章節概述#

本章是全書的基礎章節，介紹在 Linux 系統中會用到的 Unix 指令與工具。內容涵蓋 shell 的使用、基本與中階指令、目錄導覽、環境變數、I/O 重導向、程序管理、檔案權限、壓縮封存，以及 Linux 目錄階層結構。即使你已有一定經驗，仍建議瀏覽本章，特別是 Section 2.19 的目錄階層部分。

本章使用 Unix 一詞多於 Linux，因為這些指令在 BSD 等其他 Unix 系統上同樣適用。

2.1 Bourne Shell: /bin/sh#

Shell 是 Unix 系統最重要的組件之一，它是一個執行指令的程式，同時也是一個小型的程式設計環境。

• 許多系統的重要部分其實是 shell scripts — 包含一系列 shell 指令的文字檔
• 所有 Unix shell 都源自 Bourne shell (/bin/sh)，這是 Bell Labs 開發的標準 shell
• Linux 使用增強版的 Bourne shell，稱為 bash（Bourne-again shell），是大多數 Linux 發行版的預設 shell
• /bin/sh 通常是指向 bash 的連結

2.2 使用 Shell#

2.2.1 Shell 視窗 (The Shell Window)#

登入後開啟終端機視窗，shell 會顯示一個提示符號，通常以 $ 結尾。本書中的指令都以 $ 開頭表示。

• 以 # 開頭的指令需要以 superuser (root) 身份執行
• 最佳實踐是使用 sudo 來執行需要 root 權限的指令

2.2.2 cat#

cat 是最簡單的 Unix 指令之一，用來輸出一個或多個檔案的內容：

cat file1 file2 ...

• 名稱來自 concatenation（串接），因為它可以串接多個檔案的內容

2.2.3 Standard Input 與 Standard Output#

Unix 程序使用 I/O streams 來讀寫資料：

• Standard input (stdin) — 程序的輸入來源，預設連接到終端機
• Standard output (stdout) — 程序的輸出目標，預設連接到終端機
• Standard error (stderr) — 第三個 I/O stream，用於診斷和除錯訊息

按 CTRL-D 可送出 EOF（end-of-file）訊號來結束 stdin 輸入。不要與 CTRL-C（終止程式）混淆。

2.3 基本指令#

2.3.1 ls#

列出目錄內容：

ls -l    # 詳細列表（含權限、擁有者、大小、日期）
ls -F    # 顯示檔案類型資訊

2.3.2 cp#

複製檔案：

cp file1 file2         # 複製檔案
cp file dir            # 複製到目錄
cp file1 file2 file3 dir  # 複製多個檔案到目錄

2.3.3 mv#

移動或重新命名檔案：

mv file1 file2    # 重新命名
mv file dir        # 移動到目錄

2.3.4 touch#

建立空檔案，或更新已存在檔案的修改時間戳記：

touch file

2.3.5 rm#

刪除檔案。刪除後通常無法復原：

rm file

2.3.6 echo#

將引數印到 standard output：

echo Hello again.

• 對於查看 shell glob 展開結果和變數值非常有用

2.4 目錄導覽#

Unix 目錄階層從 /（root directory）開始，目錄分隔符號是 /（正斜線），不是 \。

• Absolute path（絕對路徑）— 以 / 開頭，如 /usr/lib
• Relative path（相對路徑）— 不以 / 開頭，相對於目前目錄
• .. 代表上層目錄，. 代表目前目錄

2.4.1 cd#

切換 current working directory：

cd dir    # 切換到指定目錄
cd        # 回到 home directory

cd 是 shell 內建指令（built-in），不是獨立程式。它無法作為子程序執行，因為子程序無法改變父程序的工作目錄。

2.4.2 mkdir#

建立新目錄：

mkdir dir

2.4.3 rmdir#

刪除空目錄。若目錄不為空，可用 rm -r dir 遞迴刪除。

rm -r 可能造成嚴重損害，尤其以 root 身份執行時。不要搭配 glob（如 *）使用 -r 選項，執行前務必再三確認。

2.4.4 Shell Globbing（萬用字元）#

Shell 可以使用 globbing 來匹配檔案名稱模式：

• * — 匹配任意數量的任意字元
• ? — 匹配恰好一個任意字元
• 用單引號可以防止 glob 展開：echo '*'

