Учим Unix: Команды UNIX

В операционной системе UNIX основными средствами взаимодействия пользователя с
системой являются клавиатура и экран монитора, работающий в текстовом режиме.
Вводимый пользователем текст немедленно отображается на мониторе соответствующими
знаками, однако может и не отображаться (например, в случае ввода пароля). Для
управления вводом используются некоторые нетекстовые клавиши на клавиатуре:
Backspace (он же «Забой») – для удаления
последнего введенного символа или Enter – для передачи
команды системе. Нажатие на эти клавиши не приводит к отображению символа, вместо
этого вводимый текст обрабатывается системой тем или иным способом –
эти клавиши и их комбинации объединяют понятием
управляющие символы.

Текстовый принцип работы с машиной позволяет отвлечься от конкретных частей
компьютера, вроде системной клавиатуры и видеокарты с монитором, рассматривая
единое оконечное устройство, посредством которого пользователь вводит текст и
передает его системе, а система выводит необходимые пользователю данные и
сообщения. Такое устройство называется терминалом. В общем случае терминал – это
точка входа пользователя в систему, обладающая способностью передавать текстовую
информацию. Терминалом может быть отдельное внешнее устройство, подключаемое к
компьютеру через порт последовательной передачи данных
(«COM-порт»). В роли терминала может работать (с некоторой поддержкой
со стороны системы) и программа (например, xterm
или ssh).

Свойство терминала передавать только символьную информацию приводит к тому, что
некоторые из передаваемых символов должны восприниматься не как текстовые, а как
управляющие (например, символы, возвращаемые клавишами Backspace и Enter). На
самом деле управляющих символов больше: часть из них предназначена для экстренной
передачи команд системе, часть – для редактирования вводимого
текста. Многие из этих символов не имеют специальной клавиши на клавиатуре,
поэтому их необходимо извлекать с помощью клавиатурного
модификатора Ctrl. Проблема в том, что на клавиатуре может быть
так много разных нетекстовых клавиш, что на них не хватает ограниченного
количества разных управляющих символов. Поэтому большинство нетекстовых клавиш
возвращают так называемую управляющую последовательность, которая
начинается управляющим символом, за которым следует строго определенное число
обычных символов.

Одной из полезных особенностей терминала является позможность
его «прокрутки» с помощью
клавиш Shift–PgUp
и Shift–PgDn. Это может быть
полезно, если вывод программы занимает больший объём, чем размер экрана.

Основная среда взаимодействия с
UNIX – командная строка. Суть её в том, что каждая строка, передаваемая пользователем
системе, – это команда, которую та должна выполнить. Пока не нажата
клавиша
Enter, строку можно редактировать, затем она отсылается системе.

Команды интерпретируются и выполняются специальной программой –
командной оболочкой (или «shell», по-английски). Через командную
оболочку производится управление пользовательскими процессами – для
этого используются средства межпроцессного обмена, описанные ранее
(см. «Межпроцессное взаимодействие»).

Командная оболочка непосредственно связана с терминалом, через который
осуществляется передача управляющих последовательностей и текста. На рисунке
Рисунок 2.1, «Интерфейс командной строки» представлена общая схема взаимодействия пользователя
с системой при использовании командной строки.

Презентация 3-02: одновременный доступ к системе

То, что UNIX – многопользовательская и многозадачная система,
проявляется не только в разграничении прав доступа (см. раздел
Глава 3, Безопасность операционной системы UNIX), но и в организации рабочего места. Каждый
компьютер, на котором работает UNIX, предоставляет возможность зарегистрироваться
и получить доступ к системе нескольким пользователям одновременно. Даже если в
распоряжении всех пользователей есть только один монитор и одна системная
клавиатура, эта возможность небесполезна: одновременная регистрация в системе
нескольких пользователей позволяет работать по очереди без необходимости каждый
раз завершать все начатые задачи (закрывать все окна, прерывать исполнение всех
программ) и затем возобновлять их. Более того, ничто не препятствует
зарегистрироваться в системе несколько раз под одним и тем же входным
именем. Таким образом, можно получить доступ к одним и тем же ресурсам (своим
файлам) и организовать параллельную работу над несколькими задачами.

