什么是 Shell

• 一个黑黑的窗口？
• 一个输入奇怪命令的地方？
• 一个看起来很高级很黑客的界面？

什么是 Terminal

• 也叫 Terminal Emulator，模拟传统终端的行为
• 一个应用程序，提供了一个窗口，和输入输出交互的功能
• 内部运行的是 Shell，Shell 才是执行命令得到输出的东西

那什么才是 Shell

• “壳层”，是用户与系统内核交互的界面
• 也是一个程序，负责接收命令，处理要做的工作然后交给内核来执行，并处理返回输出
  • 如何让内核执行工作？系统调用

Shell 与 Terminal

• Terminal 的任务是从用户获取输入，然后传递给 Shell，等待 Shell 执行完后，将结果再传递回用户（显示出来）
• Shell 的任务是从 Terminal 拿到输入指令，解析后交给内核执行，然后将结果返回给 Terminal

一些例子：

• macOS 下 Terminal 可以随意更换 Shell
• Ctrl-C 到底是复制还是中断程序？
  • 和 Shell 无关，是 Terminal 的行为
  • 比如 macOS 上 iTerm 就可以随意更改按键的这些行为
  • 如果定义了 ^C 应该复制，那么 Terminal 就会直接复制内容到剪贴板
  • 如果定义了 ^C 应该中断程序，那么 Terminal 就告诉 Shell，Shell 再通过 SIGINT 信号通知内核中断程序

为什么要用命令行？它能做什么？

• 命令行就是一种操作计算机的方式，理论上可以做任何事情
• 可以让你手在键盘上就能控制电脑，而不需要鼠标拖拽等
• 在没有显示器的服务器上（例如通过 ssh 连接），只能通过命令行操作

一个夸张的例子：你甚至可以在命令行中查看网页！fathyb/carbonyl

* 关于 zsh 的一些推荐配置

• oh-my-zsh：https://ohmyz.sh/，一个 zsh 的配置框架，支持主题、插件等配置
• powerlevel10k（p10k）：一个 oh-my-zsh 的主题，配置简单，好看
• 插件：
  • git：oh-my-zsh 自带插件，提供 git 相关的提示
  • zsh-autosuggestions：自动提示输入过的历史命令
  • zsh-syntax-highlighting：命令语法高亮
  • autojump：快速跳转到曾经跳转过的目录
  • ...

具体安装方法等请见：https://note.tonycrane.cc/cs/tools/shell/

Prompt 与路径意识

• Prompt 即命令提示符，用来等待输入并给你提供一些信息
• 其中最重要的信息就是当前路径，也称工作路径，是当前 Shell 所处的“位置”
  • 一定要时时刻刻知道自己“在哪里”
  • 因为基本所有命令的行为都和当前路径有关
• 通常还要有的信息是当前正在操作的用户
  • 和权限有关，比如普通用户还是 root 等

路径相关命令

• pwd：获取当前路径
• cd path：切换路径
  • path 可以是“相对路径”或者“绝对路径”
  • path 中 ~ 代表 home，. 代表当前路径，.. 代表上一级路径

文件 / 目录操作命令

• ls：列出当前路径下的文件和目录
  • -a：列出所有文件和目录，包括隐藏文件
  • -l：列出详细信息
• touch file：创建一个文件
• mkdir dir：创建一个目录
• rm file：删除一个文件
  • -r：递归删除目录；-f：强制删除
• rmdir dir：删除一个空目录（rm -r dir 删除目录及其下全部内容）
• cp src dst：复制文件或目录
  • -r：递归复制目录
• mv src dst：移动文件或目录（重命名）
• find path -name pattern：在 path 下查找文件名匹配 pattern 的文件

文件内容查看命令

• cat file：输出文件内容
  • -n：输出行号
• head -n lines file：输出文件前 lines 行
• tail -n lines file：输出文件后 lines 行
• more/less file：分页输出文件内容
  • 空格翻页，回车下一行，q 退出
  • less 的功能更多，比如查找，更好的翻页等，用法见 less --help

其他命令

• echo：输出字符串（常配合重定向 / 管道使用）
• whoami：获取当前用户
• date：获取当前时间
• clear：清屏
• ps：显示进程信息
• kill：杀死进程
• man：查看 man 文档
• grep：查找文件内容（常配合重定向 / 管道使用）
• diff：比较文件 / 目录内容
• ln：创建链接
• whereis/which：查找命令所在位置
• curl：发送 HTTP 请求；wget：下载文件
• ...

