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Linux 系统基础 - 命令机制


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为何要了解 Linux 命令机制?

如果你每天都在使用 Linux 命令,那么你了解命令的基本原理吗?你学习 Linux 命令的时候,老师告诉你这些命令在哪里了么?系统是如何调用这些命令的呢?如何写一个命令自己调用呢?如果你有兴趣,请看看我的见解。

解析 ls 命令

如果你经常使用 Linux,相信你对 ls 这个命令不会陌生,这次就借这个命令来分析 Linux 命令的实现和调用机制。

ls 命令在哪里?

在终端键入下面的命令来查找 ls 的位置:

whereis ls

# 结果
ls: /bin/ls /usr/share/man/man1/ls.1.gz

可以看到有一条 /bin/ls,说明这个命令在这个目录下,我们 ls 一下 /bin

ls /bin
# 结果:包含绿色的可执行文件

这些绿色的可执行文件其实有许多就是我们经常使用的命令,现在知道命令在哪里了吧。

ls 等命令是谁写得?

Linux 发展到现在,它上面有很多很常用的命令,这些命令是一些大牛用 C 语言写的,而且都是开源的,为了方便安装,业界将这些命令整理成一个软件包可供用户使用: Coreutils,该软件包里面就是一些比较常用的命令的源代码,后面我会带着大家一起编译它。

系统如何查找这些命令?

我们在 Windows 下有环境变量 Path 这个名词,在 Linux 下也有这个概念。环境变量的作用其实可以用一句话概括:告诉操作系统你要执行的程序在哪里,我们先看看 Linux 下的环境变量配置文件:

vim /etc/environment

# 机器不同结果可能有些不同
PATH="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"

可以看到,环境变量其实就是一些配置的目录,操作系统在执行你在终端键入的程序时,会去这些配置的目录下查找要执行的程序,然后执行。我们可以看到 /bin 目录就在系统环境变量中,而 ls 这个程序就在 /bin 目录下,所以我们在终端键入 ls 可以出效果。因此,想要配置你自己的环境变量,更改这个文件即可,注意需要按照格式来添加目录。

命令是如何执行的?

要解释这个概念,我们需要先了解下什么是 Linux 的 Shell 解释器

Shell 的概念源自 UNIX 的命令解释器,它解释用户输入的命令,然后调用内核相应的类库来执行相应的功能

常用的 Linux 下的解释器有,bashshcshksh,在 ubuntu 下使用的是 bash,这里就以 bash 来作为解释器来介绍。

bash 其实也是一个程序,那么它在哪里呢?键入下面的命令:

whereis bash

# 机器不同结果可能有些不同
bash: /bin/bash /etc/bash.bashrc /usr/share/man/man1/bash.1.gz

可见,bash 也在 /bin 目录下。

了解了什么是 Shell 解释器, ls 命令的执行原理也就差不多清楚了:当我们在终端键入 ls 命令,系统会去当前环境变量下查找 ls 这个命令对应的可执行文件 /bin/ls,然后由当前终端对应的解释器 bash 来解析 ls 这个命令,并由 bash 解释器调用内核功能来列出当前目录下的内容

后面也会带着大家一起手动编译 bash 解释器

写一个 myls 命令并自己调用

总是用别人写的东西多没挑战性,来试试自己写一个 myls 命令然后自己使用怎么样?输入下面的 myls.c 代码,功能如何实现的不是这里的重点,真正的 ls.c 的代码可没有这么简单,这里重点是知道这个过程。

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>    
#include <dirent.h>  

int main(int argc, char *argv[]) {  
	DIR *pd;      
	struct dirent *pdir;  

	if(argc != 2) {  
		printf("Usage: ls dir\n");  
		exit(1);  
	}  

	if(NULL == (pd = opendir(argv[1]))){  
		printf("Can't open %s\n", argv[1]);  
		exit(1);  
	}  

	while((pdir = readdir(pd)) != NULL)  
		printf("%s\n", pdir->d_name);  

	closedir(pd);  
	return 0;  
}  

编译:

gcc myls.c -o myls

测试:

