Операционные системы семейства Linux, как впрочем, и любые другие ОС, предполагают наличие интерфейса взаимодействия между компонентами компьютерной системы и конечным пользователем, т. е. наличие программного уровня, который обеспечивает ввод команд и параметров для получения желаемых результатов. Такой программный уровень получил название "оболочка" или, на английском языке - shell .

Что такое оболочка?

Командная оболочка (shell ) обеспечивает взаимотействие между пользователем и средой операционной системы Linux. Она является специализированным программным продуктом, который обеспечивает выполнение команд и получения результатов их выполнения, или, если совсем уж упрощенно, оболочка - это программа, которая предназначена для обеспечения выполнения других программ по желанию пользователя. Примером оболочки может быть, например, интерпретатор команд command.com операционной системы MS DOS, или оболочка bash операционных систем Unix / Linux.

Все оболочки имеют схожие функции и свойства, в соответствием с их основным предназначением - выполнять команды пользователя и отображать результаты их выполнения:

Интерпретация командной строки.

Доступ к командам и результатам их выполнения.

Поддержка переменных, специальных символов и зарезервированных слов.

Обработка файлов, операций стандартного ввода и вывода.

Реализация специального языка программирования оболочки.

    Для операционных систем семейства Unix / Linux возможно использование нескольких различных оболочек, отличающихся свойствами и методами взаимодействия с системой. Наиболее распространенными оболочками являются

sh - оболочка Bourne , классическая оболочка для ОС Unix

bash оболочка Bourne Again (GNU Bourne-Again SHell). Пожалуй, наиболее распространенная на данный момент, оболочка в среде ОС семейства Linux.

ksh - оболочка Korn , разработанная в качестве развития оболочки Bourne с историей командной строки и возможностью редактирования команд.

csh - оболочка C , использующая синтаксис популярного языка программирования C

tcsh - версия оболочки C с интерактивным редактированием командной строки.

В системе может быть установлено несколько различных оболочек, и для каждого пользователя возможно использование своей, запускаемой по умолчанию, оболочки. Все это, естественно, выполняется автоматически в процессе загрузки и регистрации пользователя.

    В процессе загрузки операционных систем семейства Linux, после загрузки ядра системы выполняется переход в интерактивный режим – режим взаимодействия пользователя и операционной системы. В ОС Linux, первым запускаемым в ходе загрузки процессом, является программа инициализации init , которая считывает содержимое конфигурационного файла /etc/inittab , определяет перечень и характеристики терминалов, имеющихся в системе, и вызывает программу интерактивного входа getty , отображающую приглашение для ввода имени пользователя. После ввода имени пользователя и пароля, программа getty вызывает программу login , которая проверяет достоверность учетной записи, выполняет переход в домашний каталог пользователя и передает управление программе начального запуска сеанса, в качестве которой обычно используется программа оболочки пользователя, конкретная разновидность которой определяется содержимым файла /etc/passwd для данной учетной записи. Например:

user1:x:508:511::/home/user1:/bin/sh
interbase:x:510:511::/home/interbase:/bin/csh
apb:x:511:513:apb:/home/apb:/bin/bash

Как видно из содержимого файла /etc/passwd , для пользователя user1 будет запущена оболочка sh (оболочка Bourne), для пользователя interbase - оболочка csh (оболочка C) и для пользователя apb - оболочка bash (Bourne Again). После старта оболочки, на экран выводится приглашение к вводу команд (обычно в виде знака доллара $ , если работа выполняется в контексте учетной записи обычного пользователя, или фунта # , если оболочка используется под учетной записью привилегированного пользователя (root ).

При выходе из оболочки, ядро системы возвращает управление программе init , которая перезапускает процесс входа в систему и на терминале отображается приглашение к вводу имени пользователя. Выход из оболочки может быть выполнен одним из двух способов:

Посредством команды exit выполненной пользователем

При получении процессом оболочки сигнала kill , отправленного ядром, например при перезагрузке системы.

Интерпретация командной строки.

    Пользовательский ввод в ответ на приглашение оболочки обычно называют командной строкой или командой . Команда Linux - это строка символов из имени команды и аргументов, разделенных пробелами. Аргументы предоставляют команде дополнительные параметры, определяющие ее поведение. Наиболее часто в качестве аргументов используются опции и имена файлов и каталогов. Например, командная строка

ls -l file01 file02

Содержит команду ls , опцию -l и два имени файлов file01 file02 .

При использовании нескольких опций, их можно объединять. Например, варианты следующих команд идентичны:

Ls -l -d
ls -ld

Команды, являющиеся частью оболочки, называются встроенными . К таким командам относятся, например, cd, if, case и т. п. Естественно, встроенные команды могут отличаться для различных вариантов оболочек. Кроме встроенных команд, возможно использование программных модулей, представляющих собой отдельные исполняемые файлы, или файлов скриптов или сценариев - обычных текстовых файлов, содержащих последовательно выполняемые строки с командами оболочки. Некоторые скрипты (сценарии) могут выполняться процессами Linux, как например, планировщиком задач cron . Планировщик задач, как правило, предназначен для автоматического выполнения задач администрирования системы по расписанию. Задачи cron представляют собой команды или скрипты и выполняются автоматически, без какого либо вмешательства человека и могут выполняться в контексте разных учетных записей пользователей. В случае, когда задача планировщика предполагает выполнение какого-либо скрипта, возникает проблема выбора оболочки, которая должна быть запущена в качестве дочернего процесса cron для обработки команд из файла скрипта - ведь оболочка может быть любой, а синтаксис скрипта, как правило, предполагает использование конкретной оболочки, под которую он написан. Для устранения данной проблемы, в ОС семейства Linux принято в первой строке скрипта указывать разновидность оболочки, необходимой для его выполнения, в виде:

#!/bin/bash - для оболочки bash

#!/bin/sh - для оболочки sh

Знак # является признаком комментария и следующие за ним символы не интерпретируются в качестве команды. Такой прием позволяет явно указать, какая оболочка должна быть использована для обработки последующего содержимого файла. Если же скрипт не содержит запись, явно определяющую требуемую оболочку, то будут использованы настройки из учетной записи, в контексте которой выполняется данный скрипт. В этом случае, возможна ситуация, когда скрипт, написанный для оболочки, например, tch будет передан для выполнения в оболочку bash , что приведет к невозможности его выполнения.

При выполнении команд или сценариев используются переменные окружения (на английском языке - environment , значения которых характеризуют программную среду, в которой происходит выполнение команд. Такие переменные могут содержать общие настройки системы, параметры графической или командной оболочки, пути исполняемых файлов и т.п. Значения переменных окружения устанавливаются на уровне системы (для всех пользователей) и на уровне конкретного пользователя. Для установки переменных окружения на уровне системы используется содержимое файлов:

/etc/profile - устанавливает переменные только для командных оболочек. Может запускать любые скрипты в оболочках, совместимых с Bourne shell.

/etc/bash.bashrc - устанавливает переменные только для интерактивных оболочек. Он также запускает bash-скрипты.

/etc/environment - используется модулем PAM-env. В этом файле можно указывать только пары имя=значение .

Каждый из этих файлов имеет свои особенности применения, поэтому следует внимательно выбирать тот, который подходит для ваших целей. Например, если нужно добавить пользовательский каталог ~/bin в переменную PATH для всех пользователей, поместите следующий код в один из системных файлов инициализации окружения (/etc/profile или /etc/bash.bashrc):

# Если идентификатор ID пользователя более или равно 1000, и существует каталог ~/bin, и он

#не был ранее добавлен в переменную PATH,

# выполнить экспорт ~/bin в переменную $PATH.

If [[ $UID -ge 1000 && -d $HOME/bin && -z $(echo $PATH | grep -o $HOME/bin)

Export PATH=$HOME/bin:${PATH}

Как правило, в операционных системах Linux, идентификатор пользователя менее 1000 или менее 500 используется для служебных учетных записей. В данном примере, переменная окружения будет установлена для всех локальных пользователей системы с идентификатором 1000 или более.

Если же нужно изменить среду окружения для конкретного пользователя, используется модификация содержимого среды окружения пользователя:

- ~/.bash_profile , ~/.bash_login и т.п. - файлы инициализации командной оболочки из домашнего каталога пользователя.

- ~/.profile - файл инициализации профиля пользователя. Используется многими оболочками для определения переменных среды.

~/.pam_environment - пользовательский аналог файла /etc/environment, который используется модулем PAM-env.