重定向

• 即文件流重定向
• shell 中三种流：stdin 标准输入，stdout 标准输出，stderr 标准错误
• 如何更便捷地将输出存入文件 / 将文件内容作为程序输入？通过重定向
• 通过 > file 将 stdout 重定向到文件，通过 < file 将文件重定向到 stdin
• 通过 2> file 将 stderr 重定向到文件
• 两个右箭头（大于号）>> 表示追加模式，即不覆盖原文件，而是追加到文件末尾
• 通过 &> file 将 stdout 和 stderr 重定向到文件

管道

• 通过管道（pipe）可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入
• 使用 | 操作符，将左侧 stdout 重定向到右侧 stdin
• 通过管道可以将多个命令连接起来，形成一个命令序列，可以通过一行命令来完成相对复杂的操作（e.g. SadServers Saskatoon）

  $ cat /home/admin/access.log | cut -d ' ' -f 1 | sort | uniq -c | sort | tail -n 1

• 复杂命令看不懂？推荐：explainshell

常用搭配：

• some command | tail -n lines：只输出最后 lines 行
• some command | less：分页输出
• some command | grep pattern：在输出中查找匹配 pattern 的行
• 与 cut / sort / uniq / awk 等命令搭配，处理文本数据
• ...

* 环境变量

• 一些记录了系统信息的变量，方便程序来使用
• 通过 echo $var 来查看某一环境变量的值，env 命令查看所有环境变量
• 一个关于环境变量和 shell 命令执行的例子
  • 🤔 命令是什么（例如 ls）？
  • -> 是一个程序（/bin/ls），执行命令就是执行程序
  • 🤔 为什么 shell 可以只通过 ls 就找到 /bin/ls 这个可执行文件？
  • -> 在 PATH 环境变量中查找
  • 🤔 为什么一定要用 ./a.out 而不是 a.out 来执行程序？
  • -> 因为 .（即当前目录）并不在 PATH 变量中
• 设置环境变量
  • export var=value：设置环境变量
    • 仅在当前执行的 shell 中有效，如何持久化 -> 写入配置文件
  • unset var：删除环境变量，或通过 export 将值设为空

* 配置文件

• 本质上是在加载 shell 时执行的一些脚本文件
  • 比如 Linux 上 bash 在启动时会依此加载并执行以下文件（有省略）：
    • /etc/environment -> /etc/profile -> ~/.profile -> ~/.bashrc
  • 所以只要将 export 语句写入上述中的一个（一般是 ~/.bashrc）就可以自动对所有 shell 设置环境变量
• 设置了 shell 的配置文件后，重开新 shell 才会有效果
  • 不想重开？可以使用 source file 来立刻加载某一配置文件
    • 其实就相当于直接运行了一下这个文件中的脚本
• 除了 shell 的配置文件外，其他程序的配置文件也经常存放在 home 下
  • 且通常以 . 开头（隐藏），以 rc 结尾（run command）
  • 比如后面会说到的 ~/.vimrc

什么是 vim？

• vi 和 vim？
  • vi: 大部分 *nix 系统自带的老牌文本编辑器
  • vim: vi improved，vi 的升级版，功能更强大
• 基于命令行的文本 / 代码编辑器
• 如何在你的电脑上使用 vim
  • Linux/macOS：直接通过包管理器（apt/yum/brew 等）安装
  • Windows：
    • 使用 WSL，里面安装 vim
    • 使用 Gvim 或 neovim
  • VSCode 的 vim 插件也是一个选择
  • neovim：全平台的 vim 升级版，可配合 LunarVim 开箱即用

模式

• vim 中有多种模式，可以让你只通过键盘就完成各种操作
• 常用模式：
  • Normal 模式：默认模式，用于移动光标、处理文本、执行命令等
  • Insert 模式：用于输入文本
  • Command 模式：用于执行命令
  • *Visual 模式：用于选择文本

