linux cli

Update: 2026-01-14

Linux CLI(Command Line Interface)

CLI(Command Line Interface)即命令行界面，是一种用户与计算机交互的方式，用户通过输入文本命令来控制计算机系统，而不是通过图形界面（GUI）进行操作。CLI是一种基于文本的用户界面，用户通过键盘输入命令，计算机则执行相应的操作并返回文本结果

CLI的特点
1. 文本输入输出：用户通过输入文本命令与计算机交互，结果也以文本的形式返回
2. 高效和灵活：CLI通常比图形界面更加高效，尤其对于技术人员、开发者和系统管理员来说，能够快速执行批量操作、脚本执行、系统管理等任务
3. 精确控制：命令行通常允许用户以非常精确的方式控制系统。用户可以通过组合不同的命令和选项来完成复杂的任务
4. 无图形界面：CLI不依赖图形界面，因此占用的系统资源较少，运行速度较快
CLI的优势
- 高效性：用户可以通过键盘快速输入多个命令进行批量操作，不需要通过鼠标点击菜单等操作
- 灵活性：CLI可以组合多个命令来执行复杂的操作，支持脚本编写，可以自动化很多任务
- 资源占用少：由于没有图形界面，CLI界面占用的系统资源较少，适用于低资源环境
- 远程操作：CLI非常适合远程操作和管理，比如通过SSH连接到远程服务器时，通常使用CLI进行系统管理和调试

命令提示符（Command Prompt）

在 Linux 中，命令提示符（Command Prompt）是 Shell 提供的一个接口，用户通过命令行输入命令与操作系统交互。命令提示符不仅仅是一个等待用户输入的标志，它通常会显示一些有用的信息，如当前目录、用户名、主机名等，帮助用户更好地理解当前的工作环境

在 Linux 中，命令提示符通常由 Shell 来控制，最常用的是 Bash（Bourne Again Shell）。Bash默认会显示一个包含系统状态信息的命令提示符

命令提示符组成部分

在Linux中，命令提示符通常包含以下几个元素

用户名：显示当前登录的用户
主机名：显示当前计算机或主机的名称
当前目录：显示用户所在的工作目录，~代表用户的主目录
权限符号：指示用户权限状态。对于普通用户通常是$，对于root用户是#

示例

user@hostname:home/user$

user：当前登录的用户名
hostname：当前计算机的主机名
/home/user：当前工作目录
$：表现普通用户的命令提示符

Bash的命令提示符：PS1

在Bash中，命令提示符的格式由环境变量PS1控制。PS1是一个存储命令提示符格式的变量，用户可以修改它来定制提示符的显示样式。通过修改PS1，可以改变命令提示符的内容和样式

在大多数Linux发行版中，PS1默认值类似于

[\u@\h \W]\$

常用的`PS1`转义符

Bash支持在PS1中使用一些转义符来定制提示符的样式

\u：用户名
\h：主机名（主机名的第一个部分，不包含域名）
\H：主机名（包含域名）
\w：当前工作目录的完整路径
\W：当前工作目录的基目录（仅显示当前目录的名称）
\d：当前日期，格式为Weekday Month Date
\t：当前时间，格式为HH:MM:SS
\@：当前日期，格式为HH:MM AM/PM
\#：命令的历史记录编号
\$：如果是普通用户显示$，如果是root用户显示#
\n：换行符
\e[COLOR]：用于设置颜色，例如\e[32m设置绿色

命令提示符的定制

可以通过编辑~/.bashrc文件来修改PS1变量，从而定制命令提示符

颜色和样式

可以为命令提示符添加颜色，使其更具可读性。Bash使用ANSI转义码来设置颜色
例如，将提示符中的用户名显示为红色，目录显示为绿色

PS1="\[\e[31m\]\u\[\e[0m\]@\[\e[34m\]\h\[\e[0m\]:\[\e[32m\]\w\[\e[0m\]\$ "

\[\e[31m\]：设置文本为红色
\[\e[32m\]：设置文本为绿色
\[\e[34m\]：设置文本为蓝色
\[\e[0m\]：重置颜色

其他提示符设置

PS2（多行提示符）

PS2是多行命令提示符，在命令需要多行输入时会使用
例如，当输入一个没有完整结尾的命令时，系统会显示PS2提示符，等待你继续输入
默认的PS2设置为PS2="> "
例如，当你输入一个不完整的命令时

$ echo "This is a long command
> that spans multiple lines"

PS3（select命令的提示符）

PS3是在使用select命令时的提示符，用于创建菜单选项。默认值通常是#?

