計算機教育中缺失的一課 - MIT - L5 - 命令行環境

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筆記

任務控制

shell 會使用 UNIX 提供的信號機制執行進程間通訊。當一個進程接收到信號時，它會中止執行、處理該信號並基於信號傳遞的信息來改變其執行。就這一點而言，信號是一種軟件中斷。

結束進程

• See man signal for reference
• kill: sends signals to a process; default is TERM
• SIGINT: ^C; interrupt program; terminate process
• SIGQUIT: ^\; quit program

• SIGKILL: terminate process; kill program; cannot be captured by process and will always terminate immediately

  • Can result in orphaned child processes

• SIGSTOP: pause a process

  • SIGTSTP: ^Z; terminal stop

• SIGHUP: terminal line hangup; terminate process; will be sent when terminal is closed

  • Use nohup to avoid

• SIGTERM: signal requesting graceful process exit

  • To send this signal: kill -TERM <pid>

下面這個 Python 程序向您展現了捕獲信號 SIGINT 並忽略它的基本操做，它並不會讓程序中止。爲了中止這個程序，咱們須要使用 SIGQUIT 信號。

#!/usr/bin/env python import signal, time

def handler(signum, time):
    print("nI got a SIGINT, but I am not stopping")

signal.signal(signal.SIGINT, handler)
i = 0
while True:
    time.sleep(.1)
    print("r{}".format(i), end="")
    i += 1

$ python sigint.py
24^C
I got a SIGINT, but I am not stopping
26^C
I got a SIGINT, but I am not stopping
30^\[1]    39913 quit       python sigint.py

暫停和後臺執行進程

使用 fg 或 bg 命令恢復暫停的工做。它們分別表示在前臺繼續或在後臺繼續。

jobs 命令會列出當前終端會話中還沒有完成的所有任務。可使用 pid 引用這些任務（也能夠用 pgrep 找出 pid）。也可使用百分號 + 任務編號（jobs 會打印任務編號）來選取該任務。若是要選擇最近的一個任務，可使用 $! 這一特殊參數。

命令中的 & 後綴可讓命令在直接在後臺運行，不過它此時仍是會使用 shell 的標準輸出。

使用 Ctrl-Z 放入後臺的進程仍然是終端進程的子進程，一旦關閉終端（會發送另一個信號 SIGHUP），這些後臺的進程也會終止。爲了防止這種狀況發生，可使用 nohup (一個用來忽略 SIGHUP 的封裝) 來運行程序。針對已經運行的程序，可使用 disown 。

$ sleep 1000
^Z
[1]  + 18653 suspended  sleep 1000

$ nohup sleep 2000 &
[2] 18745
appending output to nohup.out

$ jobs
[1]  + suspended  sleep 1000
[2]  - running    nohup sleep 2000

$ bg %1
[1]  - 18653 continued  sleep 1000

$ jobs
[1]  - running    sleep 1000
[2]  + running    nohup sleep 2000

$ kill -STOP %1
[1]  + 18653 suspended (signal)  sleep 1000

$ jobs
[1]  + suspended (signal)  sleep 1000
[2]  - running    nohup sleep 2000

$ kill -SIGHUP %1
[1]  + 18653 hangup     sleep 1000

$ jobs
[2]  + running    nohup sleep 2000

$ kill -SIGHUP %2

$ jobs
[2]  + running    nohup sleep 2000

$ kill %2
[2]  + 18745 terminated  nohup sleep 2000

$ jobs

終端多路複用

終端多路複用使咱們能夠分離當前終端會話並在未來從新鏈接。這讓您操做遠端設備時的工做流大大改善，避免了 nohup 和其餘相似技巧的使用。

如今最流行的終端多路器是 tmux。

• 會話 - 每一個會話都是一個獨立的工做區，其中包含一個或多個窗口

  • tmux 開始一個新的會話
  • tmux new -s NAME 以指定名稱開始一個新的會話
  • tmux ls 列出當前全部會話
  • 在 tmux 中輸入 <C-b> d（detach），將當前會話分離
  • tmux a（attach）從新鏈接最後一個會話。您也能夠經過 -t 來指定具體的會話

