【大学生基本功】你可能需要的 Shell 知识-1

关于 Shell 的更多认识，在这一链接中有所提及，此处不做赘述。

4. 文件、进程与权限

我们已经学习了不少 Linux 命令，在继续进入环境配置和软件安装之前，有必要了解一下 Linux 是如何组织和管理这些操作的。

4.1  Linux 文件

在 Linux 中，一个贯穿始终的概念是文件。系统把几乎所有资源都统一抽象成文件：目录是文件、磁盘是文件、设备是文件、很多系统状态也以文件显示。这样做的好处是，系统不需要为不同对象设计不同的操作方式。

Linux 中的文件由两部分组成：inode 存放文件的元数据，包括权限、所有者、时间戳、大小，以及数据块的指针；目录项则把文件名映射到 inode。真正的数据存储在硬盘上，通过 inode 获取其位置并操作。也就是说，文件名只是一个指向 inode 的标签，真正代表这个文件的是 inode 号。

这里创建一个文件

echo "hello inode" > a.txt

看一下 inode 号

ls -li a.txt

输出如下，最左边的300就是inode号

300 -rw-r--r-- 1 hao hao 12 Jan 13 16:05 a.txt

接下来改个名字：

mv a.txt b.txtls -li b.txtcat b.txt

发现内容和 inode 号没有变，说明改文件名只是改目录项，inode文件本体不变

目录在 Linux 里也是文件，它的内容不是文本，而是一张从名字到 inode 号的映射表：

看目录自身的 inode，在当前目录运行：

ls -li

读取目录文件，输出目录中文件的信息

total 4300 -rw-r--r-- 1 hao hao 12 Jan 13 16:05 b.txt

既然文件名只是标签，那就可以有多个标签指向同一个inode。这就是 硬链接。

创建一个文件，并通过 ln 命令硬链接到第二个文件

echo "data" > 1.txtln 1.txt 2.txt

查看 inode 和链接

ls -li 1.txt 2.txt

两个文件的 inode 号完全相同，且第二列链接数会变成 2

向其中一个文件添加内容，

echo "add" >> 1.txtcat 2.txt

2.txt 也变了。因为它们根本不是复制，而是两个名字指向同一个 inode，也即指向了同一数据块

这也是为什么复制一个大文件会很慢但链接几乎瞬间完成，因为不搬数据。

更常见的是软链接，它像 Windows 的快捷方式

ln -s 1.txt soft.txtls -li 1.txt soft.txtls -l soft.txtcat soft.txt

soft.txt 是一个新文件，它的 inode 号不同，ls -l会显示 soft.txt -> 1.txt，我们读取 soft.txt 时，系统会跟随它指向的路径去找目标

此时把目标文件删了，软链接会断；而硬链接仍然能正常读，因为 inode 还在

rm 1.txtcat soft.txt

这时我们回头来看 rm 到底删了什么，删的是目录项，是文件名到inode的映射，直到inode 的硬连接数 link count 变为0，并且没有进程打开这个 inode，系统才会真正回收数据块。这解释了一个现象，为什么文件被 rm 了，但磁盘空间没释放

比如开一个终端 A，生成一个200MB文件。在终端A里持续占用

dd if=/dev/zero of=big.log bs=1M count=200 status=progresstail -f big.log > /dev/null

开另一个终端 B，查看空间，删除这个文件并再次查看

df -h ~rm big.logdf -h ~

空间没有立刻回来，因为 tail 进程仍然打开着 inode，数据块还不能释放。执行：

lsof | grep big.log

(deleted)说明文件名已经没了，但 inode 还在，被进程持有

回到 终端 A，按 Ctrl C，或者在终端B：kill 79600，结束tail进程

这样空间才会释放，在服务器日志、训练输出、临时文件上出现“明明删了，空间怎么还满”的问题，原因就是仍有进程占用

4.2  进程

在 Shell 里输入一条命令让终端等一会儿，

sleep 1

此时系统创建了一个新的进程。进程可以看作程序的一次运行实例，不仅包含代码，还包含运行所需的内存、打开的文件、环境变量、权限身份等运行状态。

可以通过&使命令后台运行

sleep 1000 &

此时输出[1] 82717，1是进程的编号，数字就是PID进程号。Linux 用 PID 唯一标识一个进程运行

jobs

查看当前终端的后台任务，通过fg %1、bg %1分别恢复到前、后台kill 82717 杀掉进程，也可以使用快捷键按 Ctrl+C 终止，按 Ctrl+Z 暂停

Linux 中进程不是孤立的，而是有父子关系，形成进程树。运行 ps 命令查看进程状态

ps -ef | grep sleep（进程关键字）

可以看到进程的父进程 PID（PPID）：

ps -o pid,ppid,cmd -p $$

这里 $$ 是当前 Shell 的 PID。在这个 Shell 里启动的程序，往往是它的子进程

Linux 能同时跑很多程序，核心在于调度器：它把CPU时间切成很小的片段，在不同进程间快速切换。我们看到的同时，实际是高速轮流。

我们运行一个CPU 压力测试的命令，只允许用 1 个核心

taskset -c 0 yes > /dev/null &

再次运行启动第二个：

现在有两个进程在抢CPU。运行top查看，两个 yes 的 CPU 占用差不多

使用 renice 命令改变优先级，nice 值范围是：-20～+19，数字越大优先级越低

renice +10 [PID]

再回到 top 看，它的 CPU 占用往往会下降，另一个会上升。最后结束进程

pkill yes

进程运行时不仅要抢 CPU，也要占用内存。

运行 free -h 查看系统整体内存状态

在 Linux 里：free 代表什么都没用的内存；buff/cache 是被用作缓存的内存；available 则是内核估算的还能给进程用的内存。我们判断内存是否紧张，主要看available；Linux 会主动占用空闲内存作为缓存，当有进程需要内存时，这些缓存会被回收

输入以下指令，按进程 RSS对进程排序，可以看到是谁在吃内存。RSS是进程当前实际占用的物理内存

ps -eo pid,rss,cmd --sort=-rss | head

4.3  权限

在 ls -l 命令的输出中

第一位表示类型，- 是普通文件；d 是目录 ，l 是链接；后面的9个字符就是文件的权限，可以把他们按照三个一组来看，分别表示文件所有者（user）、所属组（group）、其他（others）的权限，每一组的三个字符分别表示读r、写w、执行x权限，如果没有权限，就显示 -

比如这里第一行的文件表示所有者有读写权限，其他只有读权限

Chmod 命令用于修改文件的权限，如给 user加上执行权限，使用 u+x 关键字，删除是 - 号

chmod u+x a.txt

还有一种方法是用数字表示权限，r=4，w=2，x=1，不同的组合对应唯一数字

我们看到的脚本文件几乎总是755，755=rwx r-x r-x，所有者全权限、组用户读+执行、其他人读+执行

这是文件级别的权限，Linux 中更高一层的是用户权限

输入以下命令

whoamiid

会看到自己的 uid、gid，以及属于哪些组。Linux靠UID、GID做权限判断。执行

rmdir usr

显示Permission denied，加上前缀 sudo 能成功，这是因为sudo 临时把用户身份切换成 root，这时允许我们碰系统目录，因此很多命令带有前缀 sudo

sudo apt update   //更新软件包  sudo -s    //进入管理员 Shell   

用户自己的程序和环境变量通常位于主目录下，而系统级的软件、库和配置文件则集中在 /usr、/etc、/lib 等目录中。下一章在讲环境配置时，会频繁出现这些路径，而它们之所以不可随意修改，正是权限在起作用。

由于篇幅较长，接下来的内容放在下文介绍。