【计算机基础——操作系统——Linux】

1. Linux介绍

1991 年，Linus Torvalds 开源了 Linux 内核。Linux 以一只可爱的企鹅作为标志，象征着敢作敢为、热爱生活。

Linux 的发行版本可以大体分为两类：

• 商业公司维护的发行版本：比如 Red Hat 公司维护支持的 Red Hat Enterprise Linux (RHEL)。
• 社区组织维护的发行版本：比如基于 Red Hat Enterprise Linux（RHEL）的 CentOS、基于 Debian 的 Ubuntu。

2. Linux文件系统

2.1 Linux文件系统简介

在 Linux 操作系统中，一切被操作系统管理的资源，如网络接口卡、磁盘驱动器、打印机、输入输出设备、普通文件或目录等，都被视为文件。这是 Linux 系统中一个重要的概念，即"一切都是文件"。

这种概念源自 UNIX 哲学，即将所有资源都抽象为文件的方式来进行管理和访问。Linux 的文件系统也借鉴了 UNIX 文件系统的设计理念。这种设计使得 Linux 系统可以通过统一的文件接口来管理和操作不同类型的资源，从而实现了一种统一的文件操作方式。例如，可以使用类似于读写文件的方式来对待网络接口、磁盘驱动器、设备文件等，使得操作和管理这些资源更加统一和简便。

这种文件为中心的设计理念为 Linux 系统带来了灵活性和可扩展性，使得 Linux 成为一种强大的操作系统。同时，这也是 Linux 系统的一大特点，深受广大用户和开发者的喜欢和推崇。

2.2 inode介绍

inode 是 Linux/Unix 文件系统的基础。

1. 硬盘的最小存储单位是扇区(Sector)，块(block)由多个扇区组成。文件数据存储在块中。块的最常见的大小是 4kb，约为 8 个连续的扇区组成（每个扇区存储 512 字节）。一个文件可能会占用多个 block，但是一个块只能存放一个文件。虽然，我们将文件存储在了块(block)中，但是我们还需要一个空间来存储文件的 元信息 metadata：如某个文件被分成几块、每一块在的地址、文件拥有者，创建时间，权限，大小等。这种 存储文件元信息的区域就叫 inode，译为索引节点：i（index）+node。 每个文件都有一个唯一的 inode，存储文件的元信息。
2. inode 是一种固定大小的数据结构，其大小在文件系统创建时就确定了，并且在文件的生命周期内保持不变。
3. inode 的访问速度非常快，因为系统可以直接通过 inode 号码定位到文件的元数据信息，无需遍历整个文件系统。
4. inode 的数量是有限的，每个文件系统只能包含固定数量的 inode。这意味着当文件系统中的 inode 用完时，无法再创建新的文件或目录，即使磁盘上还有可用空间。因此，在创建文件系统时，需要根据文件和目录的预期数量来合理分配 inode 的数量。
5. 可以使用 stat 命令可以查看文件的 inode 信息，包括文件的 inode 号、文件类型、权限、所有者、文件大小、修改时间。

简单来说：inode 就是用来维护某个文件被分成几块、每一块在的地址、文件拥有者，创建时间，权限，大小等信息。

再总结一下 inode 和 block：

• inode：记录文件的属性信息，可以使用 stat 命令查看 inode 信息。
• block：实际文件的内容，如果一个文件大于一个块时候，那么将占用多个 block，但是一个块只能存放一个文件。（因为数据是由 inode 指向的，如果有两个文件的数据存放在同一个块中，就会乱套了）

使用inode访问的优点：

1. 即使文件名被修改或删除，文件的 inode 号码不会改变，从而可以避免一些因文件重命名、移动或删除导致的错误。
2. 同时，inode 也可以提供更高的文件系统性能，因为 inode 的访问速度非常快，可以直接通过 inode 号码定位到文件的元数据信息，无需遍历整个文件系统。

