Linux 入门

一、什么是 Linux？

Linux 严格来说指操作系统内核。日常所说的 Linux 系统，通常是把 Linux 内核、系统工具和应用软件组合起来的发行版，例如 Ubuntu、Debian 和 Fedora。

Linux 既可以通过图形界面操作，也可以通过命令行操作。本教程主要介绍命令行基础，示例以 Ubuntu / Debian 环境中的 Bash 为主；其他发行版的安装命令和部分工具可能不同。

Linux 有什么用？

配置开发环境，运行程序和项目 Demo。
登录服务器，查看日志和管理自己的进程。
整理实验数据，完成文本搜索和简单统计。
编写脚本，自动执行重复操作。
参与嵌入式、数据处理和科研计算项目。

例如，下面的命令可以查看当前位置、列出文件并创建目录：

pwd
ls
mkdir linux-practice

注意： 命令行操作会实际改变文件和系统状态。练习时使用自己的独立目录，执行删除、覆盖和权限修改前确认目标。

二、准备 Linux 学习环境

2.1 Windows：使用 WSL

WSL 可以让 Windows 运行 Linux 环境。在满足系统要求的 Windows 上，按微软官方安装说明，以管理员身份打开 PowerShell，执行：

wsl --install

根据提示完成安装、必要的重启和 Linux 用户创建。后续本文的 Bash 命令在 Ubuntu 等 Linux 终端中执行，不直接复制到 PowerShell。

查看安装情况可在 PowerShell 执行：

wsl --list --verbose

2.2 使用虚拟机或已有 Linux 电脑

可以在虚拟机中安装 Ubuntu，也可以使用已经配置好的 Linux 电脑。初学者不需要为了练命令行重新分区安装双系统。

macOS 的终端也支持许多相似命令，但 macOS 不是 Linux，部分参数、权限和系统管理方式不同。完整跟做时使用 Linux 环境。

2.3 确认当前环境

在 Linux 终端执行：

uname -s
cat /etc/os-release
whoami
pwd

分别用于查看内核名称、发行版信息、当前用户和当前位置。

三、终端、Shell 与命令格式

3.1 终端和 Shell

名称	含义
终端	输入命令、显示结果的界面
Shell	解释命令并调用程序的命令解释器，例如 Bash
命令	要执行的程序或 Shell 内建功能，例如 `ls`、`cd`

终端中可能显示类似提示符：

student@ubuntu:~$

它通常提示用户名、主机和当前路径。输入命令时不需要复制提示符。 不同系统的提示符外观可能不同。

3.2 命令的基本结构

命令 [选项] [参数]

例如：

ls -l /home

ls：命令，列出目录内容。
-l：选项，使用详细格式。
/home：参数，指定要查看的位置。

文档中的方括号通常表示可选内容，不是要原样输入的字符。路径和文件名通常区分大小写。

3.3 常用快捷操作

操作	按键
补全命令或路径	`Tab`，可能需要按两次查看候选
查看上一条命令	方向键上
中断当前前台程序	`Ctrl+C`
移到行首 / 行尾	Bash 常见设置下为 `Ctrl+A` / `Ctrl+E`
清理终端显示	`clear` 或 `Ctrl+L`
退出当前 Shell	`exit`

输入密码时终端通常不会显示字符或星号，这是正常现象。清屏不会删除文件，也不会清除已保存的历史记录。

四、目录结构与路径

4.1 常见目录

路径	常见用途
`/`	整个文件系统的根目录
`/home`	普通用户的主目录通常位于这里
`/root`	root 管理员的主目录
`/etc`	系统与服务配置
`/usr`	系统提供的许多程序、库和共享资源
`/var`	日志等经常变化的数据
`/tmp`	临时文件，不应作为长期存储位置

/ 是根目录，/root 是一个用户的主目录，两者不同。

4.2 绝对路径和相对路径

绝对路径从 / 开始，例如 /home/student/project。
相对路径从当前目录开始，例如 data/result.txt。
. 表示当前目录，.. 表示上一级目录。
~ 在 Shell 中通常展开为当前用户的主目录。

例如：

cd ~
pwd
cd /tmp
cd ..