Например, чтобы добавить каталог пользователя ~/bin в пути поиска исполняемых файлов, заданных переменной PATH , можно например, в файл ~/.profile поместить строку:

export PATH="${PATH}:/home/пользователь/bin"

Чтобы установить переменные окружения для графических приложений, используется содержимое файлов настройки графической среды пользователей ~/.xinitrc

Гораздо чаще значения переменных окружения задаются для текущего сеанса пользователя. Например, для добавления пользовательского каталога ~/bin в пути поиска исполняемых файлов:

export PATH=~/bin:$PATH

Новое значение переменной PATH будет действовать только до завершения текущего сеанса пользователя.

Для просмотра значения переменной можно использовать команду echo $переменная , например:

echo $PATH

В настоящее время, самой распространенной оболочкой, как уже упоминалось выше, является bash . Вызвано это, в первую очередь тем, что оболочка bash является sh - совместимой командной оболочкой, в которую добавлены полезные возможности из оболочек Korn shell (ksh ) и C shell (csh ). Оболочка bash может без какой-либо модификации выполнять большинство скриптов, написанных под язык программирования оболочки sh и в максимальной степени пытается приблизиться к стандарту POSIX , что привело к появлению множества улучшений, причем как для программирования, так и использования в интерактивном режиме. В современной реализации bash имеется режим редактирования командной строки, неограниченный размер истории команд, средства управление заданиями, возможность использования псевдонимов, обширный перечень встроенных команд, функции командной оболочки и т.п. В целом, bash в наибольшей степени соответствует потребностям среднестатистического пользователя, что и сделало ее наиболее используемой в среде Linux.

При запуске bash без параметров командной строки, оболочка запускается в интерактивном режиме, отображая на экране приглашение к вводу команд. Интерактивная оболочка обычно читает данные из терминала пользователя и пишет данные в этот же терминал, стандартным устройством ввода является клавиатура, а стандартным устройством вывода – дисплей. Пользователь вводит команды на клавиатуре, а результат их выполнения отображается на дисплее.

• Tutorial

Зачем и для кого статья?

Изначально это была памятка для студентов, которые начинают работать с unix-подобными системами. Иными словами, статья рассчитана на тех, кто не имеет предыдущего опыта работы в unix-овой командной строке, но по тем или иным причинам хочет или должен научиться эффективно с нею взаимодействовать.

Здесь не будет пересказа манов (документации), и статья никак не отменяет и не заменяет их чтение. Вместо этого я расскажу о главных вещах (командах, приемах и принципах), которые надо осознать с самого начала работы в unix shell-е, чтобы работа происходила эффективно и приятно.

Статья касается полноценных unix-подобных окружений, с полнофункциональным шеллом (предпочтительно zsh или bash)и достаточно широким набором стандартных программ.

Что такое шелл

Shell (шелл, он же «командная строка», он же CLI, он же «консоль», он же «терминал», он же «черное окошко с белыми буковками») -- это текстовый интерфейс общения с операционной системой (ну, строго говря, это программа , которая таковой интерфейс обеспечивает, но сейчас это различие несущественно).

В целом работа через шелл выглядит так: пользователь (т.е. вы) с клавиатуры вводит команду, нажимает Enter, система выполняет команду, пишет на экран результат выполнения, и снова ожидает ввода следующей команды.

Типичный вид шелла:

Шелл - это основной способ для взаимодействия со всеми Unix-подобными серверными системами.

Где встречаются системы с командной строкой?

Где вас может поджидать unix-овый шелл, популярные варианты:

• MacOS (bash);
• удаленный доступ на сервер по работе или для личного веб-проекта;
• домашний файл-сервер с удаленным доступом;
• Ubuntu, PC-BSD на ноутбуке/десктопе - unix-подобные системы сегодня просты в установке и использовании.

Какие задачи разумно решать шеллом?

Естественные задачи, для которых шелл пригоден, полезен и незаменим:

• интерактивная работа в терминале:
  • выполнение компиляции, запуск заданий через make;
  • сравнение текстовых файлов;
  • быстрый ad-hoc анализ данных (количество уникальных ip в логе, распределение записей по часам/минутам и т.п.);
  • разовые массовые действия (прибить много процессов; если работаете с системой контроля версий - ревертнуть или зарезолвить кучу файлов);
  • диагностика происходящего в системе (семафоры, локи, процессы, дескрипторы, место на диске и т.п.);
• скриптование:
  • установочные скрипты, для выполнения которых нельзя рассчитывать на наличие других интерпретаторов - это не для новичков;
  • функции для кастомизации интерактивного шелла (влияющие на приглашение, меняющие каталог, устанавливающие переменные окружения) - тоже не совсем для новичков;
  • одноразовые скрипты типа массового перекодирования файлов;
  • makefile-ы.

Абсолютно первые шаги

Начинаем работу: войти и выйти

Убедитесь, что точно знаете, как запустить шелл и как из него выйти.

Если вы работаете за машиной, на которой установлена Ubuntu, вам надо запустить программу Terminal. По окончании работы можно просто закрыть окно.

На MacOS - тоже запустить Terminal.

Для доступа к удаленному серверу - воспользоваться ssh (если локально у вас MacOS, Ubuntu или другая unix-like система) или putty (если у вас Windows).

Кто я, где я?

Выполните следующие команды:

• hostname - выводит имя машины (сервера), на которой вы сейчас находитесь;
• whoami - выводит ваш логин (ваше имя в системе);
• tree -d / |less - псевдографическое изображение дерева каталогов на машине; выход из пролистывания - q ;
• pwd - выводит каталог, в котором вы сейчас находитесь; в командной строке вы не можете быть «просто так», вы обязательно находитесь в каком-то каталоге (=текущий каталог, рабочий каталог). Вероятно, текущий рабочий каталог выводится у вас в приглашении (prompt).
• ls - список файлов в текущем каталоге; ls /home - список файлов в указанном каталоге;

История команд (history)

Важное свойство полноценной командной строки - история команд.

Выполните несколько команд: hostname , ls , pwd , whoami . Теперь нажмите клавишу «вверх». В строке ввода появилась предыдущая команда. Клавишами «вверх» и «вниз» можно перемещаться вперед и назад по истории. Когда долистаете до hostname , нажмите Enter - команда выполнится еще раз.

Команды из истории можно не просто выполнять повторно, а еще и редактировать. Долистайте историю до команды ls , добавьте к ней ключ -l (получилось ls -l , перед минусом пробел есть, а после - нет). Нажмите Enter - выполнится модифицированная команда.

Пролистывание истории, редактирование и повторное выполнение команд - самые типичные действия при работе в командной строке, привыкайте.

Copy-paste

Командная строка очень текстоцентрична: команды - это текст, входные данные для большинства стандартных программ - текст, результат работы - чаще всего тоже текст.

Прекрасной особенностью текста является то, что его можно копировать и вставлять, это верно и для командной строки.

Попробуйте выполнить команду date +"%y-%m-%d, %A"
Вводили ли вы ее целиком руками или скопировали из статьи? Убедитесь, что вы можете ее скопировать, вставить в терминал и выполнить.

После того, как научитесь пользоваться man "ом, убедитесь, что можете скопировать и выполнить примеры команд из справки. Для проверки найдите в справке по программе date раздел EXAMPLES , скопируйте и выполните первый приведенный пример (на всякий случай: знак доллара не является частью команды, это условное изображение приглашения к вводу).

Как именно копировать текст из терминала и вставлять его в терминал - зависит от вашей системы и от ее настроек, поэтому дать универсальную инструкцию, к сожалению, не получится. На Ubuntu попробуйте так: копирование - просто выделение мышью, вставка - средняя кнопка мыши. Если не работает, или если у вас другая система - поищите в Интернете или спросите более опытных знакомых.

Ключи и опции

При исследовании истории команд вы уже столкнулись с тем, что у команды ls есть по крайней мере два варианта. Если вызвать ее просто так, она выводит простой список:

Akira@latitude-e7240: ~/shell-survival-quide> ls Makefile shell-first-steps.md shell-first-steps.pdf shell-survival-quide.md shell-survival-quide.pdf
Если же добавить ключ -l , к каждому файлу выводится подробная информация:

Akira@latitude-e7240: ~/shell-survival-quide> ls -l total 332 -rw-rw-r-- 1 akira akira 198 Feb 13 11:48 Makefile -rw-rw-r-- 1 akira akira 15107 Feb 14 22:26 shell-first-steps.md -rw-rw-r-- 1 akira akira 146226 Feb 13 11:49 shell-first-steps.pdf -rw-rw-r-- 1 akira akira 16626 Feb 13 11:45 shell-survival-quide.md -rw-rw-r-- 1 akira akira 146203 Feb 13 11:35 shell-survival-quide.pdf
Это очень типичная ситуация: если к вызову команды добавлять специальные модификаторы (ключи, опции, параметры), поведение команды меняется. Сравните: tree / и tree -d / , hostname и hostname -f .

