Shell | 命令、编程及Linux操作系统的基本概念

前面结束了数据结构的相关内容，我们又得继续下一个内容的学习，也就是Linux软件编程，这一部分的内容也相对较多，需要循序渐进的学习，那就跟着博主一起来学吧：

1、操作系统基本概念

操作系统可以看成是一个软件，功能是用来屏蔽底层不同的硬件平台，为上层应用提供统一的接口和运行环境

操作系统类型：

|---------|--------------------------|
| Unix | 经典老牌，现代 OS 鼻祖 |
| Linux | 高效运行、开源免费，内核基于 Unix 思想开发 |
| Windows | 视窗界面友好 |

**Linux应用领域：**服务器、嵌入式领域、机器人、Android手机、平板、广告机、视频记录仪、路由器、交换器等

（1）Linux内核---功能：

内存的管理
文件系统的管理
任务的调度 //FreeRTOS实现的功能
多任务的通信
网络功能的管理
对硬件设备的管理

（2）Shell：

1、保护内核，用户不直接操作内核，所有请求都通过 Shell 中转，避免用户直接调用内核接口引发系统崩溃

2、命令行解释器：是用户与内核之间的交互接口，读取解析用户命令并转化为对系统调用或可执行程序的调用请求 → 传递请求给内核→ 内核直接执行指令（直接执行其早已编译好的二进制代码（最初由C等语言编写））

（3）库函数：

1、库函数是**封装好的可复用代码集合，**便于用户函数调用

2、简化开发

系统调用是内核提供的底层接口，语法繁琐、平台差异大；库函数对其封装，提供简洁统一的调用接口，比如用printf打印，无需直接操作底层的系统调用

3、跨平台兼容性（便于移植）

同一套标准库函数可以在 Windows、Linux、macOS 编译运行，底层适配不同系统的系统调用，开发者无需关注平台差异。

2、Shell命令

2.1 命令格式

bash 复制代码

command [options] [arguments]

options：选项，用于调整命令行为，短选项用-开头（如-n），长选项用--开头（如--help），多个短选项可合并（cat -n -v = cat -nv）
 
arguments：参数，命令操作的对象（如文件名、路径、字符串），是可选部分

格式中[]代表可选内容，不是命令的一部分，输入时无需书写

2.2 常用命令

2.2.1 文件查看命令

（1）cat

功能： 查看文件全部内容（查看小型文本文件更适合）

bash 复制代码

cat filename # 查看文件全部内容

cat -n filename # 显示行号（包含空行）

cat -b filename # 显示行号（跳过空行）

（2）head/tail

功能：head 查看文件开头内容，tail查看文件末尾内容，默认显示10行

bash 复制代码

head -n 10 filename # 查看文件前10行（-n可省略，直接写 head -10 filename）

tail -n 10 filename # 查看文件后10行

tail -f filename # 实时追踪文件新增内容（查看日志必备，如服务运行日志）

2.2.2 管道符 |

功能：将前一个命令的标准输出，作为后一个命令的标准输入，实现命令组合

bash 复制代码

# 筛选文件前10行中包含指定字符串的内容

head -n 10 filename | grep "字符串"

# 筛选头文件末尾10行中包含extern的内容

tail -n 10 /usr/include/stdio.h | grep "extern"

# 查看系统中与bash相关的进程信息

ps -ef | grep bash

注意：管道仅传递标准输出 (stdout)，错误信息不会通过管道传递

2.2.3 文件搜索命令---grep

功能：在文件 / 输入流中按规则搜索字符串 / 正则表达式，输出匹配行

bash 复制代码

# 在指定文件中搜索字符串

grep "目标字符串" 文件名

 