缺点：

1. 使用 inode 号码也使得文件系统在用户和应用程序层面更加抽象和复杂

2.3 硬链接和软链接

在 Linux/类 Unix 系统上，文件链接（File Link）是一种特殊的文件类型，可以在文件系统中指向另一个文件。常见的文件链接类型有两种：

• 硬链接（Hard Link）
  • 在 Linux/类 Unix 文件系统中，每个文件和目录都有一个唯一的索引节点（inode）号，用来标识该文件或目录。硬链接通过 inode 节点号建立连接，硬链接和源文件的 inode 节点号相同，两者对文件系统来说是完全平等的（可以看作是互为硬链接，源头是同一份文件），删除其中任何一个对另外一个没有影响，可以通过给文件设置硬链接文件来防止重要文件被误删。
  • 只有删除了源文件和所有对应的硬链接文件，该文件才会被真正删除。
  • 硬链接具有一些限制，不能对目录以及不存在的文件创建硬链接，并且，硬链接也不能跨越文件系统。
  • ln 命令用于创建硬链接。
• 软链接（Symbolic Link）
  • 软链接和源文件的 inode 节点号不同，而是指向一个文件路径。
  • 源文件删除后，软链接依然存在，但是指向的是一个无效的文件路径。
  • 软连接类似于 Windows 系统中的快捷方式。
  • 不同于硬链接，可以对目录或者不存在的文件创建软链接，并且，软链接可以跨越文件系统。
  • ln -s 命令用于创建软链接。

硬链接为什么不能跨文件系统？
硬链接是通过 inode 节点号建立连接的，而硬链接和源文件共享相同的 inode 节点号。

然而，每个文件系统都有自己的独立 inode 表，且每个 inode 表只维护该文件系统内的 inode。如果在不同的文件系统之间创建硬链接，可能会导致 inode 节点号冲突的问题，即目标文件的 inode 节点号已经在该文件系统中被使用。

2.4 Linux文件类型

Linux 支持很多文件类型，其中非常重要的文件类型有: 普通文件，目录文件，链接文件，设备文件，管道文件，Socket 套接字文件 等。

• 普通文件（-）：用于存储信息和数据， Linux 用户可以根据访问权限对普通文件进行查看、更改和删除。比如：图片、声音、PDF、text、视频、源代码等等。
• 目录文件（d，directory file）：目录也是文件的一种，用于表示和管理系统中的文件，目录文件中包含一些文件名和子目录名。打开目录事实上就是打开目录文件。
• 符号链接文件（l，symbolic link）：保留了指向文件的地址而不是文件本身。
• 字符设备（c，char）：用来访问字符设备比如键盘。
• 设备文件（b，block）：用来访问块设备比如硬盘、软盘。
• 管道文件(p，pipe) : 一种特殊类型的文件，用于进程之间的通信。
• 套接字文件(s，socket)：用于进程间的网络通信，也可以用于本机之间的非网络通信。

每种文件类型都有不同的用途和属性，可以通过命令如ls、file等来查看文件的类型信息。

2.5 Linux目录树

Linux 使用一种称为目录树的层次结构来组织文件和目录。目录树由根目录（/）作为起始点，向下延伸，形成一系列的目录和子目录。每个目录可以包含文件和其他子目录。结构层次鲜明，就像一棵倒立的树。

常见目录说明：

• /bin： 存放二进制可执行文件(ls、cat、mkdir 等)，常用命令一般都在这里；
• /etc： 存放系统管理和配置文件；
• /home： 存放所有用户文件的根目录，是用户主目录的基点，比如用户 user 的主目录就是/home/user，可以用~user 表示；
• /usr： 用于存放系统应用程序；
• /opt： 额外安装的可选应用程序包所放置的位置。一般情况下，我们可以把 tomcat 等都安装到这里；
• /proc： 虚拟文件系统目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息；
• /root： 超级用户（系统管理员）的主目录（特权阶级^o）；
• /sbin: 存放二进制可执行文件，只有 root 才能访问。这里存放的是系统管理员使用的系统级别的管理命令和程序。如 ifconfig 等；
• /dev： 用于存放设备文件；
• /mnt： 系统管理员安装临时文件系统的安装点，系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统；
• /boot： 存放用于系统引导时使用的各种文件；
• /lib 和/lib64： 存放着和系统运行相关的库文件 ；
• /tmp： 用于存放各种临时文件，是公用的临时文件存储点；
• /var： 用于存放运行时需要改变数据的文件，也是某些大文件的溢出区，比方说各种服务的日志文件（系统启动日志等。）等；
• /lost+found： 这个目录平时是空的，系统非正常关机而留下“无家可归”的文件（windows 下叫什么.chk）就在这里。