在 Unix 中使用 * 匹配所有檔案，而非 *.*。*.* 只會匹配名稱中包含 . 的檔案。

2.5 中階指令#

2.5.1 grep#

從檔案或輸入流中搜尋匹配的文字行：

grep root /etc/passwd
grep root /etc/*

• -i — 不區分大小寫
• -v — 反向搜尋（顯示不匹配的行）
• 支援 regular expressions（正規表達式）：.* 匹配任意字元序列，.+ 匹配一個以上字元，. 匹配任一字元

2.5.2 less#

分頁瀏覽大型檔案或長輸出：

less /usr/share/dict/words
grep ie /usr/share/dict/words | less

• 空白鍵往前翻頁，b 往回翻頁，q 離開
• /word 向前搜尋，?word 向後搜尋

2.5.3 pwd#

顯示目前工作目錄的完整路徑。使用 pwd -P 可以顯示真實路徑（排除 symbolic link 影響）。

2.5.4 diff#

比較兩個文字檔的差異：

diff file1 file2
diff -u file1 file2    # unified format，適合自動化工具

2.5.5 file#

辨識檔案格式：

file file

2.5.6 find 與 locate#

• find — 在目錄樹中即時搜尋檔案：

find dir -name file -print

• locate — 透過預建索引搜尋，速度較快但可能不是最新的

2.5.7 head 與 tail#

快速檢視檔案的開頭或結尾：

head /etc/passwd       # 前 10 行
head -5 /etc/passwd    # 前 5 行
tail /etc/passwd       # 最後 10 行
tail +n file           # 從第 n 行開始顯示

2.5.8 sort#

將文字檔按字母順序排序。-n 按數值排序，-r 反向排序。

2.6 變更密碼與 Shell#

• 使用 passwd 指令變更密碼，建議使用 16 字元以上的長密碼
• 使用 chsh 指令變更預設 shell（如 zsh、ksh、tcsh）

2.7 Dot Files（隱藏檔）#

Dot files 是以 . 開頭的檔案或目錄，如 .bashrc、.login、.ssh。

• ls 預設不會顯示它們，需使用 ls -a
• Shell glob 也不會匹配 dot files，除非明確使用 .* 之類的模式

2.8 Environment 與 Shell Variables#

• Shell variable — 僅在目前 shell 中有效：

STUFF=blah

• Environment variable — 會傳遞給子程序：

STUFF=blah
export STUFF

賦值時 = 前後不能有空格。

• 子程序會繼承父程序的 environment variables
• 許多程式會讀取 environment variables 作為設定（如 LESS 環境變數）

2.9 The Command Path#

PATH 是一個特殊的 environment variable，包含 shell 搜尋指令時會查找的目錄清單，以冒號 : 分隔：

echo $PATH
# /usr/local/bin:/usr/bin:/bin

PATH=dir:$PATH      # 在最前面加入目錄
PATH=$PATH:dir      # 在最後面加入目錄

修改 $PATH 時若打錯字，可能會覆蓋整個 path。不過這不是永久性的，只要開啟新 shell 即可恢復。

2.10 Special Characters（特殊字元）#

常見的特殊字元及其用途：

2.11 Command-Line Editing#

常用的命令列編輯快捷鍵：

2.12 Text Editors#

學習 Unix 必須掌握至少一個文字編輯器：

• Emacs — 功能強大，有豐富的線上說明
• vi — 速度至上，操作風格像遊戲

雖然 nano、Pico 等編輯器較友善，但如果你想認真學習 Unix，建議學習 vi 或 Emacs。

2.13 Getting Online Help#

Manual Pages (man pages)#

man ls              # 查看 ls 的手冊頁
man -k keyword      # 按關鍵字搜尋手冊頁
man 5 passwd        # 查看特定 section 的手冊頁

手冊頁分為多個 section：

其他取得幫助的方式：

• command --help 或 command -h
• info command — GNU 的替代文件格式
• /usr/share/doc — 某些套件的文件目錄