grep -i "字符串" filename # 忽略大小写搜索

grep -v "字符串" filename # 反向匹配，输出不包含该字符串的行

grep -n "字符串" filename # 显示匹配行的行号

grep -c "字符串" filename # 仅统计匹配的行数

2.2.4 重定向

功能： Shell 默认将输出打印到终端（标准输出），重定向可将输出写入文件 / 其他设备，分为输出重定向和输入重定向将原来输出在终端的内容写入到文件中

输出重定向

符号	作用	示例
`>`	覆盖重定向	若文件不存在则创建，存在则清空原有内容后写入
`>>`	追加重定向	若文件不存在则创建，存在则在文件末尾追加内容

bash 复制代码

echo "hello" > test.txt # 覆盖写入test.txt

echo "world" >> test.txt # 追加内容到test.txt

输入重定向（ < ）

bash 复制代码

# 正常方式：grep从文件读取
grep "error" log.txt

# 输入重定向方式：功能完全一样！
grep "error" < log.txt

2.2.5 通配符

功能： 用于匹配文件名 / 路径，配合 ls、rm、cp 等文件操作命令使用

通配符	含义	示例
`*`	匹配任意长度、任意字符（包含空字符）	`ls *.txt` 匹配所有 txt 文件
`?`	匹配单个任意字符	`ls file?.txt` 匹配 file1.txt、filea.txt
`[]`	匹配括号内任意一个字符	`ls file[123].txt` 仅匹配 file1/2/3.txt
`[^]`	匹配不在括号内的单个字符	`ls file[^0-9].txt` 排除数字命名文件

注意：通配符是 Shell 解析的，不是命令自身功能

2.2.6 文件权限管理

（1）权限基础规则

Linux 文件权限分三类用户：

属主 (u)：文件的创建者 / 所有者
属组 (g)：文件所属用户组的成员
其他用户 (o)：系统内除 u、g 外的所有用户

权限对应符号与数字权重：

权限	符号	数字权重	含义
读	`r`	4	读取文件内容 / 查看目录结构
写	`w`	2	修改文件内容 / 在目录内增删文件
执行	`x`	1	执行脚本 / 进入目录

权限组合计算：rwx=4+2+1=7，rw-=6，r-x=5，---=0

（2）修改文件 / 目录权限：chmod

bash 复制代码

chmod 0777 filename
# 三位数字依次对应：属主、属组、其他用户 权限
# 0为特殊权限位，日常使用可省略，直接写 chmod 755 filename

chmod u+x filename   # 给属主添加执行权限
chmod g-w filename   # 给属组移除写权限
chmod a=r filename   # 所有用户(u/g/o)统一设置为只读权限

#加-R选项递归修改目录下所有子文件 / 子目录权限，包括目录自身
chmod -R 755 test_dir/

rwx:创建文件的用户对文件是否拥有读写执行的权限

rwx:创建文件的同组用户对文件是否拥有读写执行的权限

rwx:其余人是否拥有读写执行的权限

（3）修改文件所属的组：chgrp

bash 复制代码

# 查看所有组
cat /etc/group

sudo chgrp 组名 filename  # 修改文件所属组,组必须存在

chown:

（4）chown：修改文件所属的用户 ,同时可修改所属组

**功能：**同时支持修改属主和属组，比chgrp更通用

bash 复制代码

chown 用户名 filename        # 仅修改文件属主，也必须存在
chown 用户名:组名 filename   # 同时修改属主和属组（常用）

2.2.7 压缩和解压缩

（1）核心参数释义

参数	作用
`-c`	create，创建归档 / 压缩包（压缩必备）
`-x`	extract，解压归档 / 压缩包（解压缩必备）
`-v`	verbose，显示压缩 / 解压的详细过程（可选，方便查看进度）
`-f`	file，指定压缩包文件名，必须放在所有参数最后一位
`-z`	调用`gzip`算法，对应`.tar.gz`/`.tgz`格式
`-j`	调用`bzip2`算法，对应`.tar.bz2`/`.tbz`格式

（2）压缩命令

bash 复制代码

# 压缩为 .tar.gz 格式（gzip，压缩速度快，使用率最高）
tar -zcvf filename.tar.gz dirname/
# 压缩为 .tar.bz2 格式（bzip2，压缩率更高，速度稍慢）
tar -jcvf filename.tar.bz2 dirname/

tar -zcvf /target/archive.tar.gz source/	压缩到指定目录，直接指定输出文件路径

注意：

dirname/* 可简化为 dirname/，效果一致，会打包目录下所有文件；

-f 参数必须紧跟压缩包名称，不能穿插其他参数

（3）解压缩命令

bash 复制代码

# 解压 .tar.gz 格式
tar -zxvf filename.tar.gz
# 解压 .tar.bz2 格式
tar -jxvf filename.tar.bz2

# 解压到指定目录（-C 参数，大写C）
tar -zxvf filename.tar.gz -C /home/test/

2.2.8 查找文件---find

bash 复制代码

find [搜索起始目录] [匹配条件] "文件名"