Характерный для современных версий UNIX способ организации параллельной работы
пользователей – виртуальные консоли. Виртуальные консоли (virtual
console) – это несколько параллельно выполняемых операционной системой
программ, предоставляющих пользователю возможность зарегистрироваться в системе в
текстовом режиме и получить доступ к командной строке
(см. Рисунок 2.2, «Виртуальные и графические консоли»).

В операционной системе Linux переключение между виртуальными консолями в текстовом
режиме производится с помощью комбинации клавиш
Alt–F1,
Alt–F2 и т.п.. При этом
каждая виртуальная консоль обозначается специальным
именем: «tty1», «tty2» и т.д.. По умолчанию в Linux
доступно не менее шести виртуальных консолей, переключаться между которыми можно
при помощи сочетания клавиши Alt с одной из функциональных клавиш
(F1–F6). С каждым сочетанием связана
соответствующая по номеру виртуальная консоль. Виртуальные консоли обозначаются
«ttyN», где «N» – номер виртуальной консоли.
На самом деле, каждая из таких конолей связано с
собственным терминалом, который характеризуется файлом
устройства с соответствующим именем (например, /dev/tty1).

Современные версии UNIX предоставляют пользователям графические пользовательские
интерфейсы (подробнее графическая подсистема UNIX рассматривается в разделе
Глава 7, Графическая подсистема UNIX), которые также дают возможность работы в
командной строке. Эта возможность достигается с помощью
графических терминалов – специальных программ, которые эмулируют
текстовый терминал в графическом окне.

Также существует возможность запуска нескольких графических подсистем, тогда
переключение между ними будет осуществляться аналогично переключению между
виртуальными консолями – комбинацией клавиш
Ctrl–Alt–F1.

Каждое устройство терминала имеет свои возможности по вводу и
выводу информации. Примерати таких возможностей являются: число цветов
отображения, способность перемещать курсор и изменять размер экрана, набор
управляющих символов и т.п.. Терминалы разделяют по типам: набору возможностей, регламентированных в
специальном конфигурационном файле. Примерами типов являются: tty (телетайп) или
xterm (графический терминал). Тип терминала явно указан в имени устройства
терминала (например, /dev/tty1). Все настройки типов
терминалов находятся в директории /etc/termcap.

Презентация 3-03: формат командной строки

Презентация 3-08: программное окружение

Каждый запускаемый процесс система снабжает неким информационным пространством, которое этот процесс
вправе изменять как ему заблагорассудится. Правила пользования этим пространством
просты: в нем можно задавать именованные хранилища данных
(переменные окружения), в которые записывать какую угодно информацию (присваивать
значение переменной окружения), а впоследствии эту информацию считывать
(подставлять значение переменной).

В UNIX дочерний процесс – точная копия родительского, поэтому его окружение – также точная копия родительского. Если про дочерний процесс известно, что он использует значения некоторых переменных из числа передаваемых ему с окружением, родительский может заранее указать, каким из копируемых в окружении переменных нужно изменить значение. При этом, с одной стороны, никто (кроме системы, конечно) не сможет вмешаться в процесс передачи данных, а с другой стороны, одна и та же утилита может быть использована одним и тем же способом, но в измененном окружении – и выдавать различные результаты:

user@desktop ~ $ date
Птн Ноя 5 16:20:16 MSK 2004
user@desktop ~ $ LC_TIME=C date
Fri Nov 5 16:20:23 MSK 2004

В последнем примере пользователь присвоил некоторое значение переменной окружения
в командной строке перед именем команды. Командный интерпретатор,
увидев «=» внутри первого слова командной строки, приходит к выводу,
что это – операция присваивания, а не имя команды, и запоминает, как
надо изменить окружение команды, которая последует далее. Переменная окружения
LC_TIME предписывает использовать определенный язык при выводе даты
и времени, а значение "C" соответствует стандартному
системному языку (чаще всего – английскому).

Для получения значения переменной окружения необходимо воспользоваться
символом «$»:

user@desktop ~ $ echo $PWD
/home/user

Презентация 3-09: возможности командной оболочки

Современные командные оболочки, например bash
предоставляют пользователю ряд удобных особеностей пользовательского интерфейса,
облегчающих работу с командной строкой.