Кроме того, команды могут принимать в качестве параметров имена файлов, каталогов или просто текстовые строки. Попробуйте:

Ls -ld /home ls -l /home grep root /etc/passwd

man

man - справка по командам и программам, доступным на вашей машине, а также по системным вызовам и стандартной библиотеке C.

Попробуйте: man grep , man atoi , man chdir , man man .

Пролистывание вперед и назад делается кнопками «вверх», «вниз», «PageUp», «PageDown», выход из просмотра справки - кнопкой q . Поиск определенного текста в справочной статье: нажимите / (прямой слеш), введите текст для поиска, нажимите Enter. Перемещение к следующим вхождениям - клавиша n .

Все справочные статьи делятся на категории. Самые важные:

• 1 - исполняемые программы и шелльные команды (wc , ls , pwd и т.п.);
• 2 - системные вызовы (fork , dup2 и т.п.)
• 3 - библиотечные функции (printf , scanf , cos , exec).

Указывать, из какой именно категории надо показать справку, нужно в случаях совпадений имен. Например, man 3 printf описывает функцию из стандартной библиотеки C, а man 1 printf - консольную программу с таким же именем.

Посмотреть список всех доступных на машине справочных статей можно с помощью команды man -k . (точка - тоже часть комады).

less

Когда в небольшом окне терминала надо просмотреть очень длинный текст (содержимое какого-то файла, длинный man и т.п.), используют специальные программы-«пейджеры» (от слова page/страница, то есть постраничные листатели). Самый популярный листатель - less , и именно он обеспечивает вам пролистывание, когда вы читаете man-ы.

Попробуйте и сравните поведение:

Cat /etc/bash.bashrc cat /etc/bash.bashrc |less

Можно передать файл в пролистыватель сразу в параметрах:

Less /etc/bash.bashrc

Пролистывание вверхи и вниз - кнопки «вверх», «вниз», «PageUp», «PageDown», выход - кнопка q . Поиск определенного текста: нажимите / (прямой слеш), введите текст для поиска, нажимите Enter. Перемещение к следующим вхождениям - клавиша n . (Узнаете инструкцию про man ? Ничего удивительного, для вывода справки тоже используется less .)

Права

С любым файлом или каталогом связан набор «прав»: право на чтение файла, право на запись в файл, право исполнять файл. Все пользователи делятся на три категории: владелец файла, группа владельца файла, все прочие пользователи.

Посмотреть права на файл можно с помощью ls -l . Например:

> ls -l Makefile -rw-r--r-- 1 akira students 198 Feb 13 11:48 Makefile
Этот вывод означает, что владельцу (akira) можно читать и писать файл, группе (students) - только читать, всем прочим пользователя - тоже только читать.

Если при работе вы получаете сообщение permission denied , это значит, что у вас недостаточно правна объект, с которым вы хотели работать.

Подробнее читайте в man chmod .

STDIN, STDOUT, конвейеры (пайпы)

С каждой исполняющейся программой связаны 3 стандартных потока данных: поток входных данных STDIN , поток выходных данных STDOUT , поток для вывода ошибок STDERR .

Запустите программу wc , введите текст Good day today , нажмите Enter, введтие текст good day , нажмите Enter, нажмите Ctrl+d. Программа wc покажет статистику по количеству букв, слов и строк в вашем тексте и завершится:

> wc good day today good day 2 5 24
В данном случае вы подали в STDIN программы двухстрочный текст, а в STDOUT получили три числа.

Теперь запустите команду head -n3 /etc/passwd , должно получиться примерно так:

> head -n3 /etc/passwd root:x:0:0:root:/root:/bin/bash daemon:x:1:1:daemon:/usr/sbin:/usr/sbin/nologin bin:x:2:2:bin:/bin:/usr/sbin/nologin
В этом случае программа head ничего не читала из STDIN , а в STDOUT написала три строки.

Можно представить себе так: программа - это труба, в которую втекает STDIN , а вытекает STDOUT .

Важнейшее свойство юниксовой командной строки состоит в том, что программы-«трубы» можно соединять между собой: выход (STDOUT) одной программы передавать в качестве входных данных (STDIN) другой программе.

Такая конструкция из соединенных программ называется по-английски pipe (труба), по-русски - конвейер или пайп.

Объединение программ в конвейер делается символом | (вертикальная черта)

Выполните команду head -n3 /etc/passwd |wc , получится примерно следующее:

> head -n3 /etc/passwd |wc 3 3 117
Произошло вот что: программа head выдала в STDOUT три строки текста, которые сразу же попали на вход программе wc , которая в свою очередь подсчитала количество символов, слов и строк в полученном тексте.

В конвейер можно объединять сколько угодно программ. Например, можно добавить к предыдущему конвейеру еще одну программу wc , которая подсчитает, сколько слов и букв было в выводе первой wc:

> head -n3 /etc/passwd |wc |wc 1 3 24

Составление конвейеров (пайпов) - очень частое дело при работе в командной строке. Пример того, как это делается на практике, читайте в разделе «Составление конвейера-однострочника».

Перенаправление ввода-вывода

Вывод (STDOUT) програмы можно не только передать другой программе по конвейеру, но и просто записать в файл. Такое перенаправление делается с помощью > (знак «больше»):

Date > /tmp/today.txt
В результате выполнения этой команды на диске появится файл /tmp/today.txt . Посмотрите его содержимое с помощью cat /tmp/today.txt

Если файл с таким именем уже существовал, его старое содержимое будет уничтожено. Если файл не существовал, он будет создан. Каталог, в котором создается файл, должен существовать до выполнения команды.

Если надо не перезаписать файл, а добавить вывод в его конец, используйте >> :

Date >> /tmp/today.txt
Проверьте, что теперь записано в файле.

Кроме того, программе можно вместо STDIN передать любой файл. Попробуйте:

Wc

Что делать, когда что-то непонятно

Если вы сталкиваетесь с поведением системы, которое не понимаете, или хотите добиться определенного результата, но не знаете, как именно, советую действовать в следующем порядке (кстати, это относится не только к шеллам):

• насколько возможно четко сформулируйте вопрос или задачу - нет ничего сложнее, чем решать «то, не знаю что»;
• вспомните, сталкивались ли вы уже с такой же или подобной проблемой - в этом случае стоит попробовать решение, которое сработало в прошлый раз;
• почитайте подходящие man-ы (если понимаете, какие man-ы подходят в вашем случае) - возможно, вы найдете подходящие примеры использования команд, нужные опции или ссылки на другие команды;
• подумайте: нельзя ли немного поменять задачу? - возможно, чуть-чуть изменив условия, вы получите задачу, которую уже умеете решать;
• задайте свой четко сформулированный вопрос в поисковой системе - возможно, ответ найдется на Stack Overflow или других сайтах;

Если ничего из перечисленного не помогло - обратитесь за советом к преподавателю, опытному коллеге или товарищу. И не бойтесь задавать «глупые» вопросы - не стыдно не знать, стыдно не спрашивать.

Если вы разобрались со сложной проблемой (самостоятельно, с помощью Интернета или других людей) -- запишите свое решение на случай, если такая же проблема снова возникнет у вас или ваших товарищей. Записывать можно в простой текстовый файл, в Evernote, публиковать в соц.сетях.

Методы работы

Скопировать-и-вставить - из man-ов, из статей на StackOverflow и т.п.Командная строка состоит из текста, пользуйтесь этим: копируйте и используйте примеры команд,записывайте удачные находки на память, публикуйте их в твиттерах и блогах.

Вытащить из истории предыдущую команду, добавить в конвейер еще одну команду, запустить, повторить .См. также раздел «Составление конвейера-однострочника».

Базовые команды

• переход в другой каталог: cd ;
• просмотр содержимого файлов: саt , less , head , tail ;
• манипуляции с файлами: cp , mv , rm ;
• просмотр содержимого каталогов: ls , ls -l , ls -lS ;
• структура каталогов: tree , tree -d (можно передать в качестве параметра каталог);
• поиск файлов: find . -name ... ;

Аналитика

• wc , wc -l ;
• sort -k - сортировка по указанному полю;
• sort -n - числовая соритровка;
• diff - сравнение файлов;
• grep , grep -v , grep -w , grep "\" , grep -E - поиск текста;
• uniq , uniq -c - уникализация строк;
• awk - в варианте awk "{print $1}" , чтобы оставить только первое поле из каждой строки, $1 можно менять на $2 , $3 и т.д.;

Диагностика системы

• ps axuww - информация о процессах (запущенных программах), работающих на машине;
• top - интерактивный просмотр самых ресурсоемких процессов;
• df - занятое и свободное место на диске;
• du - суммарный размер файлов в каталоге (рекурсивно с подкаталогами);
• strace , ktrace - какие системные вызовы выполняет процесс;
• lsof - какие файлы использует процесс;
• netstat -na , netstat -nap - какие порты и сокеты открыты в системе.