# 精确查找文件（区分大小写）
find /home -name "test.txt"
# 忽略大小写查找（-iname，更常用）
find /home -iname "TEST.txt"
# 结合通配符模糊查找
find /etc -name "*.conf"  # 查找所有.conf后缀配置文件


find /home -type f  # 只查找普通文件，排除目录
find /home -type d  # 只查找目录
find /home -size +100M  # 查找大于100MB的文件 100k(小写）
find /home -mtime -7  # 查找7天内修改过的文件

2.2.9 其余命令

（1）echo:

功能：在终端输出字符串、变量值，配合重定向可快速写入文件；在终端显示对应内容

bash 复制代码

echo "Hello Linux"  # 输出固定字符串
echo $PATH          # 输出系统环境变量PATH的值

echo -n "无换行输出"  # -n：取消末尾自动换行
echo "追加内容" >> test.txt  # 结合追加重定向写入文件

（2）du:

功能：disk usage，统计文件 / 目录的磁盘占用大小

bash 复制代码

du -h  # 人性化显示单位（KB/MB/GB，最推荐使用）
du -m  # 以MB为单位显示大小
du -k  # 以KB为单位显示大小
du -sh dirname/  # 统计目录总大小，不展示子文件详情（高频用法）

（3）fdisk :

功能：查看磁盘分区信息，仅 root / 授权用户可执行

bash 复制代码

sudo fdisk -l  # 列出系统所有磁盘及分区信息（含容量、格式、挂载点）

（4）sudo：

功能：switch user and do，临时以超级用户（root）权限执行命令，避免长期使用 root 账户带来风险

使用超级用户的权限来执行某个操作

bash 复制代码

sudo [需要提权的命令]

示例：sudo vim /etc/hosts（修改系统配置文件需要提权）

（5）date：

功能：查看 / 设置系统日期和时间

bash 复制代码

date  # 查看当前系统时间（默认格式）

date "+%Y-%m-%d %H:%M:%S"  # 自定义格式：年-月-日 时:分:秒

（6）whoami ：

功能：快速查看当前登录终端的用户名

bash 复制代码

whoami

（7）ps:
功能：process status，查看当前系统进程信息（静态查看，执行一次输出一次结果）

bash 复制代码

ps -ef  # 查看系统所有进程完整信息（含PPID父进程ID、用户、命令等）
ps aux  # BSD格式展示进程，是Linux下更通用的写法，展示内容更全面

（8）top:

