Podstawy pracy z systemem UNIX

Większość współczesnych komputerów (i podobnych urządzeń np. tabletów i telefonów) wyposażonych jest w system operacyjny oraz towarzyszące mu oprogramowanie. Z całą pewnością korzystałeś/aś z systemów operacyjnych firmy Microsoft – rodziny Windows. Mogłeś/aś też zetknąć się z systemem Android (czyli odmianą Uniksa) od Google czy iOS od Apple. W większości przypadków system posiada tzw. interfejs graficzny, czyli GUI (Graphical User Interface). Systemy te są zasadniczo podobne i np. uruchomienie przeglądarki internetowej czy przeglądanie plików nie jest dla nikogo wyzwaniem.

Jednak nie każdy komputer posiada GUI, dotyczy to np. rozbudowanych komputerów wykorzystywanych w obliczeniach numerycznych (np. wyznaczanie właściwości aerodynamicznych samochodu z użyciem programu Fluent). W takim przypadku nie ma możliwości skorzystania z myszki i obejrzenia czegoś na ekranie, ponieważ komputer znajduje się w serwerowni, czasami w innym kraju. Aby korzystać z takiego zdalnego komputera musimy połączyć się z nim za pomocą specjalnego programu, który pozwoli nam na wydawanie mu polecenia w trybie tekstowym. Tryb tekstowy posiada m.in. następujące zalety:

  • pozwala na automatyzację poprzez pisanie skryptów
  • pozawala na szybszą pracę (przynajmniej po osiągnięciu pewnego poziomu biegłości)
  • jest dużo bardziej ustandaryzowany - przesiadając się na inną odmianę systemu operacyjnego nie musimy uczyć się od nowa położeń menu, konfiguracji ustawień, etc.

Ćwiczenia

Uruchom komputer wybierając system operacyjny Linux (Ubuntu). Jeśli pracujesz na własnym komputerze z systemem Windows, możesz zainstalować Linux jako podsystem, patrz https://learn.microsoft.com/en-us/windows/wsl/install. Następnie uruchom terminal nawigując z menu głównego lub poprzez skrót klawiszowy Ctrl + Alt + T (T jak terminal). Zobaczysz linijkę podobną do:

stud@lab:~$

Jest to tzw. znak zachęty i oznacza, że jako użytkownik stud jesteśmy zalogowani na komputer lab. Między znakami : i $ znajduje się katalog, w którym się aktualnie znajdujemy. W tym przypadku jesteśmy katalogu domowym. Znak ~ to skrót, którego rozwinięcie to /home/stud.

Pierwsze starcie

Wpisz w konsoli polecenie date i wciśnij enter. Komputer wyświetli aktualną (jego zdaniem) datę i godzinę. Poniżej ponownie wyświetli się linijka kończącą się na $, oznaczającą, że komputer czeka na nowe polecenia. Używając strzałek góra i dół możesz przeglądać historię poleceń. Wciśnięcie klawiszy Ctrl + R uruchomi opcję wyszukiwania poleceń w historii. Klasyczny znak zachęty zostanie zastąpiony przez

(reverse-i-search)`':

Wyszukujemy przez wpisywanie kolejnych znaków z szukanego polecenia, a po dwukropku system pokaże podpowiedź. Kolejne wciśnięcie Ctrl + R pokaże nastęþną sugestię. Innym ułatwieniem jest dopełnianie nazw. Jeśli wpiszesz dat i naciśniesz 2x klawisz Tab, wyświetlona zostanie lista poleceń zaczynających się na dat. Jeśli jest tylko jedno takie polecenie, nazwa zostanie dokończona. Pamiętaj o tych trikach – znacznie ułatwiają pracę w trybie tekstowym.

Poruszanie się po katalogach

Pracując w trybie tekstowym, zawsze pracujemy w jakimś katalogu, tzw. katalogu bieżącym. Jeśli uruchomimy jakiś program, np. prosty program czytający dane z pliku z Informatyki I, będzie on odczytywał pliki znajdujące się w tym katalogu. Każdy program, którego będziesz używać, a który potrzebuje nazwy pliku lub katalogu (np. do kopiowania), może ją otrzymać w dwóch postaciach. Pierwsza to tzw. ścieżka bezwzględna, zaczynająca się od znaku / np:

/home/students/stud01
/usr/bin/bash
/etc

Sprawdź, w jakim katalogu się znajdujesz przez wpisanie polecenia pwd (od print working directory).

Aby zmienić katalog, wykorzystuje się polecenie cd (od change directory), np.

stud01@eto:~$ cd /tmp
stud01@eto:/tmp$ pwd
/tmp
stud01@eto:~$

Teraz przejdź do katalogu /home i sprawdź czy się udało, z użyciem polecenia pwd. Aby powrócić do katalogu domowego wpisz

stud01@eto:~$ cd ~

Znak \(\sim\) zawsze oznacza katalog domowy użytkownika.

