Linux操作系统应用编程全书电子整本书电子教案教学教程.pptx

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Linux操作系统基础,本章主要介绍Linux操作系统的基本概念、发展历程、主要组成部分、运行模式、功能特征、操作流程、命令基础，以及文件与进程的基本概念等，让读者对Linux操作系统有初步的认识，为后文的学习打下基础。,1.1 引言,1.1.1 什么是Linux,Linux是一个可以免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，也是一个基于POSIX和UNIX的支持多用户、多任务、多线程和多CPU的操作系统。Linux操作系统继承了UNIX操作系统以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的网络操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议，支持32位和64位硬件。,1.1.2 Linux的发展历程,Linux操作系统的诞生、发展和成长过程始终依赖5个重要支柱：UNIX操作系统、MINIX操作系统、GNU计划、POSIX标准和Internet。,1.1.3 Linux操作系统的组成,Linux操作系统一般有四大主要部分：内核、Shell、文件系统和应用程序。内核、Shell和文件系统一起构成了基本的操作系统，它们使用户可以运行程序、管理文件并使用系统。,1Linux内核,内核是操作系统的核心，它提供了操作系统最基本的功能，如支持虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、可执行程序和TCP/IP网络等。Linux内核的模块分为以下部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信、系统的初始化和系统调用等。,2Linux Shell,Shell是Linux操作系统的一种用户界面，它作为操作系统的“外壳”，为用户提供使用操作系统的接口。Shell主要有以下两大功能特点。,（1）Shell是一个命令解释器，它拥有自己内建的Shell命令集。（2）Shell的另一个重要特性是它自身就是一种解释型的程序设计语言。,当用户成功登录Linux系统后，系统将执行一个Shell程序。正是Shell进程提供了命令提示符。作为默认值，Shell对普通用户用“$”作提示符，对超级用户（root）用“#”作提示符。,3Linux文件系统,文件系统是文件存放在磁盘等存储设备上的组织方法。Linux操作系统能支持多种目前流行的文件系统，如EXT2、EXT3、FAT、FAT32、VFAT和ISO 9660。,Linux文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含文件中的数据，而且包含文件系统的结构，大多数与Linux用户和程序相关的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。,在Linux文件系统中，EXT2文件系统、虚拟文件系统、/proc文件系统是3个具有代表性的文件系统。文件类型主要包括：普通文件（regular file）、目录文件（directory）、连接文件（link）、设备与设备文件（device）、套接字（socket）、管道（pipe）。,4Linux应用程序,标准的Linux操作系统一般都有一套称为应用程序的程序集，它包括编辑器、编程语言、X Window、办公套件、Internet工具和数据库等。,1.1.4 Linux操作系统的版本,1Linux操作系统的内核版本,Linux内核使用主要分为两种不同的版本编号方式。,（1）第一种方式用于1.0之前版本（包括1.0）。第一个版本号是0.01，紧接着是0.02、0.03、0.10、0.11、0.12、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99和之后的1.0。,（2）第二种方式用于1.0之后版本到2.6版本，数字由3部分（A.B.C）组成，A为主版本号，B为次版本号，C为末版本号。