• 窗口 - 至關於編輯器或是瀏覽器中的標籤頁，從視覺上將一個會話分割爲多個部分

  • <C-b> c 建立一個新的窗口，使用 <C-d>關閉
  • <C-b> N 跳轉到第 N 個窗口，注意每一個窗口都是有編號的
  • <C-b> p（previous）切換到前一個窗口
  • <C-b> n（next）切換到下一個窗口
  • <C-b> , 重命名當前窗口
  • <C-b> w 列出當前全部窗口

• 面板 - 像 vim 中的分屏同樣，面板使咱們能夠在一個屏幕裏顯示多個 shell

  • <C-b> " 水平分割
  • <C-b> % 垂直分割
  • <C-b> <方向> 切換到指定方向的面板，<方向> 指的是鍵盤上的方向鍵
  • <C-b> z（zoom）切換當前面板的縮放
  • <C-b> [ 開始往回捲動屏幕。您能夠按下空格鍵來開始選擇，回車鍵複製選中的部分
  • <C-b> <空格> 在不一樣的面板排布間切換

擴展閱讀： 這裏 是一份 tmux 快速入門教程， 而這一篇 文章則更加詳細，它包含了 screen 命令。您也許想要掌握 screen 命令，由於在大多數 UNIX 系統中都默認安裝有該程序。

別名

# colorls
source $(dirname $(gem which colorls))/tab_complete.sh
alias ls=colorls
alias l="ls -lh"
alias ll="ls -lAh"
alias la="ls -lah"

alias hz="history | fzf"
alias mv="mv -i"
alias cp="cp -i"
alias mkdir="mkdir -p"

# To ignore an alias run it prepended with 
\ls
# Or disable an alias altogether with unalias
unalias la

# To get an alias definition just call it with alias
alias l
# Will print l='ls -lh'

配置文件（Dotfiles）

• shell startup scripts
• guide to dotfiles on github
• example popular dotfiles

管理配置文件的一個方法是，把它們集中放在一個文件夾中，例如 ~/.dotfiles/，並使用版本控制系統進行管理，而後經過腳本將其 符號連接 到須要的地方。這麼作有以下好處：

• 安裝簡單: 若是您登陸了一臺新的設備，在這臺設備上應用您的配置只須要幾分鐘的時間；
• 能夠執行: 您的工具在任何地方都以相同的配置工做
• 同步: 在一處更新配置文件，能夠同步到其餘全部地方
• 變動追蹤: 您可能要在整個程序員生涯中持續維護這些配置文件，而對於長期項目而言，版本歷史是很是重要的

一些技巧：

if [[ "$(uname)" == "Linux" ]]; then {do_something}; fi

# 使用和 shell 相關的配置時先檢查當前 shell 類型
if [[ "$SHELL" == "zsh" ]]; then {do_something}; fi

# 您也能夠針對特定的設備進行配置
if [[ "$(hostname)" == "myServer" ]]; then {do_something}; fi

# Test if ~/.aliases exists and source it
if [ -f ~/.aliases ]; then
    source ~/.aliases
fi

遠端設備

SSH (Secure Shell)

# 鏈接設備
ssh foo@bar.mit.edu 
ssh foobar@192.168.1.42
# 若是存在配置文件，能夠簡寫
ssh bar

# 執行命令
# 在本地查詢遠端 ls 的輸出
ssh foobar@server ls | grep PATTERN
# 在遠端對本地 ls 輸出的結果進行查詢
ls | ssh foobar@server grep PATTERN

SSH 密鑰

基於密鑰的驗證機制使用了密碼學中的公鑰，咱們只須要向服務器證實客戶端持有對應的私鑰，而不須要公開其私鑰。這樣您就能夠避免每次登陸都輸入密碼的麻煩了祕密就能夠登陸。

ssh-keygen -t ed25519 -C "_your_email@example.com_"
# If you are using a legacy system that doesn't support the Ed25519 algorithm, use:
ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "your_email@example.com"

生成的 id_rsa 和 id_rsa.pub 兩個文件（或者 id_ed25519 和 id_ed25519.pub），分別爲的私鑰和公鑰。私鑰等效於你的密碼，因此必定要好好保存它。要檢查您是否持有某個密鑰對的密碼並驗證它，您能夠運行 ssh-keygen -y -f /path/to/key。

ssh 會查詢 .ssh/authorized_keys 來確認那些用戶能夠被容許登陸。您能夠經過下面的命令將一個公鑰拷貝到這裏：

cat .ssh/id_ed25519.pub | ssh foobar@remote 'cat >> ~/.ssh/authorized_keys'

