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Linux 入门

想必大家都不乐意阅读冗长而没什么用的介绍。因此本文将尽可能精简，更多的资料将以

的形式附在每节正文的末尾。其中标有*的内容为英文资料。

目录

Linux 系统、发行版简要介绍

什么是 Linux

与常见的 Windows、MacOS 相同，Linux 也是一个操作系统，一般用于开发和服务器领域。

什么是发行版

Linux 的内核非常小，功能也不多。为了便于人们使用，有许多组织在它的基础上修改和新增了大量软件包并重新发布。这些版本仍属于 Linux，称为 Linux 发行版（Distribution）。

亦有些发行版是基于其它发行版进一步修改得到的。

类比安卓手机，谷歌推出了基础的 Android 系统，而各大手机厂家为了满足本地化的用户需求对它进行了修改。产生了诸如小米 MIUI，华为 EMUI，OPPO ColorOS等衍生版本。

常见的发行版有 Debian、Ubuntu、Arch、Mint、RedHat 等 常见发行版汇总图

图源：菜鸟教程

而在我们UCAS的课程中，最常使用的发行版为 Ubuntu，因此本指南将以它作为基础。

不同发行版之间可能存在差异，例如 Debian/Ubuntu 采用apt作为软件包管理器，而 RedHat 采用rpm。因此在使用别人的代码时应留意发行版是否一致，在向他人求助时也请主动提供您的发行版信息。

Ubuntu

Ubuntu 是由 Canonical Ltd. 构建的 Linux 发行版，拥有桌面版、服务器版、物联网版等分支。

Ubuntu 每六个月（每年的4月和10月）发布一个新版本，每两年发布一个长期支持（LTS）版，版本号标识为

Ubuntu yy.mm.x

例如Ubuntu 20.04.3 LTS表示为2020年04月发布的 LTS 版本的第三次小更新

不同版本间的 Ubuntu 亦可能存在差异，请留意。

优势——为什么不直接用 Windows

环境管理方便

Linux 系统下常见的编程环境，例如 c / python3 / go / docker 等，基本都可以直接（或添加附加软件源后）通过包管理器安装，系统会自动对它们及依赖项、冲突项进行管理，同时自动对环境变量进行配置。

卸载不需要的环境时通常也只需使用包管理器（例如apt remove xx），系统会自动清理配置文件和自动安装的依赖项。

与之相比，Windows 下要找到各个环境的官方网站、下载安装包、手动进行安装和配置，非常麻烦且容易造成混乱。

此外，在 Windows 下，有些环境依赖于其它环境（例如在 vscode 中进行 c 语言编程需要 MinGW 编译器），需要手动配置；有些环境与其它环境冲突（例如 docker 与 windows 自带的 Hyper-V），也需要手动解决。这个过程需要额外查询大量教程，且与电脑型号、Windows 版本、厂商预设等大量复杂因素相关，非常不友好。

更不要提软件的卸载，Windows 的卸载文件残留、注册表残留和环境变量残留都是老大难问题了。而这些残留就可能导致未来配置其它环境时出现问题。

安全

这并不是指系统漏洞少、黑客攻击难那个意义上的安全。而是说课程使用及本文推荐的 Linux 使用方式通常基于某种虚拟化技术，因此：

只要做好工程文件（源代码、配置文件等）的备份，即使出现了环境配置混乱、不当操作造成系统故障等“难以直接恢复”的情况，可以毫不心疼地销毁整个开发环境重新配置。

而随着对 Linux 系统的熟悉，重新配置环境所需的时间和精力会远小于尝试修复。

与之相比，直接在 Windows 下开发，由于不当配置造成注册表、环境变量、程序安装路径等混乱和错误，难以直接恢复。同时由于 Windows 作为主力机有许多日常使用的软件和文件，重装系统所需的时间和精力、承担的风险更大。

课程需要

在大二下的《数据结构》为例的课程中，有部分作业是要在在线评测系统（oj）上完成的。这类在线评测系统的后端通常是 Linux 服务器，在本地也是用 Linux 环境可以避免环境不统一导致的错误。

