,
28
Old age should burn and rave at close of day;
29
...

alias#

alias命令可以创建别名

1
# 创建常用命令的缩写
2
alias ll="ls -lh"
3

4
# 能够少输入很多
5
alias gs="git status"
6
alias gc="git commit"
7
alias v="vim"
8

9
# 手误打错命令也没关系
10
alias sl=ls
11

12
# 重新定义一些命令行的默认行为
13
alias mv="mv -i"           # -i prompts before overwrite
14
alias mkdir="mkdir -p"     # -p make parent dirs as needed
15
alias df="df -h"           # -h prints human readable format
16

17
# 别名可以组合使用
18
alias la="ls -A"
19
alias lla="la -l"
20

21
# 在忽略某个别名
22
\ls
23
# 或者禁用别名
24
unalias la
25

26
# 获取别名的定义
27
alias ll
28
# 会打印 ll='ls -lh'

这些别名并不会持续生效，如果想要保存他们，需要在~/.bashrc里面添加对应的配置，就可以每次启动bash的时候都加载这些配置。

参考链接#

MIT The Missing Semester of Your CS Education GNU manual documents