,2Linux操作系统的发行版,Linux操作系统发行版实际就是Linux内核加上外围实用程序组成的一个大软件包。相对于Linux操作系统的内核版本，发行版的版本号随发布者的不同而不同，与Linux操作系统内核的版本号是相对独立的。因此把SUSE、RedHat、Ubuntu、Slackware等直接称为Linux是不确切的，它们是Linux操作系统的发行版。更确切地说，应该将它们称为“以Linux为核心的操作系统软件包”。,1.2 Linux操作系统的运行模式与功能特征,1.2.1 Linux操作系统的运行模式,在大多数的Linux发行版中，一共有7种运行模式（runlevel），用数字06表示，含义分别如下。,0表示关机模式，不要把默认模式设置成0。,1表示单用户模式。,2表示多用户模式。,3表示命令模式。,4表示暂未被使用的模式，以后有可能会被使用。,5表示桌面模式。,6表示重启模式，不要把默认模式设置成6。,这7种运行模式通常是由系统管理员在使用init命令时，根据系统管理任务的需要来指定的。,1.2.2 Linux操作系统的功能特征,Linux操作系统功能强大，与其他操作系统相比，其具有下述主要的功能特征。,（1）开放性,（2）多用户,（3）多任务,（4）良好的用户界面,（5）设备独立性,（6）提供了丰富的网络功能,（7）可靠的安全系统,（8）良好的可移植性,1.3 用户与登录,1.3.1 Linux用户管理,1添加新的用户,用户可以在字符界面中使用useradd命令添加新的用户，其格式如下：,useradd选项 用户名,其中各选项含义如下。,-c：指定一段注释性描述。,-d：指定用户主目录。如果此目录不存在，则同时使用-m选项可以创建主目录。,-g：指定这个用户默认的用户组。,-G：一般配合-a选项来完成向其他组添加用户的操作。,-s：指定用户的登录Shell。,-u：指定用户的用户号。如果同时有-o选项，则可以重复使用其他用户的标识号。,2删除用户,如果一个用户不再使用，可以将其从系统中删除。删除用户就是要将/etc/passwd等系统文件中的该用户记录删除，必要时还应删除用户的主目录。删除一个已有的用户使用userdel命令，,其格式如下：,userdel选项 用户名,常用的选项是-r，它的作用是把用户的主目录一起删除。,3修改用户,使用usermod命令修改用户，其格式如下：,usermod选项 用户名,常用的选项包括-c、-d、-m、-g、-G、-s、-u和-o等。这些选项的意义与useradd命令中的选项一样。,修改用户就是根据实际情况更改用户的有关属性，如用户号、主目录、用户组、登录Shell等。,1.3.2 登录系统,超级用户的用户名为root，密码在安装系统时已设定。系统启动成功后屏上将显示下面的提示。,localhost login:,这时输入超级用户名“root”，然后按Enter键，此时用户会在屏幕上看到输入密码的提示。,localhost login:root,Password:,这时需要输入密码。输入密码时，密码不会在屏幕上显示出来。如果用户输入了错误的密码，就会在屏幕上看到下列信息。,login incorrect.,这时需要重新输入。当用户正确地输入用户名和密码后，就能合法地进入系统。屏幕上显示以下内容。,rootloclhost/root#,此时说明用户已经登录到系统，可以进行操作了。这里“#”是超级用户的命令提示符。普通用户在建立了普通用户账号以后就可以进行登录了。,1.4 Linux命令基础,1.4.1 简单命令,Linux操作系统提供了很多常用的简单命令，总结起来主要有下面一些命令。,（1）date：输出或设置系统日期和时间。,（2）who：查看系统中所有已登录用户的状况。,（3）passwd：修改用户密码。,（4）logout、login：登录Shell的登录和注销命令。,（5）pwd：输出工作路径。,（6）more、less、head、tail：显示或部分显示文件内容。,（7）lp/lpstat/cancel、lpr/lpq/lprm：输出文件。,（8）chmod u+x：更改文件权限。,（9）rm-fr dir：删除非空目录。,（10）cp-R dir：复制目录。