PS4（调试模式提示符）

PS4用于调试脚本时设置提示符，默认值为+

TTY(Teletypewriter)

Linux中的TTY原本指的是终端设备，尤其是早期的打印机终端设备，后来被用来代指所有的终端接口。在现代Linux系统中，TTY的含义更广泛，通常指的是系统中的文本终端，无论是物理终端（例如，串口连接）还是虚拟终端

TTY的类型

物理TTY（硬件TTY）：这些是连接到计算机的实际终端设备，早期的例子是通过串口与计算机连接的打字机，后来变成了专用的终端设备
- 设备文件：/dev/tty1, /dev/tty2, … /dev/tty63
- 访问方式：通过Ctrl + Alt + F1到F7键进行切换
  - 通常F1 - F6是文本控制台（tty1 - tty6）
  - F7或F1（取决于发行版）通常留给图形桌面环境（X11或Wayland）
- 特点：直接由内核管理，是系统最底层的用户接口
虚拟TTY（虚拟控制台）：现代计算机通过虚拟控制台来模拟多个TTY,用户可以在每个虚拟终端上独立地进行操作。在Linux中，通常使用Ctrl + Alt + F1 到 F6来切换到不同的虚拟终端，这些终端会显示在不同的TTY上
- 设备文件：/dev/pts/0, /dev/pts/1, … （pts是”pseudo-terminal slave“的缩写）
- 访问方式：在图形桌面中点击终端图标
- 特点
  - 它们运行在图形界面之上
  - 每个打开的终端窗口通常对应一个独立的/dev/pts/X设备
  - 可以通过tty命令查看当前终端对应的设备文件
伪终端（PTY）：伪终端通常用于在程序之间模拟交互式终端，最典型的例子就是通过终端程序（如SSH）连接到远程系统时，实际上是通过伪终端与系统交互。伪终端通常由两部分组成：主设备（master）和从设备（slave）
串行端口这最接近TTY的历史起源。它通过物理串行端口（如RS-232）连接终端设备。现在主要用于嵌入式系统开发、调试路由器或交换机等场景
- 设备文件：/dev/ttyS0，/dev/ttyS1, …（S代表Serial）

TTY与控制台

控制台（Console）通常指的是与系统的主要输出和输入设备（如显示器和键盘）相关的终端。在Linux系统中，控制台通常是/dev/console
TTY设备通常是指虚拟控制台或连接到系统的终端设备，它们是作为/dev/ttyX（X为数字）来表示的

关键组件与工作流程

一个完整的TTY子系统由三部分组成

终端设备（/dev/ttyX, /dev/pts/X）
- 这是提供给用户程序（如Shell）的接口。程序向这个设备文件写入数据，数据就会显示在终端屏幕上；程序从这个设备文件读取数据，就是在读取用户的键盘输入
行规程（Line Discipline）
- 这是TTY的”大脑“，一个位于内核中的中间处理层。它负责在用户输入的原始模式和加工模式之间转换
- 加工模式（Cooked Mode / Canonical Mode）：这是默认模式。行规程会处理基本的行编辑功能，比如
  - 当按退格键，它会在将字符发送给程序前删除前一个字符
  - 当按Ctrl+C，它不会发送字符C,而是生成一个SIGINT信号来终止前台程序
  - 当按Ctrl+Z，它会生成SIGTSTP信号来挂起程序
  - 当按下回车，将整行数据发送给程序
- 原始模式（Raw Mode）：在此模式下，行规程几乎不做任何处理。用户的每一个按键都会立即、原封不动地发送给应用程序。这对于像vim, bash（在命令行编辑时）、SSH客户端等需要精细控制输入的程序至关重要
UART驱动/终端模拟器
- 对于物理串口，这是UART硬件驱动
- 对于虚拟终端，这是一个在用户空间运行的终端模拟器程序（如GNOME Terminal），它模拟了物理终端的行为，并提供了一个图形窗口来显示输出和接收输入