Dodatkowo, oprócz ścieżki bezwzględnej, można podać ścieżkę względną:

  • ../ oznacza katalog nadrzędny,
  • / oznacza katalog główny (początek każdej ścieżki bezwzględnej),
  • . i ./ oznaczają katalog bieżący (ten zwracany przez polecenie pwd).

Poeksperymentuj teraz z poruszaniem się po katalogach. Jeśli wpisywanie ścieżek Cię znudzi wypróbuj program mc. Pozwala on m. in. na graficzne poruszanie się po drzewie katalogów. Z programu wychodzimy przez wciśnięcie klawisza F10 lub wpisanie exit.

Tworzenie i usuwanie katalogów

Do tworzenia katalogów służy polecenie mkdir (od make directory) np.

$ mkdir nazwa_katalogu

Do sprawdzenia zawartości aktualnego katalogu polecenie ls (od list). Stwórz teraz katalogi A, B, C i D, każdy wewnątrz poprzedniego. Aby to zrobić będziesz musiał stworzyć katalog A, przejść do niego, następnie stworzyć B, itd. Do usuwania katalogów służy polecenie rmdir (od remove directory). Usuń teraz stworzone katalogi.

Za pomocą rmdir nie można usunąć katalogu posiadającego zawartość. W tym celu należy wykorzystać polecenie rm -r. Znaki -r po nazwie programu rm są argumentem programu i oznaczają, że katalog ma być usuwany rekurencyjne. Podobne argumenty posiada większość poleceń, np. ls -l pokazuje zawartość danego katalogu w postaci listy zawierającej różne informacje o pliku.

Podstawowe operacja na plikach i katalogach

Komenda echo wypisuje na ekran ciąg znaków, który podany jest jako jej argument. Można to wykorzystać do stworzenia pierwszego pliku (o znaczeniu symbolu > powiemy więcej na kolejnych zajęciach)

$ echo pierwszy plik > plik.txt

Aby wyświetlić zawartość pliku na ekranie używamy polecenia cat

$ cat plik.txt

Kopiowanie i przenoszenie

Do kopiowania służy komenda cp [SKĄD] [DOKĄD]. Stwórz teraz katalog i skopiuj do niego Twój plik. Powinno to wyglądać tak:

$ cp plik.txt katalog

Aby przenieść/zmienić nazwę pliku lub katalogu używamy polecenia mv [SKĄD] [DOKĄD]. Przejdź do nowego katalogu i zmień nazwę pliku. Następnie usuń plik poleceniem rm.

Nie zawsze trzeba podawać pełną nazwę pliku/katalogu, który chcemy wykorzystać jako argument programu. Wciśnięcie klawisza Tab dokończy wpisywaną nazwę. Jeśli podpowiedź nie jest jednoznaczna, po dwukrotnym naciśnięciu klawisza Tab w konsoli zostaną wyświetlone nazwy wszystkich plików/katalogów zaczynające się od wpisanych znaków.

Pomoc

Znakomita większość komend trybu tekstowego posiada porządną dokumentację dostępną od ręki, np.:

$ man rm
$ rm --help

W przypadku komendy man dostajemy obszerniejszą dokumentację. Tekst przewija się za pomocą strzałek. Aby zakończyć przeglądanie należy wcisnąć Q. Sprawdź instrukcje dla poleceń who, whoami, head i date. Sprawdź jak działają.

Program tar

Program tar służy do pakowania i rozpakowywania drzewa katalogów i plików w jeden plik (archiwum). Plik wynikowy niekoniecznie musi być mniejszy niż oryginalne pliki. Dopiero użycie kompresji zmniejszy rozmiar. Przygotuj najpierw kilka plików do spakowania:

$ mkdir a
$ cd a
$ mkdir b
$ echo asdasd > ./b/c
$ cat ./b/c
asdasd

Teraz spakuj je, a następnie obejrzyj zawartość archiwum za pomocą programu mc.

$ tar -cf test.tar b
$ ls
b  test.tar
$ mc

Sprawdź zawartość spakowanego katalogu, następnie usuń go i rozpakuj archiwum.

$ ls
b  test.tar
$ rm -r b
$ ls
test.tar
$ tar -xf test.tar
$ ls
b  test.tar

Sprawdź poleceniem ls -lah objętość utworzonego archiwum. Następnie spakuj te same pliki z dodatkową flagą z. Dodanie tego parametru uruchamia kompresję programem gzip. Zmień rozszerzenie archiwum na tar.gz. Sprawdź czy plik wynikowy jest mniejszy.