若是支持 ssh-copy-id 的話，可使用下面這種更簡單的解決方案：

ssh-copy-id -i .ssh/id_ed25519.pub foobar@remote

經過 SSH 複製文件

使用 ssh 複製文件有不少方法：

• ssh+tee, 最簡單的方法是執行 ssh 命令，而後經過這樣的方法利用標準輸入實現 cat localfile | ssh remote_server tee serverfile。回憶一下，tee 命令會將標準輸出寫入到一個文件；
• scp ：當須要拷貝大量的文件或目錄時，使用scp 命令則更加方便，由於它能夠方便的遍歷相關路徑。語法以下：scp path/to/local_file remote_host:path/to/remote_file；
• rsync 對 scp 進行來改進，它能夠檢測本地和遠端的文件以防止重複拷貝。它還能夠提供一些諸如符號鏈接、權限管理等精心打磨的功能。甚至還能夠基於 --partial標記實現斷點續傳。rsync 的語法和scp相似。

端口轉發

本地端口轉發

遠程端口轉發

常見的情景是使用本地端口轉發，即遠端設備上的服務監聽一個端口，而您但願在本地設備上的一個端口創建鏈接並轉發到遠程端口上。例如，咱們在遠端服務器上運行 Jupyter notebook 並監聽 8888 端口。 而後，創建從本地端口 9999 的轉發，使用 ssh -L 9999:localhost:8888 foobar@remote_server 。這樣只須要訪問本地的 localhost:9999 便可。

SSH 配置

使用 ~/.ssh/config 文件來建立別名，相似 scp、rsync和mosh的這些命令均可以讀取這個配置並將設置轉換爲對應的命令行選項。

Host vm
    User foobar
    HostName 172.16.174.141
    Port 2222
    IdentityFile ~/.ssh/id_ed25519
    LocalForward 9999 localhost:8888

# 在配置文件中也可使用通配符
Host *.mit.edu
    User foobaz

服務器側的配置一般放在 /etc/ssh/sshd_config。您能夠在這裏配置免密認證、修改 shh 端口、開啓 X11 轉發等等。也能夠爲每一個用戶單獨指定配置。

雜項

鏈接遠程服務器的一個常見痛點是遇到由關機、休眠或網絡環境變化致使的掉線。若是鏈接的延遲很高也很讓人討厭。Mosh（即 mobile shell ）對 ssh 進行了改進，它容許鏈接漫遊、間歇鏈接及智能本地回顯。

有時將一個遠端文件夾掛載到本地會比較方便， sshfs 能夠將遠端服務器上的一個文件夾掛載到本地，而後您就可使用本地的編輯器了。

Shell & 框架

常見的 Shell：

• bash
• zsh
• fish

常見的 Shell 框架：

• oh-my-zsh
• prezto

終端模擬器

一些經典的模擬器：

• xterm
• GNOME Terminal
• Konsole
• Xfce Terminal
• urxvt
• Terminator

一些新興的模擬器（一般具備更好的性能，例以下面兩個具備 GPU 加速）：

• Alacritty
• kitty

課後練習

任務控制

習題 1

$ sleep 1000
^Z
[1]  + 689 suspended  sleep 1000

$ sleep 2000                                                                   
^Z
[2]  + 697 suspended  sleep 2000

$ jobs
[1]  - suspended  sleep 1000
[2]  + suspended  sleep 2000

$ bg %1
[1]  - 689 continued  sleep 1000

$ jobs
[1]  - running    sleep 1000
[2]  + suspended  sleep 2000

$ pgrep -af "sleep 1"
689 sleep 1000

$ pkill -f "sleep 1"
[1]  - 689 terminated  sleep 1000

$ jobs
[2]  + suspended  sleep 2000

$ pkill -f "sleep 2"

$ jobs
[2]  + suspended  sleep 2000

$ pkill -9 -f "sleep 2"
[2]  + 697 killed     sleep 2000

$ jobs

參見 man kill，默認發送的信號是 TERM。-9 等價於 -SIGKILL 或者 -KILL

習題 2

$ sleep 10 &
[1] 1121

$ pgrep sleep | wait ; ls
[1]  + 1121 done       sleep 10

   Nothing to show here

$ pidwait() {
    wait $1
    echo "done"
    eval $2
}

$ sleep 10 &
[1] 1420

$ pidwait 1420 "ls"
[1]  + 1420 done       sleep 10
done

   Nothing to show here