数据流向简化示例（在虚拟终端中）

在GNOME Terminal里按下键盘按键A
终端模拟器（GNEMO Terminal）捕获到按键，通过/dev/ptmx（伪终端主设备）将字符A发送给内核的行规程
行规程（如果处于加工模式）可能会处理这个字符（比如，如果之前是退格键，则进行删除）
行规程将处理后的数据放入/dev/pts/0（从设备）的缓冲区
Shell（比如bash）正在从/dev/pts/0读取输入，它读到了字符A
Bash处理这个字符，可能会将其回显。回显的流程反过来：Bash将字符A写入/dev/pts/0 -> 行规程 -> 终端模拟器 -> 终端模拟器在窗口上绘制字符A

使用TTY

切换虚拟终端：按下Ctrl + Alt + F1 到 F6，可以切换到不同的TTY,回到图形界面可以使用Ctrl + Alt + F7 或者 F1（具体取决于分配的设置）
登录到TTY：可以在虚拟终端上使用用户名和密码登录。每个TTY都可以有一个独立的会话

Shell

Shell = 壳
它是操作系统中用户与内核之间的接口

内核（Kernel）：底层，控制硬件和资源（CPU、内存、文件系统…）
Shell：接收用户输入（命令/脚本），翻译成系统调用，让内核去执行

Linux的Shell是一种命令行界面（CLI），允许用户与操作系统进行交互。它接受用户输入的命令，然后执行相应的操作。Shell既可以是一个用户与系统之间的“桥梁”，也可以是一个强大的脚本语言，用来自动化任务

Shell的类型

Shell不是只有一种，而是有很多实现：

Sh(Bourne Shell)：最早的Unix Shell
Bash(Bourne Again Shell)：Linux最常见的Shell，功能强大，几乎是默认标准
Zsh：可定制性强，搭配Oh-My-Zsh用起来很炫酷
Fish(Friendly Interactive Shell)：语法友好，自动补全更智能
Csh/Tcsh：C like，早期流行

Shell的两种使用方式

交互式

打开终端输入命令

ls -l
cd /home
mkdir test

Shell逐条接收命令、执行、返回结果

脚本式

把一堆命令写进文件里(.sh)，让Shell一次性执行

#!/bin/bash
echo "Hello, Linux"
for i in {1..5}; do
  echo "Count: $i"
done

执行：bash script.sh

这就是Shell脚本编程

Shell提供的功能

命令执行：直接在Shell中输入命令，Shell解释并执行
- 例如，输入ls列出目录内容
输入输出重定向：通过重定向符号（>,>>,<）控制输入输出流
- 例如，echo "Hello World" > output.txt会将输出写入到output.txt文件
管道(|)：将一个命令的输出直接传递给另一个命令作为输入
- 例如，ps aux | grep 'python'会列出所有与python相关的进程
命令替换：可以将命令的输出作为另一个命令的输入，使用反引号或$()语法
- 例如，echo $(date)会输出当前的日期和时间
环境变量：Shell通过环境变量来存储系统的配置信息
- 例如，$HOME表示当前用户的主目录，$PATH存储可执行文件搜索路径
命令别名：使用alias创建命令的别名，方便快捷
- 例如，alias ll='ls -l'可以将ll作为ls -l的简写

Shell脚本

Shell脚本是由一系列命令组成的文件，通常用于自动化重复性任务。脚本的基本语法如下

#!/bin/bash 
# 这是一个注释

echo "Hello, Wrold!" # 打印输出

#!/bin/bash：称为Shebang或Hashbang。它告诉系统使用哪个解释器来执行这个脚本。这是脚本的第一行，必须是绝对路径
# 这是一个注释：以#开头的行是注释，不会被解释执行
echo "Hello, World!"：一个简单的Shell命令，用于输出文本

Shebang

Shebang（也叫hashbang或bang line）是指在脚本文件的第一行中的一个特殊符号#!，后面跟着解释器的路径，用于告诉操作系统该脚本文件应由哪个解释器来执行。它使得用户可以直接通过执行脚本文件来执行程序，而不需要显式地调用解释器（例如bash script.sh）

Shebang语法

Shebang的基本形式是

#!/path/to/interpreter

#和!组成的符号#!是一个固定的标志，用来告诉操作系统这是一个shebang行
/path/to/interpreter是解释器的完整路径，例如/bin/bash， /usr/bin/python3等

如何工作

Shebang行让脚本文件在执行时知道该用哪个解释器来执行它。当你运行一个脚本时，操作系统会读取脚本的第一行，看到#!后，自动去查找并调用执行的解释器（例如/bin/bash）
例如，如果有一个hello.sh脚本，并且它的第一行是

