Shell Magic

对计算机的学生而言，许多开发工具是未来老师或企业默认你已经“精通”的，然而未经学校系统培训的我们或许会对此感到迷茫，正如 MIT 课程 The Missing Semester of Your CS Education 所强调的： “掌握基础工具是程序员的核心竞争力”。这个课程会帮助你入门、了解一些计算机常用的开发工具，也算是程序员的自我修养吧！Let’s Go！😄

相关课程在b站也有双语翻译（大部分应该都能听懂，就是有个好像是西班牙的老师带点口音听起来有点不适应😢）[自制双语字幕] 计算机教育缺失的一课(2020) - 第1讲 - 课程概览与 shell

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  不论是在电影里还是在我们初识计算机的过程中，都会看到一个黑乎乎的窗口，只要输入几行代码就可以完成酷炫的操作，但是你或许对这有一点疑惑，这到底是terminal、bash、zsh还是powershell，他们到底是如何区分的呢？

1.Terminal：用户终端，用来启动shell，这也可以说算是一个“工具”，活跃在为用户服务的前端
2.Shell：是一个命令行解释器，负责接收用户输入的命令并将其解释为计算机可以执行的操作，与Terminal相比，是活跃于用户服务后端的程序，以下都是Shell在不同操作系统中的实现：

• Bash：是一种常用的Shell，在Linux和macOS中默认安装。
• Zsh：是一种功能强大的Shell，在macOS中默认安装，也可以在Linux中安装。
• PowerShell：是一种Windows系统下的命令行工具，用于管理Windows系统和执行PowerShell脚本。

Shell

  当熟悉的可视化界面无法实现你想要的功能时，Shell将成为你与计算机交互的强大工具。相比图形界面有限的按钮和滑块，命令行提供了更灵活、更强大的控制方式，允许你通过文本命令和脚本实现自动化操作。本文基于VMware虚拟机中的Ubuntu 22.04发行版演示基础Shell操作：

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ date
Sat Jul 26 03:27:54 PM CST 2025

第一行通常是用户名、机器名称和当前所在路径

• Windows中路径通常使用反斜杠\分隔，每个驱动器都有一个单独的路径结构。
• Linux / macOS 中这些路径使用正斜杠/分隔，他们挂载在同一个命名空间下。

开头的斜杠表示从文件系统的顶部开始。

• 相对路径：相对于当前位置的路径
• 绝对路径：完整路径，从顶部开始

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello World"
Hello World

echo可以将后面的参数打印在屏幕上

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ which echo
/usr/bin/echo

which可以用于寻找后面参数文件的绝对位置

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ pwd
/home/richard

pwd（Print Working Directory）打印当前所在路径

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cd /home
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/home$ 

cd（Change Directory）表示更改当前目录

这是更方便切换目录的方式：

• .表示当前目录
• ..表示父目录

注意：使用相对路径能提高命令在不同电脑上的兼容性！

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/$ ls
bin                home               mnt   sbin.usr-is-merged  usr
bin.usr-is-merged  lib                opt   snap                var
boot               lib64              proc  srv
cdrom              lib.usr-is-merged  root  swap.img
dev                lost+found         run   sys
etc                media              sbin  tmp

ls会列出当前目录中的文件，这能够快速浏览文件

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/home$ cd ~
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$

• cd ~能够快速回到用户主目录
• cd -切换到上一个工作目录

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls --help
Usage: ls [OPTION]... [FILE]...
List information about the FILEs (the current directory by default).
Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor --sort is specified.

--help参数显示命令帮助信息

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls -l
total 40
drwxr-xr-x 2 richard richard 4096 Mar  9 10:21 Desktop
drwxr-xr-x 2 richard richard 4096 Mar  9 10:21 Documents

lrwxrwxrwx   1 root root          7 Apr 22  2024 bin -> usr/bin
drwxr-xr-x   2 root root       4096 Feb 26  2024 bin.usr-is-merged
# 仅列举部分进行展示说明