Proste skrypty

Najważniejszym aspektem pracy w trybie tekstowym jest możliwość tworzenia skryptów, czyli zapisanych w pliku kolejnych komend wykonywanych tak, jakbyśmy wpisywali je z klawiatury. Więcej o zaawansowanych skryptach dowiesz się na następnych laboratoriach, pierwszy napiszesz dzisiaj.

Prostymi i dość wygodnymi edytorami tekstu są nano i vim. Uruchom program nano komendą nano skrypt.sh i zapisz do niego pierwszy skrypt:

#!/bin/bash
echo 1
echo 2

Następnie zmień uprawnienia, aby pozwolić na uruchomienie naszego skryptu:

$ chmod u+x skrypt.sh
$ ./skrypt.sh

Polecenie chmod służy do zmiany uprawnień pliku. u oznacza użytkownika (czyli Ciebie), któremu chcemy nadać (+) prawo uruchamiania (x, od execute) skryptów/programów.

Zmienne

Bash obsługuje zmienne, tak jak każdy język programowania Nie występuje tu jednak typowanie. Aby stworzyć zmienną zawierającą tekst piszemy:

zmienna="Tekst"

Natomiast wynik działania jakiegoś programu (tzn. wydrukowany przez niego tekst) możemy zapisać do zmiennej w następujący sposób:

zmienna=$( pwd )

Aby odczytać zmienną piszemy:

echo $zmienna

Drugi skrypt

Przygotuj strukturę katalogów:

  • AA
    • BB
      • plik.txt
    • CC
      • DD
      • plik.txt

zawierając niezbędne komendy w skrypcie. Plik plik.txt ma zawierać datę zwracaną przez polecenie date.

Zmodyfikuj skrypt tak, aby nazwa każdego katalogu zaczynała się przedrostkiem przekazanym do skryptu przy jego uruchomieniu.

  • przed_AA
    • przed_BB
      • plik.txt
    • przed_CC
      • przed_DD
      • plik.txt

Abu uruchomić skrypt wraz z dwoma argumentami arg1 i arg2 należy wpisać

./skrypt.sh arg1 arg2

Do argumentów arg1 i arg2 mamy dostęp z wewnątrz skryptu dzięki tzw. zmiennym programowym. Jest ich dziewięć $1 – $9, w tym przypadku będą to zmienne $1 i $2.

Pętle

Przygotuj skrypt zawierający:

#!/bin/bash

for i in *.txt
do
  cp $i $1_$i
done

i uruchom go w katalogu zawierającym pliki z rozszerzeniem .txt. W jaki sposób działa? Pamiętaj o argumencie skryptu!

Napisz skrypt, który tworzy katalog o nazwie podanej jako pierwszy argument skryptu $1 i kopiuje do niego wszystkie pliki .txt dodając do ich nazwy przedrostek podany jako drugi argument $2. Co się stanie jeśli nie podasz argumentów do skryptu?

Na deser: piszemy własne narzędzie

Narzędzia, które wykorzystalywaliśmy powyżej nie są w żaden sposób “magiczne”, możemy napisać własne. W tym celu zademonstrujemy jak skompilować i uruchomić proste programy w języku C.

Uwaga: jeśli chcesz korzystać z C++, nie C, w poniższych poleceniach zamień gcc na g++ (możesz też zmienić rozszerzenia plików na .cpp, ale na Linuxie rozszerzenia nie mają znaczenia).

Hello, World! z konsoli

Utwórz plik źródłowy helloworld.cc o zawartości

#include <stdio.h>
int main() {
  printf("Hello, World!\n");
}

Następnie skompiluj go używając kompilatora gcc:

gcc -o helloworld.x helloworld.cc

Zauważ, że w bieżącym katalogu pojawił się plik helloworld.x (gdybyśmy nie podali opcji -o, domyślna nazwa to a.out). Uruchom go wołając ./helloworld.x.

Przyjmujemy argumenty

Naturalnie nasuwa się pytanie, skąd program wie, jakie argumenty zostały do niego podane? W językach C i C++ funkcja main może przyjmować 2 argumenty:

  • pierwszy typu int, zawierający liczbę podanych argumentów plus 1, zwyczajowo nazywany argc, od argument count
  • drugi typu char**, zawierający tablicę stringów reprezentujących argumenty, zwyczajowo nazywany argv, od argument values. Pierwszy element tablicy zawiera nazwę wywołanego programu (stąd argc jest o jeden większe)

Przykładowo, program drukujący argumenty może wyglądać następująco:

#include <stdio.h>
int main(int argc, char** argv) {
  for(int i = 1; i != argc; ++i)
    printf("%s\n", argv[i]);
}

Skompiluj powyższy program i zobacz co wydrukuje, gdy podasz do niego argumenty, np. -a -b -c. Porównaj co stanie się, gdy umieścisz argumenty w cudzysłowie.