#!/bin/bash

当你通过命令./hello.sh来执行它时，系统会使用/bin/bash来解释和执行该脚本的内容，而不需要显式地在命令行中输入bash hello.sh

Shebang存在的意义

便捷性：它让脚本可以直接运行，而无需显式指定解释器。例如，只需./script.sh就能隐匿性脚本，而不是先运行bash script.sh
可移植性：Shebang使得脚本可以在不同的系统中运行，只要该解释器存在于相同的路径下。它还支持使用/usr/bin/env来查找解释器，这样即使解释器路径不同，脚本也可以在各种系统上运行
指定解释器：它允许你指定脚本需要的解释器，不论系统上默认的Shell是什么。这样就可以确保脚本按照你希望的方式执行

Shebang与文件权限

为了使脚本能够被执行，脚本文件必须具备执行权限。可以使用chmod命令赋予执行权限

Shebang与`/usr/bin/env`

有时，直接指定解释器的路径可能会在不同系统中产生问题，因为解释器的路径可能不同。例如，Python解释器可能位于usr/bin/python, usr/local/bin/python或/bin/python，这取决于安装方式和操作系统

为了解决这个问题，可以使用/usr/bin/env，它会自动查找环境变量中的解释器路径

#!/usr/bin/env python3

使用这种方式，系统会使用env查找系统中第一个可用的python3解释器，而不需要硬编码具体的路径

Shebang的例外

交互式Shell：如果在终端中直接启动一个Shell（如bash），而没有使用Shebang行，那么Shell会交互式地运行，而不会自动去找指定的解释器
Shebang脚本的兼容性：大多数Linux系统支持Bash脚本的Shebang，但如果使用了不同类型的Shell（如Zsh），确保脚本首行指向正确的Shell解释器

如何执行脚本

添加执行权限（推荐）：

chmod +x hello.sh 
./hello.sh # 在当前目录下执行

直接使用解释器（无需执行权限）

bash hello.sh

变量

定义和使用变量

定义：变量名=变量值（等号两边不能有空格）
使用：在变量名前加$符号，或者用${变量名}(推荐，明确变量边界)

#!/bin/bash 

name="Alice"
age=30

echo "My name is $name."
echo "I am ${age} years old."

# 将一个命令的结果赋值给变量
current_time=$(date) # 或者用反引号 `date`
echo "Current time is: $current_time"

注意：变量名区分大小写，且默认都是字符串类型。进行数学运算需要特殊处理

只读变量和删除变量

#!/bin/bash 

readonly my_var="This is constant"
my_var="Change it" # 这行会报错

normal_var="To be delete"
unset normal_var
echo $normal_var # 输出空行

环境变量和局部变量

环境变量：对所有Shell会话和子进程都可见，通常用export定义
局部变量：只在当前Shell脚本中可见

#!/bin/bash 

local_var="I'm local"
export CLOBAL_VAR="I'm global"

# 在脚本中调用另一个脚本，GLOBAL_VAR会被传递过去

字符串操作

Shell中的变量值通常都被当作字符串处理

#!/bin/bash 

str="Hello World"

# 获取长度
echo ${#str} # 输出11

# 字符串切片
echo ${str:0:5} # 从索引0开始，截取5个字符，输出“Hello”

# 查找字符串（返回索引，从1开始计数）
echo `expr index "$str" "Wo"` # 输出 7

# 字符串替换
echo ${str/World/There} # 输出 “Hello There”

# 更多替换
path="/home/user/file.txt"
echo ${path%.txt} # 删除后缀，输出”/home/user/file"
echo ${path%/*} # 删除最后一部分，输出 “home/user”
echo ${path##*/} # 只保留最后一部分，输出“file.txt”

传递参数

在执行脚本时，可以向其传递参数

#!/bin/bash
# 假设脚本名为 test.sh

echo "Script name: $0"
echo "First argument: $1"
echo "Second argument: $2"
echo "Number of arguments: $#"
echo "All arguments (as a string): $*"
echo "All arguments (as an array): $@"
echo "Exit status of last command: $?"
echo "Process ID (PID) of this script: $$"

执行./test.sh arg1 arg2，输出

Script name: ./test.sh
First argument: arg1
Second argument: arg2
Number of arguments: 2
All arguments (as a string): arg1 arg2
All arguments (as an array): arg1 arg2
Exit status of last command: 0
Process ID (PID) of this script: 12345

