實(shí)驗(yàn)2 常用命令和工具軟件的使用

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h4>

1.了解和熟悉常用文件/目錄操作命令的功能和使用方式。

2.了解和熟悉一種或多種文本查看/編輯命令的功能和使用方法。

3.了解和熟悉文件/目錄打包和解壓縮工具的功能和使用方法。

4.了解和熟悉程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具軟件的功能和使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)要求

1.在Linux虛擬機(jī)中使用文件/目錄操作命令進(jìn)行指定的操作。

2.使用文本查看/編輯命令查看指定文件并對(duì)文件進(jìn)行指定的修改。

3.使用文件/目錄打包和解壓縮工具對(duì)指定的文件/目錄進(jìn)行打包和解壓縮操作。

三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，先學(xué)習(xí)和了解Linux系統(tǒng)平臺(tái)常用命令和工具軟件的功能和使用方法。在Linux系統(tǒng)中，用戶(hù)通常使用命令行界面（Command-Line Interface，CLI）進(jìn)行交互。打開(kāi)終端窗口，出現(xiàn)shell命令行提示符，如“bao@Linux32:～/workspace/lab01$”，其中，bao表示當(dāng)前登錄的用戶(hù)名，Linux32表示主機(jī)名，～/workspace/lab01表示當(dāng)前目錄路徑。提示符中最后的字符“$”表示普通用戶(hù)，若為“#”，則表示root系統(tǒng)管理員。

在命令提示符下，可輸入文件/目錄操作命令、進(jìn)程管理命令、軟件包管理命令、文本編輯命令等各種命令。Linux命令的形式為“command [-options] [parameter]”，括號(hào)[]表示可以不出現(xiàn)或出現(xiàn)一次或多次。其中，command表示命令的名稱(chēng)，不可缺失；options為命令的選項(xiàng)，可有可無(wú)，以-開(kāi)頭；parameter表示命令的參數(shù)，可有可無(wú)。每一部分之間用一個(gè)以上空格隔開(kāi)，最后用回車(chē)（Enter）鍵啟動(dòng)命令的執(zhí)行。

1.常用文件/目錄操作命令

在Linux系統(tǒng)中，根目錄是最上級(jí)的目錄，用“/”表示，所有目錄、文件和設(shè)備都在根目錄之下；主目錄也稱(chēng)為家目錄，是指根目錄下的home目錄，即“/home/”，該目錄下是所有用戶(hù)的信息，如用戶(hù)zhangshan的主目錄是“/home/zhangshan”。一般用“～”表示，“.”和“..”分別代表當(dāng)前目錄和上一級(jí)目錄。注意：有些系統(tǒng)中將目錄稱(chēng)為文件夾，即目錄和文件夾是同一個(gè)含義。表1.1給出了常用文件和目錄操作命令及說(shuō)明。

2.常用文本查看/編輯命令和工具軟件

（1）查看文件內(nèi)容的命令

用于查看文件內(nèi)容的常用命令如下。

? cat用于查看文件內(nèi)容或者將多個(gè)文件合并為一個(gè)文件，如命令“cat -n test.txt”用于顯示text.txt文件并在所有行開(kāi)頭附加顯示行號(hào)。

? more用于按頁(yè)向下滾動(dòng)查看文件內(nèi)容，不能向上滾動(dòng)查看。

? less用于按行/頁(yè)查看內(nèi)容，可使用上/下箭頭鍵（PgUp/PgDn鍵）向上/向下滾動(dòng)（翻頁(yè)），或按空格鍵向下翻頁(yè)。

（2）文件搜索和過(guò)濾命令

用于文件搜索和過(guò)濾的常用命令如下。

? grep用于在文件中搜索指定的文本模式，如命令“grep -n "hello" test.txt”用于在文件test.txt中搜索包含字符串"hello"的行，同時(shí)輸出匹配行的行號(hào)和所在行文字。

? find用于在指定路徑下查找符合條件的文件，如命令“find -name test.txt”用于在當(dāng)前目錄及其子目錄下查找名為text.txt的文件，其中選項(xiàng)“-name”表示按文件名匹配查找。