Презентация 3-10: справочная подсистема

Работать с UNIX, не заглядывая в документацию, практически невозможно. Это возможно, потому что документированы практически все области операционной системы. Всем пользователям настоятельно рекомендуется, приступая к работе, а тем более – к изучению UNIX, пользоваться всеми доступными руководствами. Исторически первым и основным средством документации во всех версиях являются страницы руководства (manual pages), которые будут подробно рассмотрены далее.

Документация в подавляющем большинстве случаев пишется на простом английском языке. Если английский – не родной язык для автора документации, она будет только проще. Традиция писать по-английски идет от немалого вклада США в развитие компьютерной науки вообще и UNIX в частности. Кроме того, английский становится языком международного общения во всех областях, не только в компьютерной. Необходимость писать на языке, который будет более или менее понятен большинству пользователей, объясняется постоянным развитием UNIX. Дело не в том, что страницу руководства нельзя перевести, а в том, что ее придется переводить всякий раз, когда изменится описываемый ею объект! Например, выход новой версии программного продукта сопровождается изменением его возможностей и особенностей работы, а следовательно, и новой версией документации.

Документация в UNIX играет важнейшую роль. Решение любой задачи должно начинаться
с изучения руководств. Не стоит жалеть на это времени. Даже если рядом есть
опытный пользователь UNIX, который, возможно, знает ответ, не стоит беспокоить его
сразу же. Возможно, даже зная, что нужно сделать, он не помнит как
именно – и поэтому (а также потому, что он – опытный
пользователь) начнет с изучения руководства. Это – закон, у которого
даже собственное название: RTFM, что означает «Read That Fine Manual».

Современные свободные UNIX-системы обладают большим сообществом пользователей и
разработчиков, объединённых через Интернет. В этих сообществах является нормальной
практикой взаимопомощь и ответы на вопросы по системе. Однако, здесь необходимо
следовать описанному выше принципу RTFM.

user@desktop ~ $ man cal
CAL(1)       BSD General Commands Manual   CAL(1)
NAME
        cal - displays a calendar
SYNOPSIS
        cal [-smjy13] [[month] year]
DESCRIPTION
        Cal displays a simple calendar. If arguments
        are not specified, the current month is 
        displayed. 
        The options are as follows:
...

user@desktop ~ $ man man
...
SEE ALSO
    apropos(1), whatis(1), less(1), groff(1), man.conf(5).

user@desktop ~ $ whatis passwd
passwd (1) - update a user's authentication tokens(s)
passwd (5) - password file
passwd (8) - manual page for passwd wrapper version 1.0.5

Презентация 3-12: резюме

Командная строка UNIX является основным средством работы администратора системы. Это происходит еще и потому, что в настоящее время широко распространены средства удалённой работы с системой через сетевые терминалы.

Интерфейс командной строки состоит из специального устройства терминала, который инкапсулирует особенности физических устройств ввода и вывода информации, и командной оболочки – специального процесса, который отвечает за интерактивную работу пользователя, исполняет команды и т.п..

Командная строка имеет строго определённый формат и состоит из приглашения и команды. Команда может иметь параметры и аргументы. Каждая команда возвращает вспециальный код завершения. Несколько команд могут быть объединены в одну.

Каждый процесс имеет свое программное окружнение, которое достаётся ему в наследство от родительского процесса. Окружение состоит из переменных, среди которых выделяют ряд стандартных.

Современные командные оболочки (в частности, bash)
имеют ряд дополнительных удобных возможностей интерфейса пользователя, например,
псевдонимы, автодополнение, шаблоны имен и встроенные средства программирования.

В UNIX существует огромное количество документации, основная часто которой
сосредоточена в страницах руководств (man). Также выделяют расширенные
руководства (info) и документацию, поставляемую с программой (которую можно найти
в директории /usr/share/doc).

Ключевые термины:управляющие символы, терминал, управляющая последовательность, командная
строка, командная оболочка, виртуальная консоль, графический терминал, тип терминала, приглашение, имя команды, встроенная команда, параметры команды, аргументы команды, перенаправление ввода-вывода, код завершения, конвейер, служебные символы, окружение, переменная окружения, история команд, псевдоним, шаблон, страница руководства