$*与$@的区别（在循环中尤其重要）

$*：将所有参数都视为一个整体字符串（“arg1arg2”）
$@：将每个参数视为独立的字符串（“arg1"“arg2”）

数组

Bash支持一位数组

#!/bin/bash 

# 定义数组
fruits=("Apple" "Banana" "Orange")

# 按索引赋值
fruits[3]="Grape"

# 读取数组元素
echo ${fruits[0]} # 输出 Apple

# 读取所有元素
echo ${fruits[@]} # 输出所有元素为独立字符串
echo ${fruits[*]} # 输出所有元素为整体字符串

# 获取数组长度
echo ${#fruits[@]} # 输出 4

# 遍历数组
for fruit in "${fruits[@]}"; do 
    echo "Fruit: $fruit"
done

基本运算符

算术运算符

在Bash中，不能直接用a=1+1，需要使用以下方式

$(( ... ))（最常用，推荐）

a=$(( 10 + 5  ))
echo $a # 15 
echo $(( 10 % 3 )) # 取模，输出1 
(( a++  )) # 自增

expr命令（较老的方式）

a=`expr 10 + 5` # 注意运算符两边的空格

let命令

let "a = 10 + 5"

关系运算符（常用于`[[]]`或`test`命令）

-eq：等于
-ne：不等于
-gt：大于
-lt：小于
-ge：大于等于
-le：小于等于

字符串运算符

=或==：相等
!=：不相等
-z：字符串长度为0（空）
-n：字符串长度非0
str：检查字符串是否不为空（简单写法）

文件测试运算符

-e file：文件/目录是否存在
-f file：是否是普通文件
-d file：是否是目录
-r file：是否可读
-w file：是否可写
-x file：是否可执行
-s file：文件大小是否大于0（非空）

流程控制

条件语句`if`

#!/bin/bash 

if [[ condition  ]]; then 
    # 执行命令
elif [[ condition2  ]]; then 
    # 执行命令
else
    # 执行命令
fi

[ ] vs [[ ]] vs test

test expression和[ expression ]是等价的，是POSIX标准，但功能较弱
[[ expression ]]是Bash的扩展，功能更强大、更安全（例如，支持&&, ||，字符串比较不需要引号也能处理空格）

示例

#!/bin/bash 

read -p "Enter a number: " num 

if [[ $num -gt 10 ]]; then 
    echo "Number is greater than 10."
elif [[ $num -eq 10 ]]; then 
    echo "Number is exactly 10."
else 
    echo "Number is less than 10."
fi 

# 检查文件
file="/path/to/file"
if [[ -f "$file" && -r "$file" ]]; then 
    echo "File exists and is readable."
fi 

# 字符串比较
name="Bob"
if [[ $name == "Bob" ]]; then 
    echo "Hello, Bob!"
fi

选择语句`case`

#!/bin/bash 

read -p "Enter yes or no: " answer 

case $answer in 
    [Yy]|[Yy][Ee][Ss])
        echo "You agreed."
        ;;
    [Nn]|[Nn][Oo])
        echo "You disagreed."
        ;;
    *)
        echo "Invalid input"
        ;;
esac

循环语句

for循环

#!/bin/bash 

# 遍历值列表
for color in red green blue; do 
    echo "Color is $color"
done 

# 遍历命令输出
for file in $(ls *.txt); do 
    echo "Processing $file"
done 

# C语言风格
for (( i=0; i<5; i++ )); do 
    echo "i=$i" 
done

while循环

#!/bin/bash 

count=1
while [[ $count -le 5 ]]; do 
    echo "Count: $count"
    ((count++))
done 

# 读取文件逐行处理（经典用法）
while IFS= read -r line; do 
    echo "Line: $line"
done < "/path/to/file"

until循环（与while相反，条件为假时执行）

#!/bin/bash 

count=1 
until [[ $count -gt 5 ]]; do 
    echo "Count: $count" 
    ((count++))
done

循环控制：

break：跳出整个循环
countinue：跳过本次循环，进入下一次

函数

函数用于封装可重用的代码块

#!/bin/bash 

# 定义函数
my_function() {
    local local_var="I'm local" # 局部变量，推荐使用
    echo "Hello from function"
    echo "First argument to function is: $1" # 使用函数自己的参数
    return 0 # 返回值（0-255），通常0表示成功
}