（3）文本編輯器

nano是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的文本編輯器，適合新手使用，可以根據(jù)需要使用不同的選項(xiàng)和參數(shù)執(zhí)行nano文本編輯器，在編輯文本的過(guò)程中，可使用快捷鍵進(jìn)行剪切、復(fù)制、粘貼、搜索和替換等基本操作，具體的快捷鍵使用信息可以通過(guò)〈Ctrl+G〉或F1鍵查看。

vi或Vim是一個(gè)功能強(qiáng)大的文本編譯器，廣泛用于在Linux系統(tǒng)終端環(huán)境下進(jìn)行文本編輯，Vim是vi的增強(qiáng)版。vi和Vim文本編譯器具有插入、刪除、復(fù)制、粘貼、搜索及替換、分割窗口等各種強(qiáng)大的編輯和操作功能。詳細(xì)的快捷鍵操作和命令信息可以通過(guò)Vi m的幫助文檔來(lái)獲取。

Gedit是Linux系統(tǒng)默認(rèn)的文本編輯器，在Debian 12中需要手動(dòng)安裝才能使用。Gedit有直觀(guān)的用戶(hù)界面，可通過(guò)菜單欄和工具欄完成大多數(shù)編輯任務(wù)，支持多種編程語(yǔ)言的自動(dòng)縮進(jìn)、語(yǔ)法高亮顯示、代碼折疊等，能幫助用戶(hù)更好地閱讀和編輯代碼，適合新手用戶(hù)用作編程語(yǔ)言編輯器。

Text Editor是GNOME桌面中的文本編輯器，雙擊文本文件時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)打開(kāi)Text Editor（或Gedit）。在有的Linux系統(tǒng)（如Ubuntu）中，Text Editor與Gedit是同一個(gè)文本編輯器。

（4）十六進(jìn)制編輯器

如果要直接以二進(jìn)制形式查看和修改目標(biāo)文件的內(nèi)容，可以使用十六進(jìn)制編輯器hexedit或bless等。打開(kāi)編輯器后，可以看到二進(jìn)制文件的內(nèi)容以十六進(jìn)制形式顯示，然后可使用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)直接對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行修改。

3.文件/目錄打包和解壓縮工具軟件

tar命令是Linux系統(tǒng)中使用較廣泛的打包和解壓縮命令，用于將多個(gè)文件或目錄打包歸檔在單個(gè)歸檔文件中，歸檔文件可以進(jìn)一步使用gzip或bzip2進(jìn)行壓縮。tar命令的基本用法為“tar [-options] [filename]”。表1.2給出了常用選項(xiàng)及其含義。

表1.3給出了tar命令的使用舉例及說(shuō)明。

4.程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具軟件

程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程涉及源程序文件的編輯、源程序的預(yù)處理/編譯/匯編/鏈接、程序的調(diào)試和執(zhí)行等。其中，源程序文件的編輯操作可以使用上述提到的Gedit和vi/Vim等文本編輯器實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)文件的編輯操作可以使用上述提到的hexedit等十六進(jìn)制編輯器實(shí)現(xiàn)。

（1）源程序文件的轉(zhuǎn)換處理

對(duì)于源程序文件的預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接等轉(zhuǎn)換處理，大多使用GNU編譯器套件（GNU Compiler Collection，GCC）實(shí)現(xiàn)。gcc命令的基本用法是“gcc [-options] [filenames]”。表1.4給出了gcc命令的常用選項(xiàng)及說(shuō)明。

此外，也可以分別采用預(yù)處理命令（cpp）、編譯命令（cc1）、匯編命令（as）和鏈接命令（ld）將轉(zhuǎn)換過(guò)程的每一步分開(kāi)進(jìn)行處理。

（2）目標(biāo)文件的反匯編工具

源程序文件經(jīng)預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接處理后生成的目標(biāo)文件中的代碼為不可顯示的二進(jìn)制形式，通過(guò)反匯編工具軟件objdump，可以將可重定位目標(biāo)文件或可執(zhí)行目標(biāo)文件中的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為可顯示的匯編代碼形式。objdump命令的基本用法是“objdump [-options] [filenames]”。其中，選項(xiàng)-d表示將指定目標(biāo)文件中的代碼節(jié)（.text節(jié)）進(jìn)行反匯編；-D表示將指定目標(biāo)文件中的所有節(jié)（section）進(jìn)行反匯編；-S表示在生成的反匯編代碼中顯示源代碼，這需要在gcc命令進(jìn)行編譯時(shí)使用-g選項(xiàng)。