Некоторых программ у вас может не быть, их надо установить дополнительно. Кроме того, некоторые опции этих программ доступны только привилегированным пользователям (root "у).

Массовое и полуавтоматическое выполнение

На первых порах пропускайте этот раздел, эти команды и конструкции понадобятся вам тогда, когда доберетесь до несложного шелльного скриптинга.

• test - проврека условий;
• while read - цикл по строчкам STDIN ;
• xargs - подстановка строк из STDIN в параметры указанной программе;
• seq - генерация последовательностей натуральных чисел;
• () - объединить вывод нескольких команд;
• ; - выполнить одно за другим;
• && - выполнить при условии успешного завершения первой команды;
• || - выполнить при условии неудачного завершения первой команды;
• tee - продублировать вывод программы в STDOUT и в файл на диске.

Разное

• date - текущая дата;
• curl - скачивает документ по указаному url и пишет результат на STDOUT ;
• touch - обновить дату модификации файла;
• kill - послать процессу сигнал;
• true - ничего не делает, возвращает истину, полезна для организации вечных циклов;
• sudo - выполнить команду от имени root "а.

Составление конвейера-однострочника

Давайте рассмотрим пример реальной задачи: требуется прибить все процессы task-6-server , запущенные от имени текущего пользователя.

Шаг 1.
Понять, какая программа выдает примерно нужные данные, хотя бы и не в чистом виде. Для нашей задачи стоит получить список всех процессов в системе: ps axuww . Запустить.

Шаг 2.
Посмотреть на полученные данные глазами, придумать фильтр, который выкинет часть ненужных данных. Часто это grep или grep -v . Клавишей «Вверх» вытащить из истории предыдущую команду, приписать к ней придуманный фильтр, запустить.

Ps axuww |grep `whoami`
- только процессы текущего пользователя.

Шаг 3.
Повторять пункт 2, пока не получатся чистые нужные данные.

"
- все процессы с нужным именем (плюс, может быть, лишние вроде vim task-6-server.c и т.п.),

Ps axuww |grep `whoami` | grep "\" | grep -v vim ps axuww |grep `whoami` | grep "\" | grep -v vim |grep -v less
- только процессы с нужным именем

Ps axuww |grep `whoami` | grep "\" | grep -v vim |grep -v less |awk "{print $2}"

Pid-ы нужных процессов, п. 3 выполнен

Шаг 4.
Применить подходящий финальный обработчик. Клавишей «Вверх» вытаскиваем из истории предыдущую команду и добавляем обработку, которая завершит решение задачи:

• |wc -l чтобы посчитать количество процессов;
• >pids чтобы записать pid-ы в файл;
• |xargs kill -9 убить процессы.

Задания для тренировки

Хотите попрактиковаться в новых умениях? Попробуйте выполнить следующие задания:

• получите список всех файлов и каталогов в вашем домашнем каталоге;
• получите список всех man -статей из категории 2 (системные вызовы);
• посчитайте, сколько раз в man-е по программе grep встречается слово grep;
• посчитайте, сколько процессов запущено в данный момент от имени пользователя root ;
• найдите, какая команда встречается в максимальном количестве категорий справки (man);
• подсчитайте, сколько раз встречается слово var на странице ya.ru .

Подсказка: вам понадобится find , grep -o , awk "{print $1}" , регулярные выражения в grep , curl -s .

Что изучать дальше?

Если командная строка начинает вам нравиться, не останавливайтесь, продолжайте совершенствовать свои навыки.

Вот некоторые программы, которые определенно вам пригодятся, если вы будете жить в командной строке:

• find со сложными опциями
• apropos
• locate
• telnet
• netcat
• tcpdump
• rsync
• screen
• zgrep , zless
• visudo
• crontab -e
• sendmail

Кроме того, со временем стоит освоить какой-нибудь скриптовый язык,например, perl или python , или даже их оба.

Кому это надо?

А стоит ли вообще изучать сегодня командную строку и шелльный скриптинг? Определенно стоит. Приведу только несколько примеров из требований Facebook к кандидатам, которые хотят поступить на работу в FB.

Любой универсальной ОС приходится много возиться с пользовательскими и своими собственными задачами. Лишь небольшая часть этой деятельности может быть запрограммирована раз и навсегда в ядре. Большая часть логики управления задачами и самой системой должна быть доступна администратору в виде проекта, иначе он просто не сможет ни понять происходящее в системе, ни тем более изменять ее. Стоит повнимательнее взглянуть на инструмент, используемый в UNIX для задания алгоритма работы многих частей системы, - на командный интерпретатор , shell . Оказывается, shell отлично себя показывает не только в диалоге с пользователем, но и как исполнитель сценариев , и как средство организации взаимодействия между задачами в системе.

Начнем с того, что shell - полноценный язык программирования , причем, как многие интерпретаторы, довольно высокого уровня. Если задача - разовая (нет требований по быстродействию, совместимости и переносимости) и достаточно абстрактная (нет привязки к конкретной сложной структуре данных), ее скорее всего можно решить, написав командный сценарий - программу на shell .

С другой стороны, одной алгоритмической полнотой при решении задач в системе ограничиваться нельзя. Скажем, машина Тьюринга [ 9 ] чрезвычайно проста и алгоритмически полна, однако мало кому придет в голову организовывать на основе ее модели диалог с пользователем или управление самой ОС. Здесь следует вспомнить, что shell - еще и исполнитель команд: он запросто общается с UNIX и утилитами. Значит, дополнив его механизмом управляемого взаимодействия команд с системой и друг с другом, мы получим неплохой интегратор (или оболочку - что, собственно, и есть перевод слова shell ).

Самое приятное, что такая программируемая оболочка не будет слишком выходить за рамки У: если уж, в наследство от диалоговой ипостаси shell , мы можем легко обращаться за решением подзадачи к любой утилите UNIX , дублировать ее в языке совершенно незачем, и там останутся как раз одни только алгоритмические и координационные абстракции.

Сценарий

Прежде чем рассмотреть возможности shell под двумя углами зрения, разрешим вот какое затруднение. Допустим, мы написали программу на языке какого-нибудь интерпретатора, например /bin/sh , и записали ее в некий файл , например /home/george/myscript (если /home/george - текущий каталог , можно использовать более короткий путь : myscript ). Как теперь выполнить этот сценарий ? Из man sh мы знаем, что для этого можно запустить командный интерпретатор с параметром - именем файла:

$ cat myscript echo "Hello, George!" $ /bin/sh myscript Hello, George!

Нельзя ли обойтись без имени программы, которая интерпретирует сценарий ? Вообще говоря, нет: в UNIX немало различных интерпретаторов с разнообразным синтаксисом, например обработчик текстов awk , потоковый текстовый редактор sed , универсальные языки программирования python и perl и много чего еще. Во всех этих языках есть возможность вставлять в текст сценария строчные комментарии, которые начинаются с символа "#" и заканчиваются в конце строки. Поэтому, если сценарий начинается с символов " # !", любой из этих интерпретаторов проигнорирует всю первую строку как комментарий. Система же, увидев " # !" в начале файла, понимает, что это сценарий . С третьего символа и до конца строки она читает имя программы , которой отдает этот файл на выполнение. Значит, если первой строкой в /home/george/myscript будет #!/bin/sh , его смело можно делать исполняемым (установить бит использования) и запускать:

$ chmod +x myscript $ cat myscript #!/bin/sh echo "Hello, $1!" $ ./myscript George Hello, George!

Строго говоря, после " # !" может стоять что угодно, например имя написанной нами программы с некоторыми обязательными параметрами; UNIX ее запустит и передаст ей в качестве параметров командной строки обязательные параметры (если они есть), затем имя сценария и все, что идет следом (в нашем примере George ). Если же после " # !" будет стоять несуществующий файл , система выдаст сообщение об ошибке :

$ cat myscript #!/bad/sh echo "Hello, $1!" $ ./myscript ./myscript: not found

Обратите, пожалуйста, внимание на то, что из этого сообщения якобы следует, что не найден сам файл сценария . Если не знать подоплеку явления, ситуация кажется подозрительной. Дело в том, что, запуская любую программу, UNIX всегда передает ей один параметр (который имеет индекс 0) - имя этой программы. Но в случае запуска сценария обработчик получит в качестве нулевого параметра не собственное имя, а имя сценария . А когда система этого обработчика не найдет, в сообщении об ошибке он будет упоминаться под новым именем.

