Missing Semester 学习笔记 - Command-line Environment

本节会介绍如何同时执行多个不同的进程并追踪它们的状态，以及如何停止或暂停某个进程，同时如何使进程在后台运行。这对于后端开发人员来说是必备技能。

目录如下：

假设我们使用sleep命令让当前的进程睡眠20秒，在这期间，通过不同的中断方式，则会终止进程的运行。如下所示：

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carol@ubuntu-carol:~/learnShell$ sleep 20
^C
carol@ubuntu-carol:~/learnShell$ sleep 20
^\Quit (core dumped)
carol@ubuntu-carol:~/learnShell$ 

第一次使用Ctrl+c终止，第二次使用Ctrl+\终止。通过提示信息可以看到这两种不同终止方式所给出的不同结果。

这是因为：这里的 shell 会使用 UNIX 提供的信号机制进行进程之间的通信。当一个进程收到信号时，该进程会停止、处理该信号，并基于该信号传递的信息来改变其执行，即软件中断。

当使用Ctrl+c时，shell 会发送一个SIGINT信号给进程，用于中断该进程。而当使用Ctrl+\时，shell 会发送一个SIGQUIT信号给进程，用于退出进程。

下面的sigint.py程序能够捕获SIGINT信号并将其忽略，但不会让程序停止。为了停止程序，需要使用到SIGQUIT信号。

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#!/usr/bin/env python
import signal, time

def handler(signum, time):
    print("\nI got a SIGINT, but I am not stopping")

signal.signal(signal.SIGINT, handler)
i = 0
while True:
    time.sleep(.1)
    print("\r{}".format(i), end="")
    i += 1

当执行该程序之后，我执行了两次Ctrl+c操作，显然程序还在运行中。然后，我执行了一次Ctrl+\操作，程序才停止运行。如下所示：

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carol@ubuntu-carol:~/learnShell$ python3 sigint.py 
16^C
I got a SIGINT, but I am not stopping.
23^C
I got a SIGINT, but I am not stopping.
36^\Quit (core dumped)
carol@ubuntu-carol:~/learnShell$ 

上述演示了SIGINT信号和SIGQUIT信号的使用，除了这俩以外，SIGTERM是一个更加通用、优雅地退出信号，我们可以使用kill命令发出这个信号。

此外，使用Ctrl+z则会发送一个SIGTSTP信号，表示将进程挂起。而对于暂停或者挂起的进程，我们可以使用fg或bg命令让其继续执行，前者表示在前台继续执行，后者表示在后台继续执行。

此外，jobs命令的作用是列出当前终端会话中尚未完成的全部任务。在某个命令的最后添加&这一后缀字符，可以让该命令直接在后台运行。

如果你想让正在运行的进程转到后台运行，那么可以执行Ctrl+z，然后再输入bg。不过需要注意的是：后台的进程仍然是当前终端的子进程，一旦关闭了终端，那么这些子进程也就随之终止了。为了防止这种情况的发生，可以使用nohup命令。下面是一些例子：

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carol@ubuntu-carol:~$ sleep 1000
^Z
[1]+  Stopped                 sleep 1000
carol@ubuntu-carol:~$ nohup sleep 2000 &
[2] 5525
carol@ubuntu-carol:~$ nohup: ignoring input and appending output to 'nohup.out'
jobs
[1]+  Stopped                 sleep 1000
[2]-  Running                 nohup sleep 2000 &
carol@ubuntu-carol:~$ bg %1
[1]+ sleep 1000 &
carol@ubuntu-carol:~$ jobs
[1]-  Running                 sleep 1000 &
[2]+  Running                 nohup sleep 2000 &
carol@ubuntu-carol:~$ kill -STOP %1
carol@ubuntu-carol:~$ jobs
[1]+  Stopped                 sleep 1000
[2]-  Running                 nohup sleep 2000 &
carol@ubuntu-carol:~$ kill -SIGHUP %1
carol@ubuntu-carol:~$ jobs
[1]-  Hangup                  sleep 1000
[2]+  Running                 nohup sleep 2000 &
carol@ubuntu-carol:~$ kill -SIGHUP %2
carol@ubuntu-carol:~$ jobs
[2]+  Running                 nohup sleep 2000 &
carol@ubuntu-carol:~$ kill %2
carol@ubuntu-carol:~$ jobs
[2]+  Terminated              nohup sleep 2000
carol@ubuntu-carol:~$ jobs
carol@ubuntu-carol:~$ 

此外，SIGKILL是一个特殊的信号，它不能被进程捕获并且它会马上结束该进程。但它的缺点是会留下孤儿进程。

接下来介绍一个终端多路复用工具 tmux，你可以在一个终端上轻松地切换多个程序，或者分离它们，此时它们会在后台运行，并将它们重新连接到另一个终端。也就是说，当你在使用终端的时候，如果想要同时执行多个任务，在运行编辑器的同时在终端的另一侧执行某个程序。你当然可以再重新打开一个终端，但是使用终端多路复用工具无疑是最好、最方便的选择。

这里有一篇关于 tmux 的文章《A Quick and Easy Guide to tmux》，介绍了 tmux 的安装及简单使用。更加详细的文章：《tmux(1) — Linux manual page》、《Terminal Multiplexers》。

接下来是 alias 的使用，也就是别名。例如，当你在终端输入ls -lah的时候，这个过程有些繁琐。因此，你可以使用alias ll="ls -lah"（注意：等号两边不能含有空格），然后在终端直接输入ll即可。这大幅度减少了输入命令所需要的时间。

默认情况下，shell 不会保存这些别名，你需要将这些别名配置在.bashrc文件中。像这样以.开头的文件称为dotfile，即配置文件。常见的配置文件如下所示：

bash：~/.bashrc、~/.bash_profile
git：~/.gitconfig
vim：~/.vimrc 和 ~/.vim 目录
ssh：~/ssh/config
tmux：~/.tmux.conf

至于这些配置文件需要怎么配置或者怎么使用，你可以在 github 上找到许多 dotfile 文件，这里也可以找到。

对于ssh的使用，该工具可以连接到其它服务器，例如ssh foo@bar.mit.edu，即通过用户名foo登录服务器bar.mit.edu（这里的服务器也可以是 IP 地址）。

有一点没有之前没有注意到的是：可以使用ssh foobar@server ls直接在服务器server上以用户名foobar的身份执行ls的命令。甚至也可以配合管道命令来使用。

此外，当我们在使用 ssh 连接到远程服务器的时候，我们可能会遇到「软件需要监听特定设备端口」的需求。如果在本地的话，则可以直接使用localhost:端口号或127.0.0.1:端口号。但是，通常情况下，服务器的远程端口不会直接通过网络暴露给用户。

我们可以通过端口转发的方式解决上述问题。转发方式有：本地端口转发和远程端口转发两种方式。如下图所示：

本地端口转发：

远程端口转发：

最常用的是本地端口转发，即在本地设备上某个端口建立连接并转发到远程端口上，同时远程设备上的服务监听一个端口。例如，在远程服务器上运行 Jupyter notebook 并监听8888端口，通过建立本地9999端口进行转发，即ssh -L 9999:localhost:8888 foobar@remote_server。在使用时，只需要访问本地的localhost:9999即可。

此外，对于其它的 shell 框架，比较流行的有 prezto 和 oh-my-zsh。而对于终端模拟器来说，这里展示了许多不同的终端模拟器，通过这些模拟器来对终端进行设置，除了可以配置字体、彩色主题、快捷键等功能之外，有的终端模拟器还支持 GPU 加速，例如 Alacritty 和 kitty。

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