（3）程序調(diào)試工具

在Linux系統(tǒng)中大多采用gdb調(diào)試工具進(jìn)行程序調(diào)試。可在shell命令行提示符下輸入“gdb <可執(zhí)行文件名>”或“gdb”啟動(dòng)gdb調(diào)試工具。啟動(dòng)gdb后進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，此時(shí)可直接輸入調(diào)試命令進(jìn)行程序調(diào)試。大部分調(diào)試命令可利用補(bǔ)齊功能以簡(jiǎn)便的方式輸入，如quit可簡(jiǎn)寫(xiě)為q、list可以簡(jiǎn)寫(xiě)為l等，按〈Enter〉鍵將重復(fù)上一個(gè)調(diào)試命令。表1.5給出了常用的gdb調(diào)試命令及其含義。

（4）ELF文件顯示工具

readelf是一個(gè)在Linux下用于顯示ELF文件內(nèi)容的工具，命令中必須指定選項(xiàng)和ELF文件名，不同的選項(xiàng)表示顯示不同的內(nèi)容，例如，-h選項(xiàng)用于顯示ELF頭，-l用于顯示程序頭表，-S用于顯示節(jié)頭表，-s用于顯示符號(hào)表，-r用于顯示重定位節(jié)，-a用于顯示所有節(jié)信息。

（5）make命令和makefile文件

make命令和makefile文件相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)大型工程的自動(dòng)化編譯鏈接以生成可執(zhí)行文件。復(fù)雜工程中通常有大量的源文件，按類(lèi)型、功能、模塊等分別存放在若干目錄中，makefile文件用于定義一系列規(guī)則來(lái)指定哪些源文件需要先編譯生成.o文件、哪些源文件可以后編譯生成.o文件、在哪種情況下需要重新編譯某個(gè)源文件等，其中可包含各種shell命令，因而makefile文件類(lèi)似一個(gè)shell腳本。一旦存在一個(gè)適合的makefile文件，只需要執(zhí)行make命令，整個(gè)工程就可以完全自動(dòng)編譯、鏈接并生成可執(zhí)行目標(biāo)文件，從而極大提高軟件開(kāi)發(fā)效率。make命令的基本格式是“make [-f makefile文件名] [-options] [宏定義] [目標(biāo)]”，這里的目標(biāo)是指make命令要生成的目標(biāo)文件或達(dá)成的目的，可以是makefile文件中指定的要生成的可執(zhí)行目標(biāo)文件，也可以是一個(gè)偽目標(biāo)。以下是常用的make命令：“make clean”表示刪除所有生成的目標(biāo)文件以便重新生成；“make cleanall”表示刪除所有生成的目標(biāo)文件、配置文件和臨時(shí)文件，以便重新開(kāi)始構(gòu)建；“make install”表示將生成的目標(biāo)文件復(fù)制到指定的目錄中。

5.管道和輸入/輸出重定向

在Linux命令行中可以使用管道和輸入/輸出重定向等來(lái)實(shí)現(xiàn)更加便捷和高效的文件操作。其中，管道“|”用于將上一個(gè)命令的輸出作為下一個(gè)命令的輸入，輸出重定向“> file”用于將命令執(zhí)行后的輸出內(nèi)容存入文件file中，而不是輸出到默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)輸出stdout（即終端設(shè)備）。例如，命令行“l(fā)s-t|head-n 5>/tmp/last-ten.txt”表示將當(dāng)前目錄中的文件按修改時(shí)間顯示最近修改過(guò)的5個(gè)文件的文件名，每行出現(xiàn)一個(gè)文件名，顯示的結(jié)果不出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)輸出文件stdout上，而是保存在文件/tmp/last-ten.txt中。在該命令行中，ls和head命令之間由管道連接，因此head命令的輸入文件是ls命令的輸出結(jié)果；head命令后面是輸出重定向操作，因此head命令執(zhí)行后的輸出內(nèi)容將存入文件/tmp/last-ten.txt中。ls中的“-t”選項(xiàng)指定按修改時(shí)間由近向遠(yuǎn)進(jìn)行排序顯示；head中的“-n 5”選項(xiàng)指定顯示前5行，若不指定行數(shù)，則默認(rèn)顯示前10行。