# 另一种定义方式
function another_func {
    echo "Another function"
}

# 调用函数
my_function "arg1"

# 获取函数返回值
my_function
echo "Function exit status: $?"

注意：函数内的变量默认是全局的，使用local关键字可以定义局部变量

输入输出重定向

调试技巧

-x：跟踪执行，显示每一行命令及其参数

bash -x your_script.sh 
# 或在脚本开头 set -x

-e：遇到错误（命令返回非零状态）立即退出脚本
-u：遇到未定义的变量时报错
-o pipefail：管道中任何一个命令失败，整个管道就失败

通常可以在脚本开头这样写

#!/bin/bash 
set -euo pipefail # 严格的错误处理模式

Bash

Bash(Bourne Again Shell)是一个命令行解释器和脚本语言，是Linux和macOS等类Unix操作系统中最常用的Shell之一。Bash是由Brian Fox为GNU项目开发的，是Unix的Bourne Shell(sh)的替代品，因此得名"Bourne Again Shell”

Bash不仅作为一个交互式命令行解释器使用，也广泛用于编写脚本来自动化各种系统管理任务、应用程序部署等工作

Terminal

在Linux中，Terminal是一个用于与操作系统交互的应用程序，它提供一个命令行界面（CLI）。通过Terminal，用户可以执行命令、运行脚本、管理文件、配置系统等。它是与计算机进行交互的一种非常强大的方式，尤其是对于开发者和系统管理员来说

定义

Terminal（终端）是一个文本界面程序，它允许用户通过键盘输入命令来与操作系统的内核交互。用户通过终端输入命令并接收操作系统的输出结果。Terminal本身不处理这些命令，它会将输入传递给操作系统的Shell（例如Bash, Zsh, Fish等），然后显示命令执行的结果

组成

Shell：Terminal中运行的程序，解释用户输入的命令并执行。常见的Shell包括Bash（默认的Shell）、Zsh、Fish、Sh等
提示符：在Terminal中通常会看到一个命令提示符（例如user@hostname:~$），它表示系统准备接收输入命令
终端程序：像GNOME Terminal、Konsole, Xterm, Terminator等是不同的终端仿真器，它们是用户使用命令行界面的应用程序

功能

执行命令：通过Terminal，用户可以执行各种操作系统命令来管理文件、运行程序、安装软件、配置系统等
脚本执行：Terminal允许运行Shell脚本，用户可以编写一系列命令并批量执行
文件管理：通过命令行工具（如ls, cp, mv, rm, touch）进行文件管理，查看目录内容，移动文件，复制文件，删除文件等
程序启动与调试：用户可以在Terminal中启动程序，也可以进行程序的调试，查看日志输出等
远程管理：通过SSH（Secure Shell）等协议，用户可以远程登录并管理其他计算机，通常通过Terminal完成

常见的Terminal仿真器

Linux系统中有很多Terminal仿真器，它们为用户提供了访问Shell的界面。常见的Terminal仪器包括

GNOME Terminal：默认的GNOME桌面环境中的终端仿真器
Konsole：KDE桌面环境中的终端
Xterm：传统的终端仿真器，提供基本的功能
Terminator：一个功能丰富的终端仿真器，支持多窗口分割
Alacritty：一个注重性能的GPU加速终端
LXTerminal：轻量级的终端仿真器，适用于LXDE

Job Control

作业控制是Shell的一个功能，允许用户同时运行和管理多个进程（作业）。它让用户可以在前台和后台之间移动作业，暂停和恢复作业
作业控制 = Shell借助内核的进程组 + 终端前台控制 + 信号，实现前台/后台切换、暂停、恢复