例如，在部分 Windows 环境下编写 C 语言代码，为了使程序输出结果以后停止而非直接退出，通常要使用 system("pause"); 语句，而该语句会在 Linux 环境下产生Runtime Error: pause: not found错误，原因是pause为 Windows 特有，不是一个合法的 Linux 指令。

图形化与命令行

注：本节中提到“图形化”是指 Linux 系统的图形化界面，使用 Windows 图形化界面配合 Linux 命令行是一个推荐的使用方式。

尽管大部分 Linux 发行版都可以像 Windows 一样使用支持鼠标的图形化界面，主流的在 Linux 上进行开发的方式还是使用纯键盘的命令行模式。主要理由如下：

  • 图形化界面比较占用资源
  • 做开发时大部分时间只需要打开编辑器、使用键盘输入代码，没有必要使用鼠标和图形化界面（即使使用 vscode 等图形化编辑器，也可以用远程连接的方式代替直接在 Linux 中运行图形化界面）
  • 有些软件的图形化界面支持并不稳定，会产生预期以外的错误
  • 有时开发是在远程服务器上进行的，传输图形化界面对网络要求高

我校课程对于 Linux 的使用也通常只需要命令行即可完成，例如程序设计基础与实验（C 语言）课程的武成岗老师班，要在 Linux 中完成的操作有：

  1. 编辑代码
  2. 使用gcc编译
  3. 运行并查看结果

后两步都是纯命令行操作，第一步大家的做法不尽相同，有使用gedit/vscode这类图形化界面的，亦有使用vi/nano的，关于这些编辑器更详细的介绍和对比请看编辑器页面。

特别的，vscode虽然是一个图形化程序，但可以使用 Windows 下的 vscode 通过插件和ssh连接到 Linux 系统，从而避免使用 Linux 的图形化界面。个人也是强烈推荐这个方式，详见vscode页面。

综上，本指南涉及 Linux 系统的使用时，一般只会使用命令行（终端）的部分，希望大家能适应这种模式。

虽然我们使用的所谓命令行事实上是由终端（terminal）和 shell 组成的，但简单起见，可以先忽略这其中的细节

读懂终端

打开终端后，您可能会见到类似下面这样的字符：

ubuntu@server-7anw4ytc:~$

其格式为

用户名@主机名:工作目录$

下面逐项解释：

  • 用户名：当前登录到系统使用的用户名称
  • @：和邮箱中的[email protected]作用相似，某个主机下的某个用户
  • 主机名：当前系统的主机名（hostname）
  • 工作目录：当前所处的目录，记法请见目录与路径一节
  • $/#：前者表示当前用户不是 root，后者则表示是 root
    • 注：可能根据终端不同有所变化，Ubuntu 默认的 bash 环境及推荐的 zsh 环境下通常是这两个符号

使用终端

出现上面的user@host:/dir$时意味着可以向终端输入指令

一个指令通常由一个命令和若干个参数组成

有些参数没有参数名，有些参数既有参数名又有参数值，还有些参数仅有参数名（起开关作用）

例如

$ ls                        // 无参数
$ ls -l                     // 有一个开关型参数 -l
$ tail -n 10                // 有一个名为 -n，值为 10 的参数
$ ls some-dir               // 有一个参数 some-dir
$ cp src dst                // 有两个参数 src 和 dst
$ gcc -o output -lm test.c  // 有三个参数：第一个名为 -o，值为 output；第二个为开关型 -lm，第三个为 test.c

参数的具体含义、类型、是否有序等，与具体的命令（软件包）有关。请查阅文档

必选参数表示必须提供的参数；可选参数表示可有可无的参数，通常具有一个默认值

例如gcc命令中，待编译的.c文件是一个必选参数，而输出是一个可选参数，其默认值为a.out

$ gcc -o output
gcc: fatal error: no input files
compilation terminated.
// 错误：没有提供待编译的 .c 文件
$ gcc test.c
// 等价于 gcc test.c -o output 或 gcc -o output test.c