,（11）fg jobid：可以将一个后台进程放到前台。,（12）kill：删除执行中的程序或工作。,（13）ps：列出当前运行的进程。,1.4.2 通用命令格式,$命令名-命令选项 命令参数,命令选项：可以选择，也可以不选择。如果选择，则必须是由“-”开始的一个或多个字母组成。命令选项通常起到功能“开关”的作用。,命令参数：可以有，也可以没有；可以有一个，也可以有多个。命令参数主要用于指明命令的操作对象，通常为文件名（广义）。,：表明其中的内容可以省略。,1.4.3 命令行更正和程序终止,当命令行输入错误，在还未输入换行符时，可按BackSpace键或Ctrl+H键删除已输入的字符，再输入正确的字符。推荐使用Ctrl+H键，因为该键的兼容性更好。当要删除一整行时，按Ctrl+U键。,要强行终止当前正在运行的程序时，可按Ctrl+C、Delete或Pause Break键。出现命令提示符，表明程序已经终止运行。,1.4.4 联机手册,联机手册命令man可向用户提供系统中各种命令、系统调用、库函数和重要系统文件的详细说明，包括名字、使用语法、功能描述、应用实例和相关参考文件等。其格式如下：,$man 选项命令,主要的选项如下。,-f：查看命令拥有哪个级别的帮助。,-k：查看和命令相关的所有帮助。,查看who命令的详细说明示例如下。,$man who,1.5 文件与进程,在Linux操作系统中，所有静态的对象都属于“文件”的范畴，其主要目的是规范和简化上层应用程序的接口；所有动态的对象都属于“进程”的范畴。“文件”和“进程”是Linux操作系统中两个基本概念。,Linux文件系统中的文件是数据的集合，文件是指文件系统中存储数据的对象。进程是运行于自己的虚拟地址空间的程序。,任何在Linux操作系统下运行的程序都是进程。进程是可运行程序在内存中的运行实例。进程是动态的，它有自己的生命周期和不同状态。,Linux是一个多进程的操作系统，每个进程都有自己的权限和任务，某一进程的失败一般不会导致其他进程的失败。进程之间可以通过由内核控制的机制相互通信。,Linux操作系统中包括下面3种类型的进程。,（1）交互进程：该进程是由Shell控制和运行的，它既可以在前台运行，也可以在后台运行。,（2）批处理进程：该进程不属于某个终端，它被提交到一个队列中以便顺序运行。,（3）守护进程：该进程只有在需要时才被唤起并在后台运行，它一般在Linux启动时开始运行。,Linux操作系统应用编程,第,2,章 Linux文件系统,本章主要介绍Linux文件系统，包括文件系统的结构、文件的定义与分类、目录与文件操作命令、文件的权限管理等，让读者对Linux文件系统有一定的认识和理解，为后文的学习打下基础。,2.1 文件系统的结构,2.1.1 组织结构,Linux操作系统中所有文件存储在文件系统中，文件被组织到一棵“目录树”中，其文件系统层次结构（树状目录结构）如图2.1所示。树根在该层次结构的顶部，树根的下方衍生出子目录分支。,“/”是根目录，位于文件系统层次结构的顶部。“/”还用作文件名中的目录分隔符。例如，如果etc是根目录的子目录，就把它称为/etc目录。根目录的子目录用于标准化的用途，以便根据文件和用途组织文件，从而方便查找文件。子目录/boot用于存储启动系统所需的文件。,图,2.1,树状目录结构,2.1.2 起始目录与当前工作目录,起始目录通常是指Linux启动并加载文件系统后的目录。当我们进入终端用户界面时，我们就会进入Linux起始目录。起始目录一般是在主目录中（/home/你的用户名/），使用ls命令就可以看到其中的文件。,当前工作目录是指用户当前所处的目录，它是文件系统当前所在的目录。如果命令没有额外指定路径，则默认为当前工作目录。比如ls命令，如果没有指定目录，就会显示出当前工作目录的文件。,2.1.3 路径名,路径名是指到达指定节点的通路的名称，可用于定位文件。它包括通路上经过的所有目录的名称。在树状目录结构中，从根,目录到任何数据文件之间，只有一条唯一的通路，在该路径上从,树的根（主目录）开始，把全部目录文件名与数据文件名依次用,“/”连接起来，即可构成该数据文件的路径名。系统中的每个数据文件都有唯一的路径名。,在Linux操作系统中主要包含两种路径，即相对路径与绝对路径。,（1）相对路径是指起始点是当前工作目录的路径名。