3. Linux常用命令

3.1 目录切换

• cd usr：切换到该目录下 usr 目录
• cd ..（或cd../）：切换到上一层目录
• cd /：切换到系统根目录
• cd ~：切换到用户主目录
• cd -： 切换到上一个操作所在目录

3.2 目录操作

• ls：显示目录中的文件和子目录的列表。例如：ls /home，显示 /home 目录下的文件和子目录列表。
• ll：ll 是 ls -l 的别名，ll 命令可以看到该目录下的所有目录和文件的详细信息
• mkdir [选项] 目录名：创建新目录（增）。
  • 例如：mkdir -m 755 my_directory，创建一个名为 my_directory 的新目录，并将其权限设置为 755，即所有用户对该目录有读、写和执行的权限。
• find [路径] [表达式]：在指定目录及其子目录中搜索文件或目录（查），非常强大灵活。
  • ① 列出当前目录及子目录下所有文件和文件夹: find .
  • ② 在/home目录下查找以 .txt 结尾的文件名:find /home -name "*.txt" ,忽略大小写: find /home -i name "*.txt"
  • ③ 当前目录及子目录下查找所有以 .txt 和 .pdf 结尾的文件:find . \( -name "*.txt" -o -name "*.pdf" \)或find . -name "*.txt" -o -name "*.pdf"
• pwd：显示当前工作目录的路径。
• rmdir [选项] 目录名：删除空目录（删）。
  • 例如：rmdir -p my_directory，删除名为 my_directory 的空目录，并且会递归删除my_directory的空父目录，直到遇到非空目录或根目录。
• rm [选项] 文件或目录名：删除文件/目录（删）。
  • 例如：rm -r my_directory，删除名为 my_directory 的目录，-r(recursive,递归) 表示会递归删除指定目录及其所有子目录和文件。
• cp [选项] 源文件/目录 目标文件/目录：复制文件或目录（移）。
  • 例如：cp file.txt /home/file.txt，将 file.txt 文件复制到 /home 目录下，并重命名为 file.txt
  • cp -r source destination，将 source 目录及其下的所有子目录和文件复制到 destination 目录下，并保留源文件的属性和目录结构。
• mv [选项] 源文件/目录 目标文件/目录：移动文件或目录（移），也可以用于重命名文件或目录。
  • 例如：mv file.txt /home/file.txt，将 file.txt 文件移动到 /home 目录下，并重命名为 file.txt。
  • mv 与 cp 的结果不同，mv 好像文件“搬家”，文件个数并未增加。而 cp 对文件进行复制，文件个数增加了。

3.3 文件操作

像 mv、cp、rm 等文件和目录都适用的命令，这里就不重复列举了。

• touch [选项] 文件名..：创建新文件或更新已存在文件（增）。
  • 例如：touch file1.txt file2.txt file3.txt ，创建 3 个文件。
• ln [选项] <源文件> <硬链接/软链接文件>：创建硬链接/软链接。
  • 例如：ln -s file.txt file_link，创建名为 file_link 的软链接，指向 file.txt 文件。-s 选项代表的就是创建软链接，s 即 symbolic（软链接又名符号链接） 。
• cat/more/less/tail 文件名：文件的查看（查） 。命令 tail -f 文件 可以对某个文件进行动态监控，例如 Tomcat 的日志文件， 会随着程序的运行，日志会变化，可以使用 tail -f catalina-2016-11-11.log 监控 文 件的变化 。
• vim 文件名：修改文件的内容（改）。
  • vim 编辑器是 Linux 中的强大组件，是 vi 编辑器的加强版，vim 编辑器的命令和快捷方式有很多，但此处不一一阐述，大家也无需研究的很透彻，使用 vim 编辑修改文件的方式基本会使用就可以了。
  • 在实际开发中，使用 vim 编辑器主要作用就是修改配置文件，下面是一般步骤：vim 文件------>进入文件----->命令模式------>按i进入编辑模式----->编辑文件 ------->按Esc进入底行模式----->输入：wq/q! （输入 wq 代表写入内容并退出，即保存；输入 q!代表强制退出不保存）。