Гнезда shell`ов

И еще одно немаловажное замечание. Сначала в UNIX был только один командный интерпретатор , написанный Стивеном Борном (Stephen Bourne), и назывался он просто "оболочка" (т. е. shell , а имя утилиты, для краткости, sh). Это была очень простая маленькая программа , она отлично работала именно как системный интегратор , но во всех остальных ипостасях была довольно слабой. И вот создателям 3BSD пришло в голову, что нужен совершенно новый командный интерпретатор , более удобный при работе в командной строке, с новыми возможностями программирования и с новым синтаксисом, приближенным к языку Си , который и так знаком любому UNIX -программисту. Получившуюся оболочку назвали C shell (за синтаксис команд; имя утилиты - csh ), она была намного мощнее старой, там была работа с историей, достраивание имен файлов, управление заданиями ; появились массивы и много чего еще.

Многие считают, что сделать программу, которой будут пользоваться миллионы, очень трудно. Однако за любым, даже самым сложным, продуктом всегда стоит простая идея. Одним из них является командная оболочка, или «шелл». В этой статье мы расскажем, как написать упрощенную командную оболочку Unix на C.

Совет Не стоит сдавать или использовать (даже в изменённом виде) приведённый ниже код в качестве домашнего проекта в школе или вузе. Многие преподаватели знают об оригинальной статье и уличат вас в обмане.

Жизненный цикл командной оболочки

Оболочка выполняет три основные операции за время своего существования:

1. Инициализация: на этом этапе она читает и исполняет свои файлы конфигурации. Они изменяют её поведение.
2. Интерпретация: далее оболочка считывает команды из stdin и исполняет их.
3. Завершение: после исполнения основных команд она исполняет команды выключения, освобождает память и завершает работу.

Именно эти три операции мы будем использовать как основу для нашей командной оболочки. Мы не будем добавлять дополнительные файлы конфигурации и команду выключения. Будем лишь вызывать функцию цикла и завершать работу. Стоит отметить, что, с точки зрения архитектуры, жизненный цикл сложнее, чем просто цикл.

Int main(int argc, char **argv) { // Загрузка файлов конфигурации при их наличии. // Запуск цикла команд. lsh_loop(); // Выключение / очистка памяти. return EXIT_SUCCESS; }

В примере выше можно увидеть функцию lsh_loop() , которая будет циклически интерпретировать команды. Реализацию рассмотрим чуть ниже.

Базовый цикл командной оболочки

В первую очередь нам нужно подумать о том, как программа должна запускаться. И здесь важно понимать, что делает оболочка во время цикла. Простой способ обработки команд состоит из трех шагов:

1. Чтение: считывание команды со стандартных потоков.
2. Парсинг: распознавание программы и аргументов во входной строке.
3. Исполнение: запуск распознанной команды.

Эта идея реализована в функции lsh_loop() :

Void lsh_loop(void) { char *line; char **args; int status; do { printf("> "); line = lsh_read_line(); args = lsh_split_line(line); status = lsh_execute(args); free(line); free(args); } while (status); }

Пройдемся по коду. Первые несколько строк - это просто объявления. Цикл с постусловием более удобен для проверки состояния переменной, поскольку выполняется перед проверкой ее значения. Внутри цикла выводится приглашение ввода, вызываются функции для чтения входной строки и разбиения строки на аргументы, а затем исполняются аргументы. Далее освобождается память, выделенная под строку и аргументы. Стоит обратить внимание, что в коде используется переменная состояния, возвращаемая в lsh_execute() и определяющая, когда нужно выйти из функции.

Чтение строки

Чтение строки из стандартного потока ввода - это вроде бы просто, но в C это может вызвать много хлопот. Беда в том, что никто не знает заранее, сколько текста пользователь введет в командную оболочку. Нельзя просто выделить блок и надеяться, что пользователи не выйдут за него. Вместо этого нужно перераспределять выделенный блок памяти, если пользователи выйдут за его пределы. Это стандартное решение в C, и именно оно будет использоваться для реализации lsh_read_line() .

#define LSH_RL_BUFSIZE 1024 char *lsh_read_line(void) { int bufsize = LSH_RL_BUFSIZE; int position = 0; char *buffer = malloc(sizeof(char) * bufsize); int c; if (!buffer) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } while (1) { // Читаем символ c = getchar(); // При встрече с EOF заменяем его нуль-терминатором и возвращаем буфер if (c == EOF || c == "\n") { buffer = "\0"; return buffer; } else { buffer = c; } position++; // Если мы превысили буфер, перераспределяем блок памяти if (position >= bufsize) { bufsize += LSH_RL_BUFSIZE; buffer = realloc(buffer, bufsize); if (!buffer) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } } } }

В первой части много объявлений. Стоит отметить, что в коде используется старый стиль C, а именно объявление переменных до основной части кода. Основная часть функции находится внутри, на первый взгляд, бесконечного цикла while(1) . В цикле символ считывается и сохраняется как int , а не char (EOF - это целое число, а не символ, поэтому для проверки используйте int). Если это символ перевода строки или EOF, мы завершаем текущую строку и возвращаем ее. В обратном случае символ добавляется в существующую строку.

Затем мы проверяем, выходит ли следующий символ за пределы буфера. Если это так, то перераспределяем буфер (при этом проверяем его на наличие ошибок распределения) и продолжаем исполнение.

Те, кто знаком с новыми версиями стандартной библиотеки C, могут заметить, что в stdio.h есть функция getline() , которая выполняет большую часть работы, реализованной в коде выше. Эта функция была расширением GNU для библиотеки C до 2008 года, а затем была добавлена в спецификацию, поэтому большинство современных Unix-систем уже идут с ней в комплекте. С getline функция становится тривиальной:

Char *lsh_read_line(void) { char *line = NULL; ssize_t bufsize = 0; // getline сама выделит память getline(&line, &bufsize, stdin); return line; }

Парсинг строки

Теперь нам нужно распарсить входную строку в список аргументов. Мы сделаем небольшое упрощение и запретим пользователю использовать кавычки и обратную косую черту в аргументах командной строки. Вместо этого для разделения аргументов мы просто будем использовать пробелы. Таким образом команда echo "вот сообщение" будет вызывать команду echo не с одним аргументом "вот сообщение" , а с двумя: "вот" и "сообщение" .

Теперь всё, что нам нужно сделать - разбить строку на части, используя пробелы в качестве разделителей. Это значит, что мы можем использовать классическую библиотечную функцию strtok .

#define LSH_TOK_BUFSIZE 64 #define LSH_TOK_DELIM " \t\r\n\a" char **lsh_split_line(char *line) { int bufsize = LSH_TOK_BUFSIZE, position = 0; char **tokens = malloc(bufsize * sizeof(char*)); char *token; if (!tokens) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } token = strtok(line, LSH_TOK_DELIM); while (token != NULL) { tokens = token; position++; if (position >= bufsize) { bufsize += LSH_TOK_BUFSIZE; tokens = realloc(tokens, bufsize * sizeof(char*)); if (!tokens) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } } token = strtok(NULL, LSH_TOK_DELIM); } tokens = NULL; return tokens; }

Реализация этой функции подозрительно похожа на lsh_read_line() , и это неспроста! Здесь используется та же стратегия, только вместо нуль-терминированного массива символов мы используем нуль-терминированный массив указателей.

Мы начинаем разбиение, вызывая strtok . Она возвращает указатель на первый кусок строки (токен). Вообще strtok() возвращает указатели на места в строке и помещает нуль-терминаторы в конце каждого токена. Эти указатели мы храним в отдельном массиве.

При необходимости мы перераспределим массив указателей. Повторяем процесс до тех пор, пока strtok не перестанет возвращать токены, и завершаем массив токенов нуль-терминатором.

Теперь у нас есть массив токенов, готовых к исполнению.

Как командные оболочки запускают процессы

Теперь мы добрались до самой сути того, что делает оболочка. Запуск процессов - это основная функция командных оболочек. Поэтому если вы создаёте оболочку, то должны точно знать, что происходит с процессами и как они запускаются. Именно поэтому сейчас мы поговорим о .