在本指南中，将以<>标识参数名，[]标识可选参数

例如列出路径下的文件，文档中会像下面这样描述用法：

$ ls [-l] [<path>]
  • -l开关表示是否输出详细信息，缺省为否
  • path参数表示路径，缺省为.（当前目录）

当您想要使用该命令列出/some-dir下的文件时，应该输入

$ ls /some-dir
$ ls -l /some-dir  // 输出详细信息

而不是

$ ls [</some-dir>]
$ ls [-l] [</some-dir>]

关于使用终端的其它注意事项和需了解的信息，请继续浏览本文档

输入

大小写敏感

一般情况下，Linux 系统对大小写敏感，例如./cod-lab与./COD-Lab对 Linux 来说是两个不同的目录，切换目录时要用cd而非CD等

空格与引号

Linux 终端使用空格来分割指令参数，当某一个参数中需要包含空格时，用引号包裹

例如用touch指令创建一个叫this is a file的文件，如果不加引号

$ touch this is a file
$ ls
a  file  is  this

可见他把this, is, a, file理解成了4个独立的参数，从而分别创建了这4个文件

$ touch "this is a file"
$ ls
'this is a file'

注意，除非使用转义符（通常为反斜杠），引号自身不会被当作字符串的一部分，因此创建的文件名中不会包括引号。ls的结果看似是包含了单引号，实际上那只是为了人能准确理解，在显示时自动添加的

除了空格外，换行符、大中小括号等特殊字符在命令行中也有特殊含义，因此需要使用时，也需用引号包裹或使用转义符

不要使用中文引号

单双引号有区别，但一般涉及不到，请自行搜索

Tab 键与制表符

在 Windows 环境的很多 IDE 下，按下 Tab 即意味着输入2~4个空格（取决于具体设置）

而在 Linux 环境下，按下 Tab 通常意味着输入一个制表符\t

对于 Python / yaml 等依赖于缩进的语言格式，混用制表符和空格会造成错误。在不确定 Tab 键具体行为的情况下，请使用空格。

权限

简单来说，Linux 下有两类权限机制：

用户权限

  • root 权限（超级用户权限）：系统最高权限，甚至可以把系统本身删掉。当做出某些敏感操作（安装软件，修改系统配置等）时需要 root 权限。有时也称 sudo 权限
  • root 用户（超级用户）：任何 Linux 系统中都有且仅有一个 root 用户，具有 root 权限，处于安全考虑，请避免直接使用该用户
  • 普通用户：平时不具有 root 权限，需要使用时可通过sudo临时获取，详见常用指令
  • 用户组：为方便管理，把需要相同权限的多个用户加入一个组，用户组可以具有一些独立的权限

文件权限

文件有3类权限：读、写、执行，一般以1位8进制数或者包含{w, r, x, -}的字符串表示

Note：这三个权限彼此独立，可以做到一个用户能写入和执行而不能读取

一个文件针对用户、用户组、任何人可以有不同的权限，因此总共需要3位8进制数或者三组{w, r, x, -}表示权限

此外还需要标注文件是否为目录，用1位2进制表示

例如，通过ls -al查看详细文件列表时：

$ ls -al
total 12
drwxrwxr-x 3 user group 4096 3月   5 15:16 ./
drwxr-xr-x 3 user group 4096 3月   5 14:45 ../
drwxrwxr-x 2 user group 4096 3月   5 15:15 some-dir/
-rw-rw-r-- 1 user group    0 3月   5 15:16 some-file.txt
-rwxrwxr-x 1 user group    0 3月   5 15:16 some-script.sh*
-rw------- 1 user group    0 3月   5 15:16 some-secret-file.txt

可以看到每行开头有一串字符串：

  • 第三行开头的drwxrwxr-x中
    • 第一个字母d表示这是一个目录
    • 第一组rwx表示本用户具有读、写、执行权限
    • 第二组rwx表示本用户组也具有这三个权限
    • 第三组r-x表示任何人只具有读、执行权限而不具有写权限
    • user和group分别表示文件所属的用户名和用户组名
  • 最后一行-rw-------开头的-表示这不是目录，随后的rw-表示本用户具有读、写权限，后面的两组---表示本用户组和任何人不具有任何权限