,（2）绝对路径是指起始点是根目录的路径名。,2.1.4 标准目录与文件,在Linux操作系统中，比较重要的标准目录与文件如下。,/：根目录，所有其他文件都在根目录下。,/bin：存放基本命令的二进制文件的目录，其主要存放Linux下常用的命令和工具。,/boot：存放引导加载器的固有文件的目录，Linux就是从这里启动的。,/dev：存放设备文件的目录，其主要存放着Linux下的所有设备文件。,/etc：存放本地系统配置文件的目录。,/etc/X11：存放本地X Window系统配置文件的目录。,/etc/opt：存放保存在/opt中的附加软件包配置文件的目录。,/home：存放用户本地目录。每建立一个用户，就会在这里新建一个与用户同名的目录，给该用户一个自己的空间。,/lib：存放共享系统库文件和核心模块的目录。,/lib/modules：存放可加载的系统模块的目录。,/mnt：存放系统文件的临时挂载点的目录。,/opt：存放附加软件包的目录。,/proc：存放核心和进程信息虚拟文件系统的目录。这其实是一个“假目录”，通过它可以访问到内存的内容。,/root：超级用户的本地目录。,/sbin：存放基本系统二进制文件的目录，这里存放着系统级的命令。,/tmp：存放临时文件的目录。,/usr：存放次重要的分级文件系统的目录，它通常用来安装各种软件。,/usr/bin：存放大部分的用户命令的目录，主要是一些用户安装的命令和工具。,/usr/bin/X11：存放到/usr/X11R6/bin的符号链接的目录。,/usr/games：存放游戏和教育程序的目录。,/usr/include：存放C语言的头文件的目录。,/usr/include/X11：存放到/usr/X11R6/include/bin的符号链接的目录。,/usr/lib：存放库文件的目录。,/usr/local：存放本地分级文件系统的目录，常用来安装新软件。,/usr/man：存放在线文档的目录。,/usr/sbin：存放次重要的系统管理二进制文件的目录。,/usr/share：存放独立性结构数据的目录。,/usr/share/doc：存放其他杂项文档的目录。,/usr/share/info：GNU信息系统的主要目录。,/usr/src：存放源代码的目录。,/usr/X11R6：存放第1版本第6次修正的X Window系统协议的目录。,/var：存放变量数据的目录。,/var/log：存放日志文件的目录。,/var/spool：存放应用程序队列数据的目录，其主要存放一些邮件、新闻和输出队列等。,2.2 文件的定义与分类,2.2.1 文件的定义,Linux文件系统中的文件是数据的集合。文件系统不仅包含文件中的数据，而且包含文件系统的结构，大多数与Linux用户和程序相关的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。,2.2.2 文件的分类,Linux文件系统中的文件大致可以分成以下7类。,1普通文件,根据存放内容的不同，普通文件又分为两种：纯文本文件（ASCII）以及纯二进制文件（binary）。,2目录文件,目录文件是一种特殊的文件，专门用于管理其他文件。目录文件是可以使用#cd命令进入的。,3块设备文件,块设备文件是块设备驱动程序在上层的表现形式，是存储数据以供系统存取的接口设备，简单而言就是硬盘。块设备存储的数据量往往非常大，为了提高读/写效率，它们都是以块（1024字节）为单位来操作数据的，比如计算机硬盘、移动硬盘、U盘等。,4字符设备文件,字符设备文件是字符设备驱动程序在上层的表现形式，即串行端口的接口设备，例如键盘、鼠标等。,5套接字文件,套接字文件是专门用于网络通信的文件。这类文件通常用在网络数据连接中。可以启动一个程序来监听客户端的要求，这样客户端就可以通过套接字来进行数据通信。最常在/var/run目录中看到这类文件。,6管道文件,管道文件主要用于实现不同进程（程序）之间的通信。管道是操作系统提供的一种纯代码层面的通信机制。FIFO（First-In-First-Out，先进先出）也是一种特殊的文件类型，它主要的功能是解决多个程序同时存取一个文件所造成的错误。,7链接文件,链接文件其实就是一种快捷图标，其指向了另外一个文件，类似Windows操作系统中的快捷方式。