上述對(duì)相關(guān)命令和工具軟件的描述和說(shuō)明都是最基本、最簡(jiǎn)單的內(nèi)容，實(shí)際包含的選項(xiàng)及其功能描述還有很多，具體使用時(shí)可通過(guò)man命令查看幫助信息，或者自行查找相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源或相應(yīng)資料，進(jìn)一步了解其各個(gè)選項(xiàng)的使用方式及功能。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

步驟1 在主目錄下創(chuàng)建工作目錄workspace，在workspace目錄下創(chuàng)建目錄lab01和lab02，在lab01下創(chuàng)建以自己的學(xué)號(hào)為名字的目錄，如2412010。

打開(kāi)終端窗口，在命令行提示符下輸入以下命令，可以完成上述任務(wù)。

（1）pwd：顯示當(dāng)前的主目錄為/home/bao，即用戶(hù)名為bao的主目錄。

（2）ls：顯示當(dāng)前主目錄下的內(nèi)容。

（3）mkdir workspace：在主目錄下創(chuàng)建目錄workspace。

（4）mkdir workspace/lab01：在目錄workspace下創(chuàng)建目錄lab01。

（5）mkdir workspace/lab02：在目錄workspace下創(chuàng)建目錄lab02。

（6）mkdir workspace/lab01/2412010：在目錄lab01下創(chuàng)建目錄2412010。

（7）ls：顯示當(dāng)前主目錄下的內(nèi)容，找到目錄workspace。

（8）cd workspace：進(jìn)入目錄workspace。

（9）ls：顯示目錄workspace下的內(nèi)容，找到目錄lab01和lab02。

（10）cd lab01：進(jìn)入目錄lab01。

（11）ls：顯示目錄lab01下的內(nèi)容，找到目錄2412010。

上述命令完整的操作界面如圖1.29所示。

圖1.29中執(zhí)行的命令序列是完成相應(yīng)任務(wù)的一種操作過(guò)程，也可以使用其他命令序列完成同樣的任務(wù)。上述過(guò)程描述的是在終端窗口中使用系統(tǒng)命令完成任務(wù)的方式，也可以打開(kāi)Debian的文件管理器窗口，在圖形用戶(hù)界面中完成上述任務(wù)。

步驟2 使用Vim文本編輯器創(chuàng)建文件hello.c，并將該文件保存在目錄～/workspace/lab01下。文件hello.c的內(nèi)容如下：

打開(kāi)終端窗口，按如下過(guò)程操作可以完成上述任務(wù)。

（1）在命令行提示符下輸入“cd workspace/lab01”命令，進(jìn)入目錄～/workspace/lab01。

（2）在命令行提示符下輸入“vim hello.c”命令，創(chuàng)建文件hello.c并進(jìn)入Vim文本編輯環(huán)境。

（3）在Vim編輯環(huán)境中按“i”鍵，使Vim進(jìn)入插入文本模式，然后輸入上述hello.c文件中的內(nèi)容，按〈Esc〉鍵表示輸入結(jié)束，最后輸入“:wq”以退出Vim環(huán)境并將輸入文本內(nèi)容保存到hello.c文件中。

（4）在命令行提示符下輸入“cat hello.c”，以顯示hello.c文件的內(nèi)容。

上述操作的部分界面內(nèi)容如圖1.30所示。

步驟3 使用gcc命令將程序～/workspace/lab01/hello.c編譯生成可執(zhí)行文件hello，然后執(zhí)行該文件以查看輸出結(jié)果。使用objdump工具對(duì)hello進(jìn)行反匯編，并將反匯編內(nèi)容保存到當(dāng)前目錄下的hello.txt文件中。在終端窗口的命令行提示符下依次輸入下列命令可完成上述任務(wù)。