文件和目录名中包含空格时，用引号包住：

mkdir "my notes"
cd "my notes"

五、查看和切换目录

5.1 查看当前位置

pwd

5.2 查看目录内容

ls
ls -l
ls -a
ls -lh

选项	含义
`-l`	显示权限、所有者、大小等详细信息
`-a`	显示包含隐藏项的全部目录项
`-h`	与 `-l` 等配合，以易读单位显示大小

Linux 中以 . 开头的名称通常被当作隐藏项，例如 .git、.bashrc。

5.3 切换目录

cd /home
cd ~
cd ..
cd -

cd - 返回上一次所在的目录。执行文件操作前，可先用 pwd 和 ls 确认当前位置。

六、创建、复制、移动与删除

以下示例在新建的练习目录内执行：

mkdir linux-practice
cd linux-practice

如果目录已存在，先检查内容，或换一个新的练习目录名。

6.1 创建目录与文件

mkdir notes
mkdir -p project/data
touch notes/day1.md

mkdir 创建目录。
mkdir -p 可以创建缺少的父目录。
touch 在文件不存在时创建空文件；对已有文件使用时主要更新时间戳，不会清空内容。

6.2 复制

cp notes/day1.md notes/day1-backup.md
cp -r notes notes-backup

-r 表示递归复制目录。复制到已有路径时，结果取决于目标是否是目录；覆盖前可使用 cp -i 请求确认。

6.3 移动与重命名

mv notes/day1-backup.md notes/day1-copy.md
mv notes/day1-copy.md project/

mv 既能移动，也能重命名。目标同名时可能覆盖，可使用 mv -i 请求确认。

6.4 删除

rm -i project/day1-copy.md
rmdir notes-backup

rm -i 删除前询问；rmdir 只删除空目录，上例中的备份目录不为空时会拒绝删除。

确实要删除练习用的非空目录时，可以执行：

rm -ri notes-backup

其中 -r 递归处理目录，-i 逐项询问。命令行删除通常不会进入桌面回收站，初学阶段不要用 rm -rf 代替日常删除。

七、查看和编辑文本文件

7.1 创建示例内容

在练习目录执行：

printf 'first line\nsecond line\nthird line\n' > notes/example.txt

printf 输出文本，\n 表示换行，> 将输出写入文件。这里会覆盖已有同名文件，详细规则见后文。

7.2 查看整个文件或部分内容

cat notes/example.txt
head -n 2 notes/example.txt
tail -n 2 notes/example.txt

分别显示全部内容、前两行、后两行。

较大的文件可以分页查看：

less notes/example.txt

在 less 中可用方向键或空格翻页，输入 /关键词 搜索，按 n 查找下一处，按 q 退出。

持续观察日志新增内容：

tail -f notes/example.txt

按 Ctrl+C 停止观察，不会删除日志。

7.3 编辑文件

可以使用图形编辑器，也可以使用终端编辑器，例如：

nano notes/day1.md

在 Nano 中通常用 Ctrl+O 保存、回车确认文件名，用 Ctrl+X 退出。编辑器是否安装取决于环境。

八、查找文件与搜索内容

8.1 用 find 查找文件

find . -type f -name '*.md'
find . -type d -name 'notes'

.：从当前目录开始。
-type f：只找普通文件；-type d：只找目录。
-name：按名称模式匹配。

模式加引号，让 find 接收完整的 *.md，避免 Shell 提前展开。

8.2 用 grep 搜索内容

grep -n 'second' notes/example.txt
grep -i 'SECOND' notes/example.txt
grep -rn 'TODO' notes/

选项	含义
`-n`	显示行号
`-i`	忽略大小写
`-r`	递归搜索目录
`-v`	选择不匹配的行
`-F`	按普通字符串匹配，不解释正则表达式

例如，查找含有点号的完整字符串时：

grep -Fn 'data.csv' notes/example.txt

没有输出可能表示没有匹配，并不一定是命令错误。grep 默认使用正则表达式，匹配普通文字时可以优先考虑 -F。

8.3 通配符

Shell 常用 * 匹配零个或多个字符，? 匹配一个字符，例如：

ls notes/*.md

这类模式通常不匹配以 . 开头的隐藏名称。Shell 通配符与 grep 的正则表达式是不同规则，不能混用。

九、重定向、管道与文本统计

9.1 输出重定向

printf 'first record\n' > result.txt
printf 'second record\n' >> result.txt

>：写入文件，文件已有内容会被覆盖。
>>：追加到文件末尾。
<：从文件读取标准输入。

例如：

wc -l < result.txt

wc -l 统计换行符数量；通常可用于统计正常以换行结尾的文本行数。

9.2 标准输出与标准错误

程序通常把正常结果写到标准输出，把错误信息写到标准错误：

ls notes > files.txt
ls missing-file.txt 2> errors.txt
ls notes missing-file.txt > combined.txt 2>&1