再比如，通过chmod变更文件权限：

$ ls -al
-rw-rw-r-- 1 user group    0 3月   5 15:16 some-script.sh
$ chmod +x some-script.sh
$ ls -al
-rwxrwxr-x 1 user group    0 3月   5 15:16 some-script.sh*
$ chmod 750 some-script.sh
-rwxr-x--- 1 user group    0 3月   5 15:16 some-script.sh*
  • chmod +x表示为该文件增加可执行权限，类似的有+r、+w表示增加读、写权限，也有-r、-w、-x表示撤销这三个权限
  • chmod 750则是使用了3位8进制数表达，写成二进制111 101 000后与三组rwx的记法一一对应：本用户111=rwx，本用户组101=r-x，任何人000=---

目录与路径

绝对路径

以根目录/开始的路径

Note：/有两种含义，一是根目录（必须是最开头的字符），二是表示层级关系，例如

/home/user/some-file.txt

中的第一个/表示根目录，后面的两个/则表示“目录user在目录home中”、“文件some-file.txt在目录user中”的层级关系

相对路径

假设当前工作目录的绝对路径为/home/user

  1. some-file.txt为当前目录下叫some-file.txt的文件，其绝对路径为/home/user/some-file.txt
  2. .表示当前目录，因此./some-file.txt同上
  3. ..表示当前目录的上级目录，因此../user/some-file.txt同上
  4. 没有.../的表示方法！如果要表示上级的上级，应该使用../../

工作目录

Linux 下有些命令与目录无关，如apt update，但大部分命令均与目录有关，因此请务必留心您所处的工作目录。

查看当前工作目录有两个方法：

  1. 直接从终端信息中得到，参考读懂终端一节
  2. 使用pwd指令获得

用户目录（主目录）

每个用户有一个默认的登录目录，称为用户目录，一般是/home/<用户名>，例如user用户的用户目录为/home/user

用户目录用~表示，因此在上例中~/some-file.txt和/home/user/some-file.txt是同一个文件

交互

回显

当我们进行输入时，通常屏幕上会即时显示出我们输入的内容，称为回显

即使是输入密码等敏感字段，也会有诸如***和···的回显证明确实输入进去了

而在 Linux 终端中输入密码等敏感字段时，通常屏幕上不会有任何回显，按下回车后才能看到相应的结果（成功执行或密码错误等）

请放心大胆地完成输入

输入Y确认

有时在执行一条命令时会出现下面这样的提示

  • Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?
  • Do you want to continue? [Y/n]

如果您确认命令输入正确且目前没有非预期的输出，则按提示输入y，yes等即可继续执行，否则输入n，no取消执行

值得注意的是，大部分时候：

  • 该步骤不区分大小写
  • 可以使用首字母简写法，即y和n分别代表确认和取消
  • 在可选项中有一个默认选项，以大写表示。例如上例中的[Y/n]默认为确认，这意味着您不输入任何字符直接按下回车时将确认该操作。同理[y/N]默认为取消。
    • Note: 默认为取消的操作可能意味着该操作有一定风险，例如覆盖已有的配置文件、产生安全漏洞等。

阅读模式

“阅读模式”不是官方称呼

当使用man查看帮助文档、systemctl status查看服务状态、git log查看 git 提交记录时，将进入阅读模式

左下角将会出现下面这样的提示，一般包含帮助信息、行号、文档名等，也有可能只是单独的冒号。

  • Manual page <cmd> line <linenum> (press h for help or q to quit)
  • lines 1-19/19 (END)
  • :

使用上下箭头按键进行换行，使用 Page Up / Page Down 按键进行翻页

按下q退出该模式

与 Windows 的不同

快捷键

需要留心的是，Windows 下的快捷键大多数在 Linux 终端中不起作用：

  • 在vi中Ctrl + S不能保存文件，:w才可以
  • 在nano中Ctrl + S也不能保存文件，Ctrl + O才可以

有些甚至会造成事故：

  • 复制的快捷键Ctrl + C在终端中表示发送一个SIGINT信号，简单来说代表“强制终止当前执行的命令”。

此外，Linux 下的快捷键与终端软件、发行版等很多因素有关，因此请自行查找您使用的 Linux 环境下快捷键的说明。

建议您在熟悉 Linux 环境前适当减少快捷键的使用。