2.14 Shell Input and Output#

Standard Output 重導向#

command > file      # 輸出到檔案（覆蓋）
command >> file     # 輸出到檔案（附加）

Pipe（管線）#

head /proc/cpuinfo | tr a-z A-Z

• 可以串接任意多個管線指令

2.14.1 Standard Error#

Standard error (stderr) 是獨立於 stdout 的輸出串流，stream ID 為 2：

ls /fffffffff > f 2> e       # stdout 到 f，stderr 到 e
ls /fffffffff > f 2>&1       # stdout 和 stderr 都到 f

2.14.2 Standard Input 重導向#

head < /proc/cpuinfo

• 大多數 Unix 指令接受檔名作為引數，因此 stdin 重導向較不常用

2.15 Understanding Error Messages#

2.15.1 Unix 錯誤訊息的結構#

Unix 錯誤訊息通常包含三個部分：

1. 程式名稱（如 ls）
2. 檔案名稱（如 /dsafsda）
3. 錯誤描述（如 No such file or directory）

排錯時，永遠先處理第一個錯誤訊息，後續錯誤可能是連鎖反應。

2.15.2 常見錯誤#

• No such file or directory — 最常見的錯誤，也稱為 ENOENT
• File exists — 嘗試建立已存在的檔案或目錄
• Not a directory / Is a directory — 將檔案當目錄用，或反之
• No space left on device — 磁碟空間已滿
• Permission denied — 權限不足
• Operation not permitted — 嘗試終止不屬於你的程序
• Segmentation fault / Bus error — 程式存取了不允許的記憶體區域

2.16 Listing and Manipulating Processes#

每個程序都有一個 process ID (PID)：

ps        # 列出你的程序
ps x      # 列出所有你的程序
ps ax     # 列出系統上所有程序
ps u      # 詳細資訊
ps w      # 顯示完整指令

ps 輸出欄位：PID、TTY（終端設備）、STAT（程序狀態，S=sleeping、R=running）、TIME（CPU 時間）、COMMAND。

2.16.1 ps 指令選項#

支援三種風格：Unix、BSD、GNU。BSD 風格最常用，可組合使用如 ps auxw。

2.16.2 Process Termination#

使用 kill 發送 signal 給程序：

kill pid           # 發送 TERM 信號
kill -STOP pid     # 暫停程序
kill -CONT pid     # 繼續執行
kill -KILL pid     # 強制終止（最後手段）

KILL 信號無法被忽略或處理，kernel 會直接終止程序並從記憶體中移除。僅在其他方法無效時使用。

2.16.3 Job Control#

Shell 支援 job control，可以暫停和切換程式：

• CTRL-Z — 發送 TSTP 信號暫停程式
• fg — 將程式帶回前景
• bg — 將程式移到背景

2.16.4 Background Processes#

使用 & 將程序放到背景執行：

gunzip file.gz &

• 建議將背景程序的輸出重導向到檔案，避免干擾終端機

2.17 File Modes and Permissions#

每個 Unix 檔案都有 permissions，透過 ls -l 查看：

-rw-r--r--  1 juser somegroup  7041  Mar 26 19:34  endnotes.html

Mode 的四個部分：

1. File type — - 一般檔案、d 目錄、l symbolic link
2. User permissions — 檔案擁有者的權限
3. Group permissions — 檔案群組的權限
4. Other permissions — 其他人的權限

權限符號：

• r — 可讀取
• w — 可寫入
• x — 可執行
• - — 無此權限
• s — setuid（執行時以檔案擁有者身份執行）

2.17.1 Modifying Permissions#

使用 chmod 修改權限：

chmod g+r file       # 為 group 加上讀取權限
chmod go+r file      # 為 group 和 other 加上讀取權限
chmod go-r file      # 移除權限
chmod 644 file       # 使用八進位數字設定（absolute mode）