功能：实时动态监控系统进程与资源占用（CPU、内存、负载），默认按 CPU 使用率排序

bash 复制代码

top  # 直接执行进入监控界面


q：退出 top 界面
M：按内存占用率排序
P：恢复按 CPU 使用率排序

（9）ifconfig：

**功能：**查看网卡信息

bash 复制代码

ifconfig  # 查看所有激活网卡的信息

ip addr    #推荐使用

（10）ping ：

功能：测试本机与目标主机的网络连通性和网络质量，基于 ICMP 协议

bash 复制代码

ping www.baidu.com  # 测试与百度服务器连通性
ping 192.168.1.1   # 测试局域网内设备连通性

ping -c 4 www.baidu.com  # -c：指定发送数据包数量，发送4次后自动停止（避免无限ping）

2.2.10 dpkg工具集

dpkg是底层包管理工具 ，仅能管理本地已下载的 .deb 格式安装包，无法自动解决软件依赖问题，依赖缺失会导致安装失败。

bash 复制代码

#安装软件
sudo dpkg -i filename.deb   # -i=install

#查看软件是否安装成功（已安装的软件）
dpkg -l | grep 软件名

#彻底卸载软件（删除配置）
sudo dpkg -p 软件名     # -P=purge，彻底删除程序 + 配置文件

#仅卸载软件（保留配置）
dpkg -r 软件名        #-r=remove，删除程序，保留配置文件

注意：

执行dpkg -i安装失败（提示依赖缺失）时，可通过 sudo apt-get install -f 修复依赖。

2.2.11 apt-get工具集

apt-get 是高级包管理工具 ，基于dpkg封装，自动从软件源下载包、解析并安装所有依赖 ，是日常安装软件的首选；新版系统推荐使用简化版命令 apt，功能一致且更易用。

可以自己根据配置的源下载对应的软件

根据软件依赖关系安装软件所需要的所有依赖
1、网络检测，先查看是否可以上网：

ping 8.8.8.8 # 检测外网连通性，正确

ping -c 4 8.8.8.8 # 推荐用法：发送4个包后自动停止，避免无限ping

若无法上网，则：

（1）让虚拟机使用NAT模式：

点击"虚拟机"

点击"设置"

点击"虚拟网络适配器"

选择"NAT模式"

点击"确认"

（2）修改Ubuntu配置文件

打开配置文件：

sudo vim /etc/network/interfaces

修改配置文件为如下格式：

auto lo

iface lo inet loopback

auto ens33

iface ens33 inet dhcp

保存退出

:wq

（3）重启Ubuntu

sudo reboot / sudo shutdown -r now

2、配置apt-get工具集的源

（1）点击"Ubuntu Software"

（2）右键选择"Software & Updates"

（3）「Download from」选择「Other」，筛选国内镜像源，源选择 aliyun

（4）点击"close"

（5）输入命令

sudo apt-get autoclean # 清理旧版本安装包缓存

sudo apt-get update # 刷新软件源缓存（必须执行，同步最新软件列表）

sudo apt-get install -f # 修复系统中缺失的依赖包

3、软件安装

#安装软件

sudo apt-get install 软件名 #自动处理依赖

#彻底卸载软件

sudo apt-get remove 软件名 --purge

sudo apt-get purge 软件名

#卸载软件（保留配置）

sudo apt-get remove 软件名

3、shell编程

3.1 解释型语言与编译型语言

**解释型语言：**边翻译边执行，不生成独立可执行文件

核心特点： 开发效率高、执行效率较低、适合做复杂数据运算、适合对系统自动化管理

**代表语言：**Shell、Python

**编译型语言：**源码先通过编译器编译为机器码文件，再直接执行（先编译再执行）

**核心特点：**开发效率低、执行效率高、运行速度快、适合做大规模数据运算，有丰富的数据类型和底层操作能力

**代表语言：**c/c++、c#

3.2 shell脚本开发流程

bash 复制代码

#脚本首行规范：必须添加解释器声明
#!/bin/bash
# 这是注释，# 开头的行不会被执行

# 1. 编辑脚本（推荐指定bash解释器）
vim test.sh

# 2. 添加执行权限
chmod +x test.sh

# 3. 相对路径执行（运行）
./test.sh

shell脚本本质：

Shell 脚本是一系列 Shell 命令、语法结构、变量的有序集合，系统逐行解析执行，实现自动化操作。

3.3 shell脚本中的引号

bash 复制代码

echo "当前路径：$(pwd)"

引号类型	语法规则	变量解析	命令执行	示例
双引号 `" "`	弱引用	解析变量，替换为变量值	支持`$()`执行命令	`echo "当前目录：$PWD"`
单引号 `' '`	强引用	不解析变量，原样输出	不执行任何命令	`echo '输出纯文本 $PWD'`
反引号	命令替换	执行引号内命令，输出结果替换自身	执行系统命令	``echo 当前时间：```date`

注意：

反引号可读性差，现代 Shell 推荐用 $() 替代反引号，功能一致且支持嵌套

3.4 shell中的变量

3.4.1 预定义环境变量

系统内置变量，存储系统配置信息，可直接调用（shell脚本中用来存放系统相关信息的变量）

PWD：当前工作目录的绝对路径
HOME：当前用户的家目录
PATH：系统查找可执行文件的路径集合（系统软件默认的路径）
SHELL：当前使用的 Shell 解释器类型