В Unix есть только два способа запуска процессов. Первый (который не будем брать в счет) - это Init . Видите ли, когда загружается Unix-система, загружается её ядро. После загрузки и инициализации ядро запускает только один процесс, который называется Init . Этот процесс выполняется в течение всего времени работы компьютера, и управляет загрузкой остальных процессов, которые необходимы для его работы.

Поскольку все остальные процессы не Init , остаётся только один практический способ запуска процессов: системный вызов fork() . Когда эта функция вызывается, операционная система делает дубликат процесса и запускает их параллельно. Первоначальный процесс называется «родительским», а новый - «дочерним». Дочернему процессу fork() возвращает 0 , а родителю - идентификатор процесса (PID) его дочернего элемента. Таким образом, любой новый процесс можно создать только из копии уже существующего.

Это может показаться проблемой. Обычно, когда вы хотите запустить новый процесс, вам не нужна копия уже работающей программы - вы хотите запустить другую программу. Для этого нужно использовать системный вызов exec() . Он заменяет текущую запущенную программу совершенно новой. Это значит, что при вызове exec операционная система останавливает процесс, загружает новую программу и запускает ее на том же месте. Вызов exec() не возвращает процесс, если нет ошибки.

Благодаря этим двум системным вызовам и возможен запуск большинства программ в Unix. Сперва существующий процесс раздваивается на родительский и дочерний, а затем дочерний процесс использует exec() для замены себя новой программой. Родительский процесс может продолжать делать другие вещи, а также следить за своими дочерними элементами, используя системный вызов wait() .

Да уж, информации немало. Давайте посмотрим на код запуска программы:

Int lsh_launch(char **args) { pid_t pid, wpid; int status; pid = fork(); if (pid == 0) { // Дочерний процесс if (execvp(args, args) == -1) { perror("lsh"); } exit(EXIT_FAILURE); } else if (pid < 0) { // Ошибка при форкинге perror("lsh"); } else { // Родительский процесс do { wpid = waitpid(pid, &status, WUNTRACED); } while (!WIFEXITED(status) && !WIFSIGNALED(status)); } return 1; }

Эта функция принимает список аргументов, которые мы создали ранее. Затем она разворачивает процесс и сохраняет возвращаемое значение. Как только fork() возвращает значение, мы получаем два параллельных процесса. Дочернему процессу соответствует первое условие if (где pid == 0).

В дочернем процессе мы хотим запустить команду, заданную пользователем. Поэтому мы используем один из вариантов системного вызова exec , execvp . Разные варианты exec делают разные вещи. Одни принимают переменное количество строковых аргументов, другие берут список строк, а третьи позволяют указать окружение, в котором выполняется процесс. Этот конкретный вариант принимает имя программы и массив (также называемый вектором, отсюда "v") строковых аргументов (первым должно быть имя программы). "p" означает, что вместо предоставления полного пути к файлу программы для запуска мы укажем только её имя, а также кажем операционной системе искать её самостоятельно.

Если команда exec возвращает -1 (или любое другое значение), значит, произошла ошибка. Таким образом, мы используем perror для вывода сообщения об ошибке вместе с именем программы, чтобы было понятно, где произошла ошибка. Затем мы завершаем процесс, но так, чтобы программная оболочка продолжала работать.

Второе условие (pid < 0) проверяет, произошла ли в процессе выполнения fork() ошибка. Если ошибка есть, мы выводим сообщение об этом на экран, но программа продолжает работать.

Третье условие означает, что вызов fork() выполнен успешно. Там находится родительский процесс. Мы знаем, что потомок собирается исполнить процесс, поэтому родитель должен дождаться завершения команды. Мы используем waitpid() для ожидания изменения состояния процесса. К сожалению, у waitpid() есть много опций (например, exec()). Процессы могут изменять свое состояние множеством способов, и не все состояния означают, что процесс завершился. Процесс может либо завершиться обычным путём (успешно либо с кодом ошибки), либо быть остановлен сигналом. Таким образом, мы используем макросы, предоставляемые waitpid() , чтобы убедиться, что процесс завершен. Затем функция возвращает 1 как сигнал вызывающей функции, что она снова может вывести приглашение ввода.

Встроенные функции оболочки

Возможно, вы заметили, что функция lsh_loop() вызывает lsh_execute() , но выше мы назвали нашу функцию lsh_launch() . Это было намеренно! Дело в том, что большинство команд, которые исполняет оболочка, являются программами - но не все. Некоторые из команд встроены прямо в оболочку.

Причина довольно проста. Если вы хотите сменить каталог, вам нужно использовать функцию chdir() . Дело в том, что текущий каталог является свойством процесса. Итак, допустим, вы написали программу cd , которая изменяет каталог. Она просто меняет свой текущий каталог и завершается, но текущий каталог родительского процесса не изменится. Вместо этого процесс оболочки должен исполнить chdir() , чтобы обновить свой текущий каталог. Затем, когда он запускает дочерние процессы, они также наследуют этот каталог.

Аналогично программа с именем exit не сможет выйти из командной оболочки, которая ее вызвала. Эта команда также должна быть встроена в оболочку. Кроме того, большинство оболочек настраиваются с помощью сценариев конфигурации, таких как ~/.bashrc . Эти сценарии используют команды, которые изменяют работу оболочки. Сами же команды могут изменить работу оболочки, если только они были реализованы внутри самой оболочки.

Соответственно, имеет смысл добавить некоторые команды в оболочку. В эту оболочку мы добавим cd , exit и help . А вот и реализация этих функций:

/* Объявление функций для встроенных команд оболочки: */ int lsh_cd(char **args); int lsh_help(char **args); int lsh_exit(char **args); /* Список встроенных команд, за которыми следуют соответствующие функции */ char *builtin_str = { "cd", "help", "exit" }; int (*builtin_func) (char **) = { &lsh_cd, &lsh_help, &lsh_exit }; int lsh_num_builtins() { return sizeof(builtin_str) / sizeof(char *); } /* Реализации встроенных функций */ int lsh_cd(char **args) { if (args == NULL) { fprintf(stderr, "lsh: ожидается аргумент для \"cd\"\n"); } else { if (chdir(args) != 0) { perror("lsh"); } } return 1; } int lsh_help(char **args) { int i; printf("LSH Стивена Бреннана\n"); printf("Наберите название программы и её аргументы и нажмите enter.\n"); printf("Вот список втсроенных команд:\n"); for (i = 0; i < lsh_num_builtins(); i++) { printf(" %s\n", builtin_str[i]); } printf("Используйте команду man для получения информации по другим программам.\n"); return 1; } int lsh_exit(char **args) { return 0; }

Код состоит из трёх частей. Первая часть содержит предваряющее объявление функций. Предваряющее объявление - это когда вы объявляете (но не определяете) что-то, чтобы можно было использовать это имя до его определения. lsh_help() - причина, по которой мы делаем это. Она использует массив встроенных функций, а сами массивы содержат lsh_help() . Самый простой способ разбить этот цикл зависимостей - это предваряющее объявление.

Следующая часть представляет собой массив имён встроенных команд, за которыми следует массив соответствующих функций. Это значит, что в будущем встроенные команды могут быть добавлены путем изменения этих массивов, а не большого оператора switch где-то в коде. Если вы смущены объявлением builtin_func , все в порядке. Это массив указателей на функции (которые принимают массив строк и возвращают int). Любое объявление, включающее указатели на функции в C, может стать действительно сложным.

Наконец, идет реализация каждой функции. Функция lsh_cd() сначала проверяет наличие своего второго аргумента и выводит сообщение об ошибке, если его нет. Затем она вызывает chdir() , проверяет наличие ошибок и завершает работу. Функция справки выводит информативное сообщение и имена всех встроенных функций. А функция выхода возвращает 0 , как сигнал для окончания цикла команд.

Объединение встроенных функций и процессов

Последний недостающий фрагмент головоломки заключается в реализации функции lsh_execute() , которая либо запускает либо встроенный, либо другой процесс.

Int lsh_execute(char **args) { int i; if (args == NULL) { // Была введена пустая команда. return 1; } for (i = 0; i < lsh_num_builtins(); i++) { if (strcmp(args, builtin_str[i]) == 0) { return (*builtin_func[i])(args); } } return lsh_launch(args); }

Код проверяет, является ли команда встроенной. Если это так, то запускает её, а в противном случае вызывает lsh_launch() , чтобы запустить процесс.