常用的 absolute mode：

• umask 指令可設定新檔案的預設權限遮罩（022 或 077）

2.17.2 Working with Symbolic Links#

Symbolic link 是指向另一個檔案或目錄的檔案，類似 Windows 的捷徑：

ln -s target linkname

不要忘記 -s 選項。沒有 -s 的 ln 會建立 hard link，除非你了解 hard link 的機制（參見 Section 4.6），否則應避免使用。

• Symbolic link 可能產生 chained symbolic links，增加追蹤難度
• 建立時務必確認引數順序，並使用完整路徑

2.18 Archiving and Compressing Files#

2.18.1 gzip#

gzip (GNU Zip) 是標準的 Unix 壓縮工具：

gzip file          # 壓縮（產生 file.gz）
gunzip file.gz     # 解壓縮

2.18.2 tar#

tar 用來將多個檔案和目錄打包成單一 archive 檔案：

tar cvf archive.tar file1 file2 ...   # 建立 archive
tar xvf archive.tar                    # 解開 archive
tar tvf archive.tar                    # 列出 archive 內容

• c — create mode
• x — extract mode
• t — table-of-contents mode
• v — verbose output
• f — 指定 archive 檔名

解開前務必先用 t 模式檢查內容，確認是否有合理的目錄結構，避免將大量檔案倒入目前目錄。

2.18.3 Compressed Archives (.tar.gz)#

gunzip file.tar.gz && tar xvf file.tar    # 兩步驟解開

2.18.4 zcat#

更有效率的方式是使用管線：

zcat file.tar.gz | tar xvf -

或使用 tar 的 z 選項作為捷徑：

tar ztvf file.tar.gz    # 檢視壓縮 archive 內容
tar zxvf file.tar.gz    # 解開壓縮 archive

2.18.5 Other Compression Utilities#

• xz / bzip2 — 壓縮率比 gzip 高，但速度稍慢，副檔名為 .xz 和 .bz2
• zip / unzip — 與 Windows ZIP 格式相容
• .Z 檔案是舊版 compress 程式產生的，gunzip 可以解壓

2.19 Linux Directory Hierarchy Essentials#

Linux 目錄結構遵循 Filesystem Hierarchy Standard (FHS)。

主要根目錄子目錄#

2.19.1 Other Root Subdirectories#

• /boot — kernel boot loader 檔案
• /media — 可移除媒體的掛載點
• /opt — 第三方軟體（許多系統不使用）

2.19.2 /usr 目錄#

/usr 包含大部分使用者空間程式和資料：

• /usr/include — C 編譯器的 header 檔案
• /usr/local — 管理者自行安裝的軟體
• /usr/man — 手冊頁
• /usr/share — 跨平台共用的輔助資料檔案

/usr 發音為 “user”，但實際上不包含使用者檔案。根目錄與 /usr 有相似的子目錄結構（如 /bin 與 /usr/bin），這是歷史原因造成的 — 過去需要控制根目錄的磁碟空間使用量。

2.19.3 Kernel Location#

• Kernel 通常是 /vmlinuz 或 /boot/vmlinuz 二進位檔案
• Boot loader 負責將 kernel 載入記憶體
• Loadable kernel modules 位於 /lib/modules，可在執行時動態載入和卸載

2.20 Running Commands as the Superuser#

不建議直接啟動 root shell，原因包括：

• 無法追蹤系統變更指令的記錄
• 無法辨識是哪位使用者執行了系統變更
• 無法使用一般使用者的 shell 環境
• 需要輸入 root 密碼

2.20.1 sudo#

sudo 讓管理者以自己的身份登入並以 root 執行指令：

sudo vipw

• sudo 會透過 syslog 記錄所有操作

2.20.2 /etc/sudoers#

設定哪些使用者可以使用 sudo：

User_Alias ADMINS = user1, user2
ADMINS ALL = NOPASSWD: ALL
root ALL=(ALL) ALL

務必使用 visudo 指令來編輯 /etc/sudoers，它會在儲存後檢查語法錯誤。

2.20.3 sudo Logs#

查看 sudo 日誌：

journalctl SYSLOG_IDENTIFIER=sudo

在較舊的系統上，日誌位於 /var/log 或 /var/log/auth.log。

2.21 Looking Forward#

完成本章後，你應該能夠在命令列上執行程式、重導向輸出、操作檔案與目錄、檢視程序列表、閱讀手冊頁，以及以 superuser 身份執行指令。接下來的章節將結合 kernel 和 user-space 的系統組件，使用本章學到的命令列工具進行探索。