3.4.2 位置参数变量

用于接收脚本执行时传入的外部参数，是脚本交互核心：

变量	含义
`$0`	当前脚本的文件名 / 路径
`$1`	第一个传入参数
`$2`	第二个传入参数
`$#`	传入参数的总个数
`$?`	上一条命令的退出状态码：`0`= 执行成功，非`0`= 执行失败
`$$`	当前脚本运行的进程 ID号（PID）

示例：./test.sh a b c，则 $1=a，$2=b，$3=c，$#=3

3.4.3 自定义变量

定义规则

格式：变量名=值，等号两侧绝对不能有空格（Shell 语法强制要求）
变量名规范：由字母、数字、下划线组成，不能以数字开头
调用变量：$变量名 或 ${变量名}（推荐后者，避免变量名歧义）

示例：

bash 复制代码

# 定义变量
i=0
str="hello world"
# 调用变量
echo $i
echo ${str}_shell  # 拼接字符串，{}区分变量边界

3.5 流程控制语句

3.5.1 分支语句：if

基本格式：

bash 复制代码

if [ 表达式 ]; then  # 推荐简写格式，[] 两侧必须有空格
    语句块
elif [ 表达式 ]; then
    语句块
else
    语句块
fi


if [ 条件 ]
then  # 如果then换行，可以省略分号
    语句
fi

`test` 与 `[]`

[ 表达式 ] 等价于 test 表达式，用于条件检测，常用场景：

数值比较：-eq(等于)、-ne(不等于)、-gt(大于)、-lt(小于)
文件检测：-f 判断是否为普通文件、-d 判断是否为目录
字符串比较：= 判断相等

示例：

bash 复制代码

num=10
if [ $num -gt 5 ]; then
    echo "数字大于5"
fi


# Bash支持两种语法，推荐第一种
if [[ $str == "test" ]]; then  # [[ ]] 是Bash关键字，更强大
    echo "匹配"
fi

# 使用(( ))进行算术比较
if (( a > b )); then
    echo "a大于b"
fi

特性	`[[ ]]`	`(( ))`
类型	条件表达式	算术表达式
用途	字符串、文件测试	数值计算和比较
返回值	逻辑真/假（0/1）	算术结果（数值）
是否需要$	需要变量前的$	不需要变量前的$
示例	`[[ $str == "test" ]]`	`(( a > b ))`

3.5.2 多分支：case

bash 复制代码

case 变量值 in
    9)
        语句块
        ;;  # 每个分支必须以双分号结尾
    8)
        语句块
        ;;
    *)  # 通配符，匹配所有未命中的情况（默认分支）
        语句块
        ;;
esac  # case的结束标记，是case的反写

支持通配符匹配 ，可匹配多个值：9|8|7) 语句块 ;;

4、循环语句

4. 1 for循环

格式 1：遍历列表

bash 复制代码

# 遍历字符串/文件列表
for var in 1 2 3 4 5
do
    echo "数值：$var"
done

格式 2：类 C 语言风格

bash 复制代码

for ((i=0; i<5; i++))
do
    echo $i
done

4.2 while循环

条件为真时循环执行，适用于未知循环次数场景：

bash 复制代码

i=1
while [ $i -le 5 ]
do
    echo $i
    i=$((i+1))  # 数值自增运算
done

4.3 until循环

条件为假时循环执行，与 while 逻辑相反：

bash 复制代码

i=1
until [ $i -gt 5 ]
do
    echo $i
    i=$((i+1))
done

4.4 循环控制关键字

break：跳出整个循环
continue：跳过当前次循环，执行下一次

5、数组

Shell 仅支持一维数组，不支持多维数组，核心用法：

bash 复制代码

# 方式1：直接赋值
arr=("apple" "banana" "orange")
# 方式2：指定下标赋值
arr[0]="red"
arr[1]="blue"

echo ${arr[0]}        # 获取单个元素
echo ${arr[*]}        # 获取所有元素
echo ${#arr[*]}       # 获取数组长度