# 列出当前目录的内容
./myls ./

安装到系统中,其实就是拷贝到系统环境变量的目录中去:

sudo cp myls.c /bin/myls

拷贝完成后,我们在终端直接执行 myls ./

myls ./
# 列出了当前目录下的内容

如果你成功使用 myls 列出当前目录的内容,那么再好好回顾下整个过程,你应该已经有些领悟了吧,代码不是重点,重点是要理解这个过程。

学会类比

通过对 ls 命令调用机制的学习,相信你已经了解的差不过了,通过类比,你也应该清楚了 Linux 下的命令的实现机制,但是为了更进一步让你了解这些原理,作为最佳实践,下面就带你一起来手动编译自己的 bashls 这些工具

编译 Bash 和 Coreutils

话说回来,既然这些工具都是大牛写出来的程序,那么是程序就应该能够编译安装啊,如何在系统中编译 bash 呢(但不安装)?下面就来告诉你方法。

我们不在自己的系统中再次安装 bash 等工具了,系统默认已经安装了。

手动源码编译的方法在我的这篇如何在 Linux 上安装普通应用程序?文章中也有介绍,这里我们再来实践复习一遍。

1. 下载 Bash 和 Coreutils

在这之前,我们再来回顾下 Linux Shell 的命令机制,它主要由下面两部分组成:

  1. Coreutils 提供具体的命令功能的实现,就是一个个的 C 语言写的工具,例如:ls.c,你自己也可以写这些工具。
  2. Bash 等命令解释器来解释具体的命令,例如:ls 命令,由 Bash 来解析 Coreutils 提供的 ls.c 的功能,解析过程其实就是调用 Linux 系统底层类库来在屏幕上列出当前目录下的内容

所以,我们必须要有这两部分才可以正常访问内核提供的功能。我们到 GNU 的官网去下载这两个软件包:下载 Bash下载 Coreutils点击右侧的 Download 链接即可下载软件包,网速不好的同学,文末有百度云链接,我已经帮你们下载好了。

大家一定要善于利用 GNU 的官网:

www.gnu.org

如果你需要编译源码来安装程序,在这上面可以找到几乎所有的软件包,而且全部免费,这就是开源的力量!

2. 配置,编译

两个软件包的配置编译过程几乎都是相同的。

解压 Bash

tar -xzvf bash-4.4.tar.gz

配置 Bash

cd bash-4.4/
./configure

编译 Bash

make

测试 Bash

./bash -version

# 出现版本信息,说明编译成功
GNU bash, version 4.4.0(1)-release (x86_64-unknown-linux-gnu)
Copyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>

This is free software; you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

编译 Coreutils 的步骤只有第一步解压的方法不同,其他都是相同的,解压 Coreutils 使用下面的命令:

xz -d coreutils-8.26.tar.xz
tar -xvf coreutils-8.26.tar

编译完 Coreutils 后,可以看看 src 目录下的内容:

cd coreutils-8.26/
ls src/

可以看到 /src 下都是常用命令的 C 语言实现文件和编译出来的可执行文件,例如:ls.cls。知道了这个原理,我们以后再使用命令的时候就知道它们的来源了,他们其实也是程序罢了,只不过经常使用就慢慢变成了标准,等你变成了大牛,你也可以制定标准。

3. 如何安装

你如果只是为了了解原理,那么不建议你安装,你只需要成功编译,并了解安装的方法即可,如果你确实需要升级系统的 bash 和 Coreutils 的话,你可以安装。

安装方法有手动安装和自动安装 2 种,先介绍手动安装

手动安装 bash ,只需要将 bash 可执行文件拷贝到系统目录下:

sudo cp bash-4.4/bash /bin/

手动安装 Coreutils,只需要将 /coreutils-8.26/src 下的可执行文件拷贝到系统目录下(这里以安装 ls 为例):

sudo cp coreutils-8.26/src/ls /bin/

如何自动安装:

直接在 2 个目录中键入下面的命令,自动安装其实也只是帮你拷贝而已:

sudo make install

在 Linux 下安装软件的过程其实就是拷贝程序和库的过程。

这样一来,我们就成功编译了 bash 和 Coreutils 了,有没有感觉现在再使用 ls 这些命令,心里比以前有底了。

总结

本次主要介绍了 Linux 命令的实现机制,了解这个机制,以后再使用命令的时候就不会陌生了,希望看完一定要实践,谢谢阅读 :)

Bash-Coreutils: 链接 https://pan.baidu.com/s/1pKY3HiV 密码: h6x8

cdeveloper at 07/08/17