3.4 文件压缩

1）打包并压缩文件：
Linux 中的打包文件一般是以 .tar 结尾的，压缩的命令一般是以 .gz 结尾的。而一般情况下打包和压缩是一起进行的，打包并压缩后的文件的后缀名一般 .tar.gz。

命令：tar -zcvf 打包压缩后的文件名 要打包压缩的文件 ，其中：

• z：调用 gzip 压缩命令进行压缩
• c：打包文件
• v：显示运行过程
• f：指定文件名

比如：假如 test 目录下有三个文件分别是：aaa.txt、 bbb.txt、ccc.txt，如果我们要打包 test 目录并指定压缩后的压缩包名称为 test.tar.gz 可以使用命令：tar -zcvf test.tar.gz aaa.txt bbb.txt ccc.txt 或 tar -zcvf test.tar.gz /test/ 。

2）解压压缩包：
命令：tar [-xvf] 压缩文件
其中 x 代表解压

示例：
将 /test 下的 test.tar.gz 解压到当前目录下可以使用命令：tar -xvf test.tar.gz
将 /test 下的 test.tar.gz 解压到根目录/usr 下:tar -xvf test.tar.gz -C /usr（-C 代表指定解压的位置）

3.5 文件权限

操作系统中每个文件都拥有特定的权限、所属用户和所属组。权限是操作系统用来限制资源访问的机制，在 Linux 中权限一般分为读(readable)、写(writable)和执行(executable)，分为三组。分别对应文件的属主(owner)，属组(group)和其他用户(other)，通过这样的机制来限制哪些用户、哪些组可以对特定的文件进行什么样的操作。

通过 ls -l 命令我们可以 查看某个目录下的文件或目录的权限
示例：在随意某个目录下ls -l

第一列的内容的信息解释如下：

下面将详细讲解文件的类型、Linux 中权限以及文件有所有者、所在组、其它组具体是什么？

• 文件的类型
  • d：代表目录
  • -：代表文件
  • l：代表软链接（可以认为是 window 中的快捷方式）
• Linux 中权限分为以下几种
  • r：代表权限是可读，r 也可以用数字 4 表示
  • w：代表权限是可写，w 也可以用数字 2 表示
  • x：代表权限是可执行，x 也可以用数字 1 表示

超级用户可以无视普通用户的权限，即使文件目录权限是 000，依旧可以访问。

在 linux 中的每个用户必须属于一个组，不能独立于组外。在 linux 中每个文件有所有者、所在组、其它组的概念。

• 所有者(u)：一般为文件的创建者，谁创建了该文件，就天然的成为该文件的所有者，用 ls ‐ahl 命令可以看到文件的所有者 也可以使用 chown 用户名 文件名来修改文件的所有者 。

• 文件所在组(g)：当某个用户创建了一个文件后，这个文件的所在组就是该用户所在的组用 ls ‐ahl命令可以看到文件的所有组也可以使用 chgrp 组名 文件名来修改文件所在的组。

• 其它组(o)：除开文件的所有者和所在组的用户外，系统的其它用户都是文件的其它组。

• 修改文件/目录的权限的命令：chmod

  • 示例：修改/test 下的 aaa.txt 的权限为文件所有者有全部权限，文件所有者所在的组有读写权限，其他用户只有读的权限。
  • chmod u=rwx,g=rw,o=r aaa.txt
  • chmod 764 aaa.txt