文件类型（第1个字符）

字符	类型	说明	示例
d	目录	文件夹	drwxr-xr-x
-	普通文件	文本/二进制文件	-rw-r--r--
l	符号链接	软链接文件	lrwxrwxrwx
c	字符设备	终端等串行设备	crw--w----
b	块设备	磁盘等存储设备	brw-rw----
s	套接字	进程通信文件	srwxrwxrwx
p	管道	FIFO 管道文件	prw-------

用户权限分为 3组（每组3字符），分别对应：

组别	示例
所有者权限	rwx
所属组权限	r-x
其他用户	r-x

权限字符含义：

字符	权限	对文件的影响	对目录的影响
r	读	查看文件内容	列出目录内容（ls）
w	写	修改/删除文件	创建/删除目录内文件
x	执行	运行程序/脚本	进入目录（cd）
-	无	无权限	无权限

⚠️注意：

1. 即使文件本身有 w 权限，如果所在目录没有 w，你只能清空或删除文件内容，却仍然无法删除或重命名它
2. 如果我想要访问一个目录，必须拥有其所有父目录的权限：/usr/bin/echo我必须拥有/usr /bin目录的权限，否则我将不被允许访问该文件，因为我将无法进入其中的目录

mv能将文件修改位置并重命名
cp复制文件 需要两个参数 一个要复制的文件路径 一个目标文件路径
rm用于删除文件
rmdir能删除一个目录 但它只能删除空目录 防止不小心删除一大堆文件
mkdir创建目录

mkdir My Photos

mkdir创建目录

mkdir "My Photos"

这里如果不加上上引号则会创建"My"和"Photos"两个目录，因为Bash（或其他 Shell）会将空格视为命令参数的分隔符，相当于命令收到了两个独立的参数，因此它会创建两个独立的目录！

或者使用反斜杠来转义空格，反斜杠会告诉 Shell：下一个字符是普通字符，不要把它当做特殊符号处理！

mkdir My\ Photos

man+指令 查找手册

ctrl+l清空窗口

输入流和输出流

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo hello > hello.txt

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls > hello.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello.txt
Desktop
Documents
Downloads
fizzbuzz.py
hello2.txt
hello.txt
Music
Pictures
Public
snap
Templates
Videos
web

这样就可以将输出到屏幕的信息存储起来！

• >覆盖输出到文件
• <从文件读取输入

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello.txt
hello

通过cat指令输出文件内容

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat <hello.txt>hello2.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello2.txt
hello

<将hello.txt作为输入内容并通过>将cat打印的任何内容输出到hello2.txt文件中

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat <hello.txt>>hello2.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello2.txt
hello
hello

>>表示追加而不是覆盖(append instead of overwrite)

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls -l|tail -n1
drwxrwxr-x 3 richard richard 4096 Mar  9 12:26 web

管道运算符|作用是将左侧命令的输出作为右侧命令的输入：可以连接多个命令形成处理流水线

tail将输出最后一行的内容

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用户权限管理

root相当于Windows的管理员权限，是一位超级用户，可以做任何想做的事情，但是倘若一直使用root用户操作计算机，如果运行了错误的程序，那会彻底毁坏你的电脑！

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight$ sudo su
[sudo] password for richard: 
root@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight# 

通过sudo su来进入root身份，同时提示符由$变为#

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root@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight# exit
exit
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight$

exit来退出用户权限

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ xdg-open hello.txt

这样就可以直接在terminal打开文件！

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ foo=bar
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo $foo
bar

在shell中，$符号是一个特殊字符，主要用于变量展开。当你在变量名前面加上$时，shell会将其替换为该变量的值！

• foo 会被Shell视为普通字符串
• $foo 告诉Shell这是一个需要展开的变量

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello"
Hello
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ foo=World
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello foo"
Hello foo
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello $foo"
Hello World

在shell中我们一定要非常注意空格space的使用，它是用作不同参数间的分隔符，倘若多打一个可能就会出现报错！

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ false
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo $?
1
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ true
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo $?
0

$? 是一个特殊变量，存储上一个命令的退出状态码

• false 是一个 Shell 内置命令，返回非零退出状态（失败）设置退出状态码为 1（表示失败）
• true 也是一个 Shell 内置命令，返回零退出状态（成功）退出状态码被设为 0（表示成功）