2> 重定向标准错误，2>&1 将标准错误连接到当时标准输出的位置。重定向顺序会影响结果。

注意： 不要把同一文件同时作为输入和 > 的输出，例如 sort result.txt > result.txt，它可能先被清空。应写入另一个文件再检查。

9.3 管道

| 把前一个命令的标准输出交给后一个命令的标准输入：

grep -F 'ERROR' app.log | wc -l

这会统计 app.log 中包含 ERROR 的行数。执行前需要准备对应文件，完整例子见综合示例。

9.4 排序与去重

sort names.txt
sort names.txt | uniq
sort names.txt | uniq -c

uniq 只合并相邻重复行，因此通常先排序。uniq -c 统计相邻相同记录的数量；排序结果可能受语言区域设置影响。

十、权限、用户与 sudo

10.1 查看权限

ls -l notes/example.txt
id

权限字段可能类似：

-rw-r--r--

首字符表示类型，后面三组分别对应所有者、所属组和其他用户：

符号	普通文件中的含义	目录中的含义
`r`	读取内容	列出目录项名称
`w`	修改内容	创建、删除或重命名目录项，通常还需要 `x`
`x`	尝试作为程序执行	进入目录、访问其中已知名称的项目

删除文件主要受父目录权限等条件影响，并非只由文件自身的 w 决定。

10.2 修改权限

为自己的脚本增加所有者执行权限：

chmod u+x hello.sh

数字权限中 r=4、w=2、x=1，三位分别对应所有者、组、其他用户：

chmod 644 notes/example.txt

644 表示所有者可读写，其他人只读。应按实际需要授权，不要用 chmod 777 处理所有权限问题。

10.3 sudo

sudo 根据授权策略，以其他身份执行命令，通常是管理员 root。安装系统软件等操作可能需要它。

遇到 Permission denied 时，先确认路径、文件归属和任务要求，不要直接给所有命令加 sudo。个人学习文件一般放在自己的主目录中。

十一、进程与后台任务

11.1 查看进程

ps -ef
top

ps 显示进程信息，top 动态显示资源占用，按 q 退出。PID 是进程编号。

11.2 启动一个后台练习任务

sleep 60 &
jobs

& 将命令放入后台，jobs 查看当前 Shell 管理的任务。

需要切回前台时，可以执行：

fg %1

%1 是任务编号，按实际 jobs 输出替换；切回前台后可用 Ctrl+C 中断。

11.3 结束自己的进程

kill PID

将 PID 替换为已核实的进程编号。默认发送终止信号，让程序有机会清理退出；不要把 kill -9 作为常规第一步。

后台任务不保证在终端关闭后继续运行。服务器上的长期任务可后续学习 tmux 或任务调度工具。

十二、安装软件与查看系统资源

12.1 Ubuntu / Debian 的 apt

sudo apt update
sudo apt install git

apt update 更新软件包索引，不是升级所有已安装软件。
apt install git 安装 Git，操作前阅读包管理器列出的变更。
安装完成后可用 git --version 检查。

这组命令适用于采用 apt 的发行版；Fedora 等系统使用不同包管理器。学校或团队共用服务器上，按管理员安排安装软件。

12.2 查看磁盘与内存

df -h
du -sh .
free -h

命令	用途
`df -h`	查看已挂载文件系统的容量与剩余空间
`du -sh .`	汇总当前目录的磁盘占用
`free -h`	查看内存与交换空间概况

free 的空闲值不等于全部可用内存，阅读时还要关注 available。部分精简环境可能未预装这些工具。

十三、打包与压缩

13.1 创建 tar.gz 文件

在练习目录中执行：

tar -czf notes.tar.gz notes/

c：创建归档。
z：使用 gzip 压缩。
f：后面指定归档文件名。

13.2 查看归档内容

tar -tzf notes.tar.gz

13.3 解压到指定目录

mkdir -p restored
tar -xzf notes.tar.gz -C restored

x 表示解包，-C 指定目标目录。解压前先查看内容，选择独立目标目录，避免覆盖现有文件。

十四、远程登录与文件传输

14.1 SSH 登录

使用老师或队长提供的用户名和服务器地址：

ssh student@server.example.com

server.example.com 是示例地址，需要替换。指定非默认端口时：

ssh -p 2222 student@server.example.com

首次连接可能询问是否信任主机密钥。应核对管理员提供的主机指纹再确认。登录后执行的命令通常作用于远程电脑，可用 hostname 和 pwd 确认。

退出远程会话：

exit

14.2 SCP 传输文件

以下命令在本地终端执行，假设远程目标目录已存在：

scp notes/example.txt student@server.example.com:~/project/
scp student@server.example.com:~/project/result.txt ./