（1）cd workspace/lab01：若當(dāng)前已處于該目錄下，則可省略該步驟。

（2）gcc-g hello.c-o hello：使用gcc命令生成可執(zhí)行目標(biāo)文件hello。

（3）./hello：?jiǎn)?dòng)當(dāng)前目錄下的hello執(zhí)行。

（4）objdump-S hello>hello.txt：將hello反匯編后的內(nèi)容保存到hello.txt中。

上述終端窗口中的操作界面如圖1.31所示。

步驟4 使用Text Editor（或Gedit）文本編輯器打開(kāi)hello.txt，查看該文件中的C語(yǔ)句及其對(duì)應(yīng)的反匯編結(jié)果。按以下操作過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)：打開(kāi)Debian文件管理器窗口，進(jìn)入目錄～/workspace/lab01/，找到并雙擊hello.txt文件圖標(biāo)，從而打開(kāi)Text Editor（或Gedit）編輯器并進(jìn)入文本編輯器窗口，hello.txt文件的內(nèi)容顯示在窗口中，在窗口中移動(dòng)鼠標(biāo)可查看hello.txt文件中不同部分的內(nèi)容。

步驟5 使用tar工具提供的命令，將目錄～/workspace/lab01/下的所有文件和目錄歸檔并壓縮到文件hello.tar.bz2中，該文件位于目錄～/workspace/lab01/下；將壓縮文件hello.tar.bz2復(fù)制到目錄～/workspace/lab02/下，再將文件～/workspace/lab02/hello.tar.bz2中的內(nèi)容解壓縮到目錄～/workspace/lab02/下。在終端窗口的命令行提示符下依次輸入下列命令，可完成上述任務(wù)并通過(guò)查看相應(yīng)目錄下的內(nèi)容來(lái)驗(yàn)證操作結(jié)果。

（1）cd workspace/lab01：若當(dāng)前已處于該目錄下，則可省略該步驟。

（2）ls：查看～/workspace/lab01/下的文件和目錄。

（3）tar-jcf hello.tar.bz2./：生成壓縮文件hello.tar.bz2。

（4）cp hello.tar.bz2../lab02：將hello.tar.bz2復(fù)制到目錄～/workspace/lab02/中。

（5）cd../：返回上一級(jí)目錄～/workspace。

（6）cd lab02：進(jìn)入目錄～/workspace/lab02。

（7）ls：查看目錄～/workspace/lab02中的內(nèi)容。

（8）tar-jxf hello.tar.bz2：解壓縮文件hello.tar.bz2。

（9）ls：查看目錄～/workspace/lab02中的內(nèi)容。

上述操作后，終端窗口中的部分內(nèi)容如圖1.32所示。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

本實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的主要內(nèi)容包括但不限于以下幾個(gè)方面。

1.簡(jiǎn)要描述自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到不熟悉的命令和工具軟件時(shí)是通過(guò)哪些方式解決的，你認(rèn)為哪些方式更有效？

2.簡(jiǎn)要描述開(kāi)發(fā)軟件所需要的開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及從源程序文件的編輯生成到編譯轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行文件的過(guò)程中所需要的每個(gè)處理環(huán)節(jié)及在Linux系統(tǒng)環(huán)境下你所用的命令。

3.基于自己所完成的指定程序開(kāi)發(fā)和運(yùn)行過(guò)程，闡述在該過(guò)程中所體現(xiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，例如，編輯生成源程序文件過(guò)程中所使用的文本編輯軟件屬于哪個(gè)層次？編輯生成的源程序文件和編譯轉(zhuǎn)換生成的可執(zhí)行文件的抽象程度有什么差別？

4.回答以下問(wèn)題。

（1）在Linux系統(tǒng)中，root系統(tǒng)管理員的權(quán)限和普通用戶(hù)的權(quán)限有什么不同？

（2）在Linux系統(tǒng)中，命令是否區(qū)分大小寫(xiě)？

（3）目錄的作用是什么？你認(rèn)為應(yīng)如何合理地存放實(shí)驗(yàn)中的各類(lèi)文件？

（4）在進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要有相應(yīng)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)支撐環(huán)境，其中包括用于執(zhí)行各類(lèi)程序的用戶(hù)界面。這種具有人機(jī)交互功能的用戶(hù)界面是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中哪個(gè)抽象層提供的？GUI方式下的圖形用戶(hù)界面和CLI方式下的命令行用戶(hù)界面各自的特點(diǎn)是什么？你更喜歡在哪種方式下進(jìn)行人機(jī)交互？