  这里看上去有点反常理，我们学的其他编程语言中0是false，非零是true，为什么这里反过来了？
  当我们想到c、c++中main函数结束的返回值或许就不奇怪了！main() 函数默认返回0 表示成功，非零表示错误（如 return 1;）。

再考虑到程序运行只有两种可能：

1. 完全成功（唯一状态 0）
2. 失败（可能有多种原因，用不同非零值区分）：

• 0 = 没有错误（成功）
• 1 = 通用错误
• 2 = 参数错误
• 3 = 文件不存在

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ false || echo "Oops fail"
Oops fail
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ true || echo "Will be not be printed"
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$

shell中||同样遵循短路原则，&&同理！

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "We are now at $(pwd)"
We are now at /home/richard

shell中使用$(command)进行命令替换

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richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls
Desktop    Downloads   hello.txt  Pictures  snap       Videos
Documents  hello2.txt  Music      Public    Templates  web
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls *.txt
hello2.txt  hello.txt

*是一个通配符（globbing）：表示匹配任意数量的任意字符（包括零个字符）。Shell会在执行ls 前先展开 *.txt，将其替换为所有匹配的文件名，相当于寻找所有后缀为.txt的文件！

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls hello?.txt
hello2.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls hello*.txt
hello2.txt  hello.txt

这里可以看到?也是通配符，表示匹配任意一个字符（区别是必须存在，不能匹配空字符）

#!/usr/bin/env python3 #自动查找python3

通过Shell调用Python脚本可以充分发挥两者的优势：Shell的流程控制能力结合Python的丰富库函数，但我们要在路径中找到并配置好python解释器。

import sys

由于shell默认不会执行python指令，我们需要添加库函数，来让python接受shell传递的参数

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ history

我们可以使用⬆️来一个个浏览历史记录命令，我们也可以使用history直接打印所有历史命令！

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ history | grep git

我们通过history +N | grep +指令来查找所有与指令字符串相匹配的N条历史记录命令！

tree

能列出目录结构性的位置！

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wc（word count）是一个用于统计文本文件中单词、行、字符等的命令行工具。

wc [选项参数]... [文件]...

可选参数：

• c 或 --bytes: 显示字节数
• m或 --chars: 显示字符数 对于多字节字符（如中文），这与 -c 不同
• w 或 --words: 显示单词数（以空格、制表符、换行符分隔的字符串）
• l 或 --lines: 显示行数
• 不指定任何选项: 默认会同时显示行数、单词数、字节数，以及文件名

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ wc hello.txt
 13  13 109 hello.txt

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ wc --word hello.txt
13 hello.txt

关机与重启

1.shutdown

• -r 或 --reboot: 重新启动系统
• -h 或 --halt: 关闭系统
• -c 或 --cancel: 取消之前的计划关机或重启
• -t 或 --time <时间>: 指定关机或重启的时间（格式：HH:MM）
• -k 或 --kill: 不关机，只发送SIGTERM信号给所有进程

richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ shutdown -r
Reboot scheduled for Tue 2025-09-02 12:05:06 CST, use 'shutdown -c' to cancel.

2.reboot

• -f 或 --force: 强制重启，不发送SIGTERM信号
• -n 或 --no-fsync: 不执行fsync系统调用，加快重启速度
• -w 或 --wait: 等待所有进程结束后再重启
• -i 或 --init: 关机之前，关闭所有网络接口