分别表示上传本地文件和下载远程文件。SSH 的端口选项是小写 -p，SCP 指定端口使用大写 -P。

需要 SSH 密钥时使用管理员认可的配置方式，公钥可交给管理员配置，私钥保留在自己电脑中。

十五、环境变量、引号与脚本

15.1 Shell 变量和环境变量

project_name="linux-practice"
printf '%s\n' "$project_name"
export PROJECT_MODE="practice"

赋值时等号两边不加空格。普通 Shell 变量存在于当前 Shell；export 将变量加入后续子进程的环境。

PATH 是查找命令所用的目录列表，可以查看：

printf '%s\n' "$PATH"
command -v bash

不要随意覆盖 PATH、HOME 等已有系统变量，否则可能影响工具运行。

15.2 单引号与双引号

project_name="ArcLab"
printf '%s\n' ' $project_name&#x27;</span><br><span class="hljs-built_in">printf</span> <span class="hljs-string">&#x27;%s\n&#x27;</span> <span class="hljs-string">&quot;<span class="hljs-variable">$ project_name"

第一条输出字面文本 $project_name，第二条输出 ArcLab。双引号通常允许变量展开，同时保留变量中的空格；使用路径变量时建议加双引号。

15.3 编写简单脚本

用编辑器在练习目录创建 hello.sh：

#!/usr/bin/env bash

name="ArcLab"
printf 'Hello, %s!\n' "$name"
pwd

保存后执行：

bash hello.sh

也可以添加执行权限后直接运行：

chmod u+x hello.sh
./hello.sh

./ 明确指定当前目录中的文件。第一种方式由 Bash 读取脚本，不要求脚本自身具有执行权限；第二种方式需要执行权限，并由首行指定解释器。

脚本建议保存为 UTF-8、使用 Linux 的 LF 换行；Windows 的 CRLF 换行可能导致解释器路径或命令异常。

十六、获取帮助

16.1 命令帮助

ls --help
man ls

许多程序支持 --help，详细文档可以用 man 查看，按 q 退出。不是所有命令都支持相同帮助选项，精简环境也可能没有安装手册。

Bash 内建命令可以使用：

help cd

16.2 理解命令结果

遇到错误时记录当前目录、执行命令和错误原文。先检查帮助中的参数说明，再判断是路径、权限、依赖还是输入内容的问题。

命令没有输出不代表失败，可以查看上一条命令的退出状态：

printf '%s\n' "$?"

通常 0 表示成功，非零表示其他状态，具体含义依命令而定。例如 grep 返回 1 表示没有匹配。

十七、一个综合示例

下面创建一份日志，查找错误、统计数量，并打包结果。请在一个全新的目录中跟做；如果目录名已存在，先换名。

17.1 准备目录与数据

mkdir linux-log-demo
cd linux-log-demo
mkdir data output
printf 'INFO start\nERROR sensor_timeout\nINFO retry\nERROR sensor_timeout\nERROR connection_failed\nINFO finish\n' > data/app.log
cat data/app.log

17.2 搜索并保存错误记录

grep -nF 'ERROR' data/app.log
grep -F 'ERROR' data/app.log > output/errors.txt
wc -l < output/errors.txt

最后一条命令的预期输出为 3，表示有三行错误记录。

17.3 统计重复记录

sort output/errors.txt | uniq -c > output/error-counts.txt
cat output/error-counts.txt

结果应包含 sensor_timeout 两次、connection_failed 一次；行顺序和数字前的空白可能因环境而不同。

17.4 打包并验证

tar -czf log-results.tar.gz data/ output/
tar -tzf log-results.tar.gz
mkdir restored
tar -xzf log-results.tar.gz -C restored
diff output/errors.txt restored/output/errors.txt