Cheat Sheet

• From vimcheatsheet.com

Cheat Sheet

• From ViEmu

vim 基础操作

• 同系列更多教程图片见 ViEmu

*vim 配置文件

• 通过 ~/.vimrc 文件来进行配置
• 我个人的几条简单配置：

  syntax on
  set expandtab
  set number
  set autoindent
  set smartindent
  set tabstop=4
  set shiftwidth=4
  set softtabstop=4
  set laststatus=2
  set mouse=a
  set scrolloff=4
  inoremap { {}<ESC>i
  inoremap {<CR> {<CR>}<ESC>O

vim 学习资源

• 🏆 vim 自带教程：vimtutor（直接输入命令）
• Vim Adventures：一个游戏，通过游戏的方式学习 vim
  • PS: 这个是 copilot 非要给我加的（x
• Cheat Sheets:
  • vimcheatsheet.com
  • ViEmu
  • vim.rtorr.com 在线文字版
• Vim 从入门到精通：wsdjeg/vim-galore-zh_cn

❗️4.8（第六周）周六下午 15:00~16:30 zcxgg 会用单独一次课专门讲解 vim

为什么要用 make？

• 一个词来说就是：自动化
• 只需要写一个 Makefile，就可以通过一句命令来自动化地完成编译、测试、打包、部署等一系列操作
  • 即使是 Linux 内核，也可以通过一句 make 来完成编译
• 而且它不仅仅是用来编译 C/C++ 的，还可以用来执行任何命令
  • 比如说在编写本课程 slide 的时候，就是用 make 来简化输入命令的
  • 有些时候会比 shell 脚本更容易编写
    • 处理依赖、读取命令行输入等 make 都会帮你完成

简介：如何编写 Makefile

target ...: prerequisites ...
    command
    ...
    ...

• target: 目标文件 / 可执行文件 / 标签
  • .PHONY 定义伪目标

    .PHONY: clean

• prerequisites: 依赖文件 / 依赖 target
• command: 执行的命令
  • 即触发 target 时执行的 shell 命令
  • 开头加 @ 不会在终端输出命令本身
  • 开头加 - 会忽略命令执行失败的错误，继续向下执行

简介：Makefile 变量

• 变量定义：
  • VAR = value，value 会在使用时才被展开（可以在文件任何位置）
  • VAR := value，右边的 value 会在定义时就被展开
  • VAR ?= value，如果 VAR 未定义，则定义为 value
  • VAR += value，将 value 追加到 VAR 的末尾
• 变量引用：
  • $(VAR)：引用变量 VAR（Makefile 中的变量引用）
  • ${VAR}：引用变量 VAR（Shell 中的变量引用）
  • 会以“字符串”的形式展开（类似 C 中的宏展开）
  • 可以通过 $(shell command) 来将 command 的输出结果作为替换的值
  • 可以直接使用环境变量，如 $(PATH)

简介：make 命令

• make 后面可以跟多个 target，指定执行的内容
  • 如果不跟任何 target，则默认执行第一个 target
• 可以在 make 后面直接通过 VAR=value 的形式来定义变量
  • 优先级：make 后 > Makefile 中定义 > 环境变量（make 前）
• 一些常用的 make 命令 flag：
  • make -f FILE：指定 Makefile 文件
  • make -n：不执行命令，只显示命令
  • make -s：不显示命令
  • make -j N：并行执行 N 个任务
  • make -k：忽略错误，继续执行

more?

• 条件判断？
• 函数？
• 模式规则？模式变量？
• 隐含规则？隐含变量？
• 自动化变量 $@ 等？

❗️6.17（第十六周）周六下午 15:00~16:30 zcxgg 会专门讲解 make 和 cmake

更多资料：

• 🏆 和我一起写 Makefile：seisman/how-to-write-makefile
• GNU make 官方文档：GNU make

一些推荐的命令行工具

• sharkdp/bat：类似于 cat 的命令行工具，但是支持语法高亮（Rust 实现）
• sharkdp/fd：类似 find 的增强工具（Rust 实现）
• sharkdp/hexyl：更美观的命令行 16 进制查看器（Rust 实现）
• aristocratos/btop：类似 top 的命令行资源监控工具（看门老大爷看板）
• dylanaraps/neofetch：更漂亮地显示系统信息（装逼专用）
• ogham/exa：ls 的增强版（Rust 实现）
• ajeetdsouza/zoxide：cd 的增强版，自带 autojump 功能（Rust 实现）
• crate-ci/typos：文档 / 代码拼写检查（Rust 实现）
• root-project/cling：交互式 C++ 解释器（这下不是 Rust 了）
• ggreer/the_silver_searcher (ag)：grep、ack 的高效替代品
• itchyny/mmv：批量化文件重命名
• tldr-pages/tldr：man 替代品，命令速查