3. init
4. poweroff

WSL

❯ wsl --list --online
以下是可安装的有效分发的列表。
使用“wsl.exe --install <Distro>”安装。

NAME                            FRIENDLY NAME
Ubuntu                          Ubuntu
Ubuntu-24.04                    Ubuntu 24.04 LTS
openSUSE-Tumbleweed             openSUSE Tumbleweed
openSUSE-Leap-16.0              openSUSE Leap 16.0
SUSE-Linux-Enterprise-15-SP7    SUSE Linux Enterprise 15 SP7
SUSE-Linux-Enterprise-16.0      SUSE Linux Enterprise 16.0
kali-linux                      Kali Linux Rolling
Debian                          Debian GNU/Linux
AlmaLinux-8                     AlmaLinux OS 8
AlmaLinux-9                     AlmaLinux OS 9
AlmaLinux-Kitten-10             AlmaLinux OS Kitten 10
AlmaLinux-10                    AlmaLinux OS 10
archlinux                       Arch Linux
FedoraLinux-43                  Fedora Linux 43
FedoraLinux-42                  Fedora Linux 42
eLxr                            eLxr 12.12.0.0 GNU/Linux
Ubuntu-20.04                    Ubuntu 20.04 LTS
Ubuntu-22.04                    Ubuntu 22.04 LTS
OracleLinux_7_9                 Oracle Linux 7.9
OracleLinux_8_10                Oracle Linux 8.10
OracleLinux_9_5                 Oracle Linux 9.5
openSUSE-Leap-15.6              openSUSE Leap 15.6
SUSE-Linux-Enterprise-15-SP6    SUSE Linux Enterprise 15 SP6

❯ wsl --install Debian
正在下载: Debian GNU/Linux
正在安装: Debian GNU/Linux
已成功安装分发。可以通过 “wsl.exe -d Debian” 启动它
正在启动 Debian...
Please create a default UNIX user account. The username does not need to match your Windows username.
For more information visit: https://aka.ms/wslusers
Enter new UNIX username: richard
New password:
Retype new password:
passwd: password updated successfully
usermod: no changes

(base) PS C:\Users\Legion> wsl -l -v
  NAME              STATE           VERSION
* Ubuntu            Running         2
  Debian            Running         2
  docker-desktop    Stopped         2

Scripts

30分钟Shell光速入门教程

richard@LAPTOP-THUPDMQ0:~/test$ vim hello.sh

#!/bin/bash

echo "Hello Shell"
date
whoami

• #!/bin/bash叫做Shebang，作用是告诉操作系统这个脚本需要用/bin/bash这个解释器执行

richard@LAPTOP-THUPDMQ0:~/test$ chmod a+x hello.sh
richard@LAPTOP-THUPDMQ0:~/test$ ./hello.sh
Hello Shell
Sat Jan 17 12:36:15 AM CST 2026
richard

• chmod a+x hello.sh：chmod 是 “change mode” 的缩写，作用是修改文件的权限chmod [用户范围][操作符][权限] 文件名

权限针对的三类用户：

指令	含义
u (user)	文件的所有者
g (group)	文件所属组的用户
o (others)	其他所有用户
a (all)	等同于 u+g+o，即所有用户

权限的三种核心类型：

指令	含义
r (read)	读取文件内容的权限
w (write)	修改 / 删除文件内容的权限
x (execute)	执行文件的权限（对脚本 / 程序来说，没有 x 权限就无法运行）

猜数字小游戏

下面是一个猜数字小游戏来练习简单的shell语法！

#!/bin/bash

channel="猜数字小游戏"
echo "请输入您的姓名"
read name
echo "您好，$name，欢迎来到$channel "
number=$(shuf -i 1-10 -n 1)
echo $number
while true
do
echo "请输入一个1-10之间的数字"
read guess
if [[ $guess -eq $number ]]; then
	echo "恭喜您猜对了！是否继续？（y/n）："
	read choice
	if [[ $choice = "y" ]] || [[ $choice = "Y" ]]; then
		number=$((RANDOM%10+1))
		echo $number
		continue
	else
		break
	fi
elif [[ $guess -lt $number ]]; then
	echo "小了"
else
	echo "大了"
fi
done

echo "游戏结束，再见！"

richard@LAPTOP-THUPDMQ0:~/test$ ./hello.sh
请输入您的姓名
richard
您好，richard，欢迎来到猜数字小游戏
6
请输入一个1-10之间的数字
4
小了
请输入一个1-10之间的数字
6
恭喜您猜对了！是否继续？（y/n）：
y
1
请输入一个1-10之间的数字
3
大了
请输入一个1-10之间的数字
1
恭喜您猜对了！是否继续？（y/n）：
n
游戏结束，再见！

• 远程传输文件

scp -P 31985 ASC1598@36.151.243.90:/home/ASC1598/"Instruction Manual of Remote Login Platform.pdf" C:\Users\Legion\Desktop\