中级01 - 操作系统与计算机原理：命令行详解

命令行的历史和流派：

• UNIX家族
  • POSIX标准
  • macOS
  • Linux
  • Windows Subsystem for Linux
• Windows

一、命令的四大要素

命令的组成四要素缺一不可，以下四个要素相同就可以完全地“重现”⼀个命令，你碰到的各种各样古怪的问题，原因⼀定是四个要素之⼀。

• 可执行程序（Executable）
• 参数
• 环境变量（Environment variable）
• 工作目录（Working directory）

1. 工作目录

启动命令的当前光标所在的路径，相对路径都是相对于这个路径。输入pwd 命令可以查看当前所处的工作目录。
可以这样理解：命令（可执行程序）本身是存在于某个目录的，执行一个命令时需要先找到这个命令，通常根据PATH环境变量来查找可执行程序，或者直接使用该命令的绝对路径（使用which查看），现在拿到这个工具后，不要再关心工具从哪来，要关注干活的地方在哪，而标题中【工作目录】就是这个工具当前干活的地方。

2. 环境变量

变量又分为局部变量和全局的环境变量，环境变量是和环境强绑定的，是一种应用广泛的传递配置的方式，可以使用环境变量向不同程序传递参数和配置，例如CLASSPATH和GOPATH。
查看所有的环境变量使用export。

局部变量

局部变量的作用域被限定在创建它们的 shell 中。意思是子进程中不会去继承。local 函数可以用来创建局部变量，但仅限于函数内使用。局部变量可以通过简单的赋予它一个值或一个变量名来设置，用 declare 内置函数来设置，或者省略也可。

name=yue
echo $name

环境变量（全局变量）

环境变量又称全局变量，以区别于局部变量，通常，环境变量应该大写，环境变量是已经用export内置命令导出的变量。
临时的环境变量使用export直接在命令行中声明即可，变量在关闭shell时失效：

export NAME=yue
echo $NAME # yue

永久的（对当前用户永久有效）是需要把export 命令写在启动配置文件 ~/.bash_profile中，语法同上。保存文件后如果希望在当前 shell 中立即生效，执行 source .bash_profile，否则新打开的 shell 才会生效。
无论是临时的还是永久的环境变量，子 shell 都会继承当前父 shell 的环境变量，但不能逆向传递。可以去执行bash来创建一个子 shell 做个试验。

还可以快速传递一个环境变量（只对当前执行的这行命令有效）：

NAME=Tony go run main.go
#之后这个环境变量就不存在了
echo $NAME # 空空如也

系统变量

如果你在 Windows 上安装过 Java 的开发环境，一定还记得配置 PATH 系统环境变量，这样才能需要时根据这个 PATH 中提到的路径，找到相应的可执行程序并运行。
所以如PATH这种系统级的环境变量，比 git bash ~/.bash_profile里 bash 终端级环境变量的作用域更广，毕竟操作系统才是爸爸。
想证明一下很简单，先去设置系统环境变量，比如名叫JUST_TEST，然后win + R 开一个 cmd，执行 echo%JUST_TEST%，就可以看到刚才设置的变量值。

进程（Process）

是计算机程序运行的最小单位，独占自己的内存空间和文件资源，每个进程都和一组环境变量相绑定。子进程是由父进程 fork 出来的，环境变量（全局变量）可以被子进程继承，所有的操作系统和编程语言都支持环境变量。
例如为当前 shell 设置了环境变量XXX，然后在当前环境下进入 node 执行环境后，可以通过process.env.XXX 看到环境变量被继承了（正如上文提到的，局部变量不会被子进程继承）。

3. 可执行程序

什么算是可执行程序

Windows 中 exe/bat/com 文件扩展名被认为是可执行程序，通过 Path；
UNIX/Linux 中看x权限（ls -l），即可执行权限；

去哪⾥找程序？

在 Windows 中是Path 环境变量和当前目录；
在 UNIX/Linux 中 PATH 环境变量。
可执行程序都是从 path 中寻找路径，如果设为空字符串，会找不到。
如果当前就在可执行程序的目录下，对于 UNIX 体系的可以通过 ./xxx 执行，.代表当前目录。
而对于 Windows 的 cmd 是直接输入可执行程序的名称，至于后缀，加不加都行，会自动寻找exe/bat/com这样的后缀。

在脚本的第⼀⾏指定解释器（shebang）

编辑一个xxx.sh文件时，可以在 shell 脚本中第一行指定别的解释器：

#!/usr/bin/env node
console.log(123)

表示在当前执行上下文环境中，查找 node 可执行程序来解释当前脚本，那么当然会从 path 环境变量中查找 node 的路径啦，这样写其实就等价于直接在命令行中执行 node xxx.sh。

别名（alias）

~/.bash_profile 是交互式、login 方式进入 bash 运行的
~/.bashrc 是交互式 non-login 方式进入 bash 运行的
.bash_profile 在用户每次登录系统时被读取，里面的所有命令都会被bash执行。
.bashrc文件会在bash shell调用另一个bash shell时读取，也就是在shell中再键入bash命令启动一个新shell时就会去读该文件。这样可有效分离登录和子shell所需的环境。
一般来说都会在.bash_profile里调用.bashrc脚本以便统一配置用户环境。

在一个 shell 中使用alias命令设置的别名，属于局部变量，只对当前这一层 shell 环境有效，写在~/.bash_profile中后，每次新登录的 shell 都会读取，但由于alias配置的别名属于局部变量，加上创建子 shell 时不会读取.bash_profile（除非写在.bashrc中），所以也就不会为子 shell 设置别名：

vim ~/.bash_profile

# 写入如下内容，保存后 source 一下立即生效

export NAME=Tony
export AGE=25

echo '你好哇~'

alias ~='cd ~'
alias cdproject='cd ~/Projects'

