Linux软件编程学习笔记（一）：Linux基础、Shell编程与C语言开发环境
一、前言
在学习 C 语言之后，如果希望进一步进行嵌入式开发、服务器开发或者 Linux 下的 C/C++ 开发，仅仅掌握 C 语言语法是不够的。
我们还需要了解：
-
Linux 操作系统的基本概念；
-
Linux 文件系统；
-
Linux 常用命令；
-
Shell；
-
GCC 编译器；
-
GDB 调试工具；
-
Valgrind 内存检测工具；
-
静态库和动态库；
-
Makefile；
-
多文件程序编译。
这些内容共同构成了 Linux 软件开发的基础。
本文主要根据学习资料中的 Linux软件编程部分进行整理，将这些知识串联起来，形成一套比较完整的 Linux 软件开发入门知识体系。
二、什么是操作系统？
操作系统本质上也是一种软件。
它的一个重要作用是：
屏蔽底层不同硬件平台的差异，为上层应用程序提供统一的接口。
例如我们编写一个 C 程序时，并不需要直接操作 CPU、内存控制器、硬盘控制器等硬件，而是通过操作系统提供的接口完成相关操作。
常见的 PC 操作系统主要包括：
操作系统
├── Windows
├── Linux
└── UnixLinux 在服务器和嵌入式领域具有非常广泛的应用。资料中也将 Linux 的典型应用场景归纳为服务器和嵌入式系统。
三、Linux操作系统
Linux 最重要的部分就是：
Linux Kernel（Linux内核）
Linux 内核主要负责管理计算机的各种硬件资源，并向上层软件提供服务。
根据学习资料，Linux 内核主要涉及以下五个方面：
Linux内核
│
├── 内存管理
├── 多任务调度
├── 文件系统管理
├── 多任务间通信
└── 网络通信其中 Linux 文件系统有一个非常经典的特点：
Linux系统中一切皆是文件。
也就是说，普通文件、设备以及某些通信资源等，都可以通过文件的形式进行统一管理。
四、Linux内核、系统调用、Shell和库函数
学习 Linux 软件编程时，一个非常重要的概念就是：
应用程序
↓
库函数
↓
系统调用
↓
Linux内核
↓
硬件4.1 Linux内核
Linux 内核负责：
-
内存管理；
-
进程调度；
-
文件管理；
-
网络通信；
-
进程间通信等。
应用程序一般不能直接操作硬件，而是通过内核提供的功能完成操作。
4.2 系统调用
系统调用是 Linux 内核向用户程序提供的接口。
例如：
open()
read()
write()
close()
fork()这些接口可以让应用程序请求操作系统完成相应任务。
资料中将系统调用概括为：
Linux 内核中的函数接口，功能强大，但比较简练。
4.3 库函数
库函数可以理解为对系统调用进行进一步封装。
例如 C 语言中的：
printf()
scanf()
malloc()
free()这些函数使用起来比直接进行底层系统调用更加方便。
因此可以简单理解为：
系统调用：更底层
↑
库函数：更加方便
↑
应用程序：直接使用库函数通常具有更好的通用性，而系统调用则与具体操作系统关系更加密切。
五、什么是Shell？
Shell 可以理解为：
用户与 Linux 操作系统之间的命令解释器。
用户在终端输入：
lsShell 接收到命令之后进行解释，再调用相应的系统功能。
因此可以理解为：
用户
↓
Shell
↓
系统调用
↓
Linux内核
↓
硬件Shell 的主要作用包括：
-
保护内核
-
命令解释器
学习资料中也将 Shell 定义为通过一系列命令完成 Linux 内核功能的命令解释器。
六、Linux常用Shell命令
掌握 Linux 软件编程之前，首先需要熟悉一些基本命令。
6.1 ls：查看文件
ls查看当前目录下的文件。
常用：
ls -l查看详细文件信息。
ls -a查看包括隐藏文件在内的所有文件。
6.2 touch：创建文件
touch test.txt创建一个普通文件。
6.3 mkdir：创建目录
mkdir test创建 test 目录。
6.4 rm：删除文件
rm test.txt删除普通文件。
如果需要删除目录及其内部内容：
