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Linux 操作系统漫谈

Linux 发行版

当我们尝试安装一个 Linux 操作系统时，常常面临许多选择：ubuntu、deepin、manjaro 等等，这些选择便是不同的 Linux 发行版（Linux Distribution）。一个 Linux 发行版可以视为一系列软件的集合，其中核心的软件包括：

通常情况下，一个发行版中还会包括安装工具，帮助用户将其中包含的软件安装到硬盘上。这些安装工具和软件被打包成 .iso 格式的光盘映像文件，在安装时，首先将其烧录到 U 盘中，然后进入固件选择 U 盘启动，便可以进入发行版的安装界面。

Shell 与 Terminal

在计算机的远古时代，硬件资源十分昂贵，因此通常是一台主机连接到许多硬件终端上，用户通过终端与主机进行交互。

用户在终端中看到所运行的程序则是 shell，通过在 shell 中输入命令，用户便可以获取操作系统所提供的服务。

对于现代计算机，硬件成本大幅下降，几乎每人都有一至多台计算机，因此终端也不必以硬件形式存在，并发展为了软件终端。当我们打开终端窗口，其中运行的程序仍然是 shell，软件终端模拟了硬件终端的功能，因此它也被称为终端模拟器。

总结而言，终端提供了一个用户与 shell 的交互平台，用户利用终端项 shell 发出命令，由 shell 解释为具体的系统调用帮助用户获取系统服务。

如何正确地使用 shell

“Unix 哲学是这样的：一个程序只做一件事，并做好。程序要能协作。程序要能处理文本流，因为这是最通用的接口。” — Doug McIlroy

shell 是我们与 Linux 操作系统交互的直接方式，因此正确地使用 shell 是尤为重要的。上面这段话是 Unix 管道发明人、 Unix 传统的奠基人之一 Doug McIlroy 对于 Unix 哲学的总结。所谓正确地使用 shell，就是依据 Unix 哲学来思考问题，然后使用 shell 解决这个问题。

对于 Unix 哲学的思考

  • 思考 1：每个工具都只做了一件事，并且把这件事做的很好。

  • 思考 2：工具之间可以通过管道连接，将一个工具的输出作为另一个工具的输入，组合起来完成更复杂的任务。

  • 思考 3：我们可以将一切 shell 中工具的输入和输出视为文本流，只有我们自己或是管道中的下一个工具才能决定它的含义。

例子

比如说有一个需求：希望查看一个仓库每两次相邻提交的变化，并将其保存到不同的文件中。

首先直接搜索这个需求，发现是不行的，说明这个问题太过复杂且不具有普遍性，因此需要拆解这个问题：

  1. 使用 git log 可以获得所有的提交记录及其对应的 commit SHA
  2. 将提交记录里的 commit SHA 都提取出来
  3. 遍历上面的 commit SHA 列表，每次取当前项和下一项（即两次相邻的提交对应的 commit SHA），将这两个值交给 git diff，然后重定向到文件中

这样，我们就获得了一个可行的方案，接下来利用管道和 shell 脚本来解决这个问题。

通过管道组合简单任务

  1. 获得提交记录比较简单，只需要
$ git log
  1. 提取提交记录中的 commit SHA 这个任务乍一想不太号实现，观察 git log 的输出
commit 27c7c471563c8c345af7c94f51bd9537e38a66e3 (HEAD -> nscscc-2023, origin/nscscc-2023)
Author: MiaoHao-oops <haomiao19@mails.ucas.ac.cn>
Date:   Tue Oct 18 22:04:52 2022 +0800

    try hint block headings

commit fbccaa0c2ced843d8abaa80cd57a6dadad44eb06
Author: MiaoHao-oops <haomiao19@mails.ucas.ac.cn>
Date:   Tue Oct 18 22:01:35 2022 +0800

    realign hint blocks

发现有一定的规律：所有 commit SHA 前面都有一个 “commit” ，这个任务很简单，通过搜索“shell 字符串匹配”等类似关键字就可以找到解决方法。我们可以使用 grep 工具提取：

$ git log | grep commit
commit 12f057bec6902814583350c85358bb73c0e0a837
commit 76a02fae60e4246128f763866f5b3011225916ff
commit f9da5d53d2a9bd2e4aee168dae14a70558f32b58
commit 4ed33590aec4562a3531bb293c252c21be90417a
    This reverts commit c298e171dd69e6527d71017c71008116c0d69cbe.
commit fa3e985cba2b90908c142491aa3d34144a935192
...
commit edf1881e261f98a57fe7941c3496d78606203f16
    Initial commit