每当打开一个登录终端时，都会看到你好哇~，这说明每打开一个终端，就相当于系统新 fork 了一个 bash 终端进程，继承了系统环境变量后，还要执行启动文件，也就是.bash_profile。

Linux 文件权限

Linux 基础——权限管理命令chmod

4. 参数

可执行程序后面所有的都是参数。UNIX 系统约定如下（Java 并没有严格遵守）：
约定一：-后面只能跟一个字符，但可以合并，ls -alth等价于ls -a -l -t -h
约定二：--后面跟一个单词，ls --all等价于ls -a

参数如果有空格，会以空格分割为多个传递给可执行程序；
参数不加引号或" "双引号，命令行会对参数进行变量的替换和展开；
而使用' '单引号，命令行不会做任何特殊处理，这可用来声明参数是一个整体：

export A=123
echo wan$A.m    # wan123.m
echo "wan$A.m"  # wan123.m
echo 'wan$A.m'  # wan$A.m

如果参数中就是要包含单引号' '，那么可以再用双引号" "包起来或者进行转义：

echo \'I am a boy\'   # 'I am a boy'
echo "'I am a boy'"   # 'I am a boy'

二、使用命令编译运行Java程序

Java 世界里的一切工具都只做一件事：拼接命令行

1. 编译运行

javac Main.java # 源文件编译成字节码
ls # 查看编译结果 Main.class Mian.java
java Main # 运行

Java 中：
System.getenv()查看环境变量
System.getProperty()查看系统属性
传递系统属性要以D开头，要注意书写位置，如果在Mian后面就成了Main的参数了，也就是第一天学 Java 就接触到的mian方法中的String[] args参数。如传一个名为AAA，值为123的属性：

java -DAAA=123 Main

user.dir查看当前工作目录
java.version查看当前 jdk 版本

2. -classpath(-cp) 参数

import junit.extensions.ActiveTestSuite;
public class Main {
        public static void main(String[] args) {
                System.out.println(ActiveTestSuite.class.getName());
        }
}

直接执行javac Main.java会报错找不到。
因此对于引入的第三方类库，编译时要用-classpath 来指定 jar 包的查找路径（假设这个 jar 包就在当前工作目录下）：

javac -cp junit-3.8.2.jar Main.java

这次成功编译了，因为 jar 包就是个普通的 zip 文件，里面放了一堆符合类文件。一个类的全限定类名(FQCN)的包名是和文件夹一一对应的。
这个命令里，javac是 executable 可执行程序，后面全都是参数，-classpath(-cp)指定了 jar 包路径，Main.java是即将被编译的文件。Main.java中有一个ActiveTestSuite，这个类肯定不能从天上掉下来，要去哪儿找呢，就只能去-cp指定的地方找。

接下使用java命令来执行有个天坑，在 UNIX 环境中和 Windows 环境中是有区别的，先说在 UNIX 环境下：

java -cp junit-3.8.2.jar:. Main

以冒号:分隔路径，. 代表同时也在当前目录下查找，第二个java命令Main代表告诉 JVM 要从Main类启动程序，那么Main类从哪儿找呢？只能从-cp指定的路径找（即.所代表的当前目录），JVM 运行Main的时候发现引用了ActiveTestSuite类，继续从-cp指定的路径中查找。

以上命令在 Windows 中的 git bash 里执行时有个天坑，执行会报错。虽然看似在 git bash 中执行了命令，但是-cp后面的路径还是要交给 Windows 版本的java可执行程序去解析的，而在 Windows 版本 classpath 的路径分隔符是用分号;而不是冒号:，但如果只是简单的冒号换成分号还是不行，因为 UNIX 环境中又会用分号来分割命令（bash 中执行一下mkdir testDir; cd testDir试试就知道了），所以要再加单引号' '，表示不对路径参数做任何参数解析，原样交给Java命令。

java -cp 'junit-3.8.2.jar;.' Main

三、Java中fork子进程

java-fork-process/working-directory/run.sh：

#!/usr/bin/env sh
echo "AAA is: $AAA"
ls -alth

java-fork-process/Fork.java：

import java.io.File;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.Map;

public class Fork {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 使用Java代码fork一个子进程，将fork的子进程的标准输出重定向到指定文件：工作目录下名为output.txt的文件
        // 工作目录是项目目录下的working-directory目录（可以用getWorkingDir()方法得到这个目录对应的File对象）
        // 传递的命令是sh run.sh 假设working-directory目录下存在 run.sh 脚本文件
        // 环境变量是AAA=123

        // 1.可执行程序 2.参数
        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("sh", "run.sh");
        // 3.工作目录
        pb.directory(getWorkingDir());
        // 4.环境变量
        Map env = pb.environment();
        env.put("AAA", "123");
        env.get("AAA");
        pb.redirectOutput(getOutputFile());
        pb.start().waitFor();
    }

    private static File getWorkingDir() {
        Path projectDir = Paths.get(System.getProperty("user.dir"));
        return projectDir.resolve("working-directory").toFile();
    }

    private static File getOutputFile() {
        return new File(getWorkingDir(), "output.txt");
    }
}

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参考：

1. linux 中的局部变量、全局变量、shell 变量的总结
2. Linux 基础——权限管理命令chmod
3. 《Linux 命令行大全》