Собираем все вместе

Вот и весь код, который входит в командную оболочку. Если вы внимательно читали статью, то должны были понять, как работает оболочка. Чтобы испробовать оболочку (на Linux), вам нужно скопировать эти сегменты кода в файл main.c и скомпилировать его. Обязательно включите только одну реализацию lsh_read_line() . Вам нужно будет включить следующие заголовочные файлы:

• #include
  • waitpid() и связанные макросы
• #include
  • chdir()
  • fork()
  • exec()
  • pid_t
• #include
  • malloc()
  • realloc()
  • free()
  • exit()
  • execvp()
  • EXIT_SUCCESS , EXIT_FAILURE
• #include
  • fprintf()
  • printf()
  • stderr
  • getchar()
  • perror()
• #include
  • strcmp()
  • strtok()

Чтобы скомпилировать файл, введите в терминале gcc -o main main.c , а затем./main , чтобы запустить.

Кроме того, все исходники доступны на GitHub .

Подводя итоги

Очевидно, что эта оболочка не является многофункциональной. Некоторые из ее упущений:

• аргументы разделяются только пробелами, нет поддержки кавычек или обратного слеша;
• нет перенаправления и конвейеров;
• мало встроенных функций;
• нет подстановки имён файлов.

Чтобы разобраться в системных вызовах, рекомендуем обратиться к мануалу: man 3p . Если вы не знаете, какой интерфейс вам предлагают стандартная библиотека C и Unix, советуем посмотреть спецификацию POSIX , в частности раздел 13.

Что такое shell и зачем он нужен

Командная оболочка в любых unix-подобных системах, к которым относится и GNU/Linux, является обычной программой, запускаемой как в текстовой консоли (которая используется всё реже), так и в графической среде – в окне эмулятора терминала, доступного в любой Linux-системе.

Ее задача проста и очевидна: принять строку (или строки) ввода, произвести их синтаксический анализ и на основе результатов этого анализа отреагировать соответствующим образом – выполнить команду, запустить программу, вывести диагностическое сообщение и т.п.

Почти во всех дистрибутивах Linux для пользователей по умолчанию назначается командная оболочка bash (Bourne Again SHell – ещё одна командная оболочка Бурна; Стив Бурн – автор первой командной оболочки в Unix – sh). Фактически она стала неофициальным стандартом, и усовершенствование ее функциональных возможностей продолжается непрерывно. Существуют и другие командные оболочки – tcsh (версия C-shell), ksh (Korn Shell), zsh и т.д. – у каждой есть свои достоинства и недостатки, а также свои группы поклонников. Тем не менее, bash более привычна широким массам пользователей с различными уровнями подготовки, потому я и остановил свой выбор на ней. Стоит также отметить, что какими бы возможностями ни обладали различные оболочки, все они совместимы со своим идеологическим прародителем – Bourn Shell (sh). Иными словами, скрипт, написанный для sh, будет корректно работать в любой современной оболочке (обратно, вообще говоря, неверно).

Преимущества командной строки

Может возникнуть вопрос: зачем возиться с командной строкой, если существуют удобные и красивые графические интерфейсы? Тому есть множество причин. Во-первых, далеко не все операции удобнее и быстрее выполнять с помощью графического интерфейса. Во-вторых, каждая программа следует основополагающему принципу Unix-систем: делать чётко определённую работу и делать её хорошо. Иными словами, вы всегда понимаете, что происходит при запуске той или иной утилиты (если что-то не вполне понятно, то следует обратиться к man-руководству). В-третьих, осваивая команды, пробуя их сочетания и комбинации их параметров, пользователь изучает систему, приобретая ценный практический опыт. Вы получаете доступ к таким эффективным инструментам, как конвейеры, позволяющие организовать цепочку команд для обработки данных, средства перенаправления ввода/вывода, а кроме того, можете программировать непосредственно в командной оболочке. Пожалуй, на программировании стоит остановиться подробнее, тем более что многие системные сценарии в Linux (например, скрипты запуска системных сервисов) написаны для shell.

Командная оболочка в качестве языка программирования

Итак, командную оболочку можно рассматривать как язык программирования и как программную среду выполнения одновременно. Разумеется, этот язык не компилируемый, а интерпретируемый. Он допускает использование переменных: системных или собственных. Последовательность выполнения команд программы изменяется с помощью конструкций проверки условия и выбора соответствующего варианта: if-then-else и case. Циклы while, until и for позволяют автоматизировать многократно повторяющиеся действия. Имеется возможность объединять группы команд в логические блоки. Вы можете даже писать настоящие функции с передачей в них параметров. Таким образом, налицо все признаки и характеристики полноценного языка программирования. Попробуем извлечь из этого двойную пользу – наряду с изучением основ программирования автоматизируем свою повседневную работу.

Hello, World! Простая система резервного копирования

О необходимости регулярного резервного копирования данных знают все, но у пользователей вечно не хватает времени на эту скучную операцию. Выход прост – организовать автоматическое создание резервных копий. Это и будет нашим первым заданием по программированию в командной оболочке.

#!/bin/bash # # Резервное копирование каталогов и файлов из домашнего каталога # Этот командный скрипт можно автоматически запускать при помощи cron # cd $HOME if [ ! -d archives ] then mkdir archives fi cur_date=`date +%Y%m%d%H%M` if [ $# -eq 0 ] ; then tar czf archive${cur_date}.tar.gz projects bin else tar czf archive${cur_date}.tar.gz $* fi if [ $? = 0 ] ; then mv archive${cur_date}.tar.gz $HOME/archives echo "$cur_date – Резервное копирование успешно завершено." else echo "$cur_date – ОШИБКА во время резервного копирования." fi

Любой командный сценарий (script – скрипт, так называются программы командной оболочки) начинается со строки идентификатора, в которой явно задаётся интерпретатор команд с указанием полного пути к нему. Полный путь – последовательное перечисление всех каталогов, начиная с корневого, в которые надо войти, чтобы добраться до целевого файла, и, разумеется, имя этого файла. Запись полного пути чрезвычайно важна для однозначной идентификации каждого файла в иерархии файловой системы.

Далее следуют четыре строки комментариев. Как только командная оболочка встречает символ "#", она считает все последующие символы комментариями и полностью игнорирует их до конца текущей строки. Поэтому комментарий можно начать не с самого начала строки, а сопроводить им какую-либо команду.

После комментариев располагается пустая строка. Для командной оболочки она ничего не значит, и никаких действий не производится. В сценариях пустые строки обычно вставляют для того, чтобы обеспечить удобство чтения программного кода.

Наконец-то мы добрались до первой «настоящей» команды. Она позволяет сменить каталог (Change Directory), т.е. перейти из текущего каталога в другой, переданный команде как аргумент. В большинстве случаев целевой каталог задаётся в явной форме, например, cd /tmp или cd projects, но в нашем случае используется предопределённая системная переменная HOME – в ней содержится полный путь к домашнему каталогу текущего пользователя, от имени которого выполняется командный сценарий. Тем самым мы избавляемся от необходимости вносить изменения в код всякий раз при смене пользователя, потому что команда возвращает любого в его личный каталог. Знак доллара "$" перед именем переменной означает, что необходимо извлечь значение, содержащееся в этой переменной, и подставить его в командную строку вместо её имени. Особо следует отметить, что в командном языке оболочки регистров букв имеют важное значение, т.е. HOME, Home и home – это три различные переменные. По соглашению, буквами верхнего регистра обозначаются имена системных переменных: HOME, PATH, EDITOR и т.д. Это соглашение не запрещает пользователям создавать свои переменные с именами из заглавных букв, но зачем усложнять себе жизнь, нарушая общепринятые нормы и правила? Не рекомендуется также изменять значения системных переменных без крайней необходимости. В общем, соблюдаем простое правило: системные переменные используем только для чтения, а если потребовалась собственная, то её имя записываем буквами нижнего регистра.

Нашу первую команду можно было бы записать более кратко:

cd ~

Здесь символ "~" также означает домашний каталог текущего пользователя. Ветераны командной строки выражаются ещё лаконичнее:

cd

Смысл в том, что когда для команды cd не задан никакой аргумент, она выполняет переход в домашний каталог.

На очереди классическая программная конструкция проверки условия и принятия соответствующего решения. Общая схема такова:

if <условие> then <одна или несколько команд> fi

Последнее слово конструкции (if в обратном порядке) выполняет роль закрывающей скобки, т.е. границы списка команд, выполняемых при истинности условия. Присутствие fi обязательно, даже если в списке лишь одна команда.

Для проверки условия, как правило, применяется команда test или её альтернативная форма записи в квадратных скобках. Иначе говоря, записи

if [ ! -d archives ] if test ! -d archives

абсолютно равнозначны. Я предпочитаю квадратные скобки, поскольку они более наглядно определяют границы проверяемого условия. И правая, и левая скобка должны быть обязательно отделены от условия пробелами.