rm -rf test⚠️ rm -rf 删除操作具有较高风险，使用时一定要确认路径。
6.5 cp：复制文件
复制普通文件：
cp a.txt /home/linux/复制目录：
cp test /home/linux/ -rf6.6 mv：移动和重命名
移动文件：
mv a.txt /home/linux/重命名：
mv old.txt new.txt因此 mv 既可以用于移动文件，也可以用于修改文件名。
6.7 cd：切换目录
cd 目录例如：
cd /home/linux返回上一级：
cd ..进入当前用户家目录：
cd ~进入根目录：
cd /6.8 pwd：查看当前路径
pwd可以查看当前所在目录的绝对路径。
七、Linux文件类型
Linux 中可以通过 ls -l 查看文件的详细信息。
例如：
ls -l可能看到：
drwxr-xr-x
-rw-r--r--第一个字符表示文件类型。
常见类型：
| 符号 | 含义 |
|---|---|
- |
普通文件 |
d |
目录 |
l |
链接文件 |
b |
块设备文件 |
c |
字符设备文件 |
s |
Socket文件 |
p |
管道文件 |
资料中也特别强调了 Linux 中的 socket 和 pipe 文件，它们与进程间通信密切相关。
八、Linux文件权限
Linux 文件权限主要有三类：
r —— read 读
w —— write 写
x —— execute 执行例如：
rwxr-xr--可以拆成：
rwx | r-x | r--
↓ ↓ ↓
用户 用户组 其他用户含义：
用户： 读 + 写 + 执行
用户组： 读 + 执行
其他人： 读8.1 chmod修改权限
例如：
chmod 0664 filename也可以使用符号方式：
chmod +x filename给文件增加执行权限。
九、Shell中的管道和重定向
Shell 中非常实用的两个功能：
-
管道
-
重定向
9.1 管道 |
管道的作用是：
将前一个命令的输出作为后一个命令的输入。
例如：
ps -ef | grep "bash"执行过程：
ps -ef
↓
输出所有进程
↓
grep "bash"
↓
筛选包含 bash 的内容这也是 Linux 命令组合非常重要的一种方式。
9.2 输出重定向 >
例如：
ps -ef > file.txt表示：
ps -ef
↓
输出内容
↓
file.txt如果文件已经存在，> 会覆盖原有内容。
9.3 追加重定向 >>
ps -ef >> file.txt与 > 不同：
> 覆盖
>> 追加9.4 管道 + 重定向
例如：
tail -n 200 /usr/include/stdio.h | grep "extern" > file.txt这条命令可以拆成三个步骤：
stdio.h最后200行
↓
grep查找extern
↓
保存到file.txt这就是 Linux Shell 非常典型的命令组合方式。
十、文件查看与查找命令
10.1 cat
cat filename直接查看文件内容。
10.2 more / less
用于分页查看较大的文件。
more filename或者：
less filename10.3 head / tail
查看文件开头：
head filename查看文件末尾：
tail filename例如查看最后 20 行：
tail -n 20 filename10.4 find
查找文件：
find . -name "test.txt"表示在当前目录及其子目录中查找 test.txt。
10.5 grep
搜索文件中的指定字符串：
grep "hello" test.txt可以查找 test.txt 中包含 hello 的行。
十一、通配符
Shell 中常用的通配符包括：
*
匹配任意长度的字符。
例如：
file_*.txt可以匹配：
file_1.txt
file_abc.txt
file_test.txt?
匹配一个字符。
file_??.txt[]
匹配指定范围或者指定字符。
例如：
file_[1-5].txt可以匹配：
file_1.txt
file_2.txt
...