链接文件有两种，分别是符号链接文件和硬链接文件。,2.3 目录操作命令,2.3.1 创建目录,mkdir命令：创建目录，其后的命令参数可以是目录的绝对路径和相对路径，以及多个目录。示例如图2.2所示。,图2.2 mkdir命令示例,2.3.2 删除目录,rmdir命令：删除目录。示例如图2.3所示。rmdir命令的执行条件是用户在要被删除目录的父目录下具有写权限，并且被删除目录是空目录（即除.和.以外没有其他文件）。,图2.3 rmdir命令示例,2.3.3 修改当前目录,cd命令：修改当前目录，其后的命令行参数可以是目录的相对路径和绝对路径，默认的状态下返回用户主目录。示例如图2.4所示。,图2.4 cd命令示例,2.3.4 查看当前目录,pwd命令：查看当前目录。示例如图2.5所示。,图2.5 pwd命令示例,2.3.5 列出指定目录,ls命令：列出指定目录。示例如图2.6所示。用户在任何一个目录下执行ls-l，就能将当前目录中的所有文件、子目录、符号链接等以列表的方式显示出来，同时还可以借助ls-l命令了解到文件类型、权限等一些重要的文件属性。,图2.6 ls-l命令示例,把ls-l命令所展示的文件信息做局部放大，如图2.7所示。可以看出显示内容可以分为两大部分，第一部分是文件属性，第二部分是文件名（当然也包括子目录名）。如果继续对文件属性进行细分，那么最左边的是文件类型；其次是3个权限域；在权限域之后是文件硬链接数或目录的子目录数；剩下的4个域分别是文件所有者、文件所有者所在组、文件大小（请注意是以字节为单位）以及文件最后修改时间。,图2.7 ls-l命令所展示的文件信息,如表2.1所示，Linux操作系统可以支持7种类型的文件。,标识,文件类型,-,普通文件,d,目录文件,c,字符设备文件,b,块设备文件,p,管道文件或FIFO文件,l,符号链接文件,s,套接字文件,表2.1Linux操作系统支持的文件类型,如表2.2所示，Linux操作系统规定的文件操作权限可以分为读、写和执行。,标识,文件访问权限,r,读权限,w,写权限,x,执行权限,表2.2 Linux操作系统规定的文件操作权限,2.4 文件操作命令,2.4.1 显示文件内容,cat命令：显示文件内容，其后的命令行参数（文件）依次被打开，文件内容全部显示在屏幕上。示例如图2.8所示。,图2.8 cat命令示例,more命令：逐屏显示文件内容。与cat命令不同，more命令并不是一次性显示完。若文件长度大于23行，屏幕底部会显示“More”或“More+已显示百分比”。示例如图2.9、图2.10所示。,图2.9 more命令示例1,图2.10 more命令示例2,2.4.2 复制文件,cp命令：复制命令，其基本格式如下。,cp-i-r oldfile newfile,成功执行该命令即将oldfile文件复制到newfile文件中，oldfile文件继续存在。执行命令前，若newfile文件存在，则oldfile文件的内容直接覆盖newfile的内容；若newfile文件不存在，则新建newfile文件并进行复制。,该命令选项有两个，即-i和-r。其中，-i表示请求确认；-r表示复制目录及其内部的所有文件到新的目录下。示例如图2.11所示。,图2.11 cp命令示例,2.4.3 移动文件,mv命令：给文件换名，或将文件移至新的目录下。示例如图2.12所示。,图2.12 mv命令示例,2.4.4 删除文件,rm命令：删除命令，其基本格式如下。,rm-i-r file file1 file2,成功执行该命令将永久删除文件。,选项-i和-r：-i表示删除文件前需用户确认；-r表示强制删除文件，包括目录文件。示例如图2.13所示。,图2.13 rm命令示例,2.4.5 打印文件,lp命令：打印命令，其基本格式如下。,lp-options file file1 file2,成功执行该命令并连接可操作打印机后，打印任务交予后台，屏幕将出现Shell的命令提示符，可继续前台的工作。,选项如下。,-d：在指定的打印机上进行打印任务。,-m：打印任务完成，通过mail方式告知用户。,-n：指定打印份数。,-s：取消屏幕的提示信息。,-t：文档封面打印标题。