Критерии проверки условия определяются разнообразными флагами. Команда test распознаёт очень большой их список. В нашем примере использован флаг -d, позволяющий проверить, соответствует ли заданное после флага имя реально существующему каталогу (directory). Наиболее часто при работе с файлами применяются следующие флаги:

F – существует ли обычный файл с заданным именем;

R – установлено ли для заданного файла право на чтение из него;

W – установлено ли для заданного файла право на запись в него;

X – установлено ли для заданного файла право на его выполнение;

S – имеет ли заданный файл ненулевой размер.

В нашем случае перед условием стоит восклицательный знак, обозначающий операцию логического отрицания, поэтому смысл проверяемого условия становится абсолютно противоположным. Попробуем записать смысл этих команд на обычном русском языке:

if [ ! -d archives ] Если не существует каталог archives (в текущем каталоге), then то начать выполнение блока команд: mkdir archives создать каталог archives (в текущем каталоге) fi завершить выполнение блока команд.

Как видите, всё оказалось не таким уж и сложным. Немного практики, и вы без труда сможете читать и самостоятельно создавать подобные конструкции. Команда создания каталога настолько очевидна, что дополнительных разъяснений не требуется.

В следующей строке мы создаём собственную локальную переменную cur_date. В подавляющем большинстве случаев переменные создаются простым присваиванием конкретного значения, например:

ten=10 string="Это строка текста"

Но в нашем примере применяется небольшая хитрость. Обратите внимание, что после знака равенства – символа присваивания – записана команда в обратных кавычках. Такая форма записи позволяет присвоить переменной не саму строку, а результат её выполнения. Здесь это вывод команды date, которая возвращает текущую дату и время в формате, определяемом списком параметров:

%Y – текущий год в полной форме, т.е. из четырёх цифр (например, 2009);

%m – номер текущего месяца (например, 09 – для сентября);

%d – номер текущего дня;

%H – текущий час в 24-часовом формате;

%M – текущая минута.

Таким образом, если выполнить команду

cur_date=`date +%Y%m%d%H%M`

десятого сентября 2009 года в 22:45, то переменной cur_date будет присвоено строковое значение "200909102245". Цель этого ухищрения – сформировать уникальное, не повторяющееся имя архивного файла. Если вы намерены запустить несколько экземпляров программы в течение одной минуты, то можете улучшить уникальность имён, добавляя ещё и текущие секунды. Как? Изучите руководство утилиты date (man date) – в этом нет ничего сложного.

Прежде чем приступить к созданию файла архива, необходимо определить, какие именно каталоги мы будем сохранять в нём. Для большей гибкости можно задать набор каталогов, архивируемых по умолчанию, но предусмотреть возможность замены этого набора списком каталогов, передаваемым как аргумент в наш командный сценарий. Для этого используются специальные переменные командной оболочки: $# – число переданных в сценарий параметров и $* – все переданные параметры, записанные в формате одной строки.

if [ $# -eq 0 ] ; then

Проверка условия «если число переданных параметров равно нулю», то выполнить следующую команду. Отметим, что ключевое слово then можно записать в строке условия, отделив его от условного выражения точкой с запятой.

tar czf archive${cur_date}.tar.gz projects bin

Команда создания архивного файла и сжатия этого файла. Сама утилита tar не выполняет сжатие, а только лишь собирает все заданные файлы и каталоги в единый tar-файл. Для этого предназначен первый флаг - c (create – создать). Сжатие выполняет внешняя программа – здесь это gzip, вызываемый вторым флагом - z. Если в вашей системе установлена более эффективная программа сжатия bzip2, то вы можете воспользоваться ею, изменив команду следующим образом:

tar cjf archive${cur_date}.tar.bz2 projects bin

Третий флаг f сообщает о том, что далее следует имя архивного файла, поэтому всегда является замыкающим в перечне флагов. Обратите внимание на то, что при подстановке имя переменной заключено в фигурные скобки. Это сделано, чтобы явно выделить переменную в окружающей её строке, тем самым устраняя многие потенциальные проблемы. Расширения архивному файлу не присваиваются автоматически, вы сами дописываете всё необходимое. В качестве каталогов, архивируемых по умолчанию, я указал projects и bin, но вы можете записать здесь имена своих наиболее ценных каталогов.

Ключевое слово else открывает альтернативную ветвь выполнения. Команды этого блока начинают работать, если проверка условия даёт результат «ложь» (в нашем примере: «число переданных параметров ненулевое», т.е. пользователь задал имена каталогов). В этом случае команда будет выглядеть так:

tar czf archive${cur_date}.tar.gz $*

Здесь каталоги по умолчанию заменены строкой имён каталогов, принятой извне. Имеется возможность принимать и обрабатывать каждый внешний параметр по отдельности, но нам удобнее передать строку целиком.

В конце программы выполняется ещё одна проверка. В unix-средах все команды возвращают код статуса завершения своей работы. Если команда отработала успешно, то она возвращает код 0, в противном случае код завершения будет ненулевым. Чтобы проверить успешность выполнения предыдущей команды архивации, воспользуемся ещё одной специальной переменной $?, в которой всегда содержится значение кода завершения самой последней команды. Если в переменной $? содержится 0, т.е. файл резервной копии был успешно создан, то мы перемещаем его в каталог архивов:

mv archive${cur_date}.tar.gz $HOME/archives

и выдаём соответствующее сообщение:

echo "$cur_date – Резервное копирование успешно завершено."

Если проверка показала, что код завершения операции архивирования не равен нулю, то выводится сообщение об ошибке:

echo "$cur_date – ОШИБКА во время резервного копирования."

На этом работа нашего командного сценария завершается.

Чтобы проверить работу нашей программы, необходимо сохранить описанный выше исходный код в файле, например, с именем bckp, а затем для удобства сделать его выполняемым:

chmod 750 bckp

и запустить:

./bckp

для создания резервной копии каталогов, заданных по умолчанию, и

./bckp docs progs works

для создания резервной копии перечисленных каталогов (укажите имена каталогов, действительно существующих в вашей системе, иначе получите сообщение об ошибке).

Можно поместить файл bckp в один из каталогов, указанных в системной переменной PATH. Наиболее предпочтительными местами размещения являются /usr/local/bin или $HOME/bin, если таковые у вас имеются. После этого вы можете запускать bckp как системную команду.

Как автоматизировать операции резервного копирования «по расписанию»

Несколько слов об автоматизации резервного копирования. Для этой цели служит системный планировщик cron, который считывает рабочие инструкции из специального crontab-файла. Чтобы определить такие инструкции, необходимо создать и отредактировать свой crontab-файл при помощи команды:

crontab -e

Инструкции записываются в строго определённом формате (поля разделяются пробелами):

минуты часы день_месяца месяц день_недели команда

Один из вариантов расписания операций резервного копирования может выглядеть следующим образом:

30 23 10,20,30 * * /usr/local/bin/bckp

Это означает, что сценарий резервного копирования (следует указать полный путь к этому файлу) будет выполняться в 23:30 10-го, 20-го и 30-го числа каждого месяца независимо от дня недели. (Звёздочки обозначают весь допустимый диапазон значений, в данном случае: каждый месяц – в 4-м поле, любой день недели – в 5-м поле)

Если вы предпочитаете подводить итоги по неделям, а ваша система работает круглосуточно, то имеет смысл запланировать резервное копирование в часы с минимальной нагрузкой:

0 5 * * 3,5 /usr/local/bin/bckp

Здесь резервные копии будут создаваться в 5:00 по средам и пятницам в каждом месяце (звёздочка в 4-м поле), независимо от числа (звёздочка в 3-м поле).

Обо всех тонкостях составления расписания можно прочитать в руководстве man 5 crontab.

Итоги и выводы

Рассмотренный в данной статье сценарий резервного копирования обладает скромными функциональными свойствами. Но не в этом состояла его главная задача, а в том, чтобы читатель понял, что можно делать в командной строке, и не только скопировал и выполнил предложенный командный файл, а заинтересовался расширением его функций, занялся исследованием необъятных возможностей, предоставляемых командными оболочками. И если кто-то, прочитав эту статью, попробует усовершенствовать приведённый здесь код, или напишет собственный вариант, или реализует свою независимую идею, то я сочту, что основная цель достигнута.

Ресурсы для скачивания

static.content.url=http://www.сайт/developerworks/js/artrating/

ArticleID=458335

ArticleTitle=Основы программирования в командной оболочке shell