file_5.txt十二、文件压缩与解压
Linux 中常用 tar 进行文件打包和压缩。
压缩：
tar -zcvf filename.tar.gz dirname/*解压：
tar -zxvf filename.tar.gz另外也可以使用：
tar -jcvf filename.tar.bz2 dirname/*解压：
tar -jxvf filename.tar.bz2十三、其他常用Linux命令
查看日期
date查看系统信息
uname -a可以查看 Linux 内核版本、系统架构等信息。
查看网络信息
ifconfig测试网络连通性
ping www.baidu.com查看历史命令
history查看磁盘空间
du -m filename或者：
du -k filename十四、Linux软件安装
Linux 下常见的软件安装方式包括 dpkg 和 apt-get。
14.1 dpkg安装
对于 .deb 软件包：
sudo dpkg -i 软件包名.deb卸载：
sudo dpkg -P 软件名查看是否安装：
dpkg -l 软件名十五、apt-get软件管理
如果使用 Ubuntu，可以使用：
sudo apt-get install 软件名安装软件。
例如：
sudo apt-get install valgrind安装 Valgrind。
安装 Wireshark：
sudo apt-get install wireshark更新软件源：
sudo apt-get update修复软件依赖：
sudo apt-get install -f资料中还整理了 autoclean、update、install -f 等常用软件管理操作。
十六、Shell脚本
前面介绍的：
ls
cd
mkdir
cp
mv
grep都是 Shell 命令。
如果我们把很多命令按照一定的逻辑组织起来，就可以形成：
Shell脚本
资料中将 Shell 脚本定义为：
一系列 Shell 命令的集合。
Shell 与 C 语言有一个明显区别。
C 语言属于：
编译型语言
而 Shell 属于：
解释型语言
简单理解：
C语言：
源代码
↓
编译
↓
可执行程序
↓
运行Shell：
Shell脚本
↓
解释执行Shell 开发效率较高，但执行效率通常不如编译型语言。
十七、编写第一个Shell脚本
首先创建文件：
vim test.sh编写 Shell 代码。
然后增加执行权限：
chmod +x test.sh执行：
./test.sh资料中给出的基本流程就是：
创建脚本
↓
vim filename.sh
↓
chmod +x filename.sh
↓
./filename.sh十八、Shell变量
Shell 中可以定义变量：
name=linux使用变量：
echo $name需要注意：
等号两边不能随意添加空格。
错误：
name = linux正确：
name=linux十九、Shell环境变量
常见环境变量：
PWD
HOME
PATH例如：
echo $HOME查看当前用户的家目录。
echo $PATH查看系统的环境变量 PATH。
二十、Shell位置变量
Shell 脚本可以接收命令行参数。
例如：
./test.sh hello 123脚本中：
$0
$1
$2分别表示：
$0 → 脚本文件名
$1 → 第一个参数
$2 → 第二个参数此外：
$# → 参数个数
$$ → 当前Shell脚本进程ID
$? → 上一条命令的返回结果这些变量在 Shell 脚本开发中非常常用。
二十一、Shell中的引号
Shell 中常见三种引号：
" " 双引号
' ' 单引号
` ` 反引号21.1 双引号
双引号中的变量会被解析。
例如：
name=Linux
echo "hello $name"输出：
hello Linux21.2 单引号
单引号中的内容一般按照原样处理。
name=Linux
echo 'hello $name'不会按照变量值进行替换。
21.3 反引号
反引号可以将其中内容作为命令执行。
例如：
date=`date`
echo $date它的作用可以理解为：
执行 date 命令
↓
获得命令结果
↓
赋值给变量资料中也对这三种引号的作用进行了区分。
二十二、Shell输入与输出
Shell 中最常用的输入输出命令：
echo → 输出
read → 输入22.1 echo
echo "Hello Linux"输出：
Hello Linux22.2 read
read name从终端接收用户输入。
完整示例：
echo "请输入你的名字："
read name
echo "你好，$name"二十三、Shell中的if语句
Shell 中可以使用 if 进行条件判断。
基本结构：
if [ 判断条件 ]
then
语句
else
语句
fi例如：
if [ -f test.txt ]
then
echo "文件存在"
else
echo "文件不存在"
fi这里：
-f用于判断指定路径是否为普通文件。
二十四、Shell中的case语句
如果需要根据多个不同情况执行不同操作，可以使用 case。
基本结构：
case 变量 in
值1)
语句
;;
值2)
语句
;;
*)
语句
;;
esac例如：
case $score in
90)
echo "优秀"
;;
80)
echo "良好"
;;
*)
echo "其他"
;;
esac
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