可以发现，中间和结尾的地方出现了一些我们不想要的东西，这时候可以使用更加强大的正则表达式来提取：

$ git log | grep '^commit [a-z|0-9]'
commit 12f057bec6902814583350c85358bb73c0e0a837
commit 76a02fae60e4246128f763866f5b3011225916ff
commit f9da5d53d2a9bd2e4aee168dae14a70558f32b58
commit 4ed33590aec4562a3531bb293c252c21be90417a
commit fa3e985cba2b90908c142491aa3d34144a935192
...
commit edf1881e261f98a57fe7941c3496d78606203f16

现在离成功还差一步，也就是去掉每行行首的 “commit”，通过类似的方法，将这个任务抽象成“获取每行字符串的第二个字段”便可以找到解决方法。使用 awk 命令：

$ git log | grep '^commit [a-z|0-9]' | awk '{print $2}'
12f057bec6902814583350c85358bb73c0e0a837
76a02fae60e4246128f763866f5b3011225916ff
f9da5d53d2a9bd2e4aee168dae14a70558f32b58
4ed33590aec4562a3531bb293c252c21be90417a
fa3e985cba2b90908c142491aa3d34144a935192
...
edf1881e261f98a57fe7941c3496d78606203f16

利用 shell 脚本将命令顺序保存下来

每次都输入一长串命令十分麻烦，因此可以使用脚本将命令保存到文件中：

$ echo 'git log | grep '\''^commit [a-z|0-9]'\'' | awk '\''{print $2}'\' > get-diff.sh    # 将命令写入脚本文件 get-diff.sh
$ chmod +x get-diff.sh  # 为脚本文件添加可执行权限
$ ./get-diff.sh
12f057bec6902814583350c85358bb73c0e0a837
76a02fae60e4246128f763866f5b3011225916ff
f9da5d53d2a9bd2e4aee168dae14a70558f32b58
4ed33590aec4562a3531bb293c252c21be90417a
fa3e985cba2b90908c142491aa3d34144a935192
...
edf1881e261f98a57fe7941c3496d78606203f16

仅用脚本将 commit SHA 输出是不够的，我们还需要对它们做一些操作，因此，将结果保存到一个变量中是一个更好的选择：

test.sh
#!/usr/bin/bash
CMT_SIGN=`git log | grep '^commit [a-z|0-9]' | awk '{print $2}'`
echo ${CMT_SIGN}

在上面的脚本文件中，我们首先使用 #! 标记了该脚本所使用的解释器为 bash；然后使用反引号 ` 将命令包裹起来，并将结果保存在了变量 CMT_SIGN 中；最后使用 echo 命令查看 CMT_SIGN 的内容是否正确。

接下来，我们希望能够像操作数组那样操作 commit SHA 的列表，由于 CMT_SIGN 中每一个 commit SHA 是用空格隔开的，因此可以利用 shell 中定义数组的语法来将 CMT_SIGN 转化为一个数组：

test.sh
#!/usr/bin/bash
CMT_SIGN=`git log | grep '^commit [a-z|0-9]' | awk '{print $2}'`
# shell 中定义数组的语法，每个元素用空格隔开：
# array_name=(value_1 value_2 ... value_n)
CMT_SIGN=(${CMT_SIGN})

而后，想要遍历这个数组，首选方法便是使用一个循环。在 shell 中，支持 C 语言风格循环：

test.sh
#!/usr/bin/bash
CMT_SIGN=`git log | grep '^commit [a-z|0-9]' | awk '{print $2}'`
CMT_SIGN=(${CMT_SIGN})

# 首先获取数组 CMT_SIGN 的长度
LEN=${#CMT_SIGN[@]}

# C 语言风格 for 循环
for ((i=0;i<${LEN}-1;i++))
do
        # 获取数组的第 i、i+1 项
        new=${CMT_SIGN[$i]}
        old=${CMT_SIGN[$i+1]}
done

我们使用了一个 for 循环来遍历这个数组，并且将相邻的两个 commit SHA 分别存在变量 new 和 old 中。最后，我们使用 git diff 命令生成补丁文件：

test.sh
#!/usr/bin/bash
CMT_SIGN=`git log | grep '^commit [a-z|0-9]' | awk '{print $2}'`
CMT_SIGN=(${CMT_SIGN})

LEN=${#CMT_SIGN[@]}

for ((i=0;i<${LEN}-1;i++))
do
        new=${CMT_SIGN[$i]}
        old=${CMT_SIGN[$i+1]}
        git diff ${old} ${new} > $i.patch
done

最终，我们运行该脚本，便能够在当前目录下得到一系列补丁文件 {0, 1, ..., $LEN}.patch，由新到旧保存了相邻提交的差异。

练习

  • 背景：对于 6.1 版本的 Linux 内核，已经加入了一些使用 rust 语言编写的模块，因此我们想对其中的 rust 源码进行一些统计。

  • 要求：

    1. 编写一个脚本，能够下载、解压 6.1 版本内核源码，并打印出其中行数最多的 rust 源文件名称和行数
    2. （选做）若本目录下已经存在 Linux 源码，则直接打印出统计信息