基本概念

前台作业（Foreground Job）

与终端交互的作业，接收键盘输入和信号，一个终端只能有一个前台作业

后台作业（Background Job）

在后台运行的作业，不接收键盘输入，可以同时运行多个后台作业

四层结构

1. 进程（process）

2. 进程组（process group）

一组相关的进程，用PGID标识（通常等于leader的PID），用来整体接收信号

ls | grep foo

ls是一个进程
grep是一个进程
它们在同一个进程组

管道 = 一个进程组，这是作业控制的基石

3. 会话（session）

一个进程组
由setsid()创建
有一个控制终端（controlling terminal）

通常

一个终端 = 一个session
一个shell = session leader

Session
|__ 前台进程组（foreground PG）
|__ 后台进程组（background PGs）

4. 作业（job）

作业不是内核概念，是Shell自己维护的结构

Shell里

sleep 100 | cat &

Shell会记录

Job ID：%1
对应的PGID
状态：Running/Stopped

内核完全不知道%1这种东西

控制终端

控制终端通常是指tty/pty，它有一个关键属性：同一时刻，只允许一个进程组成为“前台进程组”，这个状态保存在内核的tty结构里

前台进程组可以从终端读取输入（read, scanf），接收键盘产生的信号
后台进程组如果敢读终端，内核会向该进程组发送SIGTTIN（后台进程读终端，一定不行）或SIGTTOU（后台进程写终端，部分情况），它们的默认行为都是Stop（暂停），写终端不一定能会被暂停，因为很多程序允许后台打印日志

Shell如何进行控制作业

以Bash为例，流程是这样的

启动作业（前台）

vim file.txt

Shell进行如下行为

fork()
子进程setpgid() -> 新进程组
tcsetpgrp(tty, pgid) 把终端前台交给这个进程足足
execve(vim)
Shellwaitpid()等待

暂停作业

当按下^Z

终端驱动捕获按键
内核向前台进程组发送SIGTSTP
进程默认行为：暂停
waitpid()返回WIFSTOPPED
Shell发现这个job被停
Shell重新拿回终端tcsetpgrp()，记录job状态 = Stopped

Shell并不是被信号暂停的那个，它是观察者

命令

启动作业

# 正常启动
$ command

# 后台启动
$ command &
$ sleep 100 &

# 启动后立即转为后台
$ command
# 暂停
$ bg # 转为后台运行

作业控制

# 列出所有作业
$ jobs
[1] - running sleep 200
[2] + stopped vim file.txt 

# 带详细信息的列表
$ jobs -l
[1] + 12345 Running sleep 200
[2] - 12346 Stopped vim file.txt

# 带进程组信息的列表
$ jobs -p

前后台切换

# 暂停当前前台作业（^Z）
# 生成SIGSTP信号

# 将暂停的作业转为后台运行
$ bg [%job_number]

# 将作业带到前台
$ fg [%job_number]

# 示例
$ sleep 200 
# 暂停
[1] + 12345 suspended sleep 200
$ bg %1 # 后台继续运行
$ fg %1 # 带回前台

作业标识符

%n # 作业号 n
%string # 以 string 开头的作业
%?string # 包含 string 的作业
%% 或 %+ # 当前作业（最近暂停或后台的）
$- # 前一个作业

信号控制

kill 发送信号，默认发送SIGTERM

# 发送信号到作业
$ kill %1 # 终止作业1
$ kill -SIGSTOP %1 # 暂停作业1
$ kill -SIGCONT %1 # 继续作业1

常用信号

SIGINT： ^C 中断
SIGTSTP： ^Z 请求暂停，可捕获、可忽略
SIGQUIT：core dump
SIGCONT：继续运行
SIGTERM：可清理退出
SIGKILL：内核强杀
SIGSTOP：强制暂停，不可捕获，不可忽略

kill -STOP pid

SIGTTIN：后台进程读终端，默认暂停
SIGTTOU：后台进程写终端（部分情况），默认暂停
SIGHUP：控制终端挂断，shell退出时发给作业

防止作业被挂起信号暂停

# 使用 nohup 运行作业
$ nohup command &

# 或
$ command &
$ disown # 从作业表中移除

监视后台作业

# 等待后台作业完成
$ wait %1

# 等待所有后台作业
$ wait

退出Shell时保持作业运行

# 使用 disown
$ disown %1 

# 或使用 setsid
$ setsid command

示例

下载文件时编辑文档

# 开始下载大文件
$ wget http://example.com/large-file.zip &
[1] 12345

# 编辑文档
$ vim notes.txt
# 暂停vim
[2] + 12346 suspended vim notes.txt

# 查看下载进度
$ jobs
[1] - 12345 Running wget http://example.com/large-file.zip
[2] + 12346 Stopped vim notes.txt

# 返回vim编辑
$ fg %2

编译项目

# 后台编译
$ make all &
[1] 12347

# 继续其他工作
$ ls -la 
$ grep "pattern" *.txt

# 检查编译状态
$ jobs
[1] + 12347 Running make all

# 如果有错误，带回前台查看
$ fg %1