,-w：打印完成后在用户端显示提示信息。,2.4.6 格式化输出文件,pr命令：格式化输出命令，将文件内容以标准打印格式显示在屏幕上。示例如图2.14所示。,图2.14 pr命令示例,2.4.7 链接文件,ln命令：链接文件命令，给一个已经存在的文件再取一个名字，新的文件名指向旧的文件，文件内容并没有被复制。示例如图2.15所示。,图2.15 ln命令示例,2.4.8 基本实用程序,wc命令：文件统计命令，可以同时对一个或者多个文件进行行、单词和字符数统计。选项：-l表示只对行进行计数；-w表示只对单词进行计数；-c表示只对字符数进行计数。示例如图2.16所示。,图2.16 wc命令示例,find命令：查找文件命令，在指定目录下递归查找指定文件。其基本格式如下。,find pathname1 pathname2 option1 option2 action,pathname是指定目录的路径，option是所需查找的文件部分属性，action是找到文件后的动作。示例如图2.17所示。,图2.17 find命令示例,sort命令：文件内容排序命令，通过逐行对比内容的ASCII码的大小实现排序。示例如图2.18所示。,grep命令：文件内容搜索命令，在一个或者多个文件中搜索包含指定字符串的行并将其显示出来。示例如图2.19所示。,图2.18 sort命令示例,图2.19 grep命令示例,head命令：显示文件头部信息，缺省时默认为前10行。如果给定一个减号开始的数字，则显示文件开头的指定行数。示例如图2.20所示。,图2.20 head命令示例,tail命令：显示文件尾部信息，缺省时默认为后10行。如果给定一个减号开始的数字，则显示文件结尾的指定行数。示例如图2.21所示。,图2.21 tail命令示例,cut命令：切取文件内容命令，通过“切取”文件中的行或字段，达到显示部分内容的目的。选项：-f是指定字段的位置；-c是指定列的位置；-d是指定字段分隔符，缺省时默认分隔符是tab。示例如图2.22所示。,图2.22 cut命令示例,2.5 文件的权限管理,2.5.1 文件的权限种类,Linux下的文件可以对3类用户进行权限限制。这3类用户分别如下：,用户（user），简称u，也就是文件所有者；,用户组（group），简称g，也就是和文件所有者同组的用户；,其他用户（other），简称o，也就是除用户、用户组以外的所有用户。,把这些用户加起来叫作所有用户（all），简称a。只有文件所有者可以改变文件的权限，用户的权限高于用户组的权限；而超级用户永远拥有最高权限，不受权限限制。,Linux下权限表示的形式有两种：字母形式和数字形式。对于字母，r、w、x分别为read、write、execute（执行，对于目录是进入的权限）。对于数字，r=4、w=2、x=1。采用字母的方法表示，要完全表示user、group、other的权限，则需要9个字母。而数字可以用相加的方式表示，只需要3个数字就可以。,2.5.2 文件权限的检测与修改,chmod命令：修改文件或目录的访问权限，其基本格式如下。,chmod pattern file,pattern有两种表示形式：字母形式和数字形式。前者由用户类别（u、g、o）、如何改变（+、-）和权限（r、w、x）3部分组成；后者把9位字母形式的权限划分为3组（本用户、同组用户和其他用户），每组3位（读、写、执行），在每一位上有对应权限则为1，没有对应权限则为0，由此可以把9位二进制数表示的权限变成3位八进制数表示的权限。示例如图2.23所示。,图2.23 chmod命令示例,2.5.3 文件所有权的修改,chown命令：修改文件或目录的所有者命令。选项-R和-v：-R表示递归地改变指定目录及其下所有子目录和文件的所有者；-v表示显示chown命令所做的工作。,chgrp命令：修改文件或目录的用户组命令。,2.6 文件名置换,在Linux操作系统中，常常使用通配符来代替文件名中某一类或某一种字符串，使用户在表达多个文件名时，只需使用一个带通配符的文件名，来代表若干个文件名，而不是把这若干个文件名枚举出来。,常用的通配符如下。,?表示匹配任何单个字符。,*表示匹配任意多个任意字符。,list表示匹配list中的任意单个字符。,!list表示匹配不在list中的任意单个字符。,