最后的 diff 没有输出、退出状态为 0，表示两个文件内容相同。

17.5 整理操作记录

在 README.md 中记录目录结构、每条关键命令的作用和预期结果。把文档、样例数据和统计输出放在一起，便于同伴复现。

十八、常见问题排查

问题	可能原因	解决方法
`command not found`	命令未安装、拼写错误或不在 PATH 中	检查拼写，用 `command -v` 查询，再按环境安装
`No such file or directory`	当前目录错误、文件名或大小写不一致	用 `pwd`、`ls` 检查路径
`Permission denied`	缺少所需权限或脚本执行权限	检查 `ls -l`、父目录和文件归属，按需授权
`File exists`	目标名称已存在	先检查已有内容，再复用或换名
`Directory not empty`	用 `rmdir` 删除非空目录	先查看内容，确认后处理具体文件
文件名有空格时出错	Shell 将路径拆成多个参数	用引号包住完整路径
`grep` 没有输出	没有匹配、大小写不同或规则理解错误	检查样例，按需使用 `-i` 或 `-F`
输出文件突然变空	使用 `>` 覆盖，或输入输出使用同一文件	检查重定向，改用独立输出文件
脚本提示 `bad interpreter` 或出现 `^M`	首行解释器路径或 CRLF 换行有问题	检查解释器，转换为 LF 换行
WSL 命令在 PowerShell 与 Linux 中表现不同	当前使用了不同 Shell	确认操作位置，在对应终端执行
SSH 连接超时或拒绝	网络、地址、端口或服务有问题	核对服务器信息，联系管理员检查服务
SSH 提示主机密钥变化	服务器重装或连接目标发生变化等	向管理员核实指纹，不直接忽略提示

十九、练习

请在自己的独立练习目录完成以下任务。

19.1 文件与目录

查看系统发行版、当前用户名和当前位置。
创建 notes、data 和 output 三个子目录。
创建并编辑 notes/day1.md。
复制一份备份，再把备份移动并重命名。
用绝对路径和相对路径分别进入同一个目录。
创建一个含空格的文件名，用引号正确查看它。
删除一个明确不要的练习文件，解释 rm 与 rmdir 的区别。

19.2 文本处理

完成综合示例，核对三行错误记录和重复次数。
用 find 找出练习目录中的所有 .md 文件。
用 head 和 tail 查看日志开头、结尾各两行。
给日志追加一条错误记录，重新生成结果并解释变化。
比较 > 与 >> 的作用。

19.3 脚本与交接

创建 hello.sh，分别用 bash hello.sh 和 ./hello.sh 运行。
查看并解释脚本的权限。
用 sleep 60 & 创建后台任务，查看任务并结束它。
将数据与结果打包，在新目录解压并对比文件。
写一份 README，让同伴按步骤完成日志筛选任务。

完成后，尝试说明：相对路径从哪里开始、管道传递什么、重定向何时覆盖文件、脚本为什么有时需要执行权限，以及为什么不应该遇到权限问题就直接使用 sudo。

二十、常用命令速查表

功能	命令示例
查看发行版	`cat /etc/os-release`
查看当前位置	`pwd`
列出目录详细信息	`ls -lah`
返回主目录	`cd ~`
返回上级目录	`cd ..`
创建多层目录	`mkdir -p project/data`
创建空文件或更新时间戳	`touch notes.md`
复制文件	`cp -i a.txt b.txt`
复制目录	`cp -r source target`
移动或重命名	`mv -i old.txt new.txt`
询问后删除文件	`rm -i file.txt`
删除空目录	`rmdir empty-dir`
查看小型文本	`cat file.txt`
分页查看文本	`less file.txt`
查看前十行	`head -n 10 file.txt`
查看后十行	`tail -n 10 file.txt`
持续观察新增内容	`tail -f app.log`
查找文件	`find . -type f -name '*.md'`
按普通字符串搜索	`grep -nF 'ERROR' app.log`
排序并统计重复行	`sort names.txt \| uniq -c`
统计文本换行数	`wc -l file.txt`
查看身份与所属组	`id`
增加自己的执行权限	`chmod u+x hello.sh`
查看进程	`ps -ef`
查看当前 Shell 任务	`jobs`
请求结束指定进程	`kill PID`（替换实际 PID）
查看磁盘空间	`df -h`
查看目录占用	`du -sh .`
打包压缩	`tar -czf notes.tar.gz notes/`
查看归档	`tar -tzf notes.tar.gz`
解压到已有目录	`tar -xzf notes.tar.gz -C restored`
SSH 登录	`ssh 用户名@服务器地址`
Bash 执行脚本	`bash hello.sh`
查看命令说明	`man ls`
查看 Bash 内建帮助	`help cd`

二十一、相关学习资料

Ubuntu 官方命令行入门：以实际操作介绍目录、文件和命令组合，英文。
Missing Semester 中文版：选读 Shell 入门、Shell 工具和脚本、命令行环境；为 MIT 课程的社区中文翻译。
The Linux Command Line 作者官网：提供面向命令行新手的英文教材和免费 PDF。
GNU Bash 手册：查阅变量、引号、重定向、管道和脚本规则，英文。
GNU Coreutils 手册：查阅 ls、cp、mv、rm、sort 等基础工具，英文。
微软 WSL 安装文档：Windows 用户准备 Linux 环境的中文官方说明。