6、函数

Shell 函数用于封装复用代码，无返回值类型限制，通过状态码 /echo 传递结果。

6.1 函数定义

bash 复制代码

# 标准格式
function 函数名() {
    语句块
    # return 数字：设置函数退出状态码（0-255）
}

# 简化写法（省略function关键字，更常用）
函数名() {
    echo "执行函数：$1"  # 函数内 $1 接收第一个参数
}

6.2 函数调用与参数

bash 复制代码

# 调用函数，直接写函数名，后接参数
print_info "hello" "shell"

# 函数内获取参数：$1 $2 $# 规则与脚本位置参数一致

6.3 获取函数结果

bash 复制代码

# 方式1：通过echo输出结果，外部用$()接收
add() {
    echo $(( $1 + $2 ))
}
res=$(add 1 2)
echo "计算结果：$res"

7、expr：表达式计算器

基本功能：

expr 主要用于整数运算、字符串操作和逻辑比较。

bash 复制代码

# 整数运算（注意：运算符两侧必须有空格）
expr 10 + 5      # 输出: 15
expr 20 - 3      # 输出: 17
expr 6 \* 3      # 输出: 18（*需要转义）
expr 15 / 4      # 输出: 3（整数除法）
expr 15 % 4      # 输出: 3（取模）

# 字符串长度
expr length "hello"   # 输出: 5

# 子串查找
expr index "hello" "l"  # 输出: 3（第一个'l'的位置）

# 子串提取
expr substr "hello" 2 3  # 输出: ell（从第2位开始取3个字符）

bash 复制代码

# expr的现代替代
# 算术运算 → $(( ))
echo $((10 + 5))      # 15
echo $((20 * 3))      # 60（不需要转义）

# 字符串长度 → ${#var}
str="hello"
echo ${#str}          # 5

# 子串提取 → ${str:start:length}
echo ${str:1:3}       # ell

8、seq：序列生成器

基本用法：生成数字序列

bash 复制代码

# 生成1到5
seq 5
# 输出:
# 1
# 2
# 3
# 4
# 5

# 指定范围
seq 3 7
# 输出:
# 3
# 4
# 5
# 6
# 7

# 指定步长
seq 1 2 10
# 输出:
# 1
# 3
# 5
# 7
# 9

# 反向序列
seq 10 -2 1
# 输出:
# 10
# 8
# 6
# 4
# 2

实际应用：

bash 复制代码

# 批量创建目录
for i in $(seq 1 10); do
    mkdir "day$i"
done

现代替代方案：

bash 复制代码

# Bash的brace expansion（简单序列）
echo {1..5}           # 1 2 3 4 5
echo {1..10..2}       # 1 3 5 7 9
echo {10..1..-2}      # 10 8 6 4 2

# for循环替代
for i in {1..5}; do
    echo $i
done

# 使用C语言风格的for循环
for ((i=1; i<=5; i++)); do
    echo $i
done

Shell | 命令、编程及Linux操作系统的基本概念

1、操作系统基本概念

2、Shell命令

2.1 命令格式

2.2 常用命令

2.2.1 文件查看命令

2.2.2 管道符 |

2.2.3 文件搜索命令---grep

2.2.4 重定向

输出重定向

2.2.5 通配符

2.2.6 文件权限管理

2.2.7 压缩和解压缩

2.2.8 查找文件---find

2.2.9 其余命令

2.2.11 apt-get工具集

3、shell编程

3.1 解释型语言与编译型语言

3.2 shell脚本开发流程

3.3 shell脚本中的引号

3.4 shell中的变量

3.4.1 预定义环境变量

3.4.2 位置参数变量

3.4.3 自定义变量

3.5 流程控制语句

3.5.1 分支语句：if

test 与 []

3.5.2 多分支：case

4、循环语句

4. 1 for循环

格式 2：类 C 语言风格

4.2 while循环

4.3 until循环

4.4 循环控制关键字

5、数组

6、函数

6.1 函数定义

6.2 函数调用与参数

6.3 获取函数结果

7、expr：表达式计算器

8、seq：序列生成器

`test` 与 `[]`