3.6 用户管理

Linux 系统是一个多用户多任务的分时操作系统，任何一个要使用系统资源的用户，都必须首先向系统管理员申请一个账号，然后以这个账号的身份进入系统。

用户的账号一方面可以帮助系统管理员对使用系统的用户进行跟踪，并控制他们对系统资源的访问；另一方面也可以帮助用户组织文件，并为用户提供安全性保护。

Linux 用户管理相关命令:

• useradd [选项] 用户名:创建用户账号。使用useradd指令所建立的帐号，实际上是保存在 /etc/passwd文本文件中。
• userdel [选项] 用户名:删除用户帐号。
• usermod [选项] 用户名:修改用户账号的属性和配置比如用户名、用户 ID、家目录。
• passwd [选项] 用户名: 设置用户的认证信息，包括用户密码、密码过期时间等。
  • passwd -S 用户名 ，显示用户账号密码信息。passwd -d 用户名: 清除用户密码，会导致用户无法登录。
  • passwd 用户名，修改用户密码，随后系统会提示输入新密码并确认密码。
• su [选项] 用户名（su 即 Switch User，切换用户）：在当前登录的用户和其他用户之间切换身份。

3.7 用户组管理

每个用户都有一个用户组，系统可以对一个用户组中的所有用户进行集中管理。不同 Linux 系统对用户组的规定有所不同，如 Linux 下的用户属于与它同名的用户组，这个用户组在创建用户时同时创建。

用户组的管理涉及用户组的添加、删除和修改。组的增加、删除和修改实际上就是对**/etc/group**文件的更新。

Linux 系统用户组的管理相关命令:

• groupadd [选项] 用户组 :增加一个新的用户组。
• groupdel 用户组:要删除一个已有的用户组。
• groupmod [选项] 用户组 : 修改用户组的属性。

3.8 系统状态

• top [选项]：用于实时查看系统的 CPU 使用率、内存使用率、进程信息等。
• free [选项]：用于查看系统的内存使用情况，包括已用内存、可用内存、缓冲区和缓存等。
• df [选项] [文件系统]：用于查看系统的磁盘空间使用情况，包括磁盘空间的总量、已使用量和可用量等，可以指定文件系统上。例如：df -a，查看全部文件系统。
• ps [选项]：用于查看系统中的进程信息，包括进程的 ID、状态、资源使用情况等。
  • ps -ef/ps -aux：这两个命令都是查看当前系统正在运行进程，两者的区别是展示格式不同。
  • 如果想要查看特定的进程可以使用这样的格式：ps -aux|grep redis （查看包括 redis 字符串的进程）
  • 也可使用 pgrep redis -a。
• systemctl [命令] [服务名称]：用于管理系统的服务和单元，可以查看系统服务的状态、启动、停止、重启等。

3.9 网络通信

• ping [选项] 目标主机：测试与目标主机的网络连接。
• ifconfig 或 ip：用于查看系统的网络接口信息，包括网络接口的 IP 地址、MAC 地址、状态等。
• netstat [选项]：用于查看系统的网络连接状态和网络统计信息，可以查看当前的网络连接情况、监听端口、网络协议等。
• ss [选项]：比 netstat 更好用，提供了更快速、更详细的网络连接信息。

3.10 其他

• sudo + 其他命令：以系统管理者的身份执行指令，也就是说，经由 sudo 所执行的指令就好像是 root 亲自执行。
• grep 要搜索的字符串 要搜索的文件 --color：搜索命令，–color 代表高亮显示。
• kill -9 进程的pid：杀死进程（-9 表示强制终止）先用 ps 查找进程，然后用 kill 杀掉。
• shutdown：shutdown -h now：指定现在立即关机；shutdown +5 "System will shutdown after 5 minutes"：指定 5 分钟后关机，同时送出警告信息给登入用户。
• reboot：reboot：重开机。reboot -w：做个